專利名稱：靜電致動(dòng)的泵陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中型泵(mesoscopic pump)。更具體而言，本發(fā)明涉及一種基于雙穩(wěn)態(tài)靜電致動(dòng)膜片的中型泵。
盡管泵技術(shù)在過(guò)去的幾十年中取得了許多重要的進(jìn)展，然而在減小泵的尺寸、重量和功率要求的能力方面的進(jìn)展已經(jīng)達(dá)到極限。在包括所謂的“微型泵”在內(nèi)的常規(guī)型泵技術(shù)與基于硅微加工和微電子技術(shù)的MEMS(微型機(jī)電系統(tǒng))泵之間存在明顯的空白。
MEMS(微型機(jī)電系統(tǒng))泵的泵能力可以從每分鐘幾微升到數(shù)十毫升。這使得它們可以用于比如輸送藥物所用的可植入系統(tǒng)，或者化學(xué)分析系統(tǒng)中的微劑量測(cè)定等應(yīng)用場(chǎng)合中，但是這樣的泵速要比采樣應(yīng)用中所需的泵速小多個(gè)數(shù)量級(jí)。
市場(chǎng)上可以買到的常規(guī)型泵的能力從每分鐘數(shù)十升到每分鐘數(shù)百升。這種泵大多需要大功率。即使體積較小的泵通常也會(huì)達(dá)到10-50立方英寸的尺寸范圍。市場(chǎng)上也可以買到輸入功率較低的微型泵，但是它們的能力則低于每分鐘一升。
許多授權(quán)的美國(guó)專利是關(guān)于通常涉及微型閥結(jié)構(gòu)與控制方面的設(shè)備和裝置的。例如，Bonne等人的美國(guó)專利No.5,082,242中描述了一種微型閥，它是制作于一塊硅片上的一體式結(jié)構(gòu)，使得這個(gè)裝置通過(guò)入口和出口分別位于硅圓片兩側(cè)的閥而流動(dòng)。閥的關(guān)閉通過(guò)與閥座的接觸而實(shí)現(xiàn)，為防止閥性能下降，在閥座上接觸表面必須緊密配合。專利NO.5,180,623和5,244,527為關(guān)于最初提到的專利的分案。
另一組專利描述了利用微型閥、傳感器和其他部件進(jìn)行的流體控制，在入口和出口之間有一個(gè)主通道和一個(gè)伺服通道。伺服通道通過(guò)一個(gè)控制流管來(lái)控制從而使得接片通過(guò)靜電驅(qū)動(dòng)。Bonne等人的美國(guó)專利No.5,176,358中描述了一種這樣的流體控制裝置，而分案No.5,323,999和5,411,597則是關(guān)于替代實(shí)施方案的。
Wagner等人在1996年6月版的IEEE期刊的第384-388頁(yè)(June，1996，edition of the IEEE Journal，pages 384-388)中公開(kāi)了另外一種思想，其中兩個(gè)彎曲的Si/SiO2薄膜橫跨在具有封閉的驅(qū)動(dòng)電極的充滿空氣的多個(gè)空腔上。在所公開(kāi)的耦合薄膜系統(tǒng)中，一片第一硅薄膜利用靜電力來(lái)控制開(kāi)關(guān)，而靜電力又會(huì)壓迫空氣通過(guò)通道從而將第二硅薄膜推起。
在這兩種有專利權(quán)的系統(tǒng)和Wagner等人提出的思想中，都用到了硅半導(dǎo)體芯片。事實(shí)上，硅技術(shù)是許多微傳感器的核心技術(shù)。由于能夠制造完全集成的系統(tǒng)，因而就可以研制某些上述的閥，等等。然而，現(xiàn)有技術(shù)所能達(dá)到的微小排量和硅技術(shù)中所能制得的材料并不能最好地滿足這類應(yīng)用場(chǎng)合的要求。在最好的情況下，所能達(dá)到的泵排量仍然很小(微升/分鐘到毫升/分鐘)。另外，結(jié)構(gòu)也會(huì)變得很復(fù)雜，而且成本昂貴。還有，一個(gè)主要的問(wèn)題是硅不能與許多生物材料兼容，因而實(shí)際上就不能廣泛地應(yīng)用于各種最終用途中。
現(xiàn)有的蒸氣和粒子檢測(cè)中所用的采樣泵遠(yuǎn)大于它們支承的儀器。為了能夠有效地勝任諸多任務(wù)，采樣率應(yīng)當(dāng)比得上人類呼吸，即每分鐘10升(10 lpm)或更大。泵必須提供這么大的流量，以便克服一磅/平方英寸(psi)或者更大的壓降，與超過(guò)一瓦的氣體輸出負(fù)載和超過(guò)十瓦的輸入功率要求相應(yīng)?，F(xiàn)有的使用轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)功耗大，噪音大，而且使用壽命有限。不帶轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)零件的中型泵和較高的電子到氣體轉(zhuǎn)換效率將能夠顯著提高用于檢測(cè)化學(xué)、生物、爆炸性或其它制劑的軍事系統(tǒng)的能力和效率。
利用硅來(lái)做這類系統(tǒng)的一個(gè)部件已經(jīng)證明難以進(jìn)行，特別是在以下三個(gè)方面。首先，在硅上微加工所需的曲面是一個(gè)問(wèn)題；第二，材料的原則受到嚴(yán)格限制；第三，難以實(shí)現(xiàn)高泵排量所需的尺寸。制造能力的約束會(huì)造成支座的曲率半徑減小，膜片的行程減小，而且只能單向致動(dòng)，所有這些都會(huì)造成泵效率降低。
如果能夠研制一種能夠提供與常規(guī)壓力相同的泵速和最大壓力、但是尺寸和功率水平的數(shù)量級(jí)較小的中型泵，將是本領(lǐng)域技術(shù)的一大進(jìn)展。
如果能夠利用可與大多數(shù)(如果不是全部)可能要加工的材料兼容的材料來(lái)制得中型泵，也將是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
其他優(yōu)點(diǎn)在下文中將會(huì)述及。
基本單元由帶有一個(gè)電極空腔的主體構(gòu)成，電極空腔具有一個(gè)上電極和一個(gè)下電極，這兩個(gè)電極分別具有一個(gè)朝向另一個(gè)電極的曲面以便形成空腔。主體包括一個(gè)可選擇地為電極供能的電子致動(dòng)電源。雙穩(wěn)態(tài)膜片安裝在主體上并接地，并且膜片的主要部分位于曲面之間的空腔內(nèi)。當(dāng)電壓加于特定電極和接地膜片上時(shí)，膜片向上電極和下電極的曲面撓曲，以便與其形狀一致。
基本單元也可以由帶有一個(gè)電極空腔的主體構(gòu)成，該電極空腔在空腔的上部或者下部具有至少一個(gè)電極，空腔的兩側(cè)分別具有一個(gè)朝向另一個(gè)表面的曲面以便形成空腔。主體包括一個(gè)可選擇地為電極供能的電子致動(dòng)電源。膜片在拉伸載荷下安裝在主體上并接地，并且當(dāng)電壓加于特定電極和接地膜片上時(shí)，膜片的主要部分位于曲面之間的空腔內(nèi)以便與其形狀一致。由于膜片受到拉伸載荷，當(dāng)電壓消除時(shí)，它會(huì)回復(fù)至其初始位置，因而具有能形成所述裝置的泵作用的推拉功能。
流體通過(guò)膜片從一個(gè)電極到另一個(gè)電極的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的泵作用從而進(jìn)出單元。在某些情況下，流體通過(guò)位于主體的一端或兩端的起到空腔的輸入端導(dǎo)管或輸出端導(dǎo)管作用的橫向?qū)Ч芰鲃?dòng)。橫向?qū)Ч芏寂c安裝在主體上的膜片部分在操作上相連接，以便可以通過(guò)膜片的運(yùn)動(dòng)開(kāi)通或關(guān)斷。在其它情況下，流體通過(guò)與一個(gè)電極的曲面在操作上相連接的垂直導(dǎo)管裝置而流動(dòng)，并且這種流動(dòng)過(guò)程也受控于膜片與該電極曲面上的垂直導(dǎo)管形成接觸或脫離接觸的運(yùn)動(dòng)。各個(gè)單元連接在一起從而形成一個(gè)裝置，電極的致動(dòng)作用使膜片在電極的曲面之間運(yùn)動(dòng)，從而使流體進(jìn)出中型泵。
通常中型泵還包括一個(gè)垂直背壓控制導(dǎo)管，它位于相對(duì)的電極上，位于膜片的遠(yuǎn)離垂直導(dǎo)管的一側(cè)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，膜片具有足夠的彈性以便使其表面區(qū)域與曲面相一致，或者膜片彎曲以便增大其表面積。當(dāng)膜片為彈性時(shí)，它由一種具有足夠彈性體性能的聚合物材料制成，以便可以在曲面之間運(yùn)動(dòng)。
在膜片從一個(gè)電極的曲面移動(dòng)到另一個(gè)電極的曲面時(shí)，其與橫向?qū)Ч芘浜弦蚤_(kāi)通輸入端導(dǎo)管和輸出端導(dǎo)管中的一個(gè)，并且關(guān)斷輸入端導(dǎo)管和輸出端導(dǎo)管中的另一個(gè)。
本發(fā)明的一種優(yōu)選的中型泵包括一起共同作用的多組基本單元。每組中包括一個(gè)第一單元，它具有一個(gè)與流體源相連的入口端橫向?qū)Ч芎鸵粋€(gè)由其垂直導(dǎo)管裝置構(gòu)成的流體出口。第二單元通過(guò)作為其入口源的垂直導(dǎo)管與第一單元垂直導(dǎo)管相連。其出口端橫向?qū)Ч芷鸬酵ㄏ虻谌龁卧牧黧w出口的作用，在第三單元的入口端橫向?qū)Ч芴幣c第三單元相連。第三單元流體出口的出口端橫向?qū)Ч転槠淞黧w出口。
在適當(dāng)?shù)碾妷合虏煌て倪\(yùn)動(dòng)使流體在電極的致動(dòng)作用下從一個(gè)單元經(jīng)過(guò)另一個(gè)單元。在這樣的四單元陣列中，電壓施加于接地的膜片與第一和第二單元的上電極之間，這時(shí)產(chǎn)生吸入作用以便使流體通過(guò)第一單元進(jìn)入。然后電壓被轉(zhuǎn)換到第一和第二單元的下電極上，這時(shí)流體流動(dòng)至第二單元。將電壓轉(zhuǎn)回至第二單元的上電極上，并將電壓施加于第三單元的上電極上，就會(huì)使得流體通過(guò)第二單元出口流入并流經(jīng)第三單元。在接地的膜片與第三單元的上電極之間施加電壓，就會(huì)產(chǎn)生壓力使流體從第三單元流出。
在單元組的上述操作過(guò)程中，每個(gè)單元的入口橫向?qū)Ч茉趩卧て瑥囊粋€(gè)電極向另一個(gè)電極運(yùn)動(dòng)時(shí)被單元膜片關(guān)斷。每個(gè)單元的垂直導(dǎo)管在單元膜片與具有垂直導(dǎo)管的電極曲面進(jìn)入接觸時(shí)被單元膜片關(guān)斷。當(dāng)將電壓施加于電極上時(shí)，膜片發(fā)生非線性運(yùn)動(dòng)，以便產(chǎn)生滾動(dòng)致動(dòng)作用，從而使流體從一個(gè)單元流至下一個(gè)單元。
在一個(gè)實(shí)施方案中，中型泵組串聯(lián)連接，從而產(chǎn)生連續(xù)地沿著串聯(lián)組累積的壓力。另外，中型泵組可以并聯(lián)連接以便產(chǎn)生高輸出量。一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中包括一個(gè)陣列，其中各中型泵組以三維串聯(lián)/并聯(lián)陣列方式連接起來(lái)，從而既能產(chǎn)生壓力累積，又能產(chǎn)生高輸出量。
這些陣列型式結(jié)構(gòu)可以為單個(gè)裝置，或者可以為高達(dá)100個(gè)并聯(lián)通道的陣列，從而使泵排量可以達(dá)到從10毫升/分鐘到10升/分鐘。通過(guò)利用靜電致動(dòng)作用，可以將功耗保持在每個(gè)通道5毫伏以下以及每100通道陣列0.5瓦以下。特別是由于電極的特殊形狀，一致動(dòng)電壓可以保持在50伏以下。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)100通道陣列的大小將會(huì)只有一立方英寸。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，各組按樹(shù)狀結(jié)構(gòu)相連，以便用作真空泵。這種樹(shù)狀結(jié)構(gòu)可以在不影響泵速的情況下降低回流壓力。
本發(fā)明的中型泵特別有利的一點(diǎn)是它們可以通過(guò)現(xiàn)有的材料利用現(xiàn)有的制造技術(shù)來(lái)制造。已用于微型機(jī)電系統(tǒng)的薄膜技術(shù)可以與已有的聚合物技術(shù)同時(shí)使用。
應(yīng)當(dāng)指出，將帶有高質(zhì)量金屬與電介質(zhì)薄膜的疊片式凸起聚合物部件組合成靜電致動(dòng)器的三維陣列這一技術(shù)代表了致動(dòng)器技術(shù)的一種全新方法，體現(xiàn)了各項(xiàng)技術(shù)的最佳特征。驅(qū)動(dòng)本發(fā)明的中型泵的電子技術(shù)已經(jīng)易于使用，并且低于150伏的電壓也在利用常規(guī)的高壓電路技術(shù)驅(qū)動(dòng)的充氣式顯示器所用的范圍之內(nèi)。


圖1示出了一種中型泵，它的結(jié)構(gòu)只有一立方英寸，并且利用了多個(gè)串聯(lián)的單元。中型泵總體用10標(biāo)出，它包括能夠有效地將流體從入口13送往出口15的多個(gè)單元11。根據(jù)本發(fā)明，這種特殊的中型泵10具有相互平行的上通道17和下通道19，這兩個(gè)通道的作用方式相同。
主體1通過(guò)用高溫塑料如ULTEM、CELAZONE和KETRON模制而成。電極自身通過(guò)用金屬進(jìn)行電鍍或電子束沉積作用之后利用干膜抗蝕層構(gòu)圖而形成，正如在本領(lǐng)域中眾所周知。低溫有機(jī)和無(wú)機(jī)電介質(zhì)用作致動(dòng)電極之間的絕緣材料，如下文中所示。
從圖2中可以更清楚地看到，圖1的中型泵10的每個(gè)通道11具有一個(gè)模制的泵主體21，泵主體21帶有一個(gè)上致動(dòng)電極23和一個(gè)下致動(dòng)電極25。主體21上還安裝著一個(gè)接地的膜片27，并且膜片27能夠在上電極曲面31和下電極曲面33之間的小室29內(nèi)運(yùn)動(dòng)。主體21還包括一個(gè)入口橫向?qū)Ч?5和一個(gè)出口橫向?qū)Ч?7。
當(dāng)通過(guò)上電極23的電壓源39和下電極25的電壓源41向特定的電極施加電壓，從而以靜電驅(qū)動(dòng)方式使膜片27向一個(gè)或另一個(gè)表面運(yùn)動(dòng)時(shí)，膜片27的形狀與曲面31和33一致。膜片27和曲面31和33涂有一個(gè)薄電介質(zhì)層(圖中未示出)，以便起到電絕緣和保護(hù)作用。
中型泵主體21還包括一個(gè)位于曲面33中的垂直導(dǎo)管43，它使得當(dāng)施加電壓以便驅(qū)動(dòng)膜片與表面33形成緊密接觸時(shí)，位于膜片27和下電極25之間的小室29中的材料能夠被排出。主體21還包括一個(gè)位于上電極曲面31中的背壓控制導(dǎo)管45。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地，膜片具有預(yù)先彎曲的形狀，以便使得在電極之間的中間位置上時(shí)，彎曲部分受到壓縮并且形狀多少有些不規(guī)則。在朝向一個(gè)電極曲面運(yùn)動(dòng)時(shí)，彎曲的膜片伸直從而形成一個(gè)與曲面完全配合的平滑的均勻表面。與伸直的或受到拉伸載荷的膜片相比，彎曲的膜片每個(gè)沖程具有較大的容積，這可以通過(guò)減小致動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)。膜片在兩個(gè)穩(wěn)定位置上幾乎都處于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)，這就使得這種裝置對(duì)溫度變化或失配的敏感性減小。
膜片可以利用涂有KAPTON的金屬、經(jīng)過(guò)彎曲以便使形狀與曲面一致的金屬、或者能夠使其表面區(qū)域與曲面一致的導(dǎo)電彈性聚合物制得。通常這種聚合物材料的彈性性能應(yīng)足以使其在所述曲面之間運(yùn)動(dòng)。例如，膜片的制造可以基于為大批量生產(chǎn)的鍵盤和撓性電路制造所用的技術(shù)，從而使其加工方法得到優(yōu)化，盡管它們目前尚未用于中型泵的制造中。優(yōu)選的膜片利用聚合物薄膜、如市場(chǎng)上可以買到的KAPTON或MYLAR聚合物來(lái)制得。
由于泵主體上的膜片與電極之間的距離較大(至少數(shù)十微米)，因而靜電致動(dòng)方式并未應(yīng)用于常規(guī)型膜片泵中。然而，與驅(qū)動(dòng)膜片的其他方法相比(例如熱、洛侖茲力、氣動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng))，從功耗和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性方面來(lái)講，到目前為止靜電致動(dòng)方法是最有效的致動(dòng)方法。
眾所周知，靜電壓力非常依賴于電極之間的間距。它通過(guò)以下公式確定Pes＝Kε0E2＝Kε0V2/d2其中E為膜片與泵主體之間的氣隙中的電場(chǎng)，而V和d為相應(yīng)的電壓和間距。
例如，在介電常數(shù)為6的情況下，100伏的電壓在一微米后的薄膜上在滾動(dòng)接觸點(diǎn)上產(chǎn)生的靜電壓力為5.2個(gè)大氣壓。在此處所示的結(jié)構(gòu)中，由于如上所述，這種特殊的形狀使得膜片能夠滾動(dòng)到小室壁上，因而可以同時(shí)得到高靜電壓力和大的排量。當(dāng)施加電壓時(shí)，高靜電壓力的位置從邊緣向中心前進(jìn)，從而使接觸點(diǎn)在空腔壁上滾動(dòng)。本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)點(diǎn)是死容積最小。當(dāng)膜片27從與上曲面31的緊密接觸位置移動(dòng)至下曲面33上時(shí)，空腔中的所有空氣都會(huì)排出。因此，可以很容易得到高達(dá)75或更大的小室-通道容積比(即壓縮比)。
電介質(zhì)材料是滾動(dòng)接觸的靜電致動(dòng)器中的一個(gè)關(guān)鍵元素。它必須能夠提供電絕緣、金屬電極的鈍化、為防止靜摩擦而要求的低粘附能、以及化學(xué)穩(wěn)定的表面。諸如二氧化硅和氮化硅以及被稱作鉆石狀毫微合成物(Diamond Like Nanocomposite，DLN)的電介質(zhì)為適用的電解質(zhì)材料。后面的DLN具有高電介質(zhì)強(qiáng)度，低表面能和高耐蝕性。
在膜片與彎曲壁之間產(chǎn)生的高靜電壓力不僅會(huì)使空氣從空腔中排空，而且還提供了一個(gè)密封機(jī)構(gòu)。通道進(jìn)入空腔中的結(jié)構(gòu)方式使得這種密封能力起到一個(gè)內(nèi)置式閥的作用，從而具有較高的整流能力。在需要回流的應(yīng)用場(chǎng)合中，例如在真空泵和壓縮機(jī)中，這是一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)。
泵送過(guò)程通過(guò)連續(xù)工作的串聯(lián)的最少三個(gè)小室或單元來(lái)完成。圖3中的泵47中的各單元的排列方式使得可以串聯(lián)地加入另外的單元。圖3中的每個(gè)泵通道包括其間帶有相同膜片的一疊三個(gè)矩形平板。頂板49和底板51相同，其一側(cè)下凹從而形成空腔或狹槽，而另一側(cè)上帶有控制背壓的孔。中間板53在兩側(cè)都有凹槽，并且還具有互連導(dǎo)管所用的狹槽或孔。在圖3所示的泵47中，各個(gè)單元并聯(lián)疊放，以便提高泵送能力。
中型泵的蠕動(dòng)式正排量的操作情況如圖4中所示，其中小室A的膜片向上移動(dòng)，從而通過(guò)橫向入口將流體包(如氣體)吸入小室A的下部。在這個(gè)吸入階段中，小室B的膜片起閥的作用，牢牢地關(guān)斷小室A和B之間的垂直導(dǎo)管。從輸出中不會(huì)產(chǎn)生回流。在下一階段，這兩個(gè)膜片一起向下移動(dòng)。當(dāng)它向下滾動(dòng)至小室A的下壁上時(shí)，小室A的膜片關(guān)斷了入口導(dǎo)管，起到閥的作用，并將流體推入小室B。同時(shí)，小室B的膜片的位移在小室B中產(chǎn)生一個(gè)凹槽，將流體吸入本小室中。在循環(huán)的這個(gè)階段，小室C的膜片保持將小室B和C之間的橫向?qū)Ч荜P(guān)斷。同樣，也會(huì)防止輸出中產(chǎn)生回流。在循環(huán)的第三階段，小室A的膜片保持通向小室B和通向輸入口的導(dǎo)管緊緊關(guān)斷，而小室B和C的膜片迫使流體包進(jìn)入小室C。這樣，就完成了一個(gè)基本的泵送循環(huán)。這個(gè)循環(huán)重復(fù)進(jìn)行從而使氣體包流過(guò)無(wú)論是串聯(lián)還是并聯(lián)的單元組。
圖5示出了在參照?qǐng)D4所示的泵循環(huán)中的各個(gè)階段施加于每個(gè)小室的上(u)電極和下(1)電極上的驅(qū)動(dòng)電壓。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)膜片從與一個(gè)電極曲面的接觸轉(zhuǎn)換到與另一個(gè)接觸時(shí)，膜片受到一個(gè)咬合作用。對(duì)標(biāo)稱直徑10毫米、厚度25微米的膜片和75微米深的上下小室進(jìn)行了測(cè)試分析。觀察到了期望得到的滾動(dòng)作用。隨著電壓增大，膜片-電極開(kāi)始在外周接觸并向中心移動(dòng)，與膜片在50伏電壓時(shí)完全接觸。顯然存在一個(gè)介于48伏到50伏之間的咬合作用，并且是基于這種非線性的與位置相關(guān)的力以及膜片的雙穩(wěn)態(tài)特性。靜電力與致動(dòng)電壓的平方成正比，因此希望所需的致動(dòng)電壓隨著電壓的平方根而變化，并且發(fā)現(xiàn)這種方式也基本正確。
本發(fā)明也可以采用樹(shù)型結(jié)構(gòu)，如圖6中所示。這可以提高能力以便適用于需要大壓差和背壓控制的應(yīng)用場(chǎng)合。為了充分實(shí)現(xiàn)串聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)，每級(jí)的膜片上的背壓相應(yīng)地都得到控制。圖6中示出了背壓受控的各單元的樹(shù)狀串聯(lián)連接方式，圓圈中的數(shù)量表示的是背壓。在這個(gè)實(shí)施方案中，所有膜片的背部連接于壓力在輸出壓力和輸入壓力之間變化的小室系統(tǒng)中，從而使得任何膜片所受的壓力差不會(huì)超過(guò)一個(gè)大氣壓。在樹(shù)狀串聯(lián)連接方式的第一循環(huán)中，流量要受到最后一級(jí)的泵能力的限制。在經(jīng)過(guò)許多循環(huán)后，串聯(lián)的最后一個(gè)單元的輸出小室的壓力將會(huì)增大，從而使膜片背部的壓力增大并使流速增大，直到達(dá)到輸入級(jí)的泵送能力為止。
本發(fā)明還能夠通過(guò)以三維串聯(lián)/并聯(lián)陣列方式連接所制造的各個(gè)單元來(lái)生產(chǎn)毫托級(jí)的真空所用的真空泵。串聯(lián)操作可以實(shí)現(xiàn)較大壓力比的累積而并聯(lián)操作可以提供較高的輸出量。圖6中的裝置也可以用做真空泵，但由于膜片能夠克服一個(gè)大氣壓的壓力，因而背壓就不再是一個(gè)問(wèn)題。對(duì)于給定的泵尺寸，這種結(jié)構(gòu)形式還能夠在不影響泵速的情況下降低回流壓力。
現(xiàn)在參看圖7，所示的實(shí)施方案能夠保證將流體從第二小室如圖4的小室B正確地排放至第三小室、如圖4的小室C中。圖7中所示的上電極55包括一個(gè)位于電極55和膜片59之間的淺通道57，它通向例如位于圖4的小室B和C之間的排放通道。
圖8中示出了一種第二小室的排放效果得到改進(jìn)的替代裝置，其中上小室61包括形狀稍似橢圓的彎曲的電極表面63。
圖9中所示的本發(fā)明的實(shí)施方案表示的是每個(gè)單元只用了一個(gè)電極的實(shí)施方案。特別是，各單元利用本文中所述的制造材料和方法來(lái)制得，如上所述。然而，每個(gè)單元中只使用了一個(gè)電極。這種裝置包括一對(duì)構(gòu)成單元的主體71和73，其中一個(gè)單元71包括一種構(gòu)成一個(gè)電極的電介質(zhì)材料，而另一個(gè)主體73不具有靜電作用。膜片77延伸在兩部分主體71和73之間，從而將構(gòu)成的單元空腔分成兩半。在主體71和73中帶有一個(gè)入口導(dǎo)管79、橫向?qū)Ч?1和輸出導(dǎo)管83，以便使得流體能夠流過(guò)該裝置。
在工作過(guò)程中，膜片77向著電極75移動(dòng)且移動(dòng)回復(fù)至圖9中所示的其伸展的初始位置，可以使得流體按照與圖2和3中所示的那種裝置相同的方式吸入入口79中，通過(guò)橫向?qū)Ч?1傳送至第二單元，并通過(guò)出口導(dǎo)管83流出該裝置，舉例來(lái)說(shuō)，這些單電極裝置可以根據(jù)需要按圖4和6中所示的陣列來(lái)排列。
本發(fā)明的中型泵具有廣泛的最終用途。在軍事領(lǐng)域內(nèi)，許多任務(wù)需要檢測(cè)化學(xué)和生物制劑和爆炸物。其中包括戰(zhàn)場(chǎng)警報(bào)、反擴(kuò)散以及條約監(jiān)控等任務(wù)?？焖俚罔b別全部化學(xué)和生物制劑以及制造和銷售過(guò)程中對(duì)預(yù)報(bào)器、變質(zhì)產(chǎn)品和溶劑的檢測(cè)，都需要利用檢測(cè)技術(shù)。本發(fā)明提供的傳感器技術(shù)敏感度高、功耗小、成本低，因而能夠與多種正在進(jìn)行的程序一起使用。其中有酶基電化學(xué)傳感器、利用級(jí)聯(lián)沖擊器來(lái)監(jiān)控氣溶膠大小和濃度的氣溶膠收集器、用于生物檢測(cè)的紫外線感應(yīng)的熒光基傳感器和用于爆炸物中揮發(fā)性有機(jī)化合物及化學(xué)制劑檢測(cè)的化學(xué)傳感器。利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和毛細(xì)管電泳現(xiàn)象進(jìn)行的基于DNA技術(shù)的生物種類的鑒別已經(jīng)演示過(guò)。
由于第一次能夠制得在尺寸、重量、和功率方面與儀器的其它部分兼容的真空泵，因而本發(fā)明還能良好地適用于質(zhì)譜儀及小型現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)中所用的其它基于真空的儀器儀表。根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)在也可以第一次制造適用于小型制冷和冷卻系統(tǒng)中、或者給微流體處理系統(tǒng)中所用的氣體小室加壓的中型壓縮機(jī)，如能夠完成包括計(jì)量、采樣篩選、PCR試劑注射和采樣/試劑運(yùn)輸?shù)裙ぷ鞯默F(xiàn)場(chǎng)DNA分析系統(tǒng)。
盡管對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行了描述和說(shuō)明，但除了以下權(quán)利要求中多確定的內(nèi)容之外，并未對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
1.一種具有多個(gè)基本單元的中型泵，每個(gè)所述單元包括一個(gè)形成一個(gè)電極空腔的主體，所述電極空腔具有一個(gè)上電極和一個(gè)下電極，每個(gè)所述電極分別具有一個(gè)朝向另一個(gè)電極的曲面的曲面，以便形成所述空腔，所述主體包括可選擇地為所述電極供能的電子致動(dòng)裝置；一片雙穩(wěn)態(tài)膜片，其安裝在所述主體上并接地，并且具有一個(gè)位于所述曲面之間的所述空腔內(nèi)的主要部分，所述膜片向所述上電極和下電極的曲面撓曲，以便與其形狀一致；位于所述主體中的構(gòu)成一個(gè)端導(dǎo)管的橫向?qū)Ч苎b置，所述橫向?qū)Ч苎b置與安裝在所述主體上的所述膜片部分在操作上相連接，并且其位置使得可以通過(guò)所述膜片的運(yùn)動(dòng)來(lái)開(kāi)通或關(guān)斷，以便控制通過(guò)所述端導(dǎo)管的流體的流動(dòng)；垂直導(dǎo)管裝置，所述垂直導(dǎo)管裝置與一個(gè)電極空腔的至少一個(gè)曲面在操作上相連接以便通過(guò)所述膜片與所述垂直導(dǎo)管裝置形成接觸或脫離接觸的運(yùn)動(dòng)而控制通過(guò)其中的流體的流動(dòng)；以及互連導(dǎo)管裝置，用于連接所述單元與所述多個(gè)單元以便形成所述中型泵；由此，所述電極的致動(dòng)作用使得所述膜片在所述電極的所述曲面之間運(yùn)動(dòng)，從而使流體進(jìn)出所述主體。
2.權(quán)利要求1的中型泵，其特征在于，所述單元還包括一個(gè)垂直背壓控制導(dǎo)管，它位于相對(duì)的電極上且位于所述膜片的遠(yuǎn)離所述垂直導(dǎo)管的那一側(cè)上。
3.權(quán)利要求1的中型泵，其特征在于，所述膜片由彎曲的金屬制成以便增大其表面積并使其與所述曲面穩(wěn)定地對(duì)齊。
4.權(quán)利要求1的中型泵，其特征在于，所述膜片具有足夠的彈性以便使其表面區(qū)域與所述曲面相一致。
5.權(quán)利要求1的中型泵，其特征在于，所述膜片由一種具有足夠彈性體性能的聚合物材料制成，以便可以在所述曲面之間運(yùn)動(dòng)。
6.權(quán)利要求1的中型泵，其特征在于，在所述膜片從一個(gè)電極的曲面移動(dòng)到另一個(gè)電極的曲面時(shí)，與所述橫向?qū)Ч苎b置配合而開(kāi)通所述輸入端導(dǎo)管和輸出端導(dǎo)管中的一個(gè)，并且關(guān)斷所述輸入端導(dǎo)管和輸出端導(dǎo)管中的另一個(gè)。
7.權(quán)利要求1的中型泵，其特征在于，它包括多組基本單元，所述每個(gè)單元組包括一個(gè)第一單元，它具有一個(gè)入口端橫向?qū)Ч苎b置，所述入口端橫向?qū)Ч苎b置與一個(gè)流體源相連，所述第一單元具有一個(gè)由其垂直導(dǎo)管裝置構(gòu)成的流體出口；一個(gè)第二單元，它通過(guò)一個(gè)作為其入口源的第二單元垂直導(dǎo)管裝置與所述第一單元垂直導(dǎo)管裝置相連，并且具有一個(gè)作為其流體出口的出口端橫向?qū)Ч苎b置；以及一個(gè)第三單元，所述第三單元在入口端橫向?qū)Ч苎b置處與所述第二單元出口端橫向?qū)Ч苎b置相連，并且所述第三單元具有一個(gè)由其出口端橫向?qū)Ч苎b置構(gòu)成的流體出口。
8.權(quán)利要求7的中型泵，其特征在于，它還包括一個(gè)第四單元，它通過(guò)其作為入口源的垂直導(dǎo)管裝置與所述第三單元垂直導(dǎo)管裝置相連，并且其出口端橫向?qū)Ч苎b置作為其流體出口；一個(gè)第五單元，它具有一個(gè)入口端橫向?qū)Ч苎b置，所述入口端橫向?qū)Ч苎b置與所述第四單元的所述流體出口相連，所述第五單元具有一個(gè)由其垂直導(dǎo)管裝置構(gòu)成的流體出口；以及一個(gè)第六單元，所述第六單元通過(guò)一個(gè)作為其入口源的第六單元垂直導(dǎo)管裝置與所述第五單元垂直導(dǎo)管裝置相連，并且具有一個(gè)作為其流體出口的出口端橫向?qū)Ч苎b置。
9.權(quán)利要求7的中型泵，其特征在于，所述各組串聯(lián)連接從而產(chǎn)生連續(xù)地沿著所述串聯(lián)組累積的壓力。
10.權(quán)利要求7的中型泵，其特征在于，所述各組并聯(lián)連接以便產(chǎn)生高輸出量。
11.權(quán)利要求7的中型泵，其特征在于，所述各組以三維串聯(lián)/并聯(lián)陣列方式連接起來(lái)，從而既能產(chǎn)生壓力累積，又能產(chǎn)生高輸出量。
12.權(quán)利要求7的中型泵，其特征在于，所述各組按樹(shù)狀結(jié)構(gòu)相連，以便在不影響泵速的情況下降低回流壓力。
13.權(quán)利要求12的中型泵，其特征在于，所述樹(shù)狀結(jié)構(gòu)用作真空泵。
14.一種制造基本單元的方法，在一個(gè)中型泵中具有多個(gè)這種基本單元，包括以下步驟在主體中形成一個(gè)電極空腔，所述電極空腔具有一個(gè)上電極和一個(gè)下電極，每個(gè)所述電極分別具有一個(gè)朝向另一個(gè)電極的曲面的曲面，以便形成所述空腔；將電子致動(dòng)裝置連接到所述主體上以便可選擇地為所述電極供能；在所述主體的至少一端形成橫向?qū)Ч苎b置，以便形成一個(gè)與所述空腔連通的至少一個(gè)入口端導(dǎo)管或出口端導(dǎo)管；將一個(gè)適于向所述上電極和下電極的曲面撓曲以便與其形狀一致的雙穩(wěn)態(tài)膜片安裝在所述主體中并接地，并且使所述膜片的主要部分都位于所述曲面之間的所述空腔內(nèi)；將所述橫向?qū)Ч苎b置與安裝在所述主體上的所述膜片部分相連接，并且使所述端導(dǎo)管正確定位，從而可以通過(guò)所述膜片的運(yùn)動(dòng)來(lái)開(kāi)通或關(guān)斷，以便控制通過(guò)所述端導(dǎo)管的流體的流動(dòng)；將垂直導(dǎo)管裝置與所述空腔中的至少一個(gè)電極曲面相連接以便通過(guò)所述膜片與所述垂直導(dǎo)管裝置形成接觸或脫離接觸的運(yùn)動(dòng)而控制通過(guò)其中的流體的流動(dòng)；以及提供用于連接所述單元與所述多個(gè)單元的互連導(dǎo)管裝置，以便制得中型泵。
15.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)步驟，即提供一個(gè)位于相對(duì)電極上的且位于所述膜片的遠(yuǎn)離所述垂直導(dǎo)管的那一側(cè)上的垂直背壓控制導(dǎo)管。
16.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)步驟，即利用彎曲的金屬來(lái)制得所述膜片以便增大其表面積并使其與所述曲面穩(wěn)定地對(duì)齊。
17.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)步驟，即利用具有足夠彈性的聚合物來(lái)制得所述膜片以便使所述膜片的表面區(qū)域與所述曲面相一致。
18.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)步驟，即利用一種具有足夠彈性體性能的聚合物材料來(lái)制得所述膜片，以便使其可以在所述曲面之間運(yùn)動(dòng)。
19.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)步驟，即安放所述膜片以便使在所述膜片從一個(gè)電極的曲面移動(dòng)到另一個(gè)電極的曲面時(shí)，與所述橫向?qū)Ч苎b置配合而開(kāi)通所述輸入端導(dǎo)管和輸出端導(dǎo)管中的一個(gè)，并且關(guān)斷所述輸入端導(dǎo)管和輸出端導(dǎo)管中的另一個(gè)。
20.權(quán)利要求19的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)步驟，即將所述膜片安放在其中一個(gè)所述電極的曲面上，從而密封與所述曲面相連的垂直導(dǎo)管裝置。
21.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，它還包括以下步驟形成多組基本單元，每個(gè)所述組包括安放第一單元，使入口端橫向?qū)Ч苎b置與一個(gè)流體源相連并提供一個(gè)由其垂直導(dǎo)管裝置構(gòu)成的流體出口；通過(guò)作為其入口源的第二單元垂直導(dǎo)管裝置將第二單元連接到所述第一單元垂直導(dǎo)管裝置，并且提供一個(gè)作為其流體出口的出口端橫向?qū)Ч苎b置；以及在第三單元的入口端橫向?qū)Ч苎b置處將第三單元連接到所述第二單元出口端橫向?qū)Ч苎b置，并且提供一個(gè)由其出口端導(dǎo)管裝置構(gòu)成的流體出口。
22.權(quán)利要求21的方法，其特征在于，它還包括以下步驟通過(guò)作為其入口源的垂直導(dǎo)管裝置將第四單元連接到所述第三單元出口垂直導(dǎo)管裝置，并且提供一個(gè)出口端橫向?qū)Ч苎b置作為其流體出口；安放具有一個(gè)與所述第四單元的所述流體出口相連的入口端橫向?qū)Ч苎b置的第五單元，并使所述第五單元具有一個(gè)由其垂直導(dǎo)管裝置構(gòu)成的流體出口；以及通過(guò)作為其入口源的第六單元垂直導(dǎo)管裝置將第六單元連接到所述第五單元垂直導(dǎo)管裝置，并且提供一個(gè)出口端橫向?qū)Ч苎b置作為其流體出口。
23.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)步驟，即將所述各組串聯(lián)連接從而產(chǎn)生連續(xù)地沿著所述串聯(lián)組累積的壓力。
24.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)步驟，即將所述各組并聯(lián)連接以便產(chǎn)生高輸出量。
25.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)步驟，即將所述各組以三維串聯(lián)/并聯(lián)陣列方式連接起來(lái)，從而既能產(chǎn)生壓力累積，又能產(chǎn)生高輸出量。
26.權(quán)利要求14的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)步驟，即將所述各組按樹(shù)狀結(jié)構(gòu)連接，以便在不影響泵速的情況下降低回流壓力。
27.一種利用權(quán)利要求7的中型泵泵送流體的方法，包括以下步驟將電壓施加于接地的膜片與所述第一和第二單元的上電極之間，這時(shí)產(chǎn)生抽吸作用以便使流體通過(guò)所述第一單元入口橫向?qū)Ч苓M(jìn)入；將電壓轉(zhuǎn)換到所述第一和第二單元的下電極上，這時(shí)流體通過(guò)其第二單元垂直導(dǎo)管流動(dòng)至所述第二單元；以及將電壓轉(zhuǎn)換回至所述第二單元的上電極上，并將電壓施加于所述第三單元的所述上電極上，從而使得流體通過(guò)所述第二單元出口端橫向?qū)Ч苎b置和所述第三單元入口端橫向?qū)Ч苎b置流入所述第三單元，并通過(guò)其出口端橫向?qū)Ч苎b置從所述第三單元流出。
28.權(quán)利要求27的方法，其特征在于，在所述單元膜片從一個(gè)電極向另一個(gè)電極運(yùn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)單元的所述入口橫向?qū)Ч鼙凰鰡卧てP(guān)斷。
29.權(quán)利要求27的方法，其特征在于，在所述單元膜片與具有所述垂直導(dǎo)管的電極曲面形成接觸時(shí)，每個(gè)單元的所述垂直導(dǎo)管被所述單元膜片關(guān)斷。
30.權(quán)利要求27的方法，其特征在于，將一個(gè)足夠大的所述電壓施加于所述電極上，以使所述膜片發(fā)生非線性運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生滾動(dòng)致動(dòng)作用以便使所述流體從一個(gè)單元流至下一個(gè)單元。
31.一種具有多個(gè)基本單元的中型泵，每個(gè)所述單元包括一個(gè)形成一個(gè)電極空腔的主體，所述電極空腔具有至少一個(gè)電極，所述電極具有一個(gè)朝向所述主體的對(duì)面部分上的曲面的曲面，以便形成所述空腔，所述主體包括可選擇地為所述電極供能的電子致動(dòng)裝置；一片膜片，它在拉伸狀態(tài)下安裝在所述主體上并接地，并且具有一個(gè)位于所述曲面之間的所述空腔內(nèi)的主要部分，所述膜片適于朝向或背離所述電極的曲面彎曲；位于所述主體中的構(gòu)成一個(gè)端導(dǎo)管的橫向?qū)Ч苎b置，所述橫向?qū)Ч苎b置與安裝在所述主體上的所述膜片部分在操作上相連接，并且其位置使得可以通過(guò)所述膜片的運(yùn)動(dòng)來(lái)開(kāi)通或關(guān)斷，以便控制通過(guò)所述端導(dǎo)管的流體的流動(dòng)；垂直導(dǎo)管裝置，所述垂直導(dǎo)管裝置與所述空腔的至少一個(gè)曲面在操作上相連接，以便通過(guò)所述膜片與所述垂直導(dǎo)管裝置形成接觸或脫離接觸的運(yùn)動(dòng)而控制通過(guò)其中的流體的流動(dòng)；以及互連導(dǎo)管裝置，用于連接所述單元與所述多個(gè)單元以便形成所述中型泵；由此，所述電極的致動(dòng)作用使得所述膜片向著所述電極的所述曲面運(yùn)動(dòng)，而所述電極停止致動(dòng)作用時(shí)，所述膜片能回復(fù)至其初始位置，從而使流體進(jìn)出所述主體。
32.權(quán)利要求31的中型泵，其特征在于，所述單元還包括垂直背壓控制導(dǎo)管裝置，它位于相對(duì)的電極上且位于所述膜片的遠(yuǎn)離所述垂直導(dǎo)管的那一側(cè)上。
33.權(quán)利要求31的中型泵，其特征在于，所述膜片由一種具有足夠彈性體性能的聚合物材料制成，以便可以在拉伸狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)。
34.權(quán)利要求31的中型泵，其特征在于，它包括多組基本單元，所述每個(gè)單元組包括一個(gè)第一單元，它具有一個(gè)入口端橫向?qū)Ч苎b置，所述入口端橫向?qū)Ч苎b置與一個(gè)流體源相連，所述第一單元具有一個(gè)由其垂直導(dǎo)管裝置構(gòu)成的流體出口；一個(gè)第二單元，它通過(guò)一個(gè)作為其入口源的第二單元垂直導(dǎo)管裝置與所述第一單元垂直導(dǎo)管裝置相連，并且具有一個(gè)作為其流體出口的出口端橫向?qū)Ч苎b置；以及一個(gè)第三單元，所述第三單元在入口端橫向?qū)Ч苎b置處與所述第二單元出口端橫向?qū)Ч苎b置相連，并且所述第三單元具有一個(gè)由其出口端橫向?qū)Ч苎b置構(gòu)成的流體出口。
35.權(quán)利要求34的中型泵，其特征在于，它還包括一個(gè)第四單元，它通過(guò)其作為入口源的垂直導(dǎo)管裝置與所述第三單元出口垂直導(dǎo)管裝置相連，并且其出口端橫向?qū)Ч苎b置作為其流體出口；一個(gè)第五單元，它具有一個(gè)入口端橫向?qū)Ч苎b置，所述入口端橫向?qū)Ч苎b置與所述第四單元的所述流體出口相連，所述第五單元具有一個(gè)由其垂直導(dǎo)管裝置構(gòu)成的流體出口；以及一個(gè)第六單元，所述第六單元通過(guò)一個(gè)作為其入口源的第六單元垂直導(dǎo)管裝置與所述第五單元垂直導(dǎo)管裝置相連，并且具有一個(gè)作為其流體出口的出口端橫向?qū)Ч苎b置。
36.權(quán)利要求34的中型泵，其特征在于，所述各組串聯(lián)連接從而產(chǎn)生連續(xù)地沿著所述串聯(lián)組累積的壓力。
37.權(quán)利要求34的中型泵，其特征在于，所述各組并聯(lián)連接以便產(chǎn)生高輸出量。
38.權(quán)利要求34的中型泵，其特征在于，所述各組以三維串聯(lián)/并聯(lián)陣列方式連接起來(lái)，從而既能產(chǎn)生壓力累積，又能產(chǎn)生高輸出量。
39.權(quán)利要求34的中型泵，其特征在于，所述各組按樹(shù)狀結(jié)構(gòu)相連，以便在不影響泵速的情況下降低回流壓力。
40.權(quán)利要求39的中型泵，其特征在于，所述樹(shù)狀結(jié)構(gòu)用作真空泵。
41.一種包括多個(gè)基本單元的中型泵，每個(gè)所述單元包括一個(gè)形成一電極空腔的主體，所述電極空腔具有至少一個(gè)電極，所述電極具有一個(gè)朝向所述主體的對(duì)面部分上的曲面的曲面，以便形成所述空腔，所述主體包括一個(gè)可選擇地為所述電極供能的電子致動(dòng)源；一片膜片，它在拉伸狀態(tài)下安裝在所述主體上并接地，并且具有一個(gè)位于所述曲面之間的所述空腔內(nèi)的主要部分，所述膜片適于朝向或背離所述電極的曲面彎曲；一根位于所述主體中的構(gòu)成一個(gè)端導(dǎo)管的橫向?qū)Ч埽龆藢?dǎo)管與安裝在所述主體上的所述膜片部分在操作上相連接，并且其位置使得可以通過(guò)所述膜片的運(yùn)動(dòng)來(lái)開(kāi)通或關(guān)斷，以便控制通過(guò)所述端導(dǎo)管的流體的流動(dòng)；一根垂直導(dǎo)管，所述垂直導(dǎo)管與所述空腔的至少一個(gè)曲面在操作上相連接以便通過(guò)所述膜片與所述垂直導(dǎo)管形成接觸或脫離接觸的運(yùn)動(dòng)而控制通過(guò)其中的流體的流動(dòng)；以及至少一根互連導(dǎo)管，用于連接所述單元與所述多個(gè)單元以便形成所述中型泵；由此，所述電極的致動(dòng)作用使得所述膜片向著所述電極的所述曲面運(yùn)動(dòng)，而所述電極停止致動(dòng)作用時(shí)，所述膜片能回復(fù)至其初始位置，從而使流體進(jìn)出所述主體。
42.權(quán)利要求41的中型泵，其特征在于，所述膜片由一種具有足夠彈性體性能的聚合物材料制成，以便可以在拉伸狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)。
43.權(quán)利要求41的中型泵，其特征在于，所述膜片由一種具有足夠彈性體性能的聚合物材料制成，以便可以在拉伸狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)。
44.權(quán)利要求41的中型泵，其特征在于，它包括多組基本單元，所述每個(gè)單元組包括一個(gè)第一單元，它具有一個(gè)入口端橫向?qū)Ч?，所述入口端橫向?qū)Ч芘c一個(gè)流體源相連，所述第一單元具有一個(gè)由其垂直導(dǎo)管構(gòu)成的流體出口；一個(gè)第二單元，它通過(guò)一個(gè)作為其入口源的第二單元垂直導(dǎo)管與所述第一單元垂直導(dǎo)管相連，并且具有一個(gè)作為其流體出口的出口端橫向?qū)Ч?；以及一個(gè)第三單元，所述第三單元在入口端橫向?qū)Ч芴幣c所述第二單元出口端橫向?qū)Ч芟噙B，并且所述第三單元具有一個(gè)由其出口端橫向?qū)Ч軜?gòu)成的流體出口。
45.權(quán)利要求44的中型泵，其特征在于，它還包括一個(gè)第四單元，它通過(guò)其作為入口源的垂直導(dǎo)管與所述第三單元出口垂直導(dǎo)管相連，并且其出口端橫向?qū)Ч茏鳛槠淞黧w出口；一個(gè)第五單元，它具有一個(gè)入口端橫向?qū)Ч?，所述入口端橫向?qū)Ч芘c所述第四單元的所述流體出口相連，所述第五單元具有一個(gè)由其垂直導(dǎo)管構(gòu)成的流體出口；以及一個(gè)第六單元，所述第六單元通過(guò)一個(gè)作為其入口源的第六單元垂直導(dǎo)管與所述第五單元垂直導(dǎo)管相連，并且具有一個(gè)作為其流體出口的出口端橫向?qū)Ч堋?br> 46.權(quán)利要求44的中型泵，其特征在于，所述各組串聯(lián)連接從而產(chǎn)生連續(xù)地沿著所述串聯(lián)組累積的壓力。
47.權(quán)利要求44的中型泵，其特征在于，所述各組并聯(lián)連接以便產(chǎn)生高輸出量。
48.權(quán)利要求44的中型泵，其特征在于，所述各組以三維串聯(lián)/并聯(lián)陣列方式連接起來(lái)，從而既能產(chǎn)生壓力累積，又能產(chǎn)生高輸出量。
49.權(quán)利要求44的中型泵，其特征在于，所述各組按樹(shù)狀結(jié)構(gòu)相連，以便在不影響泵速的情況下降低回流壓力。
50.權(quán)利要求49的中型泵，其特征在于，所述樹(shù)狀結(jié)構(gòu)用作真空泵。
全文摘要
一種具有多個(gè)基本單元的中型泵,一種制造這種中型泵的方法,以及一種利用這種中型泵泵送流體的方法。每個(gè)單元具有一個(gè)形成一個(gè)空腔的主體,空腔具有一個(gè)上電極和一個(gè)下電極,每個(gè)電極具有一個(gè)朝向另一個(gè)電極的曲面。通過(guò)電連接可選擇地為電極供能。一片雙穩(wěn)態(tài)膜片的主要部分位于電極之間的空腔內(nèi),并且膜片向上電極和下電極的曲面撓曲以便與其形狀一致。一根橫向?qū)Ч芪挥谥黧w的至少一端,以便與空腔內(nèi)保持流體連通。橫向?qū)Ч芘c安裝在主體上的膜片部分在操作上相連接,并且通過(guò)膜片的運(yùn)動(dòng)來(lái)開(kāi)通或關(guān)斷。一根位于至少一個(gè)曲面上的垂直導(dǎo)管通過(guò)膜片與垂直導(dǎo)管形成接觸或脫離接觸的運(yùn)動(dòng)而控制流體的流動(dòng)。各單元互連在一起以便構(gòu)成中型泵,電極的致動(dòng)作用使得膜片在電極之間運(yùn)動(dòng),從而使流體進(jìn)出主體。優(yōu)選的中型泵包括多個(gè)三單元組,以便使流體從流體源進(jìn)入第一單元,通過(guò)垂直導(dǎo)管排向第二單元,通過(guò)橫向?qū)Ч芘畔虻谌龁卧?然后從其中排出,其中流體在電極的致動(dòng)作用下從一個(gè)單元經(jīng)過(guò)另一個(gè)單元。
文檔編號(hào)F04B45/04GK1354823SQ98814382
公開(kāi)日2002年6月19日 申請(qǐng)日期1998年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月6日
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