壓電陶瓷超聲霧化片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種壓電陶瓷超聲霧化片，主要包括有至少一片金屬膜片和至少一片壓電陶瓷環(huán)片。金屬膜片上中心設(shè)有一含有密集霧化孔的區(qū)域，壓電陶瓷環(huán)片設(shè)有通孔；所述的密集霧化孔區(qū)域面積小于等于所述的壓電陶瓷環(huán)片通孔覆蓋的面積；所述的金屬膜片與所述的壓電陶瓷環(huán)片通過粘結(jié)劑粘結(jié)在一起；所述的金屬膜片上密集霧化孔區(qū)域中的霧化孔可以是錐形孔，也可以是圓弧母線錐狀孔。本發(fā)明提出了一種具有特殊霧化孔孔徑設(shè)計的壓電陶瓷超聲霧化片，在霧化孔的分布區(qū)域中內(nèi)外層孔徑大小是不一致的，霧化孔孔徑由內(nèi)而外是不斷增加的。采用這種設(shè)計可以有效避免因霧化片工作中存在變形不均造成的霧化顆粒大小不一、霧化效果不理想的缺點。
【專利說明】壓電陶瓷超聲霧化片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將液體進行霧化的裝置，尤其涉及一種采用壓電陶瓷換能器進行超聲霧化的霧化片。
技術(shù)背景
[0002]生活中，人為地將液體打散細化成微小顆粒狀的過程，稱之為“霧化”。實現(xiàn)霧化的裝置有很多，比如，廣泛使用的壓縮型霧化器，以及現(xiàn)階段快速發(fā)展的壓電式霧化裝置。作為一種容積式霧化裝置是壓縮型霧化工程需要人力或電機帶動來實現(xiàn)容積的交替變化，因此結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜且不易小型化。
[0003]近些年，隨著壓電材料以及理論的不斷發(fā)展和成熟，各種結(jié)構(gòu)的壓電式霧化裝置不斷被提出。與壓縮型霧化裝置不同，壓電式霧化裝置不需要外力的驅(qū)動，所以結(jié)構(gòu)上更為簡單，易于小型化和微型化的實現(xiàn)。但需要注意的是，現(xiàn)階段使用的壓電式霧化器在霧化過程中存在著霧化顆粒大小不均、霧化效果不佳的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提出了一種霧化孔孔徑大小分布不一致的壓電陶瓷霧化片，用以解決現(xiàn)階段霧化片工作中存在的霧化顆粒大小不均，霧化效果不理想的問題。
[0005]第一種壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:包括第一金屬膜片和第一壓電陶瓷環(huán)片；所述的第一金屬膜片和所述的第一壓電陶瓷環(huán)片通過粘結(jié)劑粘結(jié)在一起；所述的第一壓電陶瓷環(huán)片上設(shè)有第一通孔；所述的第一金屬膜片上設(shè)有第一密集霧化孔區(qū)域，第一密集霧化孔區(qū)域位置和第一通孔位置對應(yīng)，且第一密集霧化孔區(qū)域的面積小于等于第一通孔的面積；所述第一密集霧化孔區(qū)域的霧化孔朝向第一通孔一側(cè)為第一開口，霧化孔背向第一通孔一側(cè)為第二開口 ；第一開口直徑小于第二開口直徑；上述霧化口的直徑由第一密集霧化孔區(qū)域中心向外側(cè)不斷增大。
[0006]第二種壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:包括有第二金屬膜片和第二壓電陶瓷環(huán)片及第三壓電陶瓷環(huán)片；所述的第二壓電陶瓷環(huán)片和第三壓電陶瓷環(huán)片位于所述的第二金屬膜片的兩側(cè)；所述的第二金屬膜片和所述的第二壓電陶瓷環(huán)片、第三壓電陶瓷環(huán)片通過粘結(jié)劑粘結(jié)在一起；所述的第二壓電陶瓷環(huán)片上設(shè)有第二通孔，所述的第三壓電陶瓷環(huán)片上設(shè)有第三通孔，所述的第二金屬膜片上設(shè)有第二密集霧化孔區(qū)域，第二密集霧化孔區(qū)域位置和第二通孔、第三通孔位置對應(yīng)，且第二密集霧化孔區(qū)域的面積小于等于第二通孔、第三通孔的面積；所述第二密集霧化孔區(qū)域的霧化孔朝向第二壓電陶瓷環(huán)片一側(cè)或第三壓電陶瓷環(huán)片一側(cè)的開口為霧化口，上述霧化口的直徑由第二密集霧化孔區(qū)域中心向外側(cè)不斷增大。
[0007]第三種壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:包括有第三金屬膜片、第四金屬膜片和第四壓電陶瓷環(huán)片、第五壓電陶瓷環(huán)片、第六壓電陶瓷環(huán)片；所述的第四壓電陶瓷環(huán)片、第三金屬膜片、第五壓電陶瓷環(huán)片、第四金屬膜片和第六壓電陶瓷環(huán)片依次粘結(jié)在一起，所述的第三金屬膜片上設(shè)有第三密集霧化孔區(qū)域；所述的第四金屬膜片上設(shè)有第四密集霧化孔區(qū)域；所述的第四壓電陶瓷環(huán)片上設(shè)有第四通孔；所述的第五壓電陶瓷環(huán)片上設(shè)有第五通孔；所述的第六壓電陶瓷環(huán)片上設(shè)有第六通孔；所述的第三霧化孔區(qū)域、第四密集霧化孔區(qū)域和所述的第四通孔通孔、第五通孔、第六通孔之間的位置對應(yīng)并對齊；所述的第四通孔、第五通孔、第六通孔的面積大于等于所述的第三霧化孔區(qū)域、第四霧化孔區(qū)域的面積；所述的第三金屬膜片上的霧化孔的霧化口的朝向和第四金屬膜片上的霧化孔的霧化口的朝向相同；上述第三金屬膜片上的霧化口的直徑由第三密集霧化孔區(qū)域中心向外側(cè)不斷增大，第四金屬膜片上的霧化口的直徑由第四密集霧化孔區(qū)域中心向外側(cè)不斷增大。
[0008]更進一步地，所述的通孔為圓形，或矩形，或橢圓形，或其他形狀。
[0009]更進一步地，所述金屬膜片上分布的密集霧化孔的形狀可以錐形的，也可以是圓弧母線錐狀孔(孔形狀的外圍母線是弧線而不是直線)。
[0010]更進一步地，所述的霧化孔的霧化開口的變化不一定是嚴格線性的?？讖皆黾舆^程可以視金屬膜片的彎曲變形情況進行確定。
[0011]本發(fā)明提出的內(nèi)外不等徑壓電陶瓷超聲霧化片是在考慮了霧化片中金屬膜片變形不均的情況，通過利用彎曲變形不均的作用效果提出來的。在不同的變形作用下，霧化孔結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生改變，通過利用這個改變設(shè)計出不同孔徑的霧化孔實現(xiàn)了霧化顆粒的均勻化，提高霧化效果。
[0012]有益效果
[0013]通過利用霧化片中金屬膜片彎曲變形分布不均，充分利用金屬膜片彎曲不均的作用效果，設(shè)計出一種內(nèi)外不等徑霧化孔壓電陶瓷超聲霧化片。與現(xiàn)階段使用的壓電陶瓷超聲霧化片工作情況相比，本發(fā)明在工作中可以很好的實現(xiàn)霧化顆粒的大小均勻，霧化效果
理相
[0014]說明書附圖
[0015]圖1現(xiàn)階段使用的壓電陶瓷超聲霧化片結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖2壓電陶瓷超聲霧化片運動效果圖(向下彎曲)
[0017]圖3壓電陶瓷超聲霧化片運動效果圖(向上彎曲)
[0018]圖4霧化片向下彎曲時霧化孔受力情況示意圖
[0019]圖5霧化片向上彎曲時霧化孔受力情況示意圖
[0020]圖6錐形霧化孔的結(jié)構(gòu)示意圖
[0021]圖7圓弧母線錐狀霧化孔的結(jié)構(gòu)示意圖
[0022]圖8霧化片向上彎曲時錐形霧化孔最終變形示意圖
[0023]圖9霧化片向下彎曲時錐形霧化孔最終變形示意圖
[0024]圖10現(xiàn)階段使用的霧化片內(nèi)層霧化孔實現(xiàn)霧化時霧化孔的變形情況示意圖
[0025]圖11現(xiàn)階段使用的霧化片中間層霧化孔實現(xiàn)霧化時霧化孔的變形情況示意圖
[0026]圖12現(xiàn)階段使用的霧化片外層霧化孔實現(xiàn)霧化時霧化孔的變形情況示意圖
[0027]圖13本發(fā)明提出的壓電陶瓷超聲霧化片各區(qū)域分布示意圖
[0028]圖14本發(fā)明提出的第一類型壓電陶瓷超聲霧化片結(jié)構(gòu)示意圖(采用一片金屬膜片和一片壓電陶瓷環(huán)片)
[0029]圖15采用圓弧母線錐狀霧化孔的本發(fā)明第一種類型壓電陶瓷超聲霧化片結(jié)構(gòu)示意圖
[0030]圖16本發(fā)明提出的第二種類型壓電陶瓷超聲霧化片結(jié)構(gòu)示意圖(采用一片金屬膜片和兩片壓電陶瓷環(huán)片)
[0031]圖17本發(fā)明提出的第三種類型壓電陶瓷超聲霧化片結(jié)構(gòu)示意圖(采用兩片金屬膜片和三片壓電陶瓷環(huán)片)
[0032]圖18本發(fā)明在給出的實施例中內(nèi)層霧化孔實現(xiàn)霧化時的變形情況示意圖
[0033]圖19本發(fā)明在給出的實施例中中間層霧化孔實現(xiàn)霧化時的變形情況示意圖
[0034]圖20本發(fā)明在給出的實施例中外層霧化孔實現(xiàn)霧化時的變形情況示意圖
[0035]圖中標號名稱:1、第一金屬膜片；2、第一壓電陶瓷環(huán)片；3、第一密集霧化孔區(qū)域；
4、第一通孔；5、第一開口 ；6、第二開口 ；001、中性層上端材料；002、中性層下端材料；100、第二金屬膜片；200、第二壓電陶瓷環(huán)片；201、第三壓電陶瓷環(huán)片；3’、第二密集霧化孔區(qū)域；4’、第二通孔；4”、第三通孔；101、第三金屬膜片；102、第四金屬膜片；202、第四壓電陶瓷環(huán)片；203、第五壓電陶瓷環(huán)片；204、第六壓電陶瓷環(huán)片；33’、第三密集霧化孔區(qū)域；33”、第四密集霧化孔區(qū)域；44、第四通孔；45、第五通孔；46、第六通孔；11、本發(fā)明在實施例中的內(nèi)層霧化孔；22、本發(fā)明在實施例中的中間層霧化孔；33、本發(fā)明在實施例中的外層霧化孔。
【具體實施方式】
[0036]通過對壓電式霧化器核心部件一壓電陶瓷超聲霧化片(如圖1所示)的作動研究，我們發(fā)現(xiàn)霧化片在運動過程中金屬膜片存在著彎曲變形不均的現(xiàn)象。金屬膜片上霧化孔分布區(qū)域存在著中心區(qū)域內(nèi)變形量大，霧化孔區(qū)域邊緣部分變形較小，變形量由中心向外不斷減小的特點，具體變形情況如圖2、3所示。
[0037]根據(jù)彈性力學(xué)中板殼彎曲變形的相關(guān)知識可知，當金屬膜片做彎曲運動時，在金屬膜片厚度方向上存在一個中性層0-0 (物理上不存在)，中性層上方與下方的受力情況是不一致的(箭頭表示受力方向)。金屬膜片向下彎曲時，中性層上端材料001受壓，下端材料002受拉，作用效果如圖4所示；反之，當金屬膜片向上彎曲時，中性層上端材料001受拉，下端材料002受壓，作用效果如圖5所示。
[0038]金屬膜片彎曲變形的不一致以及上下端材料(001和002)受力方向的不一致，直接對金屬膜片中霧化孔的工作狀態(tài)造成影響并最終決定了霧化效果。為了更好的說明，我們結(jié)合圖6、7、8、9進行闡述。如圖6所示，霧化孔結(jié)構(gòu)呈錐形、錐孔小徑端直徑為Cl1，錐孔大徑端直徑為d2。中性層為0-0，中性層上方的霧化孔腔體體積為V1，下方體積為V2。當金屬膜片向下彎曲時，中性層上端材料001受壓，下端材料002受拉，霧化孔小徑端直徑因壓力作用縮小變?yōu)镃l1"，大徑端直徑因拉力作用擴大變?yōu)閐2"，中性層上方腔體體積變?yōu)閂1"，下方腔體體積變?yōu)閂2〃，如圖9所示；反之，當金屬膜片向上彎曲時，中性層上端材料001受拉，下端材料002受壓，霧化孔小徑端直徑受拉力作用擴大變?yōu)閐/，大徑端直徑因壓力作用縮小為d’ 2，中性層上方腔體體積變?yōu)閂/，下方腔體體積變?yōu)閂2’，如圖8所示。對于從霧化孔小徑一側(cè)霧化(錐角Θ滿足34° < Θ <90° )的霧化片來說，通過積分計算有％〃<%’、V, > V；、V/'+V2〃 > V1' +V2'。由V/'+V2〃 > V1, +V；可知，霧化片向下彎曲運動時，霧化孔的體積Vi〃+v2〃相對于霧化片向上彎曲時的體積V +V；是增大的，所以當金屬膜片由向上彎曲轉(zhuǎn)為向下彎曲方向運動時，霧化孔體積增大，霧化孔從外部吸入液體，為吸程；當金屬膜片由向下彎曲轉(zhuǎn)為向上彎曲方向運動時，霧化孔體積減小，霧化孔內(nèi)液體被排出，在霧化片的第一開口有霧滴產(chǎn)生，為排程。綜上分析可知，最終霧化的霧化顆粒大小是由第一開口在排程階段的孔徑(V決定的。對于采用圓弧母線錐狀霧化孔(圖7)的霧化片，其作用效果與原理也是一樣的，在這不再贅述。
[0039]通過上述分析可知，現(xiàn)階段使用的霧化片(圖1)孔徑是完全一致的，所以在金屬膜片內(nèi)外變形劇烈程度不一致的條件下，霧化孔區(qū)域中內(nèi)外層的霧化孔在排程階段的第一開口孔徑(V是不一致的(圖10~12所示)，進而造成霧化顆粒大小不一，霧化效果不佳。
[0040]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做詳細的說明:本實施例是以本發(fā)明提出的第一種類型壓電陶瓷霧化片(只包括一片第一金屬膜片和一片第一壓電陶瓷環(huán)片組成)結(jié)構(gòu)下進行實施的且采用的霧化孔為錐形孔。下面給出了詳細的問題分析和實施分析，但必須指出的是本發(fā)明的保護范圍不限于本實施例。
[0041]圖13和圖14給出了本實施例中本發(fā)明的各區(qū)域分布示意圖和剖視圖。如圖13，14所不,本發(fā)明結(jié)構(gòu)中主要包括有:第一金屬膜片1、第一壓電陶瓷環(huán)片2。第一金屬膜片I上有第一密集霧化孔區(qū)域3，第一密集霧化孔區(qū)域3由中心向外有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的霧化孔，分別編號為霧化孔11、霧化孔22、霧化孔33，采用的霧化孔是錐形的，所有的霧化孔都設(shè)有第一開口 5和第二開口 6,第一壓電陶瓷環(huán)片2上設(shè)有第一通孔4,第一金屬膜片I上第一密集霧化孔區(qū)域3的面積小于等于第一通孔4所覆蓋的面積。第一金屬膜片I和第一壓電陶瓷環(huán)片2通過粘結(jié)劑粘結(jié)在一起。
[0042]在交流電作用下第一壓電陶瓷環(huán)片2因逆壓電效應(yīng)作用將產(chǎn)生沿徑向的振動，進而帶著第一金屬膜片I做向上或者向下彎曲的運動，運動效果可以參照圖2和圖3。從圖中我們可以看出，第一金屬膜片I彎曲變形量由中心向外不斷減小，中間部分彎曲變形最為劇烈。
[0043]本發(fā)明提出的霧化片中內(nèi)層霧化孔11的第一開口 5直徑為dn，中間層霧化孔22的第一開口 5直徑為d22,外層霧化孔33的第一開口直徑為d33,且滿足dn ( d22 ( d33。由于在工作排程中因第一密集霧化孔區(qū)域3中的變形的劇烈程度由中心向外是不斷減小，所以dn擴張最為劇烈變?yōu)?1Λ，d22次之，擴張為d’22，d33擴張最少變?yōu)閐3’3，最終實現(xiàn)有d/ ! ^ d' 22 ^ d3’ 3，這樣從第一開口 5噴出的霧化顆粒大小均勻，霧化效果更為理想。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:包括第一金屬膜片(I)和第一壓電陶瓷環(huán)片(2);所述的第一金屬膜片(I)和所述的第一壓電陶瓷環(huán)片(2)通過粘結(jié)劑粘結(jié)在一起；所述的第一壓電陶瓷環(huán)片(2)上設(shè)有第一通孔(4);所述的第一金屬膜片(I)上設(shè)有第一密集霧化孔區(qū)域(3)，第一密集霧化孔區(qū)域(3)位置和第一通孔(4)位置對應(yīng)，且第一密集霧化孔區(qū)域(3)的面積小于等于第一通孔(4)的面積；所述第一密集霧化孔區(qū)域(3)的霧化孔朝向第一通孔(4) 一側(cè)為第一開口(5)，霧化孔背向第一通孔(4) 一側(cè)為第二開口(6);第一開口(5)直徑小于第二開口(6)直徑；上述霧化口的直徑由第一密集霧化孔區(qū)域(3)中心向外側(cè)不斷增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:所述第一通孔(4)為圓形，或矩形，或橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:所述霧化孔為錐形孔，或圓弧母線錐狀孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:所述霧化口直徑變化是非線性的。
5.一種壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:包括有第二金屬膜片(100)和第二壓電陶瓷環(huán)片(200)及第三壓電陶瓷環(huán)片(201);所述的第二壓電陶瓷環(huán)片(200)和第三壓電陶瓷環(huán)片(201)位于所述的第二金屬膜片(100)的兩側(cè)；所述的第二金屬膜片(100)和所述的第二壓電陶瓷環(huán)片(200)、第三壓電陶瓷環(huán)片(201)通過粘結(jié)劑粘結(jié)在一起；所述的第二壓電陶瓷環(huán)片(200)上設(shè)有第二通孔(4’)，所述的第三壓電陶瓷環(huán)片(201)上設(shè)有第三通孔(4”)，所述的第二金屬膜片(100)上設(shè)有第二密集霧化孔區(qū)域(3’)，第二密集霧化孔區(qū)域(3’)位置和第二通孔(4’)、第三通孔(4”)位置對應(yīng)，且第二密集霧化孔區(qū)域(3’)的面積小于等于第二通孔(4’)、第三通孔(4”)的面積；所述第二密集霧化孔區(qū)域(3’)的霧化孔朝向第二壓電陶瓷環(huán)片(200)—側(cè)或第 三壓電陶瓷環(huán)片(201)—側(cè)的開口為霧化口，上述霧化口的直徑由第二密集霧化孔區(qū)域(3’)中心向外側(cè)不斷增大。
6.根據(jù)權(quán)利要求5壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:所述第二通孔(4’)或第三通孔(4’’)為圓形，或矩形，或橢圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求5壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:所述霧化孔為錐形孔，或圓弧母線錐狀孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求5壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:所述霧化口直徑變化是非線性的。
9.一種壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:包括有第三金屬膜片(101)、第四金屬膜片(102)和第四壓電陶瓷環(huán)片(202)、第五壓電陶瓷環(huán)片(203)、第六壓電陶瓷環(huán)片(204);所述的第四壓電陶瓷環(huán)片(202)、第三金屬膜片(101)、第五壓電陶瓷環(huán)片(203)、第四金屬膜片(102)和第六壓電陶瓷環(huán)片(204)依次粘結(jié)在一起，所述的第三金屬膜片(101)上設(shè)有第三密集霧化孔區(qū)域(33’);所述的第四金屬膜片(102)上設(shè)有第四密集霧化孔區(qū)域(33”);所述的第四壓電陶瓷環(huán)片(202)上設(shè)有第四通孔(44);所述的第五壓電陶瓷環(huán)片(203)上設(shè)有第五通孔(45);所述的第六壓電陶瓷環(huán)片(204)上設(shè)有第六通孔(46);所述的第三霧化孔區(qū)域(33’)、第四密集霧化孔區(qū)域(33”)和所述的第四通孔通孔(44)、第五通孔(45)、第六通孔(46)之間的位置對應(yīng)并對齊；所述的第四通孔(44)、第五通孔(45)、第六通孔(46)的面積大于等于所述的第三霧化孔區(qū)域(33’)、第四霧化孔區(qū)域(33”)的面積；所述的第三金屬膜片(101)上的霧化孔的霧化口的朝向和第四金屬膜片(102)上的霧化孔的霧化口的朝向相同；上述第三金屬膜片(101)上的霧化口的直徑由第三密集霧化孔區(qū)域(33’)中心向外側(cè)不斷減小，第四金屬膜片(102)上的霧化口的直徑由第四密集霧化孔區(qū)域(33”)中心向外側(cè)不斷增大。
10.根據(jù)權(quán)利要求9壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:所述第四通孔通孔(44)或第五通孔(45 )或第六通孔(46 )為圓形，或矩形，或橢圓形。
11.根據(jù)權(quán)利要求9壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:所述霧化孔為錐形孔，或圓弧母線錐狀孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求9壓電陶瓷超聲霧化片，其特征在于:所述霧化口直徑變化是非線性的。
【文檔編號】B05B17/06GK103464330SQ201310234547
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
【發(fā)明者】陳道根, 張建輝, 曹炳鑫, 黃 俊 申請人:南京航空航天大學(xué)