正弦波激励过程中无阀压电微泵流量的研究

。 压电微泵以压电类材料作为动力执行组件，利用压电材料的逆压电效应，把实验室中的电能转化为实验所需要的机械能，从而实现驱动的目的。压电微泵作为一种新型流体泵，将传统泵的驱动源部分、传动部分、泵体部分合为一体，极大地优化了泵的设计结构和组成方式，结构简单、质量小、体积小、能耗低、无电磁干扰、无噪声，可消除运动部件结构的复杂配合、机械故障、化学破坏，具有极好的安全性。可以通过单独改变施加的电压或频率来实现对输出流量的改变。 2 正弦波激励过程中无阀压电微泵流量实验 2.1 无阀微泵的实验原理 无阀微泵的基本部件包含扩张管/收缩管及其连接的有振动薄膜的腔体，扩张管是横截面面积在流体流动方向上逐渐扩大的流体通道，收缩管是横截面面积在流体流动方向上逐渐缩小的流体通道，扩张管/收缩管不对称地置于泵腔的两侧，通过驱动膜片发生形变引起腔体体积的交替变化来驱动流体流动[2]。无阀微泵由出口/入口，收缩管/扩张管泵腔和震动薄膜组成，图1为无阀微泵的基本结构示意图。 无阀微泵的一个完整的工作周期主要由“吸入模式”和“泵出模式”两部分组成，以下分别予以介绍。 1）无阀微泵的“吸入模式”见图2。当薄膜向上振动时，微泵腔内体积增大，腔内压力小于外界大气压，从而产生吸力，进入“吸入模式”。此时，左右端口同时向泵内供给，由于流道不对称，产生的结果是左端流进量大于右端流进量。 2）无阀微泵的“泵出模式”见图3。与“吸入模式”相反，当薄膜向下振动时，泵腔体积减小，腔内压力大于外界大气压，从而产生推力，进入“泵出模式”。此时，左右流道同时向外泵出，由于流道不对称，产生的结果是左端泵出量小于右端泵出量。 在此种结构的驱动下，扩张方向的流量会始终大于收缩方向的流量。在实际工作过程中，便能实现液体的定向输送[3]。 2.2 无阀压电微泵封装 图4为无阀压电微泵整体结构示意图。按照从上到下的顺序，无阀压电微泵的泵体由4个部分组成：最上层是上层PDMS薄膜，薄膜上面连接了进口管和出口管，在制作过程中用模具硅胶和固化剂按一定比例混合后在金属模具上浇筑而成；第二层是黏结在一起的玻璃，内部用玻璃湿法腐蚀工艺刻蚀出微流道；第三层是压电陶瓷驱动器，该部分是无阀压电微泵的动力元件，通电后将电能转化为机械能；最下层是下层PDMS薄膜，制作方法与上层PDMS薄膜相同，该薄膜的金属模具中间开了一个孔，孔的直径略大于压电陶瓷驱动器，主要起固定无阀压电微泵的作用，直径稍大