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摘要:压电微泵的泵出流量由微泵结构、压电振子特性及驱动系统驱动信号的形式决定.在机械结构及材料特性确定的条件下,压电振子的驱动信号决定着微泵输出微流量的可靠性和稳定性.在分析压电微泵驱动基理的基础上,通过Ansys对驱动压电振子有效振动的一、二阶频率进行有限元模拟分析,确定了驱动信号电压幅值、频率对微泵流量的影响.以此为基础搭建压电微泵流量测试实验平台,在相同电压和频率条件下,研究了3种不同脉冲信号(正弦波、三角波、矩形波)对输出流量的影响.通过实验对理论模型进行修正,得到了压电微泵输出流量简化模型.实验验证了所得模型在正弦波、三角波、矩形波3种不同波形驱动下最大误差不超过4%,控制范围内可靠性在99.0%以上.综合比较可知,方波脉冲信号为压电微泵最佳驱动信号....
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CSTPCD 北大核心
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摘要:在建立压电微泵的结构理论模型的基础上,通过有限元仿真软件ANSYS对不同基材和不同几何尺寸的压电振子进行静力学分析和不同驱动电压及频率的谐响应分析,确定了构成压电振子部件的最优几何结构的尺寸关系以及最优驱动电压、频率的关系.当构成压电振子晶片和基片厚度均为0.2 mm,晶片与基片直径比值为11/15时,泵腔体积的变化量最大;模拟确定了驱动信号的最佳电压和频率范围,分别为电压幅值30 ~ 80 V、频率40 ~ 100 Hz.当驱动电压为50 V,驱动频率为100 Hz时,通过实验验证,微泵流量已达到6.56 mL/min,极大地满足了微泵流量的设计要求.为基于压电微泵驱动的微流控系统的研究提供了理论依据和实验分析数据....
[硕士论文] 姚武昊
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:压电微泵是微流控系统的重要组成部分,决定着微流控系统的稳定性和可靠性,它是随着各种材料、结构的不断创新发展而产生出来的性能优良的微型泵,其具有结构设计简单、体积微小、易于携带、输送性能良好、能够精确控制等诸多优势。其中压电振子、阀体、泵体的材料及结构组成会对压电微泵的输出性能起着极其重要的影响。本文针对微泵结构的最优化展开研究,主要有以下几个方面:
  1)研究推导出了压电振子在振动时的挠度方程、泵腔体积变化方程以及输送性能方程,并通过仿真验证了理论的准确性,并选择了对压电振子的基板材料、直径比、厚度进行了结构优化。
  2)设计了悬臂梁型阀体、轮式型阀体、伞形型阀体三种阀体结构,推导出了其在振动过程中的挠度方程及微泵的流量方程,并利用ANSYS仿真软件对阀体进行了结构优化。结合优化好后的压电振子及阀体设计出了单腔及双腔压电型微泵,推导出了微泵的理论输送流量方程,并通过实验优化了阀体厚度及直径、泵体的泵腔高度、进出口直径、阀孔直径、凸台高度等结构参数,研制出了结构优化好后的压电型微泵。
  3)经过对单腔及双腔压电型微泵的实验研究,在对结构已优化好后的微泵施加了50V正弦电压情况下,单腔型压电微泵输送水的最大的出口压力及输送流量分别为6.91kPa和4.27ml·min-1;双腔串联型压电微泵输送水的最大的出口压力及输送流量分别为11.87kPa和6.04ml·min-1;双腔并联型压电微泵输送水并采用异步驱动时的最大的出口压力及输送流量分别为11.8kPa和5.84ml·min-1。
  4)利用Fluent仿真软件对水、葡萄糖溶液、乙二醇溶液进行仿真后可知,三种流体介质在泵中均会有较大的流量损失,且黏度越大流量损失也会越大。对单腔及双腔压电型微泵输送不同粘度甘油同水的混合液进行实验研究,经实验后得出输送流量都会随着混合液体粘度的不断提高而不断下降,并且微泵的最大的输送流量所对应的频率同样会不断下降。当混合溶液粘度很大时,微泵的输送流量已经非常微小,并且当频率不断增大时,其输送流量几乎没有产生变动。
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