新型無閥電泵雜音剖析和研討

1、新型無閥電泵雜音剖析和研討1無閥壓電泵結(jié)構(gòu)及工作機理無閥壓電泵結(jié)構(gòu)簡圖如1所示，其工作機理為：壓電振子在驅(qū)動 電壓作用下，產(chǎn)生彎曲變形，當(dāng)壓電振子向下側(cè)凸起時，上側(cè)腔體容 積增大，壓力減小，流體在外界大氣壓作用下由進水口進入腔體；隨 后壓電振子從下側(cè)最大變形處恢復(fù)到初始平衡狀態(tài)， 并向上側(cè)凸起變 形，上側(cè)腔體容積由最大狀態(tài)逐漸變?yōu)樽钚顟B(tài)，腔體內(nèi)壓力增大， 且大于外界大氣壓，流體在壓力差作用下，由出水口排出。與此同時， 有少量的流體從進水口排出，隨后壓電振子又回到初始平衡狀態(tài)， 從 而實現(xiàn)了一個完整的吸水、排水全過程。如此周而復(fù)始就形成了無閥 壓電泵的連續(xù)排水。2壓電振子、驅(qū)動參數(shù)對噪聲的影響

2、壓電泵工作時產(chǎn)生噪聲在一定程度上限制了它的應(yīng)用。實驗中發(fā)現(xiàn)由壓電振子、驅(qū)動參數(shù)導(dǎo)致噪聲的原因主要表現(xiàn)在以下幾個方面：2. 1壓電振子振動是產(chǎn)生噪聲的根本原因2復(fù)合壓電振子2為復(fù)合壓電振子，它由壓電陶瓷片和金屬基板組成，其工作機 理是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，將驅(qū)動電源一端與壓電陶瓷片連 接，另一端與金屬基板連接，當(dāng)壓電振子施加驅(qū)動電壓時，壓電振子 則產(chǎn)生變形。壓電振子作為壓電泵的驅(qū)動源，當(dāng)壓電泵工作時，壓電振子高頻振動，高頻振動必然產(chǎn)生不同程度噪音。2. 2壓電泵驅(qū)動參數(shù)對噪聲的影響（1）驅(qū)動電壓波形利用1641A型function generator函數(shù)信號發(fā)生器，用3種不同波 形的驅(qū)動電壓

3、對實際工作的壓電泵（直徑35mm壓電振子，5V電壓） 進行測試，實驗結(jié)果如1.1不同驅(qū)動電壓波形對壓電泵性能影響波形揚程 /mm流量/ml min - 1噪音效果矩形波5. 0 2. 8最大最好正弦波2. 0 1. 1較大較好三 角波0. 7 0. 5最小最差通過實驗可看出，矩形波形使壓電振子水柱揚程較高，輸出流量 較大，說明壓電振子產(chǎn)生變形較大，導(dǎo)致噪聲較大。正弦波形噪聲次 之，三角波形噪聲最小。（2）頻率與驅(qū)動電壓在壓電泵工作頻率較低時，壓電振子振動速度緩慢，振動間隔時 間長；隨著頻率逐漸增高，其變形次數(shù)加快，振動噪聲由斷續(xù)變?yōu)檫B 續(xù)，噪聲變大；當(dāng)頻率達到一定值時，噪聲由嗡嗡聲變?yōu)榧舛潭?/p>

4、的 噪聲。原因是隨著頻率的增大，由振動產(chǎn)生聲音音頻增高，發(fā)出的聲 音更尖更高。此外，由實驗可知驅(qū)動電壓越低，噪聲越小，反之，驅(qū)動電壓越 高，噪聲越大。其原因是施加給壓電振子的驅(qū)動電壓較高，振子產(chǎn)生 的變形較大，導(dǎo)致噪聲增大。3腔體內(nèi)流體流動對噪聲的影響在對無閥壓電泵樣機實驗中發(fā)現(xiàn)：壓電泵腔體內(nèi)產(chǎn)生許多氣泡， 這些氣泡不僅影響壓電泵的輸出性能，而且在壓電泵工作過程中產(chǎn)生 噪聲。下面對產(chǎn)生氣泡的原因進行分析。原因一：冷沸現(xiàn)象對腔體內(nèi)產(chǎn)生氣泡的影響由于壓電泵工作時侵 入水中，腔體內(nèi)充滿液體（水），圓形壓電振子工作時四周固定，中心處變形量最大約4 m,腔體的體積較小，從微觀上看，腔體內(nèi)液 體分子具有一

5、定的動能試圖使其離開液體的自由表面，使液體汽化為 蒸汽；從宏觀上看，在液體的自由表面存在一種向外擴張的壓強，即 液體汽化壓強。當(dāng)壓電振子接通70V左右電壓高頻振動時，振動產(chǎn)生的熱能將 腔體內(nèi)的液體（水）溫度升高，使液體內(nèi)部分子運動速度加快，動能 增大。液體汽化壓強隨之增大。在常溫下，當(dāng)壓電泵腔體內(nèi)流動液體某處的壓強等于或低于液體 溫度下汽化壓強時，該處液體將產(chǎn)生沸騰而出現(xiàn)許多氣泡， 即冷沸現(xiàn) 象。冷沸現(xiàn)象產(chǎn)生的許多氣泡不僅造成液體流動的斷續(xù)，破壞液體流動的連續(xù)性，降低了輸出流量和輸出壓力，影響出水管的出水效果， 而且在壓電泵工作過程中一直伴隨冷沸現(xiàn)象， 還會對腔體內(nèi)表面和壓 電振子工作面造成氣

6、蝕現(xiàn)象，降低了壓電泵的使用壽命，尤其是壓電 振子被氣蝕后在電壓作用下極易被擊穿，造成壓電振子的損壞。此外, 冷沸現(xiàn)象產(chǎn)生的大量氣泡在腔體內(nèi)無規(guī)則運動使壓電泵噪聲增大。由此可見，在壓電泵設(shè)計中應(yīng)考慮盡量避免冷沸現(xiàn)象的發(fā)生。原因二：壓電泵工作前泵腔體內(nèi)存有空氣，當(dāng)壓電泵開始工作時，由進水口吸入的水與泵（無油裝置新型泵構(gòu)建抬升技藝研討剖析 ）腔 體內(nèi)存有的空氣形成了氣泡；在壓電泵不斷工作過程中，隨著壓電振 子的振動，流體在泵腔內(nèi)有突變截面處產(chǎn)生旋渦， 腔體內(nèi)連續(xù)不斷產(chǎn) 生氣泡，造成腔體內(nèi)形成許多氣泡，氣泡在腔體內(nèi)快速旋轉(zhuǎn)，且難以 排除，影響了壓電泵輸出特性，導(dǎo)致壓電泵工作不穩(wěn)定，噪聲增大， 壽命降低

7、。為此，在壓電泵工作前常需要灌泵以便排凈腔體內(nèi)的空氣。4降低壓電泵噪聲的具體措施如何降低壓電泵產(chǎn)生的噪聲，具體措施可以從以下幾方面考慮：（1）首先改變壓電振子材料性能，尋找一種振幅變形大，產(chǎn)生 噪聲較小的壓電振子。（2）在滿足壓電泵輸出性能要求前提下，盡量降低外加驅(qū)動電 壓和頻率，不僅降低電能損耗，起到節(jié)能的作用，更重要的是壓電泵 噪聲可以大大降低，從而擴大壓電泵的應(yīng)用范圍。（3）通過實驗發(fā)現(xiàn)，1個密封腔體設(shè)有2個進水口的壓電泵 產(chǎn)生的噪聲明顯低于1個進水口時產(chǎn)生的噪聲；在壓電泵應(yīng)用環(huán)境允 許情況下，可將壓電泵潛入液體中，可降低噪聲。（4）壓電振子直徑越大，壓電振子發(fā)生諧振的頻率越低，產(chǎn)生噪聲

8、越?。环粗?，頻率越高，噪聲越大。由進水口吸入的水與泵 （無油裝置新型泵構(gòu)建抬升技藝研討剖析 ）腔 體內(nèi)存有的空氣形成了氣泡； 在壓電泵不斷工作過程中， 隨著壓電振 子的振動， 流體在泵腔內(nèi)有突變截面處產(chǎn)生旋渦， 腔體內(nèi)連續(xù)不斷產(chǎn) 生氣泡，造成腔體內(nèi)形成許多氣泡，氣泡在腔體內(nèi)快速旋轉(zhuǎn)，且難以 排除，影響了壓電泵輸出特性，導(dǎo)致壓電泵工作不穩(wěn)定，噪聲增大， 壽命降低。為此，在壓電泵工作前常需要灌泵以便排凈腔體內(nèi)的空氣。4降低壓電泵噪聲的具體措施 如何降低壓電泵產(chǎn)生的噪聲，具體措施可以從以下幾方面考慮： （ 1 ）首先改變壓電振子材料性能，尋找一種振幅變形大，產(chǎn)生 噪聲較小的壓電振子。（ 2）在滿足壓電泵輸出性能要求前提下，盡量降低外加驅(qū)動電 壓和頻率，不僅降低電能損耗，起到節(jié)能的作用，更重要的是壓電泵 噪聲可以大大降低，從而擴