两腔体串联压电驱动微型泵的输出特性

介绍了一种新的双压电振子驱动的两腔三阀串联压电泵 (以下简称两腔串联压电泵 )的结构和工作原理 .利用厚度 0 18mm、直径 30mm的压电薄膜制作了尺寸为38mm× 3 5mm的两腔体串联压电泵 ,并以水为介质测试了压电泵的输出性能 .实验结果表明 ,在工作电压和频率相同的情况下 ,由两个性能相同腔体构成的串联压电泵的输出压力等于单个腔体独立工作输出压力的 2倍 ,输出流量等于单个腔体独立工作输出流量的 1 4～ 2 0倍 ,与理论分析的结果一致 .实验测得两腔体串联压电泵的最大流量和压力分别为 11 75ml/min(驱动电压 70V、频率为 5 0Hz)和 2 1 9kPa(驱动电压 70V、频率为 2 0Hz)     

带整体开启阀的双腔串联压电薄膜泵

阐述了带整体开启阀的双腔串联压电薄膜泵的工作原理并给出结构设计。对整体开启阀的过流特性进行了理论推导,定性分析了影响其过流性能的因素,并用实验加以证明。对影响压电泵性能的因素,如腔体高度、阀的结构、阀的滞后性、空穴现象等进行了理论分析与实验测试,得出了其对压电泵输出性能的影响规律。所设计带整体开启阀的双腔串联压电薄膜泵样机具有自吸性,通过调整输入电压和频率可控制泵的流量与压力输出,工作性能稳定。在输入电压为200 V、工作频率为250 Hz左右时,最大输出流量和压力可分别达到950 mL/m in和75 kPa,自吸高度为0.285 m。     

双入口压电泵的流体混合仿真分析与验证

为简化微流体混合器的结构,在单腔体有阀压电泵的基础上,设计了一种新型的双入口压电泵。对双入口压电泵的结构及工作过程进行了分析,得出双入口压电泵可以实现两种流体的主动混合。为进一步研究双入口压电泵在进行流体混合时的混合形态,利用Fluent软件,对双入口压电泵工作过程中,泵腔内的流场形态进行模拟仿真,得出结论:双入口压电泵工作时,两个入口吸入的流体在泵腔内不发生混合,在出口单向阀处混合后输出。为验证仿真结果,对双入口压电泵进行流体混合试验测试,测试结果表明:双入口压电泵在工作时,泵腔内两种流体的交界面清晰,并不进行混合,在出口处混合后输出,与仿真结果一致。进一步测试了在不同驱动频率下,双入口压电泵的两入口吸入量占泵出量的百分比,得出结论:双入口压电泵的两入口吸入量占泵出量的百分比随着驱动频率的变化而发生变化,可以通过调节双入口压电泵的驱动频率来控制混合后流体的性质。     

微流体混合用双入口压电泵的研制

对双入口压电泵进行了结构设计及工作过程分析,推导了单腔体压电泵的输出流量与入口截面积的关系。搭建了双入口压电泵的试验测试系统,分别对单入口压电泵和双入口压电泵的输出性能进行试验测试。试验结果表明:双入口压电泵的最大输出流量比单入口压电泵提高77.4mL/min;双入口压电泵的最大输出压力比单入口压电泵提高1.92kPa,双入口压电泵可以实现两种流体的混合。理论分析及试验结果表明:双入口压电泵可以提高单腔体压电泵的输出性能,并实现两种流体的混合,同时通过控制双入口压电泵的驱动频率,可以实现对两种流体的变量混合。     

矩形压电振子式主动阀压电泵的设计及其性能

根据压电泵的工作原理,基于两端夹持式主动阀开发了矩形压电振子式主动阀压电泵,对其结构及工作原理进行了说明。计算了其理论流量,剖析了流量的影响因素。通过试验研究得出:泵在工作时阀腔压电振子与泵腔压电振子之间的最佳相位差是70°和250°。测试了阀腔压电振子在不同电压、频率驱动信号作用下压电泵的输出特性。同时,对主动阀压电泵的双向泵送能力进行了比较分析。实验结果表明:与正弦波相比,方波作为矩形压电振子主动阀的控制信号时,流量相对比较大。频率为70Hz时,最大流量为140mL/min;在高频情况下,矩形压电双晶片式主动阀压电泵的流量保持较好,圆形压电振子式主动阀压电泵的流量下降明显。     

基于PMMA内嵌三维流道的压电驱动微混合器

为改善微尺度下流体的混合效果,提高微混合器的混合效率,设计制造了一种基于PMMA内嵌三维流道的压电驱动微混合器。该微混合器以双腔串联压电泵为驱动源,结合Y型多拐角螺旋式三维流道,基于PMMA封装键合工艺,在一定温度、压力条件下键合而成。应用CAE软件对结构进行了仿真优化设计,优选出最佳结构参数,最终确定外形尺寸为50mm×35mm×7.2mm。在实验室内进行了脉动和混合效果实验,实验结果表明:当频率为50Hz,输出流量约为1mL/min时,流道内脉动效果明显;压电微泵脉动混合技术和多拐角流道结构促进微流体混合,是一种融合了主、被动混合器特点的新型微混合技术。     

双作用压电薄膜泵

对单振子、双腔、四阀双作用压电薄膜泵的输出特性进行了研究,解释了该种压电薄膜泵的结构和工作原理.以有机玻璃为原材料加工制作了试验样机,并以水为介质测试了振子工作晶片的数量以及单、双腔工作对压电泵输出流量的影响规律,分析了增频后双作用泵输出性能不如单作用泵的原因.通过对双作用压电薄膜泵的输出流量和压力的测试得出:当双作用泵工作频率低于40Hz时,其输出流量优于单作用泵,能够提高机械转化效率;工作过程无脉动现象;在100V正弦交流信号输入下,它的最佳工作频率为20Hz,输出流量为785mL/min,输出压力为14kPa.所得到的试验结果为有阀压电薄膜泵的设计和开发奠定了基础.     

双晶片两主动阀式压电泵的设计及试验

以双晶片压电振子为驱动元件,研制了两主动阀式压电泵。结合该泵的机械结构,详细分析了主动阀压电泵的作用机理。根据双晶片压电振子式主动阀压电泵对驱动信号的要求,搭建了两主动阀式压电泵的试验测试控制系统。最后对主动阀泵进行了性能测试和试验研究。结果表明,在电信号频率为40 Hz时,泵的正向最大输出流量为180 ml/min,反向最大输出流量为170 ml/min,正向最大输出压力为6 kPa。     

电磁驱动主动阀压电泵的设计及其性能

提出并设计了一种新型的主动阀压电泵。与被动阀压电泵通过流体流动开启阀片方式不同,该泵通过电磁驱动方式控制压电泵的进出口阀的开启、关闭,从而降低了阀在开启、关闭时压电泵腔内流体的能量损失。同时可以根据压电泵工作性能的需要,通过调整控制信号的占空比和相位控制阀的开启、关闭时间,这不仅可实现单一机械结构下对液体泵送方向的主动控制,而且对于流体的流量也可进行控制,为提高压电泵的性能提供了一种新的手段。试验表明:该泵在30 Hz的条件下工作时,最大输出流量为160 mL/min。     

压电薄膜泵驱动的新型直线马达

提出了一种由压电薄膜泵和液压缸构成的新型直线马达(简称压电液压马达)。介绍了其结构和工作原理,并进行了性能分析与测试。利用尺寸为35 mm×1 mm的薄膜型压电振子制作了两腔体串联压电泵,并与直径15 mm、有效行程100 mm的液压缸进行了联机试验。研究结果表明,在驱动频率一定,驱动电压超过100 V时,驱动力与速度随电压的提高线性增加。在驱动电压为140 V、工作频率为70 Hz的条件下,获得压电液压马达的最大速度和推力分别为14.5 mm/s和17.8 N,最大输出功率为63.5 mW。     

单腔单阀压电喷流泵

根据压电泵的工作原理开发了一种适用于喷流推进的压电泵.通过分析这种压电泵在一个周期内的工作状态及喷嘴直径对喷射高度的影响,制成了单腔、单阀结构的试验样机,并以水为介质测试了输出性能.实验结果表明:在200 V正弦电压作用下,样机工作频率为45 Hz时流量最大,达425 ml/min;工作频率为75 Hz时输出压力最高,为22 kPa,此时最大喷射高度可达105 cm.压电喷流泵以简单的结构实现了较高的压力输出,证明将其用作喷流推进是可行的.     

流量最佳频率为50 Hz的压电泵特性

设计了输出流量最佳频率为50 Hz的压电泵。测定了压电泵的进出口布置方式、进出水管管径、密封圈布置方式、腔体高度对压电泵流量最佳频率的影响规律。所设计的压电泵可直接利用日常照明电驱动,可通过电阻分压的方法实现压电泵的流量调节。试验结果表明:以水为工作介质,该压电泵在通用的50 Hz、220 V正弦交流电压驱动下工作性能稳定;流量可达到600 mL/min;省去了特制电源,从而大大降低了成本,具有较好的应用前景。     

基于电渗驱动的聚二甲基硅氧烷薄膜微泵

设计了一种电渗驱动聚二甲基硅氧烷(polydimethyl siloxane,PDMS)薄膜式微泵,建立了该泵在理想情况下的数学模型。在实验室中设计并制作了样机,并在输入电压30V、输入频率1.4Hz时,得到最大的输出流量为133μL/min(选用纯净水为测试液体)。为得到高性能的输出,通过实验找到一个占空比为30%的控制信号。通过一系列系统实验进一步验证:电渗驱动PDMS薄膜式微泵性能稳定、输出流量易于精确控制、不受输送药剂特性限制,适用于生化分析领域。     

电潜泵用两级涡流气液分离器串联数值模拟研究

为了对比单级分离器和两级串联分离器的分气效果,找出两级串联分离器分气效果不理想的原因, 以潜油电泵用涡流气液分离器为原型,构建了两级涡流串联结构,并通过耦合边界条件,采用欧拉模型-PBM 模型建立了两级涡流分离器数值模拟模型。结果表明,两级串联分离器的分气效果明显好于单级分离器,但两级分离器内部压力小于对应位置处的油套环空压力,导致排气孔处出现回流现象,尤其是上部分离器出口处压差大,流速高,流体含气率大,大幅降低了两级分离器的分气效率;当入口含气率达到90.0%时,两级分离器失效。该研究成果对拓宽潜油电泵应用条件具有重要的现实意义,对类似工具模拟具有重要的借鉴作用。     

(Bi1/2Na1/2)1-xBaxTiO3系无铅压电陶瓷的现状

综述了(Bi1／2Na1/2)1-xBaxTiO3系无铅压电陶瓷的最新研究进展。简述了A位非化学计量改性及几种较成功的掺杂改性方法。将A位掺杂(如La^3 )、B位掺杂(如Co^3 、Nb^5 )以及综合掺杂(如Ce^3 、Ce^4 )的优缺点和掺杂机理进行了归类比较。解释了各系统中相应掺杂引起性能变化的原因，为进一步开展无铅压电陶瓷的研究提供参考。     

基于电解反应的便携式微流体泵送装置设计及其性能研究

微流体的进样和高效泵送是微流控芯片技术实现其功能的基础,目前多采用微流体注射泵实现对微量流体的输送,但与微流控芯片相比,泵体体积较大,且难于与芯片集成.本文基于电解食盐水原理,设计并开发了一种廉价的便携式微流体泵送装置,通过直流电源电解生成的气相流体产生的压力驱动2种液相流体流动,实现了对微流体的可控泵送.微泵主体结构由3D打印而成,用于微泵性能测试的PDMS微流控芯片则利用软光刻工艺加工,体积仅为数立方厘米.在5~10 V直流电压的驱动下,可实现4~12 L/min的流量,且流量与电压呈近似线性关系.利用该装置,在自主设计、加工并封装的液滴生成微流控芯片中生成了均匀的液滴,验证了该装置在微流体泵送过程中的可靠性.     

一种压电换能器的结构设计与拉伸式装配方法

压电换能器装配预应力直接影响产品性能。大直径压电换能器对装配预应力控制和压电陶瓷应力分布均匀性提出了更高的要求。为实现大直径压电换能器的高预紧力装配,开展了大直径压电换能器结构设计、装配方法设计和径向应力均匀化研究。首先,基于传输线方法和模态分析开展压电换能器设计,采用Morris方法进行了尺寸参数对压电换能器纵振频率、振幅比和节面位置偏差的灵敏度分析,并设计了预期性能的压电换能器;然后,根据压电换能器对预应力控制的需求,提出了一种液压拉伸式装配方法;针对拉伸装配过程中压电陶瓷组的径向应力分布不均匀问题,对拉伸装配过程中的2个关键状态进行了静应力分析,以指导压电换能器的结构改进设计;最后,设计了拉伸装配装置,并基于该装置完成了压电换能器装配试验。试验结果验证了所提拉伸式装配方法可实现预期性能的压电换能器装配。压电换能器装配后的串联谐振频率和并联谐振频率分别稳定在18.05 kHz和19.57 kHz附近,串联谐振阻抗在10Ω以内,机电耦合系数在0.34～0.36之间。研究结果为控制压电换能器装配预应力提出了新的解决思路,并为大直径压电换能器设计时如何均化陶瓷应力状况提供了解决方法。     

PVA/胶原共混溶液的流变性能

采用共轴圆筒旋转流变仪和锥-板型转子流变仪研究了聚乙烯醇(PVA)和胶原(COL)共混溶液的稳态和动态流变性能,讨论了温度、共混比、浓度对流动曲线的影响.结果表明:PVA/COL共混溶液为假塑性流体,其偏离牛顿流动行为的程度与共混物的组成和浓度有关.胶原对于体系流变性质的影响居于主要地位,共混溶液具有和胶原相似的流变行为,如弹性效应占主导(G′>G″)、相似的剪切变稀曲线、相近的动态变性温度等.当PVA含量增至80%时,PVA/COL共混溶液的动态变性温度比纯胶原的提高了约2 ℃,且流动性好.浓度对于PVA/COL共混体系粘弹性的贡献以弹性增加为主;浓度越高,流体弹性特征越显著且结构越稳定.     

一种新型微流体主动混合器的仿真与分析

针对本文设计的一种新型压电驱动的微流体主动混合器进行建模和仿真,对压电驱动振子进行模态分析,得到其固有频率和振型;以水为流体,对混合器和其内部流体进行流固耦合分析,得到压电振子对混合器内流场的扰动状况;分别在未施加激励和施加激励的情况下,对不同温度的水进行混合仿真实验,得到混合器内不同位置的混合状况。通过比较和分析仿真实验结果,验证了混合器的工作性能。     

新型压电输送振子振动模态有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,对用于行波型超声物料输送装置的压电输送振子进行了模态分析,讨论了压电输送振子结构参数对振动模态的影响,为压电输送振子进一步的结构参数修改提供了指导,为行波型超声物料输送装置的设计奠定了基础。