一种阵列式压电隔膜泵制造技术

本发明专利技术涉及一种阵列式压电隔膜泵，属于压电泵技术领域。包括压电驱动器和两只以上的隔膜泵；压电驱动器的工字型本体的顶板为上驱动臂、底板为下驱动臂、中部为直立板；每只驱动臂的根部上下侧面上分别设有压电片，直立板的两侧面上分别设有压电片，均构成压电双晶片结构；所有压电片通过导线串联或并联；两只以上的隔膜泵分组，分别固定设于直立板两侧的工字型本体内；当交流电源的激励频率为所述压电驱动器的一阶反相弯曲谐振频率时，所述压电驱动器驱动多个隔膜泵以同一谐振频率连续泵送流体。本发明专利技术采用一个驱动器驱动多个隔膜泵，只需一路驱动电源，可有效降低阵列式压电隔膜泵驱动电源的复杂性和控制要求，提高输出性能和工作可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种阵列式压电隔膜泵
本专利技术属于压电泵
，具体涉及一种阵列式压电隔膜泵。
技术介绍
压电泵是一种新型的流体输送装置，常见的压电隔膜泵的结构可分为压电驱动器和隔膜泵两部分；压电驱动器一般为压电陶瓷片和弹性金属层粘接而成的压电双晶片（或单晶片），在交变电场的作用下，压电陶瓷片产生平面伸缩变形，致使压电双晶片发生弯曲变形并使隔膜泵的泵腔体积交替变化，再配合单向阀的使用，从而实现流体输送功能。在压电隔膜泵中，一般将作为压电驱动器的压电双晶片与隔膜泵的泵腔设计成一体式结构，压电双晶片四周固定以使泵腔密封。这种一体式结构虽然有利于减小压电泵的整体尺寸，但不利于易损部件的更换，增加了压电泵的运行和维护成本。从压电泵的性能上来说，压电驱动器直接作用于泵腔及流体，不利于压电驱动器与泵腔及流体的机械阻抗匹配，也会缩短压电驱动器的使用寿命；压电双晶片的四周固定，约束了其弯曲变形的幅度，从而导致压电泵的输出性能和运行效率较低。理论上，可以使压电驱动器工作在谐振状态，以增加其振动幅度，提高压电隔膜泵的输出性能和效率；但对于四周固定的压电双晶片，其一阶弯曲振动的谐振频率一般较高，而传统单向阀因其滞后性，很难与压电驱动器的谐振频率相匹配。为了解决上述问题，可以分别设计压电驱动器与隔膜泵，然后装配成压电泵，一方面压电驱动器与隔膜泵可拆卸，易于更换损坏部件，有效降低了压电泵的运行维护成本；另一方面压电驱动器的振动位移通过一定的连接机构作用于泵腔隔膜，可以改善压电驱动器与泵腔及流体的机械阻抗匹配特性，有助于延长压电驱动器的使用寿命。特别地，由于压电驱动器的谐振频率可以通过结构设计方便地调整到合适的范围，此类压电泵通常工作在谐振状态，其输出性能和运行效率都有较大的提高。需要注意的是，为了使压电泵工作在谐振状态，驱动电源的频率应尽可能接近压电驱动器的谐振频率，或者设计可自动追踪压电泵谐振频率的振荡电路进行闭环控制。当对压电泵的输出流量、压强或功率有较高的需求时，可以将多个压电泵级联组成压电泵阵列。但是对于在谐振状态工作的压电泵，即使采用相同结构和尺寸的压电驱动器，由于加工和装配误差，以及压电泵的工作环境和工作状态不同，不同压电泵的谐振频率会有一定差别，无法共用同一路驱动电源。因此，当需要将多个谐振式压电泵级联组成压电泵阵列时，为使所有压电泵工作在最佳状态，需要设置多路驱动电源，并将每一路驱动电源的输出频率调节至相应压电泵的谐振频率，这将极大增加系统的复杂性和成本，降低系统的可靠性。
技术实现思路
为了解决阵列式压电泵系统中由于各个压电泵的谐振频率不一致而造成的驱动电路复杂、控制成本高、工作可靠性低等问题，本专利技术设计出一种采用一个驱动器和多个隔膜泵组成的阵列式压电隔膜泵。一种阵列式压电隔膜泵包括压电驱动器1和两只以上的隔膜泵2；所述压电驱动器1包括工字型本体3，工字型本体3的顶板为上驱动臂6、底板为下驱动臂5、中部为直立板7；直立板7两侧的上驱动臂6分别为第一驱动臂61和第二驱动臂62，第一驱动臂61的外端和第二驱动臂62的外端分别连接着质量块9；直立板7两侧的下驱动臂5分别为第三驱动臂51和第四驱动臂52，第三驱动臂51的外端和第四驱动臂52的外端分别连接着质量块9；每只驱动臂的根部上下侧面上分别设有压电片4，构成压电双晶片结构；直立板7的两侧面上分别设有压电片4，构成压电双晶片结构；所有压电片4通过导线10串联或并联连接；所述两只以上的隔膜泵2为两对隔膜泵或两只隔膜泵；所述两对隔膜泵分别固定设于直立板7两侧的工字型本体3内；所述两只隔膜泵分别固定设于直立板7两侧的工字型本体3内；当交流电源的激励频率为所述压电驱动器1的一阶反相弯曲谐振频率时，所述压电驱动器1驱动两对隔膜泵或两只隔膜泵以同一谐振频率连续泵送流体。进一步地具体技术方案如下：所述工字型本体3的材料为金属，除压电片4外的其余表面涂覆有绝缘漆。所述上驱动臂6和下驱动臂5结构相同，上驱动臂6的宽度为5～200mm、厚度为0.5～5mm、长度为20～200mm；所述直立板7的厚度为0.5～5mm、长度为10～50mm；所述质量块9的长度为1～25mm、高度为1～20mm。所述压电片4材料为压电陶瓷或压电单晶；压电片4的厚度为0.01～1mm、宽度与上驱动臂6的宽度相同、长度为1～50mm。每对隔膜泵呈重叠状，且背靠背固定设于直立板7两侧的工字型本体3内。所述工字型本体3的第一驱动臂61和第三驱动臂51上分别开设有上下对应的一对腰形孔8、第二驱动62和第四驱动52上分别开设有上下对应的一对腰形孔8，用于调整两对隔膜泵在驱动臂上的位置，实现调整机械阻抗匹配特性，进而实现调节所述阵列式压电隔膜泵的输出特性。所述两对隔膜泵中的每对隔膜泵并联连接或串联连接。所述直立板7上设有第一压电片41和第二压电片42，构成第一压电双晶片401；所述第一驱动臂61设有第四压电片44和第三压电片43，构成第二压电双晶片402；所述第二驱动臂62上设有第五压电片45和第六压电片46，构成第三压电双晶片403；所述第三驱动臂51上设有第七压电片47和第八压电片48，构成第四压电双晶片404；所述第四驱动臂52上设有第十压电片40和第九压电片49，构成第五压电双晶片405。所述第一驱动臂61外端的质量块9和第二驱动臂62外端的质量块9均连接着外端的下部；所述第三驱动臂51外端的质量块9和第四驱动臂52外端的质量块9均连接着外端的上部。所述隔膜泵2为层叠式隔膜泵。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：（1）本专利技术提出一种新型的压电驱动器结构，可以采用一个驱动器在谐振状态同时驱动多个隔膜泵，只需要一路驱动电源，有效降低了阵列式压电隔膜泵所需驱动电源的复杂性和控制要求，提高了输出性能和工作可靠性。（2）本专利技术的压电驱动器采用音叉式的对称结构设计，结构紧凑、易于加工；工作模态为一阶反相弯曲谐振模态，该谐振模态具有压电片表面应变分布均匀、机械品质因子高的特点，因而驱动性能高、工作可靠性好。（3）本专利技术采用可循环利用的压电驱动器和可替换的隔膜泵，易于更换损坏部件，降低使用成本；多个隔膜泵之间可以并联或串联连接，易于调整压电泵的整体输出性能；隔膜泵在压电驱动器上的安装位置容易调节，可以方便地调节压电驱动器和隔膜泵之间的机械阻抗匹配特性，实现最佳阻抗匹配。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是压电驱动器的结构示意图。图3是压电片设置为并联压电双晶片时，各个压电片的极化方向设置及驱动电源的连接方式示意图。图4是压电片设置为串联压电双晶片时，各个压电片的极化方向设置及驱动电源的连接方式示意图。图5是当两组隔膜泵安装位置远离驱动臂根部时的示意图。图6是当两组隔膜泵安装位置靠近驱动臂根部时的示意图。图7是当驱动电源的激励电压为正时，压电驱动器的变形方式及隔膜泵的工作状态示意图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列式压电隔膜泵，包括压电驱动器（1）和两只以上的隔膜泵（2），其特征在于：/n所述压电驱动器（1）包括工字型本体（3），工字型本体（3）的顶板为上驱动臂（6）、底板为下驱动臂（5）、中部为直立板（7）；直立板（7）两侧的上驱动臂（6）分别为第一驱动臂（61）和第二驱动臂（62），第一驱动臂（61）的外端和第二驱动臂（62）的外端分别连接着质量块（9）；直立板（7）两侧的下驱动臂（5）分别为第三驱动臂（51）和第四驱动臂（52），第三驱动臂（51）的外端和第四驱动臂（52）的外端分别连接着质量块（9）；每只驱动臂的根部上下侧面上分别设有压电片（4），构成压电双晶片结构；直立板（7）的两侧面上分别设有压电片（4），构成压电双晶片结构；所有压电片（4）通过导线（10）串联或并联连接；/n所述两只以上的隔膜泵（2）为两对隔膜泵或两只隔膜泵；所述两对隔膜泵分别固定设于直立板（7）两侧的工字型本体（3）内；所述两只隔膜泵分别固定设于直立板（7）两侧的工字型本体（3）内；/n当交流电源的激励频率为所述压电驱动器（1）的一阶反相弯曲谐振频率时，所述压电驱动器（1）驱动两对隔膜泵或两只隔膜泵以同一谐振频率连续泵送流体。/n...

【技术特征摘要】
20200422 CN 20201032266831.一种阵列式压电隔膜泵，包括压电驱动器（1）和两只以上的隔膜泵（2），其特征在于：
所述压电驱动器（1）包括工字型本体（3），工字型本体（3）的顶板为上驱动臂（6）、底板为下驱动臂（5）、中部为直立板（7）；直立板（7）两侧的上驱动臂（6）分别为第一驱动臂（61）和第二驱动臂（62），第一驱动臂（61）的外端和第二驱动臂（62）的外端分别连接着质量块（9）；直立板（7）两侧的下驱动臂（5）分别为第三驱动臂（51）和第四驱动臂（52），第三驱动臂（51）的外端和第四驱动臂（52）的外端分别连接着质量块（9）；每只驱动臂的根部上下侧面上分别设有压电片（4），构成压电双晶片结构；直立板（7）的两侧面上分别设有压电片（4），构成压电双晶片结构；所有压电片（4）通过导线（10）串联或并联连接；
所述两只以上的隔膜泵（2）为两对隔膜泵或两只隔膜泵；所述两对隔膜泵分别固定设于直立板（7）两侧的工字型本体（3）内；所述两只隔膜泵分别固定设于直立板（7）两侧的工字型本体（3）内；
当交流电源的激励频率为所述压电驱动器（1）的一阶反相弯曲谐振频率时，所述压电驱动器（1）驱动两对隔膜泵或两只隔膜泵以同一谐振频率连续泵送流体。


2.根据权利要求1所述的一种阵列式压电隔膜泵，其特征在于：所述工字型本体（3）的材料为金属，除压电片（4）外的其余表面涂覆有绝缘漆。


3.根据权利要求1所述的一种阵列式压电隔膜泵，其特征在于：所述上驱动臂（6）和下驱动臂（5）结构相同，上驱动臂（6）的宽度为5～200mm、厚度为0.5～5mm、长度为20～200mm；所述直立板（7）的厚度为0.5～5mm、长度为10～50mm；所述质量块（9）的长度为1～25mm、高度为1～20mm。


4.根据权利要求1所述的一种阵列式压电隔膜泵，其特征在于：所述压电片（4）材料为压电陶瓷或...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，程春鹏，周红，高文智，朱冠卿，戴一晖，金艺菲，曾亿山，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34