微泵的工作原理

1、微泵的工作原壓電驅(qū)動(dòng)原理本丈所做鍛垂采用壓電騾動(dòng)-壓電矽a方式在*中底用葬常普遍.許多文獻(xiàn)對(duì)徹泉的壓電驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了皆門的硏究陽(yáng)創(chuàng)，II電騾動(dòng)的憂點(diǎn)是輔構(gòu)is單響應(yīng)時(shí)間班，成木低，所UEH®發(fā)展比也氐熟.II*電朋型器驅(qū)動(dòng)膜片產(chǎn)生器婦他腔體中的爪強(qiáng)產(chǎn)生麥化實(shí)現(xiàn)泵效戰(zhàn).下聞是曲電驅(qū)功的原臥壓電晶怵捷固惑的陽(yáng)瓷化合物.當(dāng)橙沿著i定方向受到外力柞用時(shí).內(nèi)部就產(chǎn)生極代現(xiàn)象.同時(shí)在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生稱號(hào)梢反的電荷*造外力去彈石,乂挾宜到不帶電狀;S；當(dāng)作用力方向0變時(shí)電荷的根性也MUi改愛：肘休殳力所產(chǎn)生的電荷宜與外力的大小戰(zhàn)正比.上述為也壓電效悶a反之.如対品體施111一空變電場(chǎng).鼎體肚身不僅產(chǎn)生

2、檻化.同時(shí)也將產(chǎn)生機(jī)植形變.這種現(xiàn)鎳稱為逆爪電效應(yīng)°為對(duì)爪電材料施加電煬時(shí).由于逆壓電效應(yīng),壓電材料將產(chǎn)生形啖其形變方向取決于極化方向和所加電場(chǎng)的方向*對(duì)于Z軸方向帳化的PZT材料，如圈2-9.巧外如電場(chǎng)垂直于膜斤平廊時(shí).PZT層產(chǎn)生沿輕向的收端和擴(kuò)張，對(duì)極化方向與外加電場(chǎng)嚴(yán)格垂直于JR片平面方向的PZT材*'PZT材料被粘接在基膜片上.珥施加旖頭所侶方問的電場(chǎng)時(shí).FZT層將沿徑向收縮.這將便壓電與基離片向下彎曲*即基（片產(chǎn)生尚下彎曲'使腔你枚積績(jī)小，而出施加與箭頭所折方?jīng)跋喾吹碾姵菚r(shí).PZT於將沿符向擴(kuò)醫(yī)，這將使爪電與基膜片溝上彎I虬即基膜片產(chǎn)生向上彎曲.僅腔體體積

3、増加永論V無(wú)閥ftt泵采用逆用電效應(yīng)馳動(dòng)，些片采用黃駅"爪電陶髄膜片枯接任基片上.1R據(jù)壓電物理革礎(chǔ)與壓電結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力學(xué)模型分析所述.芍齢壓電離片施加9極化力向相同的也爪時(shí).圓形壓電膜片產(chǎn)生栓向收縮.使基虞片發(fā)住形變引起腔體體枳的變化.便泵腔內(nèi)產(chǎn)生囂大于外界的壓強(qiáng).驅(qū)功流休流動(dòng)n圖2-1爪電片結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)原円示盤圖Fig.2-1pieaoelectixmembranestructureanditsdrivetlieoiy22擴(kuò)散口/噴嘴原理流體在管道中流動(dòng)時(shí),肖管道的形狀發(fā)生變化，比如轉(zhuǎn)彎,變徑,分岔.等，流體流經(jīng)這些部件時(shí),均勻流動(dòng)受到破壞,流速的人小，方向或分布發(fā)生變化,這樣的生的流

4、動(dòng)阻力稱為局部陰力。擴(kuò)敬管結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖2-2所示。圖中町表示入口流速，A1為入口積，刃為入口處的壓9b巧為出口流速，a2為出I處的祓面枳，門為出【丨處的爪強(qiáng)，&為擴(kuò)散角度.根據(jù)Daicy-Weisbach公式，局部阻力產(chǎn)生的水頭損失為創(chuàng)：UH<2-1)2g式中C為擴(kuò)散口流動(dòng)阻力系數(shù)，g為重力加速度常數(shù).設(shè)沆體密度為卩，根據(jù)Bemoulli方程仃何:旦+藝=旦+空+心2(2-2)Pg-gPg2g2g圖22擴(kuò)散口結(jié)構(gòu)圖Fig.2-2diffuserstructure通過(guò)如和/b面的流址相等.所以冇：vv2(Ai/Ai).*'i腔體中產(chǎn)生-個(gè)很人的壓強(qiáng)時(shí).岀口處壓翻刈腔體壓強(qiáng)刃

5、相比可以忽略.由(2-1)式可得,所以出口流竝為*(2-3)(2-4)圖23噴嘴結(jié)構(gòu)圖Fig.2-3nozzlestructure同理對(duì)于噴嘴用巾衣示噴嘴流動(dòng)阻力系數(shù).仃:(2-5)無(wú)閥微泵通過(guò)驅(qū)動(dòng)膜片發(fā)生形變引起腔體體枳的變化來(lái)驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)無(wú)何微泵的擴(kuò)散門是橫戰(zhàn)向向積仕流體流創(chuàng)力向上逐淞"人的流通迪逍：噴嚇繪橫截面面積在流體流動(dòng)方向I:逐漸縮小的流通通道。無(wú)閥微泵匸作原理基于擴(kuò)敬口/噴嘴具有整流特性如果擴(kuò)敝口/噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,在同樣的壓強(qiáng)差驅(qū)動(dòng)下.擴(kuò)散方向的流屋將大于噴嘴方向的流量.當(dāng)加正向電壓時(shí),膜片向下彎曲,腔體體枳減小，微泵的岀口充當(dāng)擴(kuò)散口,進(jìn)口充為噴嘴,結(jié)果出口（擴(kuò)散口）

6、流出就大于入口（噴嘴）的流Hlfi：加反向電壓時(shí),膜片向上彎曲彈性使泵腔內(nèi)壓強(qiáng)變得很小.此時(shí)入口充當(dāng)擴(kuò)敬口.而出口充芳鞘嘴其結(jié)果是入口（擴(kuò)敬口）流進(jìn)童大于出口««）的流進(jìn)量。無(wú)閥微泵經(jīng)過(guò)一個(gè)匸作周期的址終結(jié)果足使一定的凈流城靠腔體的振動(dòng)膜片的驅(qū)動(dòng)到達(dá)出口側(cè)。圖24a擴(kuò)恂附構(gòu)圖Fig.2-4doublediffuserstiucture對(duì)于雙口泵的情況,兩對(duì)擴(kuò)散/噴嘴是同樣的尺寸，英陽(yáng)力系數(shù)e相同。假定在扳動(dòng)膜片發(fā)生同樣的體積變化時(shí),腔體產(chǎn)生的壓暹也相同.以擴(kuò)散口的情況為例（如圖2-4）,將兩個(gè)擴(kuò)故口視為管口出流.流體通過(guò)兩個(gè)擴(kuò)散口時(shí)，受到雙倍的水頭損失.根據(jù)伯勞力方程：山此

7、可得兩個(gè)擴(kuò)散口和噴嘴的流5分別為:(2-7)(2-8)假設(shè)單口微泵和雙口微泵的流動(dòng)陽(yáng)力系數(shù)相等.由受擴(kuò)散口/噴喘流體性能和微泵制造【藝的限制，we40范圍內(nèi)擴(kuò)散管的流體阻力系數(shù)通常取e0.2-U噴嘴能輦損失要在從收縮段沆向外接直管段舊丿川L通常悄況卜対噴嘴的流體陽(yáng)力系數(shù)對(duì)近似認(rèn)為叫從（24）（2-5）<2-7）（2-8）式中可以看出，由TA3>Ai，擴(kuò)散口方向的損失系數(shù)小于噴嘴方向損失系數(shù),即飭同一截面上擴(kuò)散管流體平均速度大于噴嘴流體平均速度,即通過(guò)擴(kuò)散口的流武大于通過(guò)噴嘴的流fit.如果取p”2,A：>Aj.»1以得到Qd2-Qn2>Qd-Qn即雙口微泵的流駅大于單口微泵的流鼠M實(shí)上®口微泵和雙口微泵的流動(dòng)陽(yáng)力系數(shù)是不相等的，流動(dòng)阻力系數(shù)與壓強(qiáng)的關(guān)系為：r2（乃“）（2-9）流動(dòng)陽(yáng)力系數(shù)與爪強(qiáng)和流速都仃關(guān)，而Jk強(qiáng)與爪電膜片的振幅仃關(guān).并隨時(shí)何變化。IIIJ-XX口微泵的出口篡泵腔體枳變化帶來(lái)的爪強(qiáng)變化沒仃單口微泵那么劇2U所以（2-4）（2-5中的刃不可能與（27）（2-8）中的pi相尊，在同樣的驅(qū)動(dòng)條件卜，單口微泵中腔體的爪強(qiáng)只能比雙口微泵大,流體任忡口的流速也相應(yīng)的小.而這些數(shù)值的變化對(duì)流肚人小的影響，木文將川冇用單冗法進(jìn)行