中文名 | 壓電泵 | 類????別 | 新型流體驅(qū)動器 |
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特????點 | 不需要附加驅(qū)動電機 | 適用范圍 | 石化設(shè)備、生物醫(yī)學(xué) |
采用電聲陶瓷材料衍生改進制作出高性能壓電振子。具有較強的散熱穩(wěn)定性、強度高、韌性好、抗斷裂性能好、彈性模量大、抗氧化性強諸多優(yōu)點,且材料的電氣參數(shù)具有Kp大,機電轉(zhuǎn)換率高,交流電容抗大,介電常數(shù)高,徑向振動大等特點本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、體積小、無噪音、壓力大、揚程高、不瀉壓、無污染、安裝使用方便等特點
壓電泵概念
壓電泵是種新型流體驅(qū)動器。它不需要附加驅(qū)動電機,而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)使壓電振子產(chǎn)生變形,再由變形產(chǎn)生泵腔的容積變化實現(xiàn)流體輸出或者利用壓電振子產(chǎn)生波動來傳輸液體由于壓電泵具有傳統(tǒng)泵所不具備的特點,如果能將傳統(tǒng)泵的驅(qū)動源部分、傳動部分及泵體三者合為一體,可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、耗能低、無噪聲、無電磁干擾,可根據(jù)施加電壓或頻率控制輸出微小流量。盡管它的發(fā)明與發(fā)展僅20多年的歷史,但在航空航天器、機器人、汽車、醫(yī)療器械、生物基因工程、微型機械等領(lǐng)域里得到成功的應(yīng)用。
壓電泵工作原理
壓電泵由壓電振子、泵閥和泵體組成。工作中,當(dāng)壓電振子兩端施加交流電源U時,壓電振子在電場作用下徑向壓縮,內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力,從而使壓電振子彎曲變形。當(dāng)壓電振子正向彎曲時,壓電振子伸長,泵腔容積增大,腔內(nèi)流體壓力減小,泵閥打開,液體進入泵腔;當(dāng)壓電振子向反向彎曲時,壓電振子收縮,泵腔容積減小,腔內(nèi)流體壓力增大,泵閥關(guān)閉,泵腔液體被擠壓排出,形成平緩的連續(xù)不斷的定向流動。
工作原理圖(1)--(2)
20世紀(jì)70年代美國Sandin國家試驗室N.J.Spenser博士就開始對壓電泵研究,1993年吉林大學(xué)訪問學(xué)者楊志剛博士等人由日本引進該技術(shù),在吉林大學(xué)建立實驗室進行壓電薄膜泵的研究。到目前為止該技術(shù)已被列為六項863計劃,和八項國家科學(xué)自然基金和創(chuàng)新基金資助項目。亞通泵業(yè)是國內(nèi)最早從事精密壓電泵應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)與生產(chǎn)、銷售的單位,擁有多項壓電泵領(lǐng)域的專利技術(shù)。其產(chǎn)品完全符合中國家用電器的安全標(biāo)準(zhǔn),取得了CE認(rèn)證,產(chǎn)品可以進入歐洲市場。
采用電聲陶瓷材料衍生改進制作出高性能壓電振子。具有較強的散熱穩(wěn)定性、強度高、韌性好、抗斷裂性能好、彈性模量大、抗氧化性強諸多優(yōu)點,且材料的電氣參數(shù)具有Kp大,機電轉(zhuǎn)換率高,交流電容抗大,介電常數(shù)高,徑向振動大等特點本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、體積小、無噪音、壓力大、揚程高、不瀉壓、無污染、安裝使用方便等特點
壓電泵是微型泵制造技術(shù)的革命性產(chǎn)品,它將帶動和影響基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展與進步。鑒于壓電泵有廣泛的應(yīng)用前景,世界上許多國家(美國、日本、德國、瑞典、荷蘭、新加坡等)都在進行這方面的研究工作,在中國壓電泵863計劃和國家自然科學(xué)基金項目。中國第一部壓電泵企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與2007年5月由亞通泵業(yè)有限公司首次制定。壓電泵是新一代的工業(yè)基礎(chǔ)產(chǎn)品,可廣泛應(yīng)用于小型移動設(shè)備、CPU及顯示卡、游戲機控制板、筆記本電腦、刀片服務(wù)器、光生伏打電池、LED燈、家電、醫(yī)療器械、石化設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)、汽車和航空電子設(shè)備等水冷技術(shù)方案的產(chǎn)品配套,它高效、節(jié)能、環(huán)保,將有效促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革命,提高產(chǎn)品配套能力,積極推動工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的形成和發(fā)展,社會及經(jīng)濟效益極其顯著
如果能將傳統(tǒng)泵的驅(qū)動源部分、傳動部分及泵體三者合為一體,可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、耗能低、無噪聲、無電磁干擾,可根據(jù)施加電壓或頻率控制輸出微小流量。盡管它的發(fā)明與發(fā)展僅20多年的歷史,但在航空航天器、機器人、汽車、醫(yī)療器械、生物基因工程、微型機械等領(lǐng)域里得到成功的應(yīng)用。
20世紀(jì)70年代美國Sandin國家試驗室N.J.Spenser博士就開始對壓電泵研究,1993年吉林大學(xué)訪問學(xué)者楊志剛博士等人由日本引進該技術(shù),在吉林大學(xué)建立實驗室進行壓電薄膜泵的研究。該技術(shù)已被列為六項863計劃,和八項國家科學(xué)自然基金和創(chuàng)新基金資助項目。亞通泵業(yè)是國內(nèi)最早從事精密壓電泵應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)與生產(chǎn)、銷售的單位,擁有多項壓電泵領(lǐng)域的專利技術(shù)。其產(chǎn)品完全符合中國家用電器的安全標(biāo)準(zhǔn),取得了CE認(rèn)證,產(chǎn)品可以進入歐洲市場。臺灣方面則是研能科技在2006年研發(fā)并制造至今也擁有了五十多篇的專利,客戶遍及全世界。
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為了在振子能力一定的情況下提高壓電泵的效率及輸出性能,提出了一種非對稱剛度進出口閥的優(yōu)化方法。使用FLUNT軟件對閥開啟高度對流速場的作用進行了仿真,并對壓電泵吸、排過程的不對稱現(xiàn)象進行了討論。結(jié)合單向閥的受力及位移分析,得出了進出口閥位移及回復(fù)時間的相對關(guān)系,進一步得到了回復(fù)時間與泄漏量的關(guān)系。引入了泄漏比系數(shù)討論吸排過程泄露的不對稱性對壓電泵效率及性能的影響規(guī)律,提出了采用不同剛度進出口閥的優(yōu)化方法,從理論上得出了出口閥剛度大于入口閥剛度的最優(yōu)匹配形式。實驗結(jié)果表明,在出口閥剛度大于入口閥剛度的條件下,以直徑27mm壓電振子驅(qū)動的單腔泵,在峰峰值為600V的方波激勵下可達到635ml/min的輸出流量,是以往相同剛度閥優(yōu)化結(jié)果的1.6倍,證明了該方法的有效性。
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為了闡述壓電泵高頻工作時其閥的不完全關(guān)閉現(xiàn)象,并更好地利用該狀態(tài)下壓電泵特有的優(yōu)點,分析了此條件下泵的出流機理,從理論上證明了現(xiàn)象的存在性,并得到預(yù)測依據(jù)。以流體作用在閥上的動壓為基礎(chǔ),建立閥在液體中的振動力學(xué)模型,得到閥在壓電泵工作狀態(tài)下的頻率響應(yīng),同時利用流體動力學(xué)分析閥在工作液體中的平均受力及位移,通過動態(tài)響應(yīng)和平均位移的相對關(guān)系,得出閥不完全關(guān)閉的充分條件為振幅放大系數(shù)小于0.25。試驗結(jié)果表明:80 Hz時閥處于可完全關(guān)閉狀態(tài);140 Hz時振幅放大系數(shù)小于0.25,閥的不完全關(guān)閉現(xiàn)象出現(xiàn);隨著頻率升高振幅放大系數(shù)減小,260 Hz時閥的不完全關(guān)閉現(xiàn)象更加明顯,閥與閥座的最小間距大于30μm。
副題名
外文題名
The design theory and experiment research on piezoelectric cantilever-valve micropump
論文作者
闞君武著
導(dǎo)師
楊志剛,程光明指導(dǎo)
學(xué)科專業(yè)
機械設(shè)計與理論
學(xué)位級別
d 2003n
學(xué)位授予單位
吉林大學(xué)
學(xué)位授予時間
2003
關(guān)鍵詞
懸臂梁閥壓電泵 電泵 壓電泵
館藏號
TH137
唯一標(biāo)識符
108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.002544910
館藏目錄
2004\TH137\1 2100433B