發(fā)布時間：2017-04-16 14:01

  本文關(guān)鍵詞：振子中心固定式大流量壓電泵的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：壓電泵是利用壓電材料特有的逆壓電效應(yīng)來工作的。當(dāng)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(yīng)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(jìn)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(yīng)用在生物醫(yī)療系統(tǒng)。但在某些場合,如計算機(jī)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(如利用壓電疊堆驅(qū)動的壓電液壓系統(tǒng))、結(jié)構(gòu)復(fù)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(jìn)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(fù)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,410 Hz的正弦交流激勵下,最大零背壓泵水流量為1000mL/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(fù)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(fù)合壓電振子的模態(tài)及振幅進(jìn)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(dǎo)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(yīng)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×42mmm×12mm,在412 Hz,400 Vpp交流激勵下,零背壓最大流量能達(dá)到1000mL/min,在頻率為800 Hz,348 Vpp零流量最大泵壓為20 kPa。利用應(yīng)變片測試了壓電陶瓷的應(yīng)變片,并根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變及流量分析了壓電陶瓷的效率。5、實驗對比了相同泵體結(jié)構(gòu)和相同尺寸的振子的條件下,振子周邊采用O型橡膠墊圈支撐的泵與振子中心固定支撐的泵的流量,并與現(xiàn)有的壓電泵進(jìn)行了對比。
【關(guān)鍵詞】：壓電泵 中間固定 雙晶片 大流量 緊湊
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH38
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 緒論15-41
• 1.1 引言15-16
• 1.2 壓電泵概述16-17
• 1.3 壓電泵的發(fā)展及現(xiàn)狀17-38
• 1.3.1 國外壓電泵的研究發(fā)展及現(xiàn)狀17-28
• 1.3.2 國內(nèi)壓電泵的研究發(fā)展與現(xiàn)狀28-38
• 1.4 本文的研究意義與主要工作38-41
• 第二章 圓形雙晶片壓電振子的優(yōu)化設(shè)計41-63
• 2.1 振子的選取41-45
• 2.1.1 振子形式的選取41-42
• 2.1.2 壓電材料的選擇42-43
• 2.1.3 振子的激勵方式的選擇43-45
• 2.2 振子的支撐方式的優(yōu)化45-55
• 2.2.1 理論分析45-49
• 2.2.2 ANSYS模態(tài)仿真分析49-51
• 2.2.3 靜態(tài)分析51-53
• 2.2.4 動態(tài)分析53
• 2.2.5 振子的極限輸出能力53-55
• 2.3 實驗測量55-57
• 2.3.1 三種支撐方式下振子的振幅隨頻率的變化關(guān)系55
• 2.3.2 三種支撐方式下的振子的振幅隨電壓的變化關(guān)系55-56
• 2.3.3 壓電振子的阻抗曲線56-57
• 2.4 影響振子振幅因素的探討57-61
• 2.4.1 壓電陶瓷片直徑對振子振幅的影響58
• 2.4.2 壓電陶瓷片厚度對振子振幅的影響58-59
• 2.4.3 銅基片直徑對振子振幅的影響59-60
• 2.4.4 銅基片厚度對振子振幅的影響60
• 2.4.5 激勵電壓對振子振幅的影響60
• 2.4.6 激勵頻率對振子振幅的影響60-61
• 2.5 本章小結(jié)61-63
• 第三章 振子中心固定的壓電泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究63-79
• 3.1 振子的設(shè)計與制作63-65
• 3.1.1 中心固定式振子在泵結(jié)構(gòu)中的實現(xiàn)63-64
• 3.1.2 泵膜的對振子振幅的影響64-65
• 3.1.3 壓電陶瓷片的應(yīng)力分析65
• 3.2 閥的設(shè)計與制作65-66
• 3.3 壓電泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理66-67
• 3.4 泵的性能的測試67-72
• 3.4.1 不同材料的泵膜對泵流量的影響68-69
• 3.4.2 不同厚度單向閥膜對泵流量的影響69
• 3.4.3 不同直徑應(yīng)力改善墊片對泵的流量的影響69-70
• 3.4.4 激勵頻率對泵的性能的影響70-71
• 3.4.5 激勵電壓對泵的性能的影響71
• 3.4.6 背壓對泵的流量的影響71-72
• 3.5 壓電陶瓷的效率分析72-75
• 3.6 泵的性能比較75-76
• 3.7 本章小結(jié)76-79
• 第四章 總結(jié)與展望79-83
• 4.1 研究結(jié)論79-80
• 4.2 本文的不足80
• 4.3 研究展望80-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 致謝87-89
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果89

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