本文關(guān)鍵詞：壓電驅(qū)動(dòng)撞針式高黏性液體微量分配技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：各類液體材料的快速、微量、精確分配操作,是生命科學(xué)、微電子、快速制造等領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)操作中不可或缺的技術(shù)手段。尤其近幾年來(lái)來(lái),隨著各領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,實(shí)驗(yàn)中需要分配的液體種類越來(lái)越多,尤其一些高粘度、難分配的液體材料不斷成為研究對(duì)象,而需要的液體劑量不斷減小,要求的分配速度不斷提高。此時(shí),微量高黏性液體材料的快速、精確分配成為影響液體應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一,這使得研究能夠?qū)Ω哒扯纫后w進(jìn)行微量分配操作的技術(shù)和設(shè)備,具有十分重要的意義。本文面向各類液體應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω唣ば砸后w材料的分配需求,針對(duì)微量高黏性液體不易分配的問(wèn)題,開(kāi)展將壓電驅(qū)動(dòng)和撞針式噴射原理相結(jié)合的壓電驅(qū)動(dòng)撞針式微量分配方法的研究,研制了面向高黏性液體微量分配的壓電驅(qū)動(dòng)撞針式噴射閥,開(kāi)發(fā)了包含該噴射閥、驅(qū)動(dòng)模塊、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和人機(jī)接口模塊的一套微噴系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)微量高黏性液體的快速、精確、靈活分配,滿足了相關(guān)領(lǐng)域的分配需求。為了保證在壓電驅(qū)動(dòng)撞針式分配模式下,具有不同粘度和體積的微量高黏性液滴能夠穩(wěn)定地從噴嘴端部脫離,本文對(duì)液滴的形成和脫離過(guò)程進(jìn)行了研究。首先,基于量綱分析和π定理得到對(duì)液滴形成和脫離過(guò)程具有重要影響作用的若干無(wú)量綱參數(shù)(韋伯?dāng)?shù)、雷諾數(shù)、奧內(nèi)佐格數(shù)等);然后,在CFD軟件Fluent中,利用上述無(wú)量綱參數(shù)研究了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)液滴形成和脫離過(guò)程的影響,得到了液滴形成并從噴嘴端部脫離的三個(gè)條件:1)分配不同粘度液體時(shí),需調(diào)控分配系統(tǒng)參數(shù)(如噴嘴半徑、分配壓力與速度等),將奧內(nèi)佐格數(shù)、雷諾數(shù)等無(wú)量綱參數(shù)控制在合理范圍內(nèi),方能形成穩(wěn)定的液滴;2)液滴脫離時(shí)間與粘度成正比,且分配脈沖的間隔時(shí)間與脫離時(shí)間的比值需大于1.4,方能保證液滴順利脫離;3)單次可分配的最小體積與韋伯?dāng)?shù)成反比,且不小于與噴嘴等半徑的球體體積;最后,利用搭建的壓電驅(qū)動(dòng)撞針式微噴平臺(tái)對(duì)不同粘度的液體進(jìn)行了分配實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了理論分析結(jié)果的可靠性,指導(dǎo)了壓電驅(qū)動(dòng)撞針式微噴系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)控和優(yōu)化。為了研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制參數(shù)對(duì)不同粘度液體的分配體積與速度等的影響規(guī)律,指導(dǎo)壓電驅(qū)動(dòng)撞針式微噴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制,基于鍵合圖理論,構(gòu)建微噴系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型;通過(guò)Matlab仿真分析和實(shí)驗(yàn),研究了如閥體內(nèi)液流通道的結(jié)構(gòu)和尺寸、氣壓、電壓、粘度等參數(shù)對(duì)液體分配過(guò)程的影響,得到了分配速度和液滴體積的預(yù)測(cè)公式;結(jié)合考慮液滴形成和脫離的條件,通過(guò)劃分液體粘度梯度,確定了適合不同梯度內(nèi)液體分配的系統(tǒng)參數(shù)調(diào)控范圍。研究結(jié)果對(duì)確定噴射閥關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)和尺寸,調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制參數(shù)等具有指導(dǎo)意義。為了實(shí)現(xiàn)微量高黏性液體材料的精確、靈活、快速分配操作,構(gòu)建了基于模糊自適應(yīng)PID的微量預(yù)分配控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用精密天平秤取液滴質(zhì)量來(lái)獲取液滴尺寸信息,并以此作為控制系統(tǒng)反饋量,能夠在經(jīng)過(guò)較少次數(shù)的預(yù)分配試驗(yàn)后,獲取未知粘度液體分配的微噴系統(tǒng)控制參數(shù)。在以上研究的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了壓電驅(qū)動(dòng)撞針式高黏性液體微量分配系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由噴射閥、噴射閥驅(qū)動(dòng)模塊、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和人機(jī)接口模塊構(gòu)成。該噴射閥利用壓電致動(dòng)器帶動(dòng)撞針上下往復(fù)振動(dòng),利用高壓空氣驅(qū)動(dòng)高黏性液體沿閥體內(nèi)通道流動(dòng),以此實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴分配狀態(tài)的控制;噴射閥驅(qū)動(dòng)模塊能夠產(chǎn)生并放大壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)、氣壓調(diào)整信號(hào);運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模塊可承載基板沿規(guī)劃的路線運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)液滴墜落位置的控制;人機(jī)接口程序模塊實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互,可對(duì)各項(xiàng)控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。基于上述噴射閥和控制系統(tǒng),利用多種不同粘度的液體材料進(jìn)行微量分配實(shí)驗(yàn),對(duì)微噴系統(tǒng)的性能進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,系統(tǒng)分配速度可達(dá)到200個(gè)液滴/秒,可獲取的最小液滴體積為0.055?L,分配精度在8%(CV)以內(nèi),準(zhǔn)確度在?6%以內(nèi),可對(duì)100000 m Pa.s粘度范圍內(nèi)的液體材料進(jìn)行分配操作。在液滴分配過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)平臺(tái)能夠以需要的速度沿規(guī)劃的路線運(yùn)動(dòng),噴射閥可及時(shí)地將液滴噴射到指定位置。上述結(jié)果充分滿足了不同液體應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω哒扯纫后w能夠快速、靈活、精確分配操作的要求。
【關(guān)鍵詞】：高黏性 撞針式噴射閥 壓電致動(dòng)器 鍵合圖 集總參數(shù)法
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O357
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-34
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-30
• 1.2.1 高黏性液體應(yīng)用現(xiàn)狀研究15-19
• 1.2.2 液體微量分配方法研究現(xiàn)狀19-27
• 1.2.3 液體微量分配過(guò)程研究現(xiàn)狀27-30
• 1.3 課題來(lái)源及主要研究?jī)?nèi)容30-34
• 1.3.1 課題來(lái)源30-31
• 1.3.2 主要研究?jī)?nèi)容31-34
• 第2章 高黏性液滴噴射過(guò)程研究34-57
• 2.1 引言34
• 2.2 影響高黏性液滴形成和脫離的因素34-37
• 2.2.1 高黏性液滴分配過(guò)程存在的問(wèn)題34-35
• 2.2.2 影響液滴形成及脫離的因素35-37
• 2.3 基于量綱分析和數(shù)值仿真的液滴脫離過(guò)程研究37-50
• 2.3.1 量綱分析與 π 定理37-38
• 2.3.2 影響脫離過(guò)程的無(wú)量綱參數(shù)38-39
• 2.3.3 高黏性液滴形成及脫離過(guò)程仿真分析39-50
• 2.4 高黏性液滴脫離實(shí)驗(yàn)50-56
• 2.5 本章小結(jié)56-57
• 第3章 壓電驅(qū)動(dòng)撞針式微噴系統(tǒng)建模與分析57-82
• 3.1 引言57
• 3.2 壓電驅(qū)動(dòng)撞針式噴射閥的構(gòu)成及工作原理57-59
• 3.2.1 噴射閥的構(gòu)成57-58
• 3.2.2 噴射閥的工作原理58-59
• 3.3 基于鍵合圖理論的微噴系統(tǒng)建模59-70
• 3.3.1 鍵合圖理論59-60
• 3.3.2 基本液流通道的鍵合圖模型60-63
• 3.3.3 機(jī)電模塊的鍵合圖模型63-65
• 3.3.4 液氣模塊的鍵合圖模型65-67
• 3.3.5 分配閥的鍵合圖模型67-70
• 3.4 高黏性液體快速微量分配過(guò)程分析70-80
• 3.4.1 鍵合圖模型的驗(yàn)證70-73
• 3.4.2 控制參數(shù)對(duì)分配過(guò)程的影響73-77
• 3.4.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)分配過(guò)程的影響77-79
• 3.4.4 粘度對(duì)分配過(guò)程的影響79-80
• 3.5 系統(tǒng)參數(shù)調(diào)控范圍80-81
• 3.6 本章小結(jié)81-82
• 第4章 高黏性液體微量分配控制方法研究82-101
• 4.1 引言82
• 4.2 控制目標(biāo)及影響分配精度的因素82-86
• 4.2.1 控制目標(biāo)82-83
• 4.2.2 影響分配精度的因素83-86
• 4.3 控制系統(tǒng)組成原理86-87
• 4.4 基于模糊自適應(yīng)PID控制的分配方法87-95
• 4.4.1 模糊量化處理89-90
• 4.4.2 建立模糊控制規(guī)則90-92
• 4.4.3 模糊推理92-94
• 4.4.4 去模糊化處理94-95
• 4.5 高黏性液體微量分配效果測(cè)試95-100
• 4.6 本章小結(jié)100-101
• 第5章 壓電驅(qū)動(dòng)撞針式微噴系統(tǒng)研制及實(shí)驗(yàn)研究101-117
• 5.1 引言101
• 5.2 微噴系統(tǒng)的構(gòu)成原理101-102
• 5.3 微噴系統(tǒng)的研制102-109
• 5.3.1 壓電驅(qū)動(dòng)撞針式噴射閥102-105
• 5.3.2 噴射閥驅(qū)動(dòng)模塊105-107
• 5.3.3 運(yùn)動(dòng)控制模塊107-108
• 5.3.4 人機(jī)接.控制模塊108-109
• 5.4 微噴系統(tǒng)分配實(shí)驗(yàn)109-116
• 5.5 本章小結(jié)116-117
• 結(jié)論117-119
• 參考文獻(xiàn)119-130
• 附錄 1130-133
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果133-136
• 致謝136-137
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷137

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

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2 陳芳;楚明華;李曉琦;李玉彬;李學(xué)慧;;磁場(chǎng)下磁性液滴拉伸、移動(dòng)和分裂現(xiàn)象及分析[J];微納電子技術(shù);2014年09期

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4 Meng Zhao;Cheng-Jun Liu;Shang-Lin Jiang;Jian-Hui Hu;Ji-Bin Zou;;Computation method of magnetic fluid in strong magnetic field[J];Rare Metals;2014年06期

  本文關(guān)鍵詞：壓電驅(qū)動(dòng)撞針式高黏性液體微量分配技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：307294