专利名称：椭圆组合管无阀压电泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及微流体传输与控制以及微机械技术领域，尤其涉及一种无阀压电泵。
背景技术：
压电泵是机械式微泵的一种，属于容积泵，广泛应用在药物微量输运、细胞分离、 电子产品(如CPU)降温、燃料微量喷射、化学微分析、管道流动中转捩控制等领域。目前压 电泵主要分为有阀压电泵和无阀压电泵两类。有阀压电泵结构比较复杂，难于加工，而且不 适合在高频的工作频率下工作，容易产生断流现象，工作时产生的噪音较大。无阀压电泵结 构简单，更适合于小型化和微型化，可以满足在高频频率下的工作要求，克服了有阀压电泵 断流有噪音的缺点，防疲劳性能良好。常用的无阀压电泵中，扩散/收缩管型无阀压电泵将 传统泵的驱动源部分、传动部分及泵体三者合为一体，克服了由于运动导致的压力损失、磨 损、疲劳破坏以及对某些敏感流体的性质所造成的不良影响。常用的扩散/收缩管型无阀 压电泵具有“Y”形管无阀压电泵和“V”型管无阀压电泵，“Y”形管无阀压电泵的进出口流 管由一个合流管和两个分流管组合成“Y”字形，其合流管和分流管均为等截面矩形管，其缺 陷是等截面矩形的合流管与分流管的尺度较大，不利于微型集成化。“V”型管无阀压电泵 的进出口流管由一个等截面矩形管为合流管和两个扩散(收缩)分流管组合成，其缺陷是 进出口流管与泵腔不在同一个面上，导致加工和制作的困难，而且，等截面矩形的进出口流 管使得正反向流阻比偏小，无法提高流量。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有的无阀压电泵流量小的不足而提供一种椭圆组合 管无阀压电泵，体积小，流量大，体积流量系数高。本发明采用的技术方案是包括泵体、泵盖和压电振子，泵体和泵盖静电键合，压 电振子固定于泵体下部正中，泵盖上具有泵进口和泵出口，泵体上设置进口流管、出口流管 和泵腔，进口流管和出口流管分别连通泵腔，泵进口和泵出口分别连通进口流管和出口流 管，进口流管和出口流管结构相同且同轴设置，并与泵腔的圆心等距；进口流管和出口流 管均由汇流锥管和分别与汇流锥管大端连通的两个分流椭圆管组成，两个分流椭圆管的 轮廓线均由两个长、短轴重合但长度不同的大小两个同心椭圆线段组成，大椭圆短半轴为 450 u m、长半轴为1200 u m且与汇流锥管的中心线垂直，小椭圆线段的起点位于汇流锥管 大端面的末端，且大、小椭圆的长半轴之差等于其短半轴之差；大椭圆与汇流锥管的中心线 相切，两分流椭圆管的包角均为60°。本发明的有益效果是①尺度小，流阻系数比高，获得高容积效率的同时有较高的 体积流量系数(单位整泵体积可获得的流量)；②空化性能好、内部流动涡流小，对所输运 介质无损伤；③单向流阻较其它结构的无阀压电泵大为降低，故能耗小，节能效果显著；④ 结构简单，可防电磁干扰，流量较容易控制，可在较高频率下工作，可应用于细胞或高分子 以及药物微量输运、化学及生化的定量、电磁场的干扰及电子产品降温等领域。
图1为本发明结构剖视图；图2为图1中A-A剖面图；图3为图2中I局部放大图；图4为图2中进口流管4(出口流管7)的几何结构放大图；图5是本发明吸入过程工作原理图；图6是本发明排出过程工作原理图；图中1.泵进口 ；2.泵盖；3.泵出口 ；4.进口流管；5.压电振子；6.泵腔；7.出口 流管；8.泵体；9.汇流锥管；10、11.分流椭圆管。
具体实施例方式如图1-3，本发明包括泵体8、泵盖2和压电振子5，泵体8和泵盖2静电键合在一 起，压电振子5通过黏结剂固定于泵体8下部正中位置。在泵盖2上加工出泵进口 1和泵 出口 3，泵进口 1和泵出口 3分别外接进口管与出口管。应用MEMS加工技术在泵体8上加 工出两个相同结构的进口流管4、出口流管7和泵腔6，其中，泵腔6位于进口流管4和出口 流管7之间，进口流管4和出口流管7分别连通泵腔6，三者互相相通。这两个相同结构的 进口流管4和出口流管7同轴设置，并且彼此与泵腔6的圆心距离相等。泵盖2上的泵进 口 1和泵出口 3分别连通进口流管4和出口流管7。进口流管4和出口流管7均是由汇流锥管9与两个分流椭圆管10、11组成的椭圆 组合管，两个分流椭圆管10、11分别与汇流锥管9连通，汇流锥管9是截面为矩形的锥管， 两个分流椭圆管10、11相对于汇流锥管9的中心线对称布置，两个分流椭圆管10、11在汇 流锥管9的大端面处结合连通。如图4，进口流管4和出口流管7的几何结构为在汇流锥管9大断面处延接两 个分流椭圆管10、11，两个分流椭圆管10、11的轮廓线均由两个长、短轴重合但长度不同 的大小两个同心椭圆线段组成。以两个同心椭圆中的大椭圆为基准，大椭圆长半轴a为 1200 u m,大椭圆短半轴b为450 y m ；大椭圆长半轴a与汇流锥管9的中心线垂直，使大椭 圆与汇流锥管9的中心线相切，分流椭圆管10、11的包角0等于60°，小椭圆线段的起点 位于汇流锥管9大端面的末端，且两同心大小椭圆的长半轴之差等于其短半轴之差。汇流 锥管9的长度k为3000 u m,汇流锥管9最小截面的宽度h为150 u m,最小截面的长度为 150iim，锥角e丄为7°，最小截面管口处的圆角半径r为75 iim。本发明工作时，吸入过程如图5，压电振子5通电后，当压电振子5向下振动时，泵 腔6体积增大，泵腔6内的压强降低且小于外界压强，因此流体从泵腔6外流向泵腔6内， 由于进口流管4和出口流管7是由汇流锥管9和两个分流椭圆管10、11连通组成的椭圆组 合管，在正反方向上形成的压力损失不相等，泵进口 1的流进量Qd大于泵出口 3的流进量 Qn,即Qd > Qn，压电泵总的流进量为Q = Qd+Qn。排出过程如图6所示，当压电振子5向上振动时，泵腔6体积减小，泵腔6内压强 增大且大于外界压强，从而流体排出泵腔6，此时与吸入过程相反，泵进口 1的流出量Q' d 小于泵出口 3的流出量Q' n，即Q' d<Q' n，此时压电泵总的流出量为Q = Q' d+Q' n。由于压电泵振幅一定，流入泵腔6和流出泵腔6的流量相等，即Qd+Qn =
4Q' d+Q' n，所以压电泵进出口的流出量为Qd_Q' <!或9' n_Qn，此值大于0，即一个往复周期 里流体是从泵的进口流向出口，这就实现了整个压电泵对流体的单向输运，具体关系如下 表1 表 权利要求
一种椭圆组合管无阀压电泵，包括泵体(8)、泵盖(2)和压电振子(5)，泵体(8)和泵盖(2)静电键合，压电振子(5)固定于泵体(8)下部正中，泵盖(2)上具有泵进口(1)和泵出口(3)，泵体(8)上设置进口流管(4)、出口流管(7)和泵腔(6)，进口流管(4)和出口流管(7)分别连通泵腔(6)，泵进口(1)和泵出口(3)分别连通进口流管(4)和出口流管(7)，其特征是进口流管(4)和出口流管(7)结构相同且同轴设置，并与泵腔(6)的圆心等距；进口流管(4)和出口流管(7)均由汇流锥管(9)和分别与汇流锥管(9)大端连通的两个分流椭圆管(10、11)组成，两个分流椭圆管(10、11)的轮廓线均由两个长、短轴重合但长度不同的大小两个同心椭圆线段组成，大椭圆短半轴为450μm、长半轴为1200μm且与汇流锥管(9)的中心线垂直，小椭圆线段的起点位于汇流锥管(9)大端面的末端，且大、小椭圆的长半轴之差等于其短半轴之差；大椭圆与汇流锥管(9)的中心线相切，两分流椭圆管(10、11)的包角均为60°。
2.根据权利要求1所述的椭圆组合管无阀压电泵，其特征是汇流锥管(9)截面为矩 形，管长为3000 ym，位于汇流锥管(9)小端的最小截面的宽度为150i!m、长度为150i!m; 汇流锥管(9)的锥角为r，汇流锥管(9)小端的管口圆角半径为75 ym。
全文摘要
本发明公开一种椭圆组合管无阀压电泵，包括泵体、泵盖和压电振子，泵体上设置进口流管、出口流管和泵腔，进口流管和出口流管结构相同且同轴设置，并与泵腔的圆心等距；进口流管和出口流管均由汇流锥管和分别与汇流锥管大端连通的两个分流椭圆管组成，两个分流椭圆管的轮廓线均由两个长、短轴重合但长度不同的大小两个同心椭圆线段组成，大椭圆短半轴为450μm、长半轴为1200μm且与汇流锥管的中心线垂直，小椭圆线段起点位于汇流锥管大端面的末端且大、小椭圆长半轴之差等于短半轴之差；大椭圆与汇流锥管的中心线相切，两分流椭圆管的包角均为60°；本发明尺度小，流阻系数比高，空化性能好，对所输运介质无损伤，可防电磁干扰且流量较易控制。
文档编号F04B53/00GK101975153SQ20101050590
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者何秀华, 王健 申请人:江苏大学