电磁力驱动微型膜片泵的研究与实验分析

发布时间：2020-10-17 23:51

　　 液体的微量传输在微量药物注射、化学检测、生物微分析等领域上有广泛的应用,研究日愈深入。 本文研究一种新颖的电磁力驱动的PDMS膜片泵,具有体积小,制作简单,控制精度高的特点。它由驱动线圈、嵌有小永磁体的PDMS膜片及阀体构成。永磁体在通电线圈产生的磁场中受到电磁力作用,驱动膜片运动,使膜腔产生体积变化,并在阀作用下引起液体单向流动。 文中首先全面地概述了当前不同种类的微泵的工作原理及发展情况; 重点推导和分析了磁场大小、电磁力大小、膜片的受力与变形、通电线圈产生的电磁力作用下的膜片变形量等模型,最终建立了完整的电磁力驱动微型膜片泵的理论控制模型。 通过MATLAB仿真了电流与磁场强度关系、膜片变形与其回复力的关系;根据膜片泵的理论控制模型仿真了不同的螺线管与膜片泵结构数据对泵膜片变形的影响,在理论上优化了实体模型结构。 从理论上介绍了微型泵的工作频率、每搏输出流量的计算公式,并推导了液体的瞬时响应模型。 设计了微型膜片泵,详细的介绍了其制作过程,包括关键步骤:PDMS的制备与固化、嵌入微型永磁体的PDMS驱动膜片的制作、PMMA与PDMS膜片做成微阀的集成等。 完成了对该膜片泵的实验测试,针对电流与液体流量,脉冲与液体流速进行了实验测试,并检测其输出负压大小。结果表明该膜片泵能进行微升体积的液体泵送,及其在控制上的可行性。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH323
【部分图文】：

构成完整的主动阀;在驱动膜上固定PZT，作为泵定的电压后，PZT带动膜片一起变形，使驱动腔体积改与PZT关联起来，如果阀是常闭的，当驱动腔膜片上膜片往泵腔体积变大的方向变形，微型泵处于供液状态ZT加上电压，橡胶块与硅膜间产生缝隙，如图1.2(b)，阀保持常闭，结果使液体从入口端进入腔室;当膜腔由先将入口端PZT上的电压撤去(或施加反方向电压)，关，然后出口阀施加电压，阀门打开，液体从腔室经出压，固定在阀膜上的PZT带动阀膜变形迫使阀膜与橡胶”状态;如果施加相反的电压，则会使阀膜与橡胶更加的顺序对三块PZT施加电压，最终实现液体的定向流动序可由外部支配，因此又可以形成液体的反向流动。

.2.，.2磁力驱动蠕动式微型泵流体通过管道时，有规律的改变管道多个控制区域的体积及相应部分的封闭和开启状态，使液体在空间挤压过程中，有节奏地朝一个方向流动。如图1.4(卜d)所示，管道的控制膜片受载荷后，空间变小，液体被挤压流动，最后变形膜片使管道“堵塞”，形成通道开关。当管道有多个(3个)开关形成阵列时，首先左端膜片受压，膜片关闭管道，保持;然后，中间的膜片受向下压力，空间变小，管道内的液体向右流动，保持;随后，右边的膜片受下压力，空间减小，挤压管道内的液体向右流动

图1.5磁力驱动的蠕动泵12’!TingruiPan等人12’]利用PDMs制作了蠕动式泵体，如图1.5所示。泵体层结构组成，以永磁体之间相吸的磁力作为驱动力。与泵体相对应的外部永按一定规律安装在微型马达的轴上，随电机转动。泵的上层为驱动层，包含安装直径为1.srnnn的永磁体棒的三个腔体;下层包含尺寸为10rnnnxZnll刀微流其两端接有外径为0.94~，内径为0.51~的微管，作为液体的输入口和输出中间层为驱动膜片。利用模铸的方法制作泵体三层。首先利用SU一82100进光刻制作中间层和下层的模具，并以TeflonTM为材料加工上层的模具;按照胶单体与交联剂10:1的配比调配PDMS(sylgard184)，然后将这些已除气PDMS浇注到前面已完成的铸型内，放到烤箱内保持100℃的温度烘烤巧分固化，剥离后，将中间层PDMS膜片和最下面的流道层的表面进行氧离子处
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1 郭启伟;电磁力驱动微型膜片泵的研究与实验分析[D];厦门大学;2009年

2 蔡进涛;高能炸药的磁驱动准等熵压缩特性研究[D];中国工程物理研究院;2010年

本文编号：2845473