技術領域

本發明涉及一種采用溫控形狀記憶合金驅動的高精度有閥微泵，屬于微泵技術領域。

背景技術：

高精度微泵廣泛應用于化學分析與檢測、生物工程、臨床醫學、集成電路芯片、微型零部件以及微型化生產系統等領域。該領域對微泵的性能要求是響應速度快、單向截止性能好、密封性好、輸出壓力大。因此如何提高微泵的響應速度、輸出壓力、控制精度等已成為微泵的一個重要的發展方向。

目前國內外的高精度微泵的種類多，主要的微泵有磁控形狀記憶合金驅動的高精度微泵和壓電陶瓷驅動的高精度微泵、多級懸臂式高效微泵等。磁控形狀記憶合金驅動的高精度微泵的原理是通過調節超磁致伸縮轉換器的驅動電流大小來改變超磁致伸縮棒驅動磁場的強弱，從而控制超磁致伸縮轉換器的輸出位移，引起泵腔體積周期性變化，實現泵送功能。但該泵存在勵磁機構形成的磁場不穩定、勵磁機構體積大，不適用于微型領域等缺點。壓電陶瓷驅動的高精度微泵的原理是基于壓電陶瓷的逆壓電效應，其逆壓電效應是將電能轉化為機械能。但是壓電陶瓷的輸出應力小、輸出位移不能滿足現實需要，需借助位移放大機構放大輸出位移，導致微泵結構復雜。多級懸臂式高效微泵存在功重比低、密封性差等缺點。

經對現有技術文獻的檢索發現，在來自沈陽工業大學的葛超可所撰寫的《磁控形狀記憶合金執行器驅動的無閥泵的研究》論文中提到了采用磁控形狀記憶合金作為驅動源的無閥泵。該無閥泵在結構上存在密封性差、流量控制精度差、單向截止性能差等缺點；磁控形狀記憶合金本身存在較強的磁滯非線性和磁場不穩定等不足點，并且這種材料的應用需要很大的勵磁機構，使其在一些微小型驅動系統很難得到廣泛的應用。蘇州大學專利《閉環壓電薄膜泵》采用壓電陶瓷作為驅動源的薄膜泵。該泵利用壓電陶瓷逆壓電效應實現泵送功能。但是，薄膜泵在結構上存在設計困難、頻率低、輸出流量低等缺點。壓電陶瓷存在輸出位移小，需借助位移放大機構放大輸出位移，這樣就導致這個薄膜泵體積變大，不便于用在微型場合。壓電陶瓷自身存在遲滯、蠕變和非線性,嚴重影響了流量輸出精度。在名為《多級懸臂式高效小微泵的設計》的文獻中提及的小微泵存在結構復雜、功重比低等缺點。

技術實現要素：

本發明目的在于針對現有技術不足,提供一種采用溫控形狀記憶合金驅動的高精度有閥微泵，使采用溫控形狀記憶合金驅動的高精度有閥微泵在冷卻裝置的輔助下實現高頻率驅動、高精度輸出、單向截止性能好等性能。以解決現有微泵存在驅動裝置體積大、單向截止性能差、驅動頻率低、密封性差等問題。

本發明所述微泵包括溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ、 溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ、冷卻陶瓷管、上端蓋、泵體外殼、活塞Ⅰ端蓋、滑動軸承、卡簧、連接法蘭、外驅動接頭、活塞Ⅱ、單向閥、泵腔體、活塞Ⅰ、通電端子A、B、C、D;

所述溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ貫穿在冷卻陶瓷管上，左端與上端蓋接觸，右端與活塞Ⅰ端蓋接觸，溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ貫穿在冷卻陶瓷管上，左端與活塞Ⅰ端蓋接觸接觸，右端與卡簧接觸；

所述溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ和溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ原始長度一致;

所述冷卻陶瓷管固定在上端蓋的中孔中，在高精度微泵工作時，在冷卻陶瓷管中通入冷卻水用于冷卻受熱的溫控形狀記憶合金彈簧；

所述冷卻陶瓷管的兩端裝上導水管便于冷卻水在冷卻陶瓷管內循環;

所述上端蓋固定在泵體外殼的一端;

所述活塞Ⅰ裝在滑動軸承上,滑動軸承固定在泵體外殼上;

所述上端蓋中心和冷卻陶瓷管中心線、活塞Ⅰ中心線、外驅動接頭中心線都處在同一條直線上。

所述上端蓋有三個通孔，四個螺紋孔，中心的通孔用于固定冷卻陶瓷管，其他兩個通孔便于導線的接入并連接到通電端子A、B、C、D，四個螺紋孔用于上端蓋和泵體外殼的固定;

所述泵體外殼是整個泵體支架,分別與上端蓋和連接法蘭通過螺釘配合,泵體外殼與滑動軸承的配合為過渡配合，并在泵體外殼鉆有螺紋孔用螺釘加以定位;

所述連接法蘭通過螺釘與泵體外殼連接，同時與泵腔體通過螺釘進行配合以實現驅動和泵送功能;

所述活塞Ⅰ與滑動軸承為間隙配合,可在滑動軸承內滑動,活塞Ⅰ和活塞Ⅰ端蓋通過螺釘配合;

所述外驅動接頭通過螺釘與活塞Ⅱ固定,用于動力輸出，外驅動接頭外螺紋與活塞Ⅰ內螺紋進行固定；

所述泵腔體與連接法蘭通過螺釘進行固定，同時泵腔體和活塞Ⅱ形成密封的泵腔，當活塞Ⅰ在溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ和溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ綜合作用驅動下，活塞Ⅰ做往復運動，通過外驅動接頭的連接，活塞Ⅱ也做往復運動，使得泵腔體容積發生周期性變化，在單向閥配合下，實現泵送流體或氣體的功能。

本發明的工作原理為：溫控形狀記憶合金具有雙程記憶效應，加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時又能恢復低溫相形狀。當沒有給通電端子A、B，C、D加載電壓時，溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ和溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ原始長度保持一致，活塞Ⅰ處于中間位置。當給溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ的通電端子C、D加上一定的電壓從而形成電流，在電流的熱效應作用下，達到溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ的相變溫度時，溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ就開始沿著冷卻陶瓷管的軸線方向伸長，經過極短的時間，溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ伸長到記憶長度，與此同時溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ被壓縮，從而導致活塞Ⅰ向左移動并通過外驅動接頭帶動活塞Ⅱ左移，泵腔體積增大，進口單向閥打開，流體在泵腔內外壓力差的作用下流入泵腔；撤去加載在溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ通電端子C、D上的電壓，由于冷卻陶瓷管中的冷卻水作用，溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ立即冷卻到常溫并恢復到原長度，活塞Ⅰ再次處于中間位置。給溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ通電端子A、B加上一定的電壓從而形成電流，在電流的熱效應作用下，達到溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ的相變溫度時，溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ就開始沿著冷卻陶瓷管的軸線方向伸長，經過極短的時間，溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ伸長到記憶長度，與此同時溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ被壓縮，從而導致活塞Ⅰ向右移動并通過外驅動接頭帶動活塞Ⅱ右移，泵腔體積減小，進口單向閥關閉，出口單向閥打開，向外定向輸出流體。如此重復上述往復運動，泵腔內的體積發生周期性變化，微泵能達到高頻率、高精度泵送液體或者氣體的功能。

本發明的有益效果:

本發明結構散熱性好，采用冷卻陶瓷管中的冷卻水對溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ、Ⅱ進行冷卻，并且溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ、Ⅱ與冷卻陶瓷管的接觸面積大，最大化的發揮冷卻效果。與現有微泵相比，該泵能在高頻條件下正常工作；該泵采用單向截止閥結構，流體的單向截止性能好；該泵采用兼感知和驅動為一體的溫控形狀記憶合金材料，該材料具有位移的高分辨率、變形大、驅動力大，這些特性足以保證該泵具有高精度流量控制、功重比高等優點；該泵結構簡單、制作容易、體積小，驅動裝置和泵腔體采用法蘭連接，確保該泵的密封性良好。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構中心軸截面圖；

圖2為本發明所述活塞Ⅰ的沿軸線剖視圖;

圖3為本發明所述活塞Ⅰ的左視圖;

圖中：1.溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ、2.溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ、3.冷卻陶瓷管、4.上端蓋、5.泵體外殼、6.活塞Ⅰ端蓋、7.滑動軸承、8.卡簧、9.連接法蘭、10.活塞Ⅱ、11.單向閥、12.外驅動接頭、13.泵腔體、14.通電端子A、B、C、D。

具體實施方式

為了使本發明的技術方案及優點更加的清晰明白，下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

圖1為本發明的整體結構中心軸截面圖、圖2為本發明的活塞Ⅰ軸向剖視圖，圖3為本發明所述活塞Ⅰ的側視圖,下面參閱圖1、2、3進行實例說明。

所述微泵包括溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ（1），溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ(2)，冷卻陶瓷管（3），上端蓋（4），泵體外殼(5)，活塞Ⅰ端蓋(6)，滑動軸承(7)，卡簧(8)，連接法蘭（9），活塞Ⅱ（10），單向閥（11），外驅動接頭(12)，泵腔體(13)，通電端子A、B、C、D。

所述上端蓋(4)中心、冷卻陶瓷管(3)中心線、活塞Ⅰ中心線、外驅動接頭(12)中心線都應該處在同一條直線上，這樣才能保證本發明正常、高效的運行。

上端蓋(4)的一端加工成凸臺，這樣便于其和泵體外殼(5)進行定位。上端蓋(4)的中心孔的直徑應和冷卻陶瓷管的外直徑相同，這便于冷卻陶瓷管固定在上端蓋(4)中。

活塞Ⅰ端蓋(6)的中心孔直徑應該比冷卻陶瓷管(3)外直徑稍大一些，減小活塞Ⅰ沿著冷卻陶瓷管(3)軸線方向做高頻往復運動時所受的其阻力。

溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ(1)和溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ(2)原始長度應該保持一致，在沒有給通電端子A、B、C、D加電壓時，活塞Ⅰ處于中間位置，當給通電端子A、B，C、D交替的加電壓時，就能保證活塞Ⅰ的往復運動對稱。溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ(1)和溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ(2)的外直徑一定要大于活塞Ⅰ端蓋(6)的中心孔直徑，只有這樣溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ1和溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ(2)的應力才能有效的作用在活塞Ⅰ端蓋(6)上?？ɑ傻耐庵睆綉摯笥跍乜匦螤钣洃浐辖饛椈散?1)的外直徑，這樣才能把溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ(2)夾持在冷卻陶瓷管上。

滑動軸承(7)安裝在泵體外殼(5)的內孔內，并在泵體外殼(5)鉆有螺紋孔用螺釘進行定位。滑動軸承(7)的長度一定要大于活塞Ⅰ移動的距離，這樣才能保證活塞Ⅰ一直沿著滑動軸承(7)的軸線方向做高頻往復運動。

連接法蘭(9)通過四個螺紋孔用螺釘與泵體外殼(5)進行固定，同時連接法蘭(9)通過四個螺紋孔可以和泵腔體(13)進行裝配，并在連接法蘭(9)和泵腔體(13)之間增加密封墊圈，增加該泵的密封性。

活塞Ⅰ端蓋（6）通過螺釘與活塞Ⅰ進行固定，溫控形狀記憶合金彈簧Ⅱ(1)和溫控形狀記憶合金彈簧Ⅰ（2）所產生的應力都是作用在活塞Ⅰ端蓋(6)上，從而驅動活塞Ⅰ做高頻往復運動；卡簧（8）與冷卻陶瓷管(3)通過冷卻陶瓷管(3)上的卡槽進行固定。冷卻陶瓷管（3）的兩端與導水管進行配合，使得冷卻水能夠在冷卻陶瓷管內循環，讓冷卻效果達到最佳狀態。

活塞Ⅱ（10）和外驅動接頭（12）進行連接，并且可以通過在配合過程中添加墊圈來改變活塞Ⅱ（10）和外驅動接頭（12）的連接方式，使活塞Ⅱ（10）在做高頻往復運動時泵腔容積變化大小不同，獲得不同的輸出流量?；钊颍?0）和泵腔體（13）進行配合從而形成密封的泵腔，為泵送功能打下結構基礎。

該發明可以通過實驗的方式定義出不同的電壓對應不同的流量，使得流量控制精度更高，并且對流量的控制還是連續性的。