[科普中国]-扩散口

无阀微泵的原理是利用扩散口/收缩口管道流路对流体的阻力的不同形成流量的差值。

风井扩散口既是通风机噪声的外排扣， 又是含尘气流的排放口，是扰民的主要声源，是降噪的关键部位。

一种无阀压电微泵前言无阀微泵的原理是利用扩散口/收缩口管道流路对流体的阻力的不同形成流量的差值。如图 1（a）所示，当压电振子向上振动时，泵腔体积增大，泵腔吸液，液体从收缩口/扩散口分别吸入泵腔，但扩散口管道对液体的阻力小于收缩口管道，相应的从扩散口吸入的液体也就多收缩口；如图 1（b）所示，当压电振子向下振动时，泵腔体积减小，泵腔送液，收缩口/扩散口同时将液体泵出，但扩散口管道对液体的阻力大于收缩口管道，相应的从收缩口泵出的液体也就多于扩散口。所以，压电振子在交变电流下周期性的形变带动泵腔的体积周期性的形变，就形成了无阀微泵的连续差量流动。1

结构设计及制造铜基体半径越大越好，但在半径增大同时，泵体半径也增大，泵体体积也会增大，因压电振子振动而改变的体积与泵体总体积之比减小，泵送效率也减小，所以铜基体半径应取适中。取压电体半径 5mm，厚度 0.2mm，铜基体半径为7mm，厚度0.1mm，并采用环氧树脂粘合。为保证泵送效率，泵腔半径则应相近，暂定泵腔直径 13mm，厚度 0.2mm，收缩口/扩散口大端边长 0.8mm，小端边长 0.52mm，长 0.4mm。上泵体厚 0.5mm，边长 16mm，挖空一个深 0.4mm，边长 15mm 的长方体用于放压电振子。下泵体边长 16mm，厚 0.6mm，在据中心等距离与扩散口/收缩口对应处挖一个直径为 2mm 的圆形孔作为出水口和入水口。三维模型如图所示。

因铜基体与液体直接接触，在铜基体下表面涂一层环氧树脂作为绝缘层，综合弹性性能与加工性能选择 QSn4-3 锡青铜，牌号为 GB/T 13808-1992。每部分之间均采用环氧树脂粘接，环氧树脂粘接剂可承受最大拉伸强度 40MPa 最大剪切强度 28MPa，小于铜和 PZT-5 的拉伸强度和屈服强度，可知整个微泵结构中在外加驱动电压时，在压电振子处有最大应力。在制作微泵时，压电振子的制作需要稀盐酸对铜进行预先处理，除掉铜表面附着的氧化铜，再用环氧树脂将铜和 PZT-5A粘接。上泵体、下泵体与泵腔均使用玻璃作为材料，加工处需要用弱酸腐蚀出。

制作扩散口/收缩口是整个过程最复杂与精密的一部分，需要运用到微机电加工制作，选用材料为硅，具体制作过程为清洗、氧化、甩胶、光刻显影、去氧化硅开窗口、去胶、腐蚀、去氧化层。清洗是为除去硅晶体便面的污染物，并增强表面的粘附性以及保证氧化层的致密性；氧化是为了在硅晶体表面生成一层致密的二氧化硅，作为腐蚀制作扩散口/收缩口时的保护膜；光刻显影是为了在表面生成了二氧化硅薄膜上将掩膜版上的图形完全对应的刻蚀出来，作为腐蚀锥形管的基础。1

风机扩散口的噪声控制扩散口的噪声主要是由高速气流通过扩散口形成的喷注噪声，噪声属中低频。所以，采用土建式结构的片式消声塔，即在扩散口 内，用BT85吸声砖砌筑消声塔，并将扩散口抬高4~8m，在消声塔内部焊接三层工字钢梁，并刷3mm厚阻尼漆减振。吸声片使用6mm厚钢板焊接的长1300mm、宽700mm的长方形框架，内填充玻璃棉，并用耐潮、阻燃的具有一定穿孔率的PVC板作护面，片式消声塔共分三段，共计悬挂116片吸声片，每段之间留有0.8m高的空腔，主要起共振作用。为了更好地降低低频噪声，在风道弯头处铺贴90-C型吸声砖。该砖其表面有相当高的相对声阻率，能使吸声频带变宽。

另外，由于吸声砖中间留有空腔，等于增加了材料的等效厚度，使吸声频谱特性向低频方向移动，同时由于声波由各方向传入空腔内，经过内壁多次吸收反射，声能衰减很快，从而获得高频带高吸声效果。经测试，该消声塔的消声量为22 dB(A)。2

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学