[科普中國]-擴散口

無閥微泵的原理是利用擴散口/收縮口管道流路對流體的阻力的不同形成流量的差值。

風井擴散口既是通風機噪聲的外排扣， 又是含塵氣流的排放口，是擾民的主要聲源，是降噪的關(guān)鍵部位。

一種無閥壓電微泵前言無閥微泵的原理是利用擴散口/收縮口管道流路對流體的阻力的不同形成流量的差值。如圖 1（a）所示，當壓電振子向上振動時，泵腔體積增大，泵腔吸液，液體從收縮口/擴散口分別吸入泵腔，但擴散口管道對液體的阻力小于收縮口管道，相應(yīng)的從擴散口吸入的液體也就多收縮口；如圖 1（b）所示，當壓電振子向下振動時，泵腔體積減小，泵腔送液，收縮口/擴散口同時將液體泵出，但擴散口管道對液體的阻力大于收縮口管道，相應(yīng)的從收縮口泵出的液體也就多于擴散口。所以，壓電振子在交變電流下周期性的形變帶動泵腔的體積周期性的形變，就形成了無閥微泵的連續(xù)差量流動。1

結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造銅基體半徑越大越好，但在半徑增大同時，泵體半徑也增大，泵體體積也會增大，因壓電振子振動而改變的體積與泵體總體積之比減小，泵送效率也減小，所以銅基體半徑應(yīng)取適中。取壓電體半徑 5mm，厚度 0.2mm，銅基體半徑為7mm，厚度0.1mm，并采用環(huán)氧樹脂粘合。為保證泵送效率，泵腔半徑則應(yīng)相近，暫定泵腔直徑 13mm，厚度 0.2mm，收縮口/擴散口大端邊長 0.8mm，小端邊長 0.52mm，長 0.4mm。上泵體厚 0.5mm，邊長 16mm，挖空一個深 0.4mm，邊長 15mm 的長方體用于放壓電振子。下泵體邊長 16mm，厚 0.6mm，在據(jù)中心等距離與擴散口/收縮口對應(yīng)處挖一個直徑為 2mm 的圓形孔作為出水口和入水口。三維模型如圖所示。

因銅基體與液體直接接觸，在銅基體下表面涂一層環(huán)氧樹脂作為絕緣層，綜合彈性性能與加工性能選擇 QSn4-3 錫青銅，牌號為 GB/T 13808-1992。每部分之間均采用環(huán)氧樹脂粘接，環(huán)氧樹脂粘接劑可承受最大拉伸強度 40MPa 最大剪切強度 28MPa，小于銅和 PZT-5 的拉伸強度和屈服強度，可知整個微泵結(jié)構(gòu)中在外加驅(qū)動電壓時，在壓電振子處有最大應(yīng)力。在制作微泵時，壓電振子的制作需要稀鹽酸對銅進行預(yù)先處理，除掉銅表面附著的氧化銅，再用環(huán)氧樹脂將銅和 PZT-5A粘接。上泵體、下泵體與泵腔均使用玻璃作為材料，加工處需要用弱酸腐蝕出。

制作擴散口/收縮口是整個過程最復雜與精密的一部分，需要運用到微機電加工制作，選用材料為硅，具體制作過程為清洗、氧化、甩膠、光刻顯影、去氧化硅開窗口、去膠、腐蝕、去氧化層。清洗是為除去硅晶體便面的污染物，并增強表面的粘附性以及保證氧化層的致密性；氧化是為了在硅晶體表面生成一層致密的二氧化硅，作為腐蝕制作擴散口/收縮口時的保護膜；光刻顯影是為了在表面生成了二氧化硅薄膜上將掩膜版上的圖形完全對應(yīng)的刻蝕出來，作為腐蝕錐形管的基礎(chǔ)。1

風機擴散口的噪聲控制擴散口的噪聲主要是由高速氣流通過擴散口形成的噴注噪聲，噪聲屬中低頻。所以，采用土建式結(jié)構(gòu)的片式消聲塔，即在擴散口 內(nèi)，用BT85吸聲磚砌筑消聲塔，并將擴散口抬高4~8m，在消聲塔內(nèi)部焊接三層工字鋼梁，并刷3mm厚阻尼漆減振。吸聲片使用6mm厚鋼板焊接的長1300mm、寬700mm的長方形框架，內(nèi)填充玻璃棉，并用耐潮、阻燃的具有一定穿孔率的PVC板作護面，片式消聲塔共分三段，共計懸掛116片吸聲片，每段之間留有0.8m高的空腔，主要起共振作用。為了更好地降低低頻噪聲，在風道彎頭處鋪貼90-C型吸聲磚。該磚其表面有相當高的相對聲阻率，能使吸聲頻帶變寬。

另外，由于吸聲磚中間留有空腔，等于增加了材料的等效厚度，使吸聲頻譜特性向低頻方向移動，同時由于聲波由各方向傳入空腔內(nèi)，經(jīng)過內(nèi)壁多次吸收反射，聲能衰減很快，從而獲得高頻帶高吸聲效果。經(jīng)測試，該消聲塔的消聲量為22 dB(A)。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

張磊 - 副教授 - 西南大學