發(fā)布時(shí)間：2020-06-05 06:59

【摘要】：壓電泵是將壓電體激發(fā)的振動(dòng)直接作用于流體，使其產(chǎn)生動(dòng)壓或流量輸出的一種新型壓電驅(qū)動(dòng)器，壓電泵按結(jié)構(gòu)可分為有閥式和無閥式兩大類。無閥壓電泵將傳統(tǒng)泵的驅(qū)動(dòng)源部分、傳動(dòng)部分及泵體三者合為一體，大大簡化了壓電泵的結(jié)構(gòu)，提高了工作可靠性，更易于實(shí)現(xiàn)微小型化、輸送帶有懸浮顆粒的流體，因而在某些特殊場合有著重要的應(yīng)用價(jià)值。 本文在對(duì)無閥壓電泵的基本特性研究的基礎(chǔ)上，從提高無閥壓電泵的輸出流量和輸出壓力入手，提出了利用一個(gè)壓電振子構(gòu)成兩個(gè)工作腔體的壓電泵——單振子雙腔體壓電泵的設(shè)想，設(shè)計(jì)制造了單振子雙腔體壓電泵的樣機(jī)，并利用壓電學(xué)和流體力學(xué)等理論對(duì)壓電泵進(jìn)行了相關(guān)的理論分析，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。為了使壓電泵應(yīng)用，用聲音或音樂來控制壓電泵噴水狀態(tài)——聲控壓電泵，設(shè)計(jì)制作并調(diào)試了與單振子雙腔體壓電泵配套的聲控電路板。 1、緒論 介紹了國內(nèi)外壓電泵的發(fā)展現(xiàn)狀、并針對(duì)有閥和無閥壓電泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理進(jìn)行了闡述，同時(shí)指出了壓電泵總的發(fā)展趨勢(shì)：結(jié)構(gòu)尺寸微小化、低能耗、高輸出精度方向發(fā)展。 2、復(fù)合圓片型壓電振子的振動(dòng)分析及測試 首先介紹壓電材料、壓電效應(yīng)、壓電振子振動(dòng)模式等相關(guān)知識(shí)，給出了壓電振子幾何方程和本構(gòu)方程，為壓電振子的振動(dòng)分析提供理論依據(jù)；對(duì)單振子雙腔體壓電泵所要求的特殊性能的壓電振子做了特殊的絕緣處理，并對(duì)絕緣特性做了定性分析，同時(shí)沿徑向方向測試了其不同點(diǎn)的變形量，得出了中心點(diǎn)變形量最大，沿徑向越靠近邊緣變形量越小。最后通過輸入不同驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)實(shí) WP=78 驗(yàn)，測試了絕緣壓電振子中心點(diǎn)最大變形量，得出絕緣壓電振子在矩形波驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)下變形量最大，正弦波驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)下變形量次之，三角波驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)下變形量最��；壓電振子的變形量與驅(qū)動(dòng)電壓成正比關(guān)系,在不超過擊穿電壓情況下，電壓越高，壓電振子變形量越大。 3、單振子雙腔體壓電泵的理論分析 在對(duì)單振子單腔體無閥壓電泵的研究基礎(chǔ)上，提出了單振子雙腔體無閥壓電泵，設(shè)計(jì)并制作了樣機(jī)，通過對(duì)單振子雙腔體與單振子單腔體壓電泵工作過程進(jìn)行對(duì)比分析，說明了單振子雙腔體壓電泵提高了輸出流量；闡述了與壓電泵相關(guān)的流體力學(xué)的基本理論，并對(duì)無閥壓電泵輸出流量進(jìn)行了定量分析；對(duì)影響單振子雙腔體壓電泵性能因素如：腔體結(jié)構(gòu)和進(jìn)、出水管道結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了流態(tài)分析，為壓電泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，盡量避免斷面突變結(jié)構(gòu)，減少局部水頭損失，提高壓電泵輸出性能。 4、單振子雙腔體壓電泵的實(shí)驗(yàn)研究 主要以單振子雙腔體壓電泵的輸出壓力和流量為測試參數(shù)，對(duì)單振子雙腔體與單振子單腔體壓電泵的輸出性能進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明：單振子雙腔體比單振子單腔體壓電泵的輸出流量顯著提高； 對(duì)出水口長度、帶錐角出水口長度、緩沖腔大小、兩進(jìn)水口與單進(jìn)水口等因素對(duì)輸出性能的影響進(jìn)行了測試，結(jié)果表明：最佳出水口長度是出口直徑的3～4倍；最佳緩沖腔直徑為3.5～4毫米；兩個(gè)進(jìn)水口與一個(gè)進(jìn)水口相比，輸出流量、輸出壓力變化不大，但兩個(gè)進(jìn)水口產(chǎn)生的噪音較��； 對(duì)單振子雙腔體壓電泵實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象：壓電泵腔體內(nèi)產(chǎn)生氣泡、噪音和產(chǎn)生的不連續(xù)射流等原因進(jìn)行了分析，并提出了一些有效的改進(jìn)措施。 5、壓電泵應(yīng)用實(shí)例 — 試驗(yàn)樣機(jī)開發(fā)與制作 利用電子技術(shù)、結(jié)合單振子雙腔泵樣機(jī)制作了一個(gè)試驗(yàn)樣機(jī)——聲控壓電噴泉。其特點(diǎn)是： WP=79 靈敏度較高，，噴泉狀態(tài)隨人們說話、關(guān)門的聲音或音樂上下起伏變化。 控制電路板尺寸小、成本低，與單振子雙腔壓電泵樣機(jī)配合，構(gòu)成了體積較小、外形美觀的聲控噴泉，適用于家庭、酒店、辦公場所等，易于推廣。 聲控電路板具有通用性，可以控制多個(gè)壓電泵。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：1、基于無閥壓電泵輸出能力較低，充分利用壓電振子的兩側(cè)面作為工作面，首次提出了單振子雙腔體無閥壓電泵，對(duì)壓電振子進(jìn)行了較好的絕緣處理，并設(shè)計(jì)制作了樣機(jī)；2、利用電子技術(shù)，結(jié)合單振子雙腔體壓電泵，制作了聲控壓電噴泉試驗(yàn)樣機(jī)。
【圖文】：

進(jìn)行能量交換的機(jī)械裝置[1]，它把原，使液體的流速和壓力增加。早期的人最早模型，這種機(jī)械巧妙地利用了水流都難以有很大提高，但對(duì)幾千年前的古。其結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用，至今一些地區(qū)仍汽輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)的相繼發(fā)明，為泵的發(fā)力源，已發(fā)展出種類、名目繁多的流體燃機(jī)等）、工作部分（齒輪泵的齒輪，）、流體的輸入、輸出閥及泵體等四個(gè)分成如下兩大類：可以

振幅壓電振子 泵體圖1-2 壓電泵的典型結(jié)構(gòu)單向閥動(dòng)。其最大優(yōu)點(diǎn)是更易于實(shí)現(xiàn)微小型化、輸送帶有懸浮顆粒的流體，因而在某些特殊場合有著重要的應(yīng)用價(jià)值[8,9]。1.2 壓電泵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀為了滿足微小流量的連續(xù)控制輸出，而傳統(tǒng)的流體泵因其工作機(jī)理限制很難實(shí)現(xiàn)，人們相繼開發(fā)出了多種形式的微型泵，壓電泵是其中比較典型的一種。根據(jù)驅(qū)動(dòng)壓電振子能量轉(zhuǎn)化方式，壓電泵可分為壓電薄膜泵和壓電超聲泵兩大類。壓電薄膜泵是直接或間接利用壓電振子機(jī)械變形來改變泵腔體積，通過閥門實(shí)現(xiàn)液體的單向流動(dòng)；而壓電超聲泵則是利用壓電振子產(chǎn)生的超聲波，無須借助閥門實(shí)現(xiàn)流體的單向流動(dòng)。根據(jù)閥門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),壓電薄膜泵又分為有閥壓電薄膜泵(懸臂梁、浮動(dòng)球閥或錐型閥等)和無閥式壓電薄膜泵(如錐型管無閥壓電薄膜泵，溫控制動(dòng)閥壓電薄膜泵等)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：TH35

【引證文獻(xiàn)】

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1 白蘭;基于MEMS的無閥泵數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2005年

2 謝海峰;壓電共振型隔膜泵的設(shè)計(jì)理論與試驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2013年

3 吳越;壓電泵動(dòng)力學(xué)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];吉林大學(xué);2013年

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1 胡雄海;雙晶片壓電振子式主動(dòng)閥壓電泵的研究[D];吉林大學(xué);2008年

2 畢雨時(shí);單振子雙腔體V型管無閥壓電泵的數(shù)值模擬與空化研究[D];江蘇大學(xué);2010年

3 潘笛站;雙腔壓電胰島素泵的設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2697682