本文關(guān)鍵詞：脈動(dòng)離心隔膜壓電泵原理與試驗(yàn)

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【摘要】：壓電泵是一種新型流體驅(qū)動(dòng)器,它具有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)特性好、精確度高、耗能低、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn),使得其在微型機(jī)電、醫(yī)療器械、化學(xué)分析、航空航天等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用價(jià)值。然而,對(duì)于容積式壓電陶瓷泵,傳統(tǒng)的單向閥在工作中存在嚴(yán)重的滯后性,使得它很難與壓電陶瓷泵的殼面振動(dòng)相匹配。在這種制約條件下,腔式壓電陶瓷泵的效率并沒(méi)有得到充分地發(fā)揮。相比于被動(dòng)式單向閥,雖然使用壓電驅(qū)動(dòng)式主動(dòng)閥對(duì)提高壓電泵的工作頻率有利,但其存在閥口開(kāi)啟位移較小或輸出力較小而導(dǎo)致流量下降的問(wèn)題,且需要的閥控制系統(tǒng)復(fù)雜,不易于集成化設(shè)計(jì)。利用MEMS技術(shù)制作的新型單向閥,具有優(yōu)良的高頻特性,但MEMS制作工藝復(fù)雜,成本較高,不利于推廣。 針對(duì)有閥壓電容積泵中壓電元件的高頻特性和單向閥的低頻特性不兼容問(wèn)題,本文提出了脈動(dòng)離心隔膜壓電泵。它利用振動(dòng)管內(nèi)的液體在離心力的作用下產(chǎn)生定向流動(dòng)的特性來(lái)驅(qū)動(dòng)泵腔中的隔膜產(chǎn)生形變,從而改變泵腔體積,借助單向閥實(shí)現(xiàn)液體的定向輸送。壓電陶瓷工作在較高的頻率而單向閥工作在較低的頻率,并且二者不產(chǎn)生沖突,能夠協(xié)調(diào)一致。本文首先分析了脈動(dòng)離心隔膜壓電泵的工作原理,其次建立了壓電泵驅(qū)動(dòng)部分的動(dòng)力學(xué)模型,得出了振動(dòng)頻率、模態(tài)振型、離心力和振幅極限的計(jì)算表達(dá)式。最后制作了原理樣機(jī),測(cè)量了壓電泵的阻抗特性、脈沖特性、流量和壓力等性能,驗(yàn)證理論分析的正確性。為了提高泵的效率,改善泵的性能,本文提出并搭建了快速起停電路,提高了泵的輸出流量,并實(shí)現(xiàn)頻率追蹤。此外,基于脈動(dòng)離心隔膜壓電泵的工作原理,本文提出了一種新型的壓電驅(qū)動(dòng)移液器,利用振動(dòng)管的擺動(dòng)產(chǎn)生的離心力作為驅(qū)動(dòng)力,液體吸入時(shí)振動(dòng)管工作在一階彎曲振動(dòng)頻率。對(duì)單次移液體積隨電壓、驅(qū)動(dòng)頻率、移液槍頭規(guī)格和不同試劑的變化做了測(cè)試。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：壓電泵原理樣機(jī)可以保持并精確輸出液體脈沖,驅(qū)動(dòng)電壓峰峰值為560Vpp,振動(dòng)頻率為183.74Hz,吸液周期0.4s,排液周期0.1s,背壓0.3KPa時(shí),去離子水輸出流量為6.12mL/min。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了脈動(dòng)離心隔膜壓電泵的有效性。使用快速起停電路脈動(dòng)頻率為4Hz時(shí),去離子水輸出流量為12.49mL/min,泵的性能得以提升。 壓電移液器原理樣機(jī)在電壓560Vpp,頻率175.9Hz時(shí)移液體積為43.2μL,最大誤差±3.5%,最小移液體積為3μL。該移液器可以用在化學(xué)或生物實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)移液中。
【關(guān)鍵詞】：壓電泵 脈動(dòng) 離心力 隔膜 單向閥 移液器
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TH38
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 壓電泵的發(fā)展概況12-19
• 1.2.1 壓電泵的分類(lèi)12-13
• 1.2.2 國(guó)外壓電泵的發(fā)展現(xiàn)狀13-17
• 1.2.3 國(guó)內(nèi)壓電泵的發(fā)展現(xiàn)狀17-19
• 1.3 壓電泵的發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用前景19
• 1.4 本文選題意義與論文結(jié)構(gòu)19-23
• 第2章 壓電離心泵用壓電振子基礎(chǔ)理論23-33
• 2.1 壓電效應(yīng)23-26
• 2.1.1 壓電材料晶體結(jié)構(gòu)和極化微觀過(guò)程23-25
• 2.1.2 正逆壓電效應(yīng)物理機(jī)理25-26
• 2.2 壓電材料的種類(lèi)26-28
• 2.2.1 壓電單晶體26-27
• 2.2.2 壓電陶瓷27
• 2.2.3 新型壓電材料27-28
• 2.3 壓電陶瓷的重要參數(shù)28-29
• 2.4 線性壓電方程29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-33
• 第3章 脈動(dòng)離心隔膜壓電泵原理和測(cè)試33-59
• 3.1 脈動(dòng)離心隔膜壓電泵原理33-34
• 3.2 脈動(dòng)離心隔膜壓電泵的動(dòng)態(tài)分析34-45
• 3.2.1 變截面梁理論35-39
• 3.2.2 驅(qū)動(dòng)部分的動(dòng)態(tài)分析39-45
• 3.3 脈動(dòng)離心隔膜壓電泵樣機(jī)制作45-49
• 3.4 脈動(dòng)離心隔膜壓電泵的測(cè)試49-58
• 3.4.1 驅(qū)動(dòng)部分理論計(jì)算與阻抗測(cè)試49-50
• 3.4.2 驅(qū)動(dòng)部分的有限元仿真分析50-53
• 3.4.3 脈動(dòng)離心隔膜壓電泵的驅(qū)動(dòng)信號(hào)編輯53-55
• 3.4.4 脈動(dòng)離心隔膜壓電泵的流量背壓測(cè)試55-58
• 3.5 本章小結(jié)58-59
• 第4章 快速起振和快速停止電路59-69
• 4.1 快速起停的原理59-61
• 4.2 電路各模塊的功能61-65
• 4.2.1 分壓電路和電壓跟隨器61-62
• 4.2.2 低通濾波器LPF62
• 4.2.3 移相電路62-63
• 4.2.4 自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路63-65
• 4.3 快速起停電路的測(cè)試65-68
• 4.3.1 快速起停電路的懸臂梁測(cè)試65-67
• 4.3.2 快速起停電路在脈動(dòng)離心隔膜壓電泵中的使用67-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 第5章 壓電驅(qū)動(dòng)精密移液器69-77
• 5.1 壓電精密移液器的結(jié)構(gòu)69-71
• 5.2 壓電精密移液器的測(cè)試71-76
• 5.3 本章小結(jié)76-77
• 第6章 總結(jié)與展望77-81
• 6.1 研究結(jié)論77-78
• 6.2 研究展望78-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 附錄85-87
• 致謝87-89
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果89

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

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本文編號(hào)：1001293