[实用新型]一种压电陶瓷隔膜泵

说明书

技术领域

本实用新型属于精密机械中流体泵技术领域，具体涉及一种压电陶瓷隔膜泵。 

背景技术

传统的有阀式压电陶瓷容积泵，（如中国专利CN100392245C、CN 102192135 B、CN101589233B、CN1179127C）利用压电金属层合结构的周期性弯曲变形，改变泵腔体积，从而引起泵腔压力变化，在进出口单向阀的配合开闭下实现液体的定向流动。其压电陶瓷层合结构的谐振频率一般在几百赫兹以上才能较好的发挥压电陶瓷材料的性能。但是传统的单向阀动态响应特性较差，和压电层合结构配合工作时存在严重的滞后性，导致有阀式压电容积泵的最佳工作频率一般都在200 Hz以下，故其效率没有得到充分发挥。相比于被动式单向阀，虽然使用压电驱动式主动阀，如压电叠堆式或压电晶片式主动阀（如中国专利CN201057136Y），对提高压电泵的工作频率有利，在一定程度上减小了阀的滞后性，但其存在阀口开启位移较小或输出力较小而导致流量下降的问题，高频条件下泵振子与阀振子不易同步，且需要的阀控制系统复杂，不易于集成化设计。减小阀的尺寸有利于其谐振频率的提高，因此利用MEMS技术制作的单向微阀具有优良的高频特性（如美国专利US20090214358A1），但MEMS制作工艺复杂，成本较高，不利于推广。 

再者，压电陶瓷层合结构由于阀的滞后性无法工作在共振频率下，其形变量较小，导致单次抽取液流量较小。而单向阀不可能完全理想化,单向阀处或多或少会存在液流损失，最终导致泵的抽液效率下降。在液流中含有气泡或杂质的情况下，单次抽液量小较易导致单向阀堵塞，无法正常抽取液体。 

因此，单向阀的低频特性和压电元件的高频特性之间的矛盾以及增加单次抽液量成为有阀式压电陶瓷容积泵需要解决的问题。 

另外，在中国科学技术大学的专利申请（一种利用离心力原理实现流体流动的压电陶瓷泵）中，专利号（CN 101435421B）使用压电元件驱动金属管做扇形或者圆周摆头运动，在离心力的作用下将金属管内的液体抽出。该泵工作时液体出流口始终处于振动状态，液体呈喷洒状，很难满足实际应用的需求。本实用新型提出的压电陶瓷隔膜泵可以有效解决这一问题，利用隔离膜还可以做到无污染并且耐腐蚀，提高了使用寿命。 

实用新型内容

为了解决有阀压电容积泵中压电元件的高频特性和阀的低频特性不兼容的问题，本实用新型提供一种压电陶瓷隔膜泵。 

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现： 

一种压电陶瓷隔膜泵，包括弹性薄膜，球壳，振动管，压电元件，泵腔上盖，密封垫，泵腔底盖，进口单向阀，出口单向阀和隔膜，所述振动管的一端外壁连接所述压电元件，另一端的端面连接所述球壳，且所述球壳的开口处由所述弹性薄膜密封，所述压电元件和所述振动管的共同端固定连接于所述泵腔上盖，所述泵腔上盖内安装有所述隔膜，且所述泵腔上盖与所述密封垫、所述泵腔底盖固定连接，所述泵腔底盖上安装有所述进口单向阀和所述出口单向阀。

进一步的，所述弹性薄膜，所述球壳，所述振动管，所述泵腔上盖和所述隔膜组成密封腔，且所述密封腔内注有驱动液体；所述泵腔上盖，所述密封垫和所述泵腔底盖组成了泵腔；所述泵腔底盖上还安装有进流口和出流口。 

进一步的，所述压电元件可以为一个且连接于所述振动管的外壁一侧；所述压电元件可以为两个且连接于所述振动管的外壁相对位置而产生方向相反的形变；所述压电元件可以为2n个n=2,3,4…，且连接于所述振动管的外壁沿所述振动管的外径均匀放置，振子平均分为位置相互对称的两组，所述两组振子产生方向相反的变形。 

进一步的，所述压电元件可以采用压电陶瓷片、压电陶瓷管、压电陶瓷中空纤维或沉积于所述振动管外壁的压电薄膜结构中的一种。 

进一步的，所述压电元件采用所述压电陶瓷管，所述压电陶瓷管套接在所述振动管上，其内壁与所述振动管的外壁粘结，且共同粘结端固定于所述泵腔；所述压电陶瓷管外壁电极平均等分为2份，施加的两路驱动电压信号在振动管振动时相位相差180度，停止振动时保持一致。 

进一步的，所述振动管采用金属材料；所述球壳采用塑料或玻璃材料；所述弹性薄膜和所述隔膜采用橡胶或乳胶材料；所述驱动液体为水或者密度与粘度之比大于水的液体。 

进一步的，所述金属管外径为0.1 ～ 6mm，内径为0.05～5mm，长度大于等于外径的20倍，所述金属管长度大于所述压电元件长度的3倍。