專利名稱：一種液體輸送混合用無閥壓電泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無閥壓電液體混合泵，屬于液體機(jī)械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓電泵大多屬于容積式泵。壓電振子作為泵腔壁的一部分，在被施加了 交變電壓后會產(chǎn)生周期性的翹曲變形，使泵的容積發(fā)生周期變化，帶動液體 的流動。壓電泵根據(jù)有無閥門又可分為有閥壓電泵和無閥壓電泵。有閥壓 電泵由于安裝了單向閥，可驅(qū)使液體向單一方向流動，因此效率較無閥壓電 泵高，但由于必須安裝單向閥，至少要安裝一只，所以結(jié)構(gòu)較無閥壓電泵復(fù) 雜；無閥壓電泵沒有閥門，結(jié)構(gòu)簡單，更合適于小型化和微型化，故在醫(yī)療、 衛(wèi)生、保健等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。但由于沒有閥門，泵中的液體會反復(fù) 在流道中流動，降低了輸送效率。
同時，在醫(yī)療、科研等領(lǐng)域，常需要微小型液體混合攪拌器，將多種藥 品或化學(xué)試劑按比例混合。目前，泵和混合攪拌器是兩種相互獨(dú)立的設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于將泵的輸送與混合器一體化，使不同的液體能夠在 輸送中定量混合；同時，克服目前無閥壓電泵在工作時，其流道中的液體反
復(fù)流動，造成效率低的缺陷。
圖7是驗(yàn)證該泵原理的裝配圖。壓電振子l的一端(以下稱為前端)被 固定在泵腔6中；泵中有至少兩根輸送管深入泵腔，靠近壓電振子1的另一 不固定端(以下稱為尾端)；泵中可以有l(wèi)個壓電振子l，也可以根據(jù)需要， 布置多個；
圖1所示壓電振子1是由一矩形金屬片11扭轉(zhuǎn)為相互垂直的兩部分作為 壓電振子基底12 (圖2)，并在這相互垂直的兩部分的一部分的兩面上分別 粘貼第一組壓電陶瓷片9、在垂直的兩部分的另一部分的兩面上分別粘貼第二 組壓電陶瓷片10;輸送管I7和輸送管II8深入泵腔，兩根輸送管的出口靠近 壓電振子1的尾端，分別流入待混合與輸送的不同液體，如果要混合兩種以 上的液體，也可根據(jù)需要，多接入輸送管；為壓電振子1供電的第一組引線2、第二組引線3分別連接上述兩組壓電陶瓷片通過密封墊引出泵腔外，分別接 在兩臺可變頻變壓的電源上。泵腔蓋通過密封墊及螺釘與泵腔緊密聯(lián)接。
本發(fā)明提出的混合用無閥壓電泵的工作原理敘述如下 在壓電振子l中，兩片第一組壓電陶瓷9在粘貼時，使壓電極性同向， 使之在施加電壓后，翹曲的方向一致，壓電振子的撓度^將隨電壓的增高而 增大，如圖3所示；第二組壓電陶瓷片IO也按同樣方式粘貼，施加電壓后， 在與第一組壓電陶瓷片相垂直的平面內(nèi)產(chǎn)生翹曲，其撓度^將隨電壓的增高
而增大，如圖4所示。此時若僅對第二組壓電陶瓷片10施加對稱的交流電壓，
則壓電振子會產(chǎn)生對稱的魚尾狀擺動，在粘度與離心力的作用下，液體向尾 端方向流動，從而實(shí)現(xiàn)了泵的原理。這種無閥壓電泵既有傳統(tǒng)無閥壓電泵結(jié) 構(gòu)簡單的特點(diǎn)，又克服了其由于液體反復(fù)流動，造成低效的缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)
上，若對第一組壓電陶瓷片9施加與第二組壓電陶瓷片IO相同的對稱交流電 壓，在忽略非線性變形的條件下，且^^^時，壓電振子的尾端運(yùn)動軌跡為橢 圓形如圖5a所示，整個壓電振子在空間作近似橢圓錐的運(yùn)動，從而壓電振子 在驅(qū)動液體單向流動的同時，也對液體進(jìn)行了混合與攪拌。忽略非線性變形 的影響，壓電振子尾端運(yùn)動軌跡在XY平面內(nèi)的投影可以表達(dá)為
1式中A、 ^分別為加在第一、二組壓電陶瓷片上的直流偏置電壓，"為 系數(shù)，表示單位電壓在尾端產(chǎn)生的位移；a、化分別表示施加在第一組和第 二組壓電陶瓷片上的電壓頻率。
當(dāng)<formula>formula see original document page 4</formula>時，壓電振子只作魚尾狀擺動，主要體現(xiàn)為泵的
功能，《2越大，泵的流量越大。由于w,O，泵的混合能力較弱。
當(dāng)<formula>formula see original document page 4</formula>，尾端軌跡為橢圓圖5a;若Z,A，尾端軌
跡為圓，壓電泵既有液體輸送的功能，又有混合攪拌功能。
當(dāng)<formula>formula see original document page 4</formula>時，壓電振子的尾端可作非常復(fù)雜的軌跡運(yùn)動，圖5a
e所示為其中幾種頻率比下的尾端運(yùn)動軌跡。此時該泵既有液體輸送的功能， 又有非常有效的混合攪拌功能。
在以上V1=V2=0的情況下，尾端的的軌跡圖形中心均為原點(diǎn)。 當(dāng)直流偏置電壓K和K不全為O時，驅(qū)動電壓的波形如圖6所示，此時 尾端運(yùn)動的軌跡圖形的中心不再是圖形的原點(diǎn)。當(dāng)^>0, ^>0時，軌跡圖形的中心在第一象限，如圖5f所示； 當(dāng)^>0, ^<0時，軌跡圖形的中心在第二象限； 當(dāng)^<0, ^<0時，軌跡圖形的中心在第三象限； 當(dāng)^<0, 「2>0時，軌跡圖形的中心在第四象限； 當(dāng)^， ^之一為0時，軌跡圖形的中心在座標(biāo)軸上。
由于尾端運(yùn)動的區(qū)域?yàn)榈蛪簠^(qū)，若低壓區(qū)靠近輸送管I7，則輸送管I7 內(nèi)的流體將更多地注入泵腔；若低壓區(qū)靠近輸送管118，則輸送管118內(nèi)的流 體將更多地注入泵腔。適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)低壓區(qū)位置，就可實(shí)現(xiàn)預(yù)定量的液體進(jìn)入 泵腔，從而實(shí)現(xiàn)不同液體的定量混合與輸送，不同的偏置電壓和驅(qū)動頻率可 混合使用，以達(dá)到精確控制流量及不同液體混合比的目的。
本發(fā)明根據(jù)魚尾運(yùn)動原理，將液體的混合與輸送在泵中同時完成，非常 簡潔高效地實(shí)現(xiàn)了多種液體流量的控制與定量混合并輸送的目的，使得該泵 擁有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。
圖l 壓電振子1圖。 圖2 壓電振子基底的制作示意圖。 圖3壓電振子第一組壓電陶瓷片9加電變形示意圖。 圖4壓電振子第二組壓電陶瓷片10加電變形示意圖。 圖5a f 壓電振子上兩組壓電陶瓷片被施加不同頻率與直流偏置電壓 時，壓電振子尾端運(yùn)動軌跡圖。
圖6施加直流偏置電壓后，壓電振子上的電壓波形圖。 圖7 實(shí)驗(yàn)用壓電泵裝配圖。
圖中1、壓電振子，2、第一組引線，3、第二組引線，4、端蓋，5、密 封墊圈，6、泵體，7、輸送管I， 8、輸送管II 9、第一組壓電陶瓷片，10、 第二組壓電陶瓷片，11、矩形金屬片，12、基底。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施方式如圖1_圖7所示，壓電振子1前端通過橡膠密封墊被固 定在泵腔6中，壓電振子基底12為寬10mm，長100mm，厚0.1mm的黃銅 片扭轉(zhuǎn)90度而成，其上粘貼第一組壓電陶瓷片9和第二組壓電陶瓷片10，它 們的第一組引線2、第二組引線3通過固定在泵腔6上的密封墊從泵腔6引出，第一組引線2、第二組引線3分別聯(lián)接到兩臺可控變頻變壓的電源上，以實(shí)現(xiàn) 對兩組壓電陶瓷用不同的電壓與頻率分別驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)所需要的運(yùn)動；兩根液 體輸送管I7和輸送管I18由外面通入泵腔6內(nèi)，密封圈、端蓋和螺釘完成對 輸送管I7和輸送管II8的密封工作，泵蓋為有機(jī)玻璃制成，以方便觀測，泵 蓋通過密封墊和螺釘與泵腔6密封聯(lián)接，實(shí)驗(yàn)泵的驅(qū)動電壓為220V，頻率30 一100Hz，直流偏置電壓為-20—+20V。
實(shí)驗(yàn)時，使用了藍(lán)墨水和自來水作1.5:1混合與輸送實(shí)驗(yàn)，在以上頻率與 直流偏置電壓范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，流量達(dá)600ml/min，混合狀況良好，流入泵腔內(nèi)的 流體沒有回流現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1. 一種液體輸送混合用無閥壓電泵，其特征在于泵中至少有一個壓電振子(1)，壓電振子(1)的一端被固定在泵腔(6)中；泵中有至少兩根輸送管，該兩根輸送管的出口靠近壓電振子(1)的另一不固定端；所述壓電振子(1)是由一矩形金屬片(11)扭轉(zhuǎn)為相互垂直的兩部分作為壓電振子基底(12)，并在這相互垂直的兩部分的一部分的兩面上分別粘貼第一組壓電陶瓷片(9)、在垂直的兩部分的另一部分的兩面上分別粘貼第二組壓電陶瓷片(10)；為壓電振子(1)供電的第一組引線(2)、第二組引線(3)分別連接上述兩組壓電陶瓷片，引出泵腔外后分別接在兩臺可變頻變壓的電源上。
全文摘要
一種液體輸送混合用無閥壓電泵屬于液體機(jī)械領(lǐng)域。無閥壓電泵沒有閥門，泵中的液體會反復(fù)在流道中流動，降低了輸送效率；且目前泵和混合攪拌器是兩種相互獨(dú)立的設(shè)備。本發(fā)明特征在于泵中至少有一個壓電振子(1)，壓電振子(1)的一端被固定在泵腔(6)中；泵中有至少兩根輸送管，該兩根輸送管的出口靠近壓電振子(1)的另一不固定端；所述壓電振子(1)是由一矩形金屬片(11)扭轉(zhuǎn)為相互垂直的兩部分作為壓電振子基底(12)，并在這相互垂直的兩部分別粘貼兩組壓電陶瓷片；兩組引線分別連接兩組壓電陶瓷后接在兩臺可變頻變壓的電源上。本發(fā)明使不同的液體能夠在輸送中定量混合；同時，克服目前無閥壓電泵在工作時，其流道中的液體反復(fù)流動，造成效率低的缺陷。
文檔編號F04B53/00GK101285458SQ20081011245
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者付麗斌, 劉自萍, 夏齊霄, 張建輝, 彭伯平, 李立新, 舒小龍, 紅 雷 申請人:北京聯(lián)合大學(xué)