泵腔初始容积的理论确定

由于压电振子振动产生的变形量非常小,因此压电泵工作时使泵腔内外产生的压差也非常小,因此泵腔的初始容积定义单个冲程压电振子振动使腔体容积产生变化量ΔV与泵腔体初始容积V0的比值为压缩比,则有压缩比ε

因为腔体容积变化量很小,腔体的原始容积又很大,所以压缩比通常很小。在腔体容积变化过程中,腔体内外产生的最大压差为|Δp|,对与有阀压电泵来说,阀能够开启的临界压力为|Δpcrit|,因此泵能够工作必须满足的条件是:

当泵送气体时,假设泵送的是理想气体,腔体变化过程为绝热变化过程,绝热系数为γ(对于空气γ=1.4)大气压力p0,腔体容积变化产生的最大压力差为Δp,由气体绝热过程公式有:

将方程(5-1)(5-2)代入方程(5-3)得:

泵工作在较低频率时,可看作是等温过程,此时绝热系数γ趋近等于1,临界压力比大气压力要小得多,这时方程(5-4)为:

当泵送的介质为液体时,设液体的压缩比为κ,发生在腔内的最大压差为Δp,由振子振动引起的腔体容积变化量为ΔV,则有:

联立方程(5-1)(5-2)(5-6)得

由于液体的压缩性很小,因此这个条件很容易达到,但这里推导过程中考虑的仅是泵腔内完全充满液体,而没有残留气体产生。

假设压电振子在工作时的中心点最大振幅为wmax,腔体为圆柱体,半径为R,为保证振子能够自由振动,则有

同时,为保证泵能够打开阀开始工作,当泵送气体时由公式(5-5)得

由公式(5-8)(5-9)可得泵送气体时气体的初始容积为:

当泵送液体时由公式(5-7)得

由式(5-8)(5-11)得

对于本文所研究的压电泵,所用的压电振子,在安全使用电压小于110V的情况下,中心点最大振幅不超过0.1mm,因此在设计时腔高一般要大于0.1mm。