专利名称：带无移动部件的单向阀的微泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单向阀微型泵，尤其涉及采用气泡收缩膨胀或膜片振动实现抽吸和排挤液体的单向阀微型泵，属于微流体控制、传输、微执行器技术领域。
本发明的技术方案如下一种带无移动部件单向阀的微泵，包括泵腔室，与该腔室相连的驱动装置，泵进口及泵出口，其特征在于在泵腔室与泵进口和泵出口之间分别设有单向阀，所述的单向阀采用正反流压力损失不同的双环结构，在泵进口的一侧所布置的双环结构的出口与泵腔室相连，在泵出口一侧所布置的双环结构的进口与泵腔室相连。
本发明所述的驱动装置采用气泡收缩膨胀驱动结构，该结构主要包括驱动腔和设置在驱动腔室内的电阻丝。或者采用膜片振动驱动结构，该结构主要包括驱动腔，覆盖在驱动腔上的膜片和驱动膜片振动的装置。
本发明的技术特征还在于所述的驱动腔设置在泵腔室的一侧或与泵腔室呈上下空间组合。
本发明所提供的带无移动部件单向阀的微泵，依据流体流动性质在管道内产生的正反流压力差不同这一特性，采用双环结构起到单向输运流体的作用，避免了一般单向阀具有可动部件、容易引起可动部件疲劳损坏的缺点，延长了微泵的使用寿命，提高了微泵工作的稳定性；同时该微泵具有结构简单，容易加工，使用上便于控制的优点。
图1为采用气泡膨胀收缩驱动方式的微泵的结构原理示意图。
图2为膜片振动驱动方式微泵的结构原理示意图。
图3为驱动腔、泵腔室和膜片组合式微泵的结构原理示意图。
图4为图3的A-A剖面图。
本发明提供的微泵，采用特殊形状管道设计，即采用有正反流压力损失不同的双环结构，依据流体流动性质在管道内产生的正反流压力差不同这一特性，起到单向输运流体的作用。流体的驱动力可以采用气泡驱动和膜片驱动。下面分别进行描述。
图1为本发明提供的采用气泡驱动的带无移动部件的单向阀的微泵的结构原理示意图。该微泵包括泵腔室3，泵进口1、泵出口5以及与泵腔室3相连的驱动装置。驱动装置由驱动腔室6、设置在驱动腔6中的电阻丝7，引出电阻丝的外接电极8组成。在泵腔室3与泵进口1之间设有正反流压力损失不同的双环结构2，双环结构的出口与泵腔室3相连，在泵腔室3与泵出口5之间亦设有正反流压力损失不同的双环结构4，该双环结构的进口与泵腔室3相连。本发明中所述的双环结构，是采用于1920年在美国专利(专利号1,329,559)中公开的一种具有正反流向的流动特性不同的特殊管路结构。泵腔室3的形状可以是方形、圆形、椭圆形或其他形状。工作过程如下外接电极8接周期性脉冲电源；通电后，电压脉冲在前半周期为高电压，电阻丝7发热，使驱动腔6内液体汽化，产生气泡，气泡体积膨胀，推动驱动腔6中液体流向腔室3，腔室3中的液体则被压缩流向腔室3两侧的环形管道2、4。液体从腔室3经环形管道2，流向入口1的过程中的压力损失为ΔP1；液体从腔室3经环形管道4，流向出口5的压力损失为ΔP2。当流体在一定惯性力下，ΔP1明显大于ΔP2，因此当入口1和出口5处具有相同压力时(一般为1个标准大气压)，从泵出口5流出的流量将大于泵入口1流出的流量。电压脉冲进入后半周期，为低电压，在驱动腔室6中产生的气泡收缩迅速湮灭，使腔室3压力降低，负压作用使腔室3两侧的流体被抽吸流向腔室3。由于左右侧环路的阻力特性不同，从泵入口1端抽吸的液体流量多于从泵出口5端抽吸的流量。这样在一个周期内，实现了液体从泵入口1流向泵出口5，达到驱动流体的作用。随着电压的周期性输入，液体可以不断从入口1，输送到出口5。调节双环结构宽度、深度以及驱动腔室6的大小等等可以实现不同流量范围的控制。另外，泵加工成型后，调节电压的输入频率、有效值可以控制气泡收缩膨胀幅度和频率，进而控制微泵的流量。
图2、图3为本发明提供的采用膜片驱动的无移动部件的微泵的结构原理示意图。膜片9覆盖在驱动腔室6上，也可如图4所示，驱动腔6和泵腔室3呈上下空间组合成为一个腔室。10为封装层，11为硅层或PDMS层。在11中腔室3的上部是可振动的膜片结构9，在上面有驱动膜片振动的装置12。膜片驱动可以采取多种方式。利用膜片振动挤压腔室中的液体。当膜片9向下振动时，挤压腔室3中液体，流向腔室的左右两侧。当膜片9向上振动时，腔室3中压力降低，负压作用抽吸腔室两侧的液体。其输运原理同气泡压缩膨胀驱动流体相似，由于左右侧环路的阻力特性不同，在膜片的一个振动周期内，可实现液体从泵入口1流向泵出口5，达到驱动流体的作用。随着膜片周期性上下振动，液体可以不断从入口1，输送到出口5。调节双环结构宽度、深度，调节驱动腔室大小等等可以实现不同流量范围的控制。另外，泵加工成型后，控制膜片振幅和振动频率可以控制微泵的流量。
权利要求
1.一种带无移动部件单向阀的微泵，包括泵腔室(3)，与该腔室相连的驱动装置，泵进口(1)及泵出口(5)，其特征在于在泵腔室与泵进口和泵出口之间分别设有单向阀，所述的单向阀采用正反流压力损失不同的双环结构，在泵进口(1)的一侧所布置的双环结构(2)的出口与泵腔室相连，在泵出口一侧所布置的双环结构(4)的进口与泵腔室相连。
2.按照权利要求1所述的单向阀的微泵，其特征在于所述的驱动装置采用气泡收缩膨胀驱动结构，该结构主要包括驱动腔(6)和设置在驱动腔室内的电阻丝(7)。
3.按照权利要求1所述的单向阀的微泵，其特征在于所述的驱动装置采用膜片振动驱动结构，该结构主要包括驱动腔(6)，覆盖在驱动腔上的膜片(9)和驱动膜片振动的装置(12)。
4.按照权利要求3所述的单向阀的微泵，其特征在于所述的驱动腔设置在泵腔室的一侧或与泵腔室呈上下空间组合。
全文摘要
带无移动部件单向阀的微泵，涉及采用气泡收缩膨胀或膜片振动驱动实现抽吸和排挤液体的单向阀微型泵的结构设计。本发明采用特殊形状的管道设计，即在泵腔室与泵进口和泵出口之间分别设有正反流压力损失不同的双环结构，依据流体流动性质在管道内产生的正反流压力差不同这一特性，起到单向输运流体的作用。该带有单向阀的微泵具有结构简单，易于加工和便于控制的特点；同时由于没有移动部件，因而微泵的使用寿命相对较长，适合于脉冲式输运微量流体。
文档编号F04B43/04GK1462834SQ0313775
公开日2003年12月24日 申请日期2003年6月24日 优先权日2003年6月24日
发明者何枫, 王飞 申请人:清华大学