專利名稱：一種薄膜壓縮型無閥微泵的制作方法
技術領域：
本發明一種薄膜壓縮型無閥微泵，屬于微流體傳輸與控制領域，特別涉及一種可在3V低電壓下工作的，采用微型振動電機驅動的無閥微泵的技術方案。
背景技術：
微泵是一種非常重要的執行器，可精確控制和驅動微管道內流體的流動和流量。 可以廣泛應用在各個領域，比如藥物微量輸運、細胞分離、集成電子元件冷卻、燃料微量噴射、化學中的微分析等等。在這些領域所用到的執行器中，微泵是其中最重要的部分，是微流體系統發展水平的重要標志。目前應用較多的是薄膜驅動型微泵，他的流量控制是通過驅動膜的往復運動引起泵腔的體積變化而實現的。目前微泵依照驅動類型可有以下幾種 電磁致動微型泵，熱致動微型泵，靜電致動微型泵，壓電致動微型泵，光致動微型泵，聚合凝膠制動微型泵，電滲透微型泵，超聲波致動微型泵等等。在使用以上驅動方式的各類驅動器中，壓電驅動器因其響應快、承載力高、能耗低和價格低等特點備受關注。薄膜驅動型微泵根據其有無可動閥片又可分為有閥微泵和無閥微泵。有閥微泵往往基于機械驅動，原理簡單，制造工藝成熟，易于控制，是目前應用的主流，但是有閥微泵由于具有機械閥片，在高頻電壓的驅動下，閥片容易損壞，壽命有限；無閥微泵則是利用管道的特殊結構或流體的黏度等特性來實現液體的流動，原理新穎，結構簡單，性能可靠穩定，加工費用低，更適于微型化，具有更大的發展前景。無論是有無可動閥片，目前應用的薄膜驅動型微泵普遍采用單膜單腔結構，由周期信號控制單腔容積的變化。假定上半周期泵腔容積增加，則微泵處于吸入狀態；反之，下半周期泵腔容積減少，微泵處于泵送狀態。無閥微泵大多采用壓電致動式或者電磁致動式，對于壓電致動式無閥微泵，其驅動電壓通常高于上百伏，電源的體積遠遠大于微泵的體積。而電磁致動式無閥微泵通常利用MEMS技術加工線圈和磁極，工藝復雜，成本較高。而采用微型振動電機驅動的無閥微泵擺脫了上述局限，可以采用紐扣電池供電，體積小，成本低，微泵頻率可以隨驅動電壓的變化而變化。
發明內容
本發明一種薄膜壓縮型無閥微泵的目的在于克服現有的無閥微泵驅動電壓高， 加工工藝復雜的缺點，提供一種可在3V低電壓下工作的采用微型振動電機驅動無閥微泵， 以降低微泵的驅動電壓，提高微泵的工作穩定性。本發明一種薄膜壓縮型無閥微泵，其特征在于是一種可在3V低電壓下工作的，采用微型振動電機驅動的無閥微泵，可以實現微量液體的泵送，它包括微型振動電機1、紐扣電池2、硅橡膠泵膜3、泵腔4、錐形擴散通道5、錐形收縮通道6、左側水孔7、右側水孔8、微泵入口 9、微泵出口 10、泵體11、紐扣電池座12、彈簧片13。其中，泵腔4與驅動裝置相連， 該驅動裝置采用膜片振動驅動結構，主要包括泵腔4、粘貼在泵腔4上的硅橡膠泵膜3和驅動泵膜振動的微型振動電機1、紐扣電池座12和紐扣電池2，紐扣電池座12上還設有彈簧片13，紐扣電池2通過紐扣電池座12安裝在微型振動電機1的上方并給其供電，減小了整個微泵的體積；在泵腔4與微泵入口 9和微泵出口 10間采用正反流壓力損失不同的錐形擴散通道5和錐形收縮通道6，錐形擴散通道5的一端與微泵入口 9相連，另一端與泵腔4相連；錐形收縮通道6的一端與泵腔4相連，另一端與微泵出口 10相連；微泵泵腔4的直徑為8mm，深度為0. 5mm ；錐形擴散通道5和錐形收縮通道6的窄口寬度為100 μ m，寬口寬度為500 μ m，長度為2. 3mm，錐形角度為10° ；微型振動電機1粘貼在硅橡膠泵膜3的上方， 硅橡膠泵膜3緊貼在泵腔4上，泵腔4的位置與微型振動電機1的位置正對；錐形擴散通道 5和錐形收縮通道5的兩端分別設有左側水孔7和右側水孔8，左側水孔7和右側水孔8上分別安裝有金屬管作為微泵入口 9和微泵出口 10，微泵入口 9和微泵出口 10再與橡膠軟管相連，微型振動電機1由紐扣電池2供電引起振動，從而引起硅橡膠泵膜3的振動，使泵腔4 的體積發生變化，在錐形擴散通道5和錐形收縮通道6的作用下，實現液體的單方向流動。上述一種薄膜壓縮型無閥微泵，其特征在于所述其泵膜3采用彈性模量較小、韌性好、不易破裂、封裝和粘貼時不易損壞的硅橡膠材料，硅橡膠泵膜的厚度為0. 25mm，這一厚度是通過仿真模擬得到的，它能夠使泵膜產生最大形變。上述一種薄膜壓縮型無閥微泵，其特征在于所述其泵體11是有機玻璃、玻璃、硅或者鐵片。本發明一種薄膜壓縮型無閥微泵的優點在于所提供的無閥微泵，依據流體流動性質在錐形擴散通道和錐形收縮通道產生的正反流壓力差不同這一特性，實現了液體的單向流動，避免了一般單向閥具有可動部件、容易引起可動部件疲勞損壞的缺點，延長了微泵的使用壽命，提高了微泵的工作穩定性；同時該微泵具有結構簡單，容易加工，使用上便于控制的優點。
圖1是無閥微泵的結構2是無閥微泵的俯視圖，圖中1微型振動電機，2紐扣電池，3泵膜，4泵腔，5錐形擴散通道，6錐形收縮通道，7左側水孔，8右側水孔，9微泵入口，10微泵出口，11泵體，12 紐扣電池座，13彈簧片
具體實施例方式實施方式1如圖1、圖2所示，在泵體11上有泵腔4、錐形擴散通道5、錐形收縮通道6、左側水孔7和右側水孔8，在泵體11的上表面有一層硅橡膠泵膜3，硅橡膠泵膜3上方用樹脂膠與微型振動電機1相粘接，微型振動電機1上安裝紐扣電池座12，紐扣電池安裝在紐扣電池座中，紐扣電池座上有彈簧片13，彈簧片13和紐扣電池2之間有塑料薄片，微泵工作時可將塑料薄片抽掉，微泵停止工作時可將塑料薄片插入。泵腔4通過錐形擴散通道5與左側水孔 7相連，通過錐形收縮通道6與右側水孔8相連，左側水孔7和右側水孔8分別與2厘米長的金屬管相連，構成微泵入口 9和微泵出口 10，微泵入口 9和微泵入口 10再與橡膠軟管相連，延長了微泵入口和微泵出口的長度。微泵的錐形擴散通道5和錐形收縮通道6的窄口寬度為100 μ m，寬口寬度為 500 μ m,長度為2. 3mm,角度為10° ；微泵泵腔的直徑為8mm，深度為0. 5mm ；微泵泵膜的厚度為0. 25mm,以上尺寸都是通過仿真模擬后得到的最佳值，泵體11采用有機玻璃材料。微泵工作時，泵膜在微型振動電機的驅動下發生近似拋物球面狀的變形，從而使泵腔的體積發生增大和減小的交替變化。微泵入口為進水端，微泵出口為出水端，當微型振動電機帶動泵膜向上運動時，泵腔4的體積增加，壓強減小，水分別從微泵入口和微泵出口流入泵腔，設從錐形擴散通道5流入的流量為Q1，從錐形收縮通道6流入的流量為Q2，由于錐形擴散通道和錐形收縮通道在流體流向上呈錐形，根據錐形擴散通道、錐形收縮通道內流體的流動特性，Ql > Q2，也即泵腔4處于吸入狀態。當微型振動電機帶動泵膜向下運動時，泵腔4的體積減小，壓強增加，水分別從微泵入口和微泵出口流出泵腔，設從錐形擴散通道5流出的流量為Q3，從錐形收縮通道6流出的流量為Q4，根據錐形擴散通道、錐形收縮通道內流體的流動特性，Q3 < Q4，也即泵腔4水域泵出狀態。因此，在一個工作周期中，從微泵入口流入的流量大于從微泵入口流出的流量，而從微泵出口流出的流量大于從微泵出口流入的流量，從而實現了流體的單向流動。本發明的主要技術指標可達到外形尺寸為15mmX10mmX6mm(長X寬X高)， 腔體尺寸為8mmX0. 5mm(直徑X高)，流量可以達到150ym/min ；最高泵壓為2. 2Kpa。實施方式2微泵的錐形擴散通道5和錐形收縮通道6的窄口寬度為100 μ m，寬口寬度為 500 μ m,長度為2. 3mm,角度為10° ；微泵泵腔的直徑為8mm，深度為0. 5mm ；微泵泵膜的厚度為0. 25mm,以上尺寸都是通過仿真模擬后得到的最佳值，泵體11采用玻璃材料，其它同實施方式1。實施方式3微泵的錐形擴散通道5和錐形收縮通道6的窄口寬度為100 μ m，寬口寬度為 500 μ m,長度為2. 3mm,角度為10° ；微泵泵腔的直徑為8mm，深度為0. 5mm ；微泵泵膜的厚度為0. 25mm,以上尺寸都是通過仿真模擬后得到的最佳值，泵體11采用硅材料，其它同實施方式I 實施方式4泵體11采用鐵片材料，其它同實施方式1。
權利要求
1.一種薄膜壓縮型無閥微泵，其特征在于是一種可在3V低電壓下工作的，采用微型振動電機驅動的無閥微泵，它包括微型振動電機(1)、紐扣電池O)、硅橡膠泵膜(3)、泵腔 ⑷、錐形擴散通道(5)、錐形收縮通道(6)、左側水孔(7)、右側水孔⑶、微泵入口(9)、微泵出口(10)、泵體(11)、紐扣電池座(12)和彈簧片(13)，泵腔(4)與驅動裝置相連，該驅動裝置采用膜片振動驅動結構，主要包括泵腔G)、粘貼在泵腔(4)上的硅橡膠泵膜(3)和驅動泵膜振動的微型振動電機(1)、紐扣電池座(12)和紐扣電池O)，紐扣電池座(12)上還設有彈簧片(13)，紐扣電池⑵通過紐扣電池座(12)安裝在微型振動電機⑴的上方并給其供電，減小了整個微泵的體積；在泵腔(4)與微泵入口(9)和微泵出口(10)間采用正反流壓力損失不同的錐形擴散通道( 和錐形收縮通道(6)，錐形擴散通道( 的一端與微泵入口(9)相連，另一端與泵腔(4)相連；錐形收縮通道(6)的一端與泵腔(4)相連，另一端與微泵出口(10)相連；微泵泵腔(4)的直徑為8mm，深度為0. 5mm ；錐形擴散通道(5)和錐形收縮通道㈩)的窄口寬度為100 μ m，寬口寬度為500 μ m，長度為2. 3mm，錐形角度為10° ； 微型振動電機(1)粘貼在硅橡膠泵膜( 的上方，硅橡膠泵膜( 緊貼在泵腔(4)上，泵腔 (4)的位置與微型振動電機(1)的位置正對；錐形擴散通道( 和錐形收縮通道(5)的兩端分別設有左側水孔(7)和右側水孔(8)，左側水孔(7)和右側水孔⑶上分別安裝有金屬管作為微泵入口(9)和微泵出口(10)，微泵入口(9)和微泵出口(10)再與橡膠軟管相連， 微型振動電機(1)由紐扣電池( 供電引起振動，從而引起硅橡膠泵膜C3)的振動，使泵腔 (4)的體積發生變化，在錐形擴散通道( 和錐形收縮通道(6)的作用下，實現液體的單方向流動。
2.按照權利要求1所述的一種薄膜壓縮型無閥微泵，其特征在于所述的硅橡膠泵膜 (3)，其采用彈性模量較小、韌性好、不易破裂、封裝和粘貼時不易損壞的硅橡膠泵膜的厚度為0. 25mm，這一厚度是通過仿真模擬得到的，它能夠使泵膜產生最大形變。
3.按照權利要求1所述的一種薄膜壓縮型無閥微泵，其特征在于所述其泵體(11)是有機玻璃、玻璃、硅或者鐵片。
全文摘要
一種薄膜壓縮型無閥微泵，屬于微流體傳輸與控制領域，其特征在于是一種可在3V低電壓下工作的，采用微型振動電機驅動的無閥微泵的技術方案。該泵主要由微型振動電機1、紐扣電池2、硅橡膠泵膜3、泵腔4、錐形擴散通道5、錐形收縮通道6、左側水孔7、右側水孔8、微泵入口9、微泵出口10、泵體11、紐扣電池座12和彈簧片13組成。本發明克服了現有的無閥微泵驅動電壓高，加工工藝復雜的缺點，提供了一種可在3V低電壓下工作的采用微型振動電機驅動無閥微泵，以降低微泵的驅動電壓，提高微泵的工作穩定性。
文檔編號F04B53/16GK102562540SQ20111046270
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者劉建霞, 史健芳, 孫建英, 趙清華 申請人:太原理工大學