一种自测量压电叠堆泵

摘要

本发明涉及一种自测量压电叠堆泵，属于微流体传输与控制领域。阀盖安装在泵盖上，泵盖安装在泵体上；在阀盖和泵盖之间粘接有悬臂梁型出口阀和进口阀，所述出口阀及进口阀均由压电薄膜和基板粘接而成；在泵盖和泵体之间压接有泵腔隔膜，泵腔隔膜两侧分别安装有活塞和顶块；活塞、泵盖、出口阀及进口阀共同构成泵腔；螺栓通过防扭挡块将压电叠堆压接在顶块上；压电叠堆、出口阀及进口阀分别通过导线组一、导线组二及导线组三与电控单元相连。特色与优势：利用具有传感功能的单向阀直接测量压电泵的输出压力和流量、无需额外的传感器，故结构简单、测量精度的准确度及可靠度较高，且适于液体、气体以及气液混合物等不同介质的泵送过程中的实时监测。

主权项

一种自测量压电叠堆泵，其特征在于：阀盖通过螺钉安装在泵盖上，所述泵盖通过螺钉安装在泵体上；在所述阀盖和泵盖之间粘接有悬臂梁型出口阀和进口阀，所述出口阀及进口阀均由压电薄膜和基板粘接而成；在所述泵盖和泵体之间压接有泵腔隔膜，在所述泵腔隔膜的两侧通过螺钉分别安装有活塞和顶块；活塞以及安装于所述活塞上的密封圈、泵盖、出口阀及进口阀共同构成泵腔；安装在泵体端部的螺栓通过防扭挡块将压电叠堆驱动器压接在所述顶块上；所述压电叠堆驱动器、出口阀及进口阀分别通过导线组一、导线组二及导线组三与电控单元相连；电控单元驱动电压由0向V₀增加时，压电叠堆驱动器开始伸长并推动顶块、泵腔隔膜及活塞向右运动，致使泵腔容积减小、流体压力增加，不断增加的流体压力迫使出口阀开启、进口阀关闭，流体经出口阀从泵腔中排出；电控单元驱动电压换向后，即电压由V₀向0减小时，压电叠堆驱动器在泵腔隔膜的作用下开始收缩，致使泵腔容积增加、腔内流体压力降低，不断降低的流体压力迫使进口阀开启、出口阀关闭，流体经进口阀进入泵腔；压电泵的吸入过程与排出过程中，都伴随着进口阀和出口阀的交替开启与关闭，并有电压信号生成；进口阀及出口阀所产生的电压值、以及压电泵的输出流量和压力均与阀的开度成正比，可采用出口阀或进口阀的输出电压表征压电泵输出压力和流量，即有：$P=\frac{[a^4{(1-b)}^2-2a({2a}^2-3a+2)(1-b)+1]}{3a(1-a){\mathrm{bg}}_{31}}\frac{h}{L^2}{l}_p{V}_g;$$Q=\frac{4(1-a+\mathrm{ab})L^2}{3a(1-a){\mathrm{bg}}_{31}{E}_p{h}^2}{l}_{q}f{V}_g;$其中：a＝1‑h_p/h，b＝E_m/E_p，h、L分别为压电悬臂梁的总厚度和长度，h_p为压电晶片厚度，g₃₁是压电电压常数，E_p和E_m分别是压电材料和金属基板的杨氏模量，l_p和l_q分别为压力和流量的标定系数，f为驱动电压频率，V_g为出口阀或进口阀的输出电压。