微型压电泵系统的设计研究

提出了一种整机采用迭片式结构,单向阀采用悬臂梁式薄片阀的新结构微型压电泵,设计、制作了实验用样机泵,设计了正弦信号发生器电路,将产生的正弦信号经过电压放大和功率放大后,作为该泵的电源驱动,通过对该泵的工作性能进行较为系统的实验测试和研究,提出了利用多腔体串联结构提高压电泵性能的优化设计方案。实验测试表明,该泵工作性能稳定(样机尺寸:Φ15 mm×1.8 mm;50 V正弦信号输入,80 Hz条件下,最大输出压力22 kPa,流量达到3.6 ml/min)。该泵的设计方法及所用制作工艺可用于研发大量生产的实用微型泵。     

四腔并联压电泵结构设计

为提高压电泵的输出性能,设计了一种层叠型四腔并联有阀压电泵.在80 V正弦交流电驱动下,40～400 Hz工作频率内,以水和空气作为介质,分别选用不同数量的压电振子进行驱动,在不同的驱动方式(指振子间工作时的相位差)下对泵的输出性能进行试验测试.结果显示,当泵送空气时,不管多少个振子进行驱动,驱动方式对泵的输出流量几乎...     

双腔薄膜阀压电泵的实验研究

实验研究了理论所不能解释的多种因素对双腔压电泵输出流量的影响规律。选取了一种高效的橡胶薄膜阀片,设计并制作了具有较高输出能力的双腔泵样机。120 V交流信号下,双腔串联压电泵最佳工作频率为180 Hz,输出参数为520 ml/min、22 kPa;双腔并联压电泵最佳工作频率为420 Hz,输出参数为980 ml/min、28 kPa。通过实验确定了双腔压电泵的最佳腔体高度及双腔串联、并联压电泵压电片的最佳驱动方式。     

轴向出流的单腔压电泵结构设计与性能研究

为提高压电泵的输出性能,设计了一种新型轴向出流的单腔有阀压电泵。泵体结构主要由3部分构成,即固定压电振子的上盖、带有腔体结构和被动截止阀的中间体及起压紧和密封作用的下盖。轴向出流的单腔压电泵的结构是将进口阀安装在圆柱形腔体的中心位置,保证进口管的轴线与压电振子垂直,出口阀安装在泵腔外,通过导流槽与泵腔连接,形成轴向进出流方式。将轴向出流的单腔压电泵和早期设计的侧向出流压电泵进行输出性能测试,试验发现,在低频工作阶段,侧向出流的单腔压电泵输出效果要略高于轴向出流,在高频工作阶段,后者要高于前者,而在整个40~400 Hz测试范围内,后者输出的液体压力都要高于前者。     

非对称坡面腔底无阀压电泵

提出了一种新型的非对称坡面腔底无阀压电泵,这种泵巧妙地利用了泵腔内部的空间,将泵腔底部沿吸入口和排出口方向设计成非对称坡面形状,非对称坡面腔底与压电振子之间形成非对称交替排列的一组锥形流道.当泵工作时,使流体产生单向流动,从而可以不再需要传统的锥形流管;建立了这种泵关于平均值的流阻系数与泵流量关系的力学模型,并利用该模型分析了泵的工作原理;最后制作了非对称坡面腔底无阀压电泵,利用试验证明了上述理论的正确性.试验用泵采用的工作电压为220 V,工作频率为50 Hz,压电振子有效直径为30 mm,当非对称坡面的倾角差为70°,工作介质为水时,泵产生了4.67 mm水柱的压差.     

层叠型双腔并联压电泵性能研究

为提高层叠型双腔并联压电泵的输出性能,在出口通孔处设计了隔板结构,以阻止流体同时出流时产生的正向碰撞和向对面腔内回流问题。采用液体水和空气作为输送介质,对试验样机进行了试验测试,结果表明:隔板结构可以大幅度提高层叠型双腔并联压电泵输送液体介质的能力,在80 V正弦交流电驱动下,最大输出流量可达460 mL·min^-1,与没有隔板结构比较,输出流量可提高约30%。对该结构压电泵单个振子驱动与2个振子驱动时的关系进行了试验验证,结果表明:当工作介质为气体时,不管是同步驱动或异步驱动,2个振子工作时输出流量约为2个单个振子独立工作时输出流量之和;当工作介质为液体时,在2个振子同步驱动时输出流量出现小于单个振子工作时的输出流量情况,而异步驱动输出流量约为2个单个振子独立工作时输出流量和的1.4倍。     

双腔串联两阀与三阀压电泵的性能研究

研究了双腔串联两阀压电泵与三阀压电泵的输出性能,分析了这两种泵的结构和工作原理,理论分析得出:三阀泵输出性能优于两阀泵。设计制作了两阀泵与三阀泵实验样机,并通过实验测试证明了理论分析的正确性。分别对两阀泵和三阀泵进口腔和出口腔独立工作时流量输出进行了实验测试,并把进口腔和出口腔独立工作时输出流量相加之和,与两腔一起交叉工作时进行了比较。实验测试表明:两阀泵和三阀泵样机在200 V交流驱动电压下,最大输出流量分别 为972 ml/min和1 035 ml/min,最大输出压力分别为28.7 kPa和40 kPa,最大自吸高度分别为0.41 m和0.43 m水柱高。     

压电泵立体阻网法的研究

倍受关注的属于自身无化学污染源及无电磁污染源的容积型有阀压电泵工作时,将发生气穴现象,而且由气穴演化成的气泡将会从泵内流出。气穴的发生将产生噪声并缩短泵的寿命。流出的气泡也严重地影响到了它在医疗、卫生、保健等与输液、输血有关领域的应用。为此开发了一种立体阻网法。通过试验证明了立体阻网法有效地控制气穴的产生和消除气泡的流出,同时有效地抑制了噪声输出。从理论与试验两方面,分析讨论了填充阻网后,阻网层数、驱动频率与泵流量的关系。     

一种新型单腔双振子压电泵的结构设计和性能试验

为优化单腔双振子压电泵的结构,提高输出性能,设计了一种新型结构的单腔双振子压电泵。将新设计结构同前期设计结构进行了比较,并对两种结构的试验样机进行了输出流量测试。试验显示,新结构的输出流量是前期结构输出流量的2倍,最大流量可达800mL/min。将新结构加工了不同腔体初始容积样机,得到了压缩比对泵输出性能的影响。试验发现,当腔体高度为1.2mm,工作时的压缩比为1/46,此时单腔双振子压电泵整体输出效果最好。分析了单腔双振子压电输送液体和气体时工作特点,得到泵输送液体介质时最佳工作频率点远远低于输送气体介质。     

双腔四振子混联气体压电泵性能分析

为构造输出能力较大的气体压电泵,采用四振子驱动的方式,设计了双腔四振子混联气体压电泵。通过理论推导,得到四振子混联泵输出能力的理论计算公式,并计算了在工作频率段内理论输出结果。应用GL-103B型皂液式气体流量计,测试了泵送空气时的输出流量值及输送液体水的流量输出。试验结果显示,当工作介质为空气时,泵的最佳工作频率点很高,大约在360Hz附近,最大输出流量可达3405mL/min,但零流量时输出压力却非常小,仅能达到2.7kPa;当工作介质为水时,泵的最佳工作频率点在140Hz附近,最大输出流量为1078 mL/min,零流量时输出压力可达49kPa。这表明,四振子混联泵在泵送气体介质和液体介质时工作性能存在很大差异,研究结果为泵的实际应用提供了参考数据。     

一种压电式精密输液微泵的试验研究

提出了一种用于精密输液的压电驱动式微型泵,该泵在结构、原理上均有别于传统泵.在实验室中设计、制作了实验样机,同时为取得控制流体精密输送的方法与规律,自行设计、制作了专用电源.通过系统的实验测试和研究进一步验证:压电驱动式微泵性能稳定、能够实现流体的精密输送、且适于微小型化,可为研发具有实用意义的精密输液微泵提供有益借鉴.     

压电振子及流体对泵近场噪声的影响

研究了压电振子的弯曲振动形变及振动辐射噪声.首先建立压电泵压电振子振动方程,导出弯曲振动形变函数;提出用微平面活塞振动理论简化压电振子振动模型,推导了近场声压理论计算方程及泵内流体对泵噪声贡献量方程;最后把理论计算结果与试验结果进行比较分析,分别得出在不同频率下压电振子及泵内流体对泵噪声贡献的大小.在输入频率为50 Hz时,泵噪声的理论值为45 dB,实际值为37 dB,泵内流体对泵噪声的影响较大,实际值与理论值的相对误差为21.6%;在输入频率为120 Hz时,泵噪声的理论值为61 dB,实际值为62 dB,泵内流体对泵噪声的影响较小,实际值与理论值的相对误差为1.6%,证明了本研究所提出理论的正确性.     

旋转激励磁铁数对压电俘能器输出性能的影响

考虑现有旋转发电机无法适应高/匀速旋转运动且振动冲击/噪音大、可靠性低等弊端,提出了一种由旋转磁铁激励的压电俘能器,并从理论及试验两方面研究了旋转磁铁数量(间距)对激振力及压电振子发电特性的影响规律。结果表明,在其它条件确定的情况下,存在使激振力最大的最佳旋转磁铁间隙比(磁铁直径与相邻磁铁间距离之比);间隙比为2时的激振力幅值为间隙比为0和4时的6.2倍。采用2,12,24个旋转磁铁激励发电时,电压-转速特性曲线中均存在多个使输出电压出现峰值的最佳转速,其中最大峰值电压及其所对应的最佳转速分别为29.4,87.2,28.4V和1 282.5,707.5,2451r·min-1;12个旋转磁铁激励的最大输出电压为其它两种情况的3倍。此外,压电振子一次激励所生成电能(波形数量及幅值)还与旋转磁铁数量及转速有关。2个旋转磁铁在低转速时仅能激励出1个较大幅值电压波形,而高转速时可生成4个幅值较大的自由振荡波形;12个磁铁在任何转速下都仅能激励出1个电压波形。实验显示动磁铁数量是影响旋转压电俘能器发电量及输出功率的关键要素。     

含金属芯压电纤维的驱动特性研究

针对含金属芯压电纤维这种新型驱动器的确定特性,建立了悬臂杆结构含金属芯压电纤维驱动器的理论模型.根据第一类压电方程,推导出了自由端位移、夹持力和纵向共振频率的解析表达式,分析了金属芯性能和半径对这3个参数的影响;并把理论计算结果和有限元分析结果进行了比较.通过实验测量了自由端位移和夹持力.理论和实验结果表明,这种驱动器...     

悬臂梁阀单腔压电泵设计方法研究

给出了悬臂梁阀单腔压电泵的理论分析,根据压电振子与流体耦合的理论,建立了压电泵系统的动态模型.分析了流体质量、输出压力和系统阻尼对压电泵最佳工作频率的影响,认为减小腔体高度可以提高压电泵的最佳工作频率,提高压电泵的稳定性.通过分析压电振子结构参数对变形量的影响规律,确定了振子的最佳结构参数,认为压电陶瓷层与金属基板厚度比取0.45～0.55,直径比取0.8～0.9最佳.研究了压电泵出流形式对压电泵输出能力的影响,认为轴後向出流有利于提高压电泵的输出能力.     

串联弯曲臂压电微电机机理初步研究

把两片压电双晶片(PZT Bimorph)串联在一起,构成串联弯曲臂.一端固定,另一端自由时,在相位差为π/2的一定频率的方波信号驱动下,弯曲臂的自由端将形成类似椭圆的运动轨迹.以串联弯曲臂为驱动元件,可用来驱动与其端面相接触的转子转动,构成串联弯曲臂式压电微电机.本文将对串联弯曲臂的驱动机理进行分析,在新的微小尺寸驱动机理研究的椭圆运动的基础上,研制了串联弯曲臂压电微电机的样机,并且对样机的性能参数进行测试,转速可以达到110rpm,输出转矩可以达到22.5μNm.     

Influence of temperature and humidity on the detection of benzene vapor by a piezoelectric crystal sensor

Abstract

The influence of temperature and humidity on the determination of benzene concentration were characterized using a piezoelectric crystal gas sensor. Sensing layers coated with polymethylphenylsiloxane and polyvinylchloride was used for real-time monitoring of benzene, a major atmospheric pollutant. When the humidity was varied from 35% to 75%, the detection limitations of the sensor were reduced and the response and frequency recovery times increased. However, when the temperature was increased from 5?°C to 60?°C, the response and recovery time were decreased but the sensitivity performance was degraded. Models were developed for the correlation between the benzene concentration and temperature and humidity.     

基于多次压电效应的微执行器

基于多次压电效应理论提出一种有别于传统压电执行器驱动方式的微执行器,且可实现弹性位移与多次逆压电位移的两级定位功能.详细地分析了基于多次压电效应的微执行器的原理,并采用PZT-5压电陶瓷叠堆进行实验,通过改变压电叠堆的边界条件得到了基于多次压电效应的微执行器的位移量,实验结果表明该微执行器产生的弹性位移、多次逆压电位移及总位移均与所施加外力具有较好的线性关系.实验结果不仅验证了理论分析的正确性,而且证明了基于多次压电效应的微执行器的可行性,同时,通过实验间接地量化出PZT-5的二次逆压电系数约为9.46×10-12m2/N.多次压电效应研究为压电执行器的设计提供了一条新途径.