中文名 | 压电泵 | 类 别 | 新型流体驱动器 |
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特 点 | 不需要附加驱动电机 | 适用范围 | 石化设备、生物医学 |
采用电声陶瓷材料衍生改进制作出高性能压电振子。具有较强的散热稳定性、强度高、韧性好、抗断裂性能好、弹性模量大、抗氧化性强诸多优点,且材料的电气参数具有Kp大,机电转换率高,交流电容抗大,介电常数高,径向振动大等特点本产品结构简单、响应速度快、体积小、无噪音、压力大、扬程高、不泻压、无污染、安装使用方便等特点
压电泵概念
压电泵是种新型流体驱动器。它不需要附加驱动电机,而是利用压电陶瓷的逆压电效应使压电振子产生变形,再由变形产生泵腔的容积变化实现流体输出或者利用压电振子产生波动来传输液体由于压电泵具有传统泵所不具备的特点,如果能将传统泵的驱动源部分、传动部分及泵体三者合为一体,可实现结构简单、体积小、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰,可根据施加电压或频率控制输出微小流量。尽管它的发明与发展仅20多年的历史,但在航空航天器、机器人、汽车、医疗器械、生物基因工程、微型机械等领域里得到成功的应用。
压电泵工作原理
压电泵由压电振子、泵阀和泵体组成。工作中,当压电振子两端施加交流电源U时,压电振子在电场作用下径向压缩,内部产生拉应力,从而使压电振子弯曲变形。当压电振子正向弯曲时,压电振子伸长,泵腔容积增大,腔内流体压力减小,泵阀打开,液体进入泵腔;当压电振子向反向弯曲时,压电振子收缩,泵腔容积减小,腔内流体压力增大,泵阀关闭,泵腔液体被挤压排出,形成平缓的连续不断的定向流动。
工作原理图(1)--(2)
20世纪70年代美国Sandin国家试验室N.J.Spenser博士就开始对压电泵研究,1993年吉林大学访问学者杨志刚博士等人由日本引进该技术,在吉林大学建立实验室进行压电薄膜泵的研究。到目前为止该技术已被列为六项863计划,和八项国家科学自然基金和创新基金资助项目。亚通泵业是国内最早从事精密压电泵应用技术的研发与生产、销售的单位,拥有多项压电泵领域的专利技术。其产品完全符合中国家用电器的安全标准,取得了CE认证,产品可以进入欧洲市场。
采用电声陶瓷材料衍生改进制作出高性能压电振子。具有较强的散热稳定性、强度高、韧性好、抗断裂性能好、弹性模量大、抗氧化性强诸多优点,且材料的电气参数具有Kp大,机电转换率高,交流电容抗大,介电常数高,径向振动大等特点本产品结构简单、响应速度快、体积小、无噪音、压力大、扬程高、不泻压、无污染、安装使用方便等特点
压电泵是微型泵制造技术的革命性产品,它将带动和影响基础工业的发展与进步。鉴于压电泵有广泛的应用前景,世界上许多国家(美国、日本、德国、瑞典、荷兰、新加坡等)都在进行这方面的研究工作,在中国压电泵863计划和国家自然科学基金项目。中国第一部压电泵企业标准与2007年5月由亚通泵业有限公司首次制定。压电泵是新一代的工业基础产品,可广泛应用于小型移动设备、CPU及显示卡、游戏机控制板、笔记本电脑、刀片服务器、光生伏打电池、LED灯、家电、医疗器械、石化设备、生物医学、汽车和航空电子设备等水冷技术方案的产品配套,它高效、节能、环保,将有效促进相关产业的技术革命,提高产品配套能力,积极推动工业产业链的形成和发展,社会及经济效益极其显著
如果能将传统泵的驱动源部分、传动部分及泵体三者合为一体,可实现结构简单、体积小、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰,可根据施加电压或频率控制输出微小流量。尽管它的发明与发展仅20多年的历史,但在航空航天器、机器人、汽车、医疗器械、生物基因工程、微型机械等领域里得到成功的应用。
20世纪70年代美国Sandin国家试验室N.J.Spenser博士就开始对压电泵研究,1993年吉林大学访问学者杨志刚博士等人由日本引进该技术,在吉林大学建立实验室进行压电薄膜泵的研究。该技术已被列为六项863计划,和八项国家科学自然基金和创新基金资助项目。亚通泵业是国内最早从事精密压电泵应用技术的研发与生产、销售的单位,拥有多项压电泵领域的专利技术。其产品完全符合中国家用电器的安全标准,取得了CE认证,产品可以进入欧洲市场。台湾方面则是研能科技在2006年研发并制造至今也拥有了五十多篇的专利,客户遍及全世界。
为了在振子能力一定的情况下提高压电泵的效率及输出性能,提出了一种非对称刚度进出口阀的优化方法。使用FLUNT软件对阀开启高度对流速场的作用进行了仿真,并对压电泵吸、排过程的不对称现象进行了讨论。结合单向阀的受力及位移分析,得出了进出口阀位移及回复时间的相对关系,进一步得到了回复时间与泄漏量的关系。引入了泄漏比系数讨论吸排过程泄露的不对称性对压电泵效率及性能的影响规律,提出了采用不同刚度进出口阀的优化方法,从理论上得出了出口阀刚度大于入口阀刚度的最优匹配形式。实验结果表明,在出口阀刚度大于入口阀刚度的条件下,以直径27mm压电振子驱动的单腔泵,在峰峰值为600V的方波激励下可达到635ml/min的输出流量,是以往相同刚度阀优化结果的1.6倍,证明了该方法的有效性。
为了阐述压电泵高频工作时其阀的不完全关闭现象,并更好地利用该状态下压电泵特有的优点,分析了此条件下泵的出流机理,从理论上证明了现象的存在性,并得到预测依据。以流体作用在阀上的动压为基础,建立阀在液体中的振动力学模型,得到阀在压电泵工作状态下的频率响应,同时利用流体动力学分析阀在工作液体中的平均受力及位移,通过动态响应和平均位移的相对关系,得出阀不完全关闭的充分条件为振幅放大系数小于0.25。试验结果表明:80 Hz时阀处于可完全关闭状态;140 Hz时振幅放大系数小于0.25,阀的不完全关闭现象出现;随着频率升高振幅放大系数减小,260 Hz时阀的不完全关闭现象更加明显,阀与阀座的最小间距大于30μm。
副题名
外文题名
The design theory and experiment research on piezoelectric cantilever-valve micropump
论文作者
阚君武著
导师
杨志刚,程光明指导
学科专业
机械设计与理论
学位级别
d 2003n
学位授予单位
吉林大学
学位授予时间
2003
关键词
悬臂梁阀压电泵 电泵 压电泵
馆藏号
TH137
唯一标识符
108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.002544910
馆藏目录
2004\TH137\1 2100433B