声控微型无阀压电喷流泵

摘要：提出了一种声控微型无阀压电喷流泵,利用声控电路控制无阀压电泵开启、关闭和喷流状态,实现了无需信号发生器直接驱动压电泵工作。阐述了声控电路设计结构和工作机理,设计并加工了声控振荡电路和声控开关电路板,并与无阀压电喷流泵匹配进行了系统调试,实验结果表明：压电泵喷流状态随外界声音频率、振幅变化而变化,声音频率越高、振幅越大,压电泵喷流高度增高,出水量增大;当声音频率与压电泵基频产生共振时,压电泵达到最佳喷流效果。     

泵用压电振子动态特性的研究

为了提高压电泵的效率、优化压电泵的结构,对泵用压电振子的动态特性进行了研究。介绍了一种新型压电泵——Y形流管无阀压电泵的结构和工作原理;对Y形流管无阀压电泵压电振子的振动状态进行了理论分析,得到了压电振子的固有频率及最大振幅的理论计算公式,并证明了理论分析结果的正确性;根据理论分析结果,对压电振子几何参数和基底层材料对其振动特性的影响进行了分析讨论。分析结果表明：压电振子的PZT层与基底层的直径比应在0.75左右,厚度比应小于1;基底层材料对频率影响较大,但对最大振幅影响较小。     

非对称分叉流管无阀压电泵的设计及试验

具有微混合功能的多级Y型流管无阀压电泵存在着输出流量与振子带载能力不平衡的问题。为此，提出了一种非对称分叉流管无阀压电泵。首先，理论分析了该无阀压电泵输出流量与流管流阻间的关系；其次，利用有限元软件数值计算了多级Y型流管的流阻特性；最后，采用光固化快速成型技术加工了样机，并进行了泵特性试验和振子振动测试。试验结果表明：在峰峰值200 V正弦波交流电驱动下，该压电泵的流量、扬程和压电振子的振幅都随驱动频率增加呈现先增大后减小的趋势；当驱动频率为31 Hz时，最大流量为4 g/min；驱动频率为38 Hz时，最大扬程为40.5 mmH2O。在试验施加电压范围内，该泵的输出性能与驱动电压呈正相关性。本研究验证了非对称流道树型无阀压电泵的可行性，为非对称无阀压电泵在微流道滴灌和微混合等领域的应用提供了参考。     

双腔体压电泵的设计

由于自吸性差、对气泡敏感等原因,单腔体压电泵在应用中受到限制,而多腔体结构是提高压电泵性能的有效途径.通过分析腔体容积与压力变化过程得出:双腔体串联压电泵只能采用串联驱动方式而不能采用并联驱动方式,双腔体并联压电泵只能采用并联驱动方式而不能采用串联驱动方式.制作双腔串联、并联压电泵样机并进行测试可以得出:串联压电泵在驱动电压200 V,频率152 Hz时,输出流量达到最大为1 150 ml/min;并联泵在压电驱动电压140 V,频率220 Hz时,输出流量达到最大为640 ml/min;因此多腔泵采用腔体串联结构能提高压电泵的工作效率,提高泵的工作性能.     

弯曲摆动无阀式压电泵理论分析与模拟

设计一种新型弯曲摆动无阀式压电泵,并对其进行理论分析,根据压电泵的尺寸、结构和动力学模型,对压电振子的位移响应进行分析;采用有限元分析的方法利用该公式函数对弯曲摆动式无阀压电泵进行仿真分析,得到该压电泵的内部流场特性,得到该压电泵出入口流速和内部压强的变化情况.对本文压电泵输出流量与频率的关系进行分析,结果表明:压电泵在工作频率在左右达到最大输出流量,具有较好的输出流量特性.     

细胞或高分子输送用"Y"形流管无阀压电泵的工作原理及流量特性

在泵腔上安装两支互为倒置的具有一定夹角的三通流管,组成泵腔的流入、排出口,并与压电振子、泵体及其他部件共同构成了"Y"形流管无阀压电泵.该泵无自身化学污染源及电磁污染源,也没有阀的开启过程;同时,具有极大的可微小化和集成化的结构能力;而且,在流管内产生的漩涡相对较小,有利于输送活体细胞及长链高分子.提出新型"Y"形流管无阀压电泵的结构.基于有限体积法,分别模拟锥形流管与"Y"形流管中的压力分布与速度矢量分布,证明"Y"形流管中的漩涡远小于圆锥流管中的漩涡,速度、压力的变化也较圆锥流管低.通过具体分析压电振子的振动,建立泵容积变化方程;同时建立泵流量与压电振子频率之间的关系式.最后,通过对所研究的"Y"形流管无阀压电泵进行流量试验后证明"Y"形流管无阀压电泵具有泵特性,进而证明了上述理论模型的正确性.     

"Y"形流管无阀压电泵模拟与试验

对"Y"形流管无阀压电泵内部流场及泵流量特性进行了模拟及试验研究.采用CFX软件对"Y"形流管无阀压电泵泵腔内的流场特性进行了模拟分析.结果表明:"Y"形流管无阀压电泵工作时泵腔内的压强变化很小,涡旋对流体传输活体细胞及长链大分子基本无影响.实际制作了"Y"形流管无阀压电泵,并通过改变"Y"形流管的几何尺寸,研究了压电泵进出口端压差的变化规律.试验结果表明,压差随支管夹角增大而减小,并且当两支管宽的和接近主管宽时,压差值达到最小,当支管夹角为5°,宽为1.2 mm时,压差达到最大725 Pa.     

多级“Y”型流管无阀压电泵的原理与试验验证(实验视频)

针对目前微流体混合器多需要外接动力源,且多数微混合器只能进行液体混合而不能输送液体的问题,提出将无阀压电泵引入微混合器领域,并研制了一种集混合与输送于一体的多级“Y”型流管无阀压电泵。首先,提出了多级“Y”型流管,进而设计了多级“Y”型流管无阀压电泵,并分析其工作原理;然后,对该无阀压电泵的流管流阻特性及泵流量进行理论分析;同时,利用有限元软件对多级“Y”型流管无阀压电泵进行了流场模拟,结果表明该压电泵具有单向传输作用。最后,制作了多级“Y”型流管无阀压电泵样机,并进行了泵流量与背压试验。试验结果显示：驱动电压峰峰值为100 V,频率为16 Hz时,流量达到最大,为16.2 ml/min;驱动电压峰峰值为100 V,频率为14 Hz时,输出背压最大,约为64 mm水柱。得到的试验数据证明了多级“Y”型流管无阀压电泵的有效性。(实验视频)     

无阀气体压电泵仿真分析与实验

为了提高微型泵输出流量以及获得连续出流能力,设计了一种基于合成射流原理的无阀气体压电泵。首先,分析了压电气泵的工作原理,测试了压电振子的振幅;其次,利用CFX软件对无阀气泵进行仿真分析,得到压电气泵在0T,1/4T,2/4T和3/4T时刻的气体流速分布,以及容腔高度、泵腔高度、射流孔直径和出口直径对气泵流量的影响规律;最后,制作了无阀气体压电泵的实验样机。测试结果表明,当无阀压电气泵在驱动电压为120V、驱动频率为400Hz、容腔高度为0.1mm、泵腔高度为1.4mm、射流孔直径为1.3mm和出口直径为2mm时,泵输出气体流量为1800ml/min左右,实验与仿真分析基本吻合。该气泵能输出较大气体流量并具有连续出流的能力。     

“Y”形流管无阀压电泵模拟与试验研究

为了对“Y”形流管无阀压电泵的工作特性有更深入的了解,使其更好地满足输血、输液等工作的需要,对“Y”形流管无阀压电泵内部流场及泵流量特性进行了模拟及试验研究。采用CFX软件对“Y”形流管无阀压电泵泵腔内的流场特性进行了模拟分析。结果表明：“Y”形流管无阀压电泵工作时泵腔内的压强变化很小,涡旋对流体传输活体细胞及长链大分子基本无影响。实际制作了“Y”形流管无阀压电泵,并通过改变“Y”形流管的几何尺寸,研究了压电泵进出口端压差的变化规律。试验结果表明压差随支管夹角增大而减小,并且当两支管宽的和接近主管宽时,压差值达到最小,当支管夹角为5°,宽为1.2mm时,压差达到最大的74mm水柱。