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专利号: 2020105771909
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 工程元件或部件;为产生和保持机器或设备的有效运行的一般措施;一般绝热
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于压电薄膜反馈控制微流控芯片流量流速的微阀,其特征在于:将PDMS、压电薄膜、玻璃集成一体,使用温度作为动力源,密封腔内的空气作为介质,调节PDMS薄膜的变形量,以改变微流控芯片通道的横截面积,具有体积小、控制精度高,灵敏度高,可实时反馈等优点。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电薄膜反馈控制微流控芯片流量流速的微阀,其特征在于,包括驱动模块和传感调节模块。驱动模块由保温腔1、加热器2、空腔层3组成;传感调节模块包括温度薄膜传感器4、压电薄膜5以及PDMS薄膜6组成。初始状态时,阀门完全打开,通过电磁加热器使空腔层内部温度逐渐升高,其内部空气受热膨胀增加空腔层内部压强,对空腔层下方的压电薄膜以及PDMS薄膜产生压力使之变形,减小微流控芯片通道横截面积进而减小微流控芯片通道的流量。在停止加热以后,温度逐渐降低,空腔层内部的压强逐渐减少,PDMS薄膜逐渐恢复。

3.根据权利要求1所述的一种基于压电薄膜反馈控制微流控芯片流量流速的微阀,其特征在于,流量调节及其压电薄膜反馈方式如下:通过电磁加热器对空腔层进行加热,当温度足够高时空腔层内部压强:

其中:RG是气体常数;ΔT是空腔层内温度变化量;ΔV是空腔层内体积变化量;V0是空腔层内初始体积;vmol是常温常压下的气体摩尔体积;p0是空腔层内初始压强;P是空腔层内压强。PDMS薄膜产生的形变为:其中:t是膜片厚度;l是沟道宽度;VM是泊松比;EM是弹性模量;P是空腔层内部压强;ω是膜片挠度。通过压电薄膜反馈的电压为:其中:ω是膜片挠度;t1是压电体的厚度;LP是压电体的长度;d31是压电模量;c为常数(c=0.37)。流量的大小为:Q=vS

其中:Q是流量大小;v是流速;S是通道横截面积。根据压电薄膜反馈的电压,当实际流量与所需流量不符时,通过调节温度来改变通道的截面面积。