振子中心固定式大流量壓電泵的研究.pdf

1、壓電泵是利用壓電材料特有的逆壓電效應來工作的。當給壓電振子上的壓電陶瓷施加交變的激勵，由于逆壓電效應使壓電陶瓷內(nèi)部產(chǎn)生變形并表現(xiàn)為宏觀的振動并迫使泵腔體積發(fā)生變化，進而引起腔內(nèi)壓強變化，從而實現(xiàn)流體的傳輸。現(xiàn)有的壓電泵的研究方向主要以小型和微型泵為主，其優(yōu)勢在于能夠精確的控制其輸出流量和輸出壓力，多應用在生物醫(yī)療系統(tǒng)。但在某些場合，如計算機水冷，溶劑、藥劑的配置等需要大流量的場合，小型泵并不能滿足要求。已有的大流量泵存在成本高（如利用壓

2、電疊堆驅(qū)動的壓電液壓系統(tǒng)）、結(jié)構(gòu)復雜以及體積較大的缺點，在某些不僅需要大流量，還對空間有限制的場合并不適用。本文以最常見、結(jié)構(gòu)簡單的圓形壓電片為振子，設(shè)計并制作了結(jié)構(gòu)緊湊且具有大流量的壓電泵，并結(jié)合理論分析及實驗對壓電泵的性能進行了探討。該壓電泵所用的壓電振子為成本低、結(jié)構(gòu)簡單的圓形雙晶片復合壓電振子，其壓電陶瓷片的尺寸為Φ25 mm×0.2 mm，實驗所用樣泵的尺寸為42 mm×42 mm×12mm。實驗測得所設(shè)計樣泵在400 Vpp

3、，410Hz的正弦交流激勵下，最大零背壓泵水流量為1000 mL/min，最大零流量泵壓為20 kPa。
　　本文主要研究內(nèi)容包括:
　　1、分別分析對比了不同振子形式、不同材料、不同激勵方式的優(yōu)缺點。
　　2、根據(jù)薄板彎曲理論，結(jié)合復合壓電振子的振動理論，分別對周邊固定支撐、周邊簡支支撐及中心固定支撐條件下，雙晶片圓形復合壓電振子的模態(tài)及振幅進行了理論分析和仿真分析，并用激光位移傳感器和阻抗儀分別測量對比了三種支撐方

4、式下振子的最大振幅情況及振子的阻抗曲線。根據(jù)仿真結(jié)果，結(jié)合幾何知識及MATLAB計算出上述三種支撐條件下，一個振動周期內(nèi)，由壓電振子振動引起的腔體體積變化。
　　3、根據(jù)理論推導公式，結(jié)合仿真軟件，分析了不同壓電陶瓷尺寸、不同基板尺寸及不同激勵對中心支撐式壓電振子的振幅的影響。
　　4、設(shè)計實現(xiàn)了振子中心固定支撐式泵的結(jié)構(gòu)，為保證腔體密封性，同時又不約束振子周邊變形，所設(shè)計的泵腔的直徑略大于振子直徑，且間隙間的膜結(jié)構(gòu)在確保泵

5、腔的密封的同時不約束振子的振動，通過實驗驗證了膜的引入對振子的振動影響很小，且仿真分析了不同間隙對振子振幅的影響;為改善壓電陶瓷片上的應力分布，在振子與支撐柱間引入墊片。設(shè)計并制作了樣泵，并測試了樣泵的性能，包括不同的膜，不同的閥及不同墊片對泵的流量的影響，以及振子變形量、泵流量及泵壓隨激勵頻率和激勵電壓的變化關(guān)系。所設(shè)計樣泵的尺寸為42 mm×42mm×12mm，在412Hz，400 Vpp交流激勵下，零背壓最大流量能達到1000 m