机械压差驱动方式是运用机械零件的摆动运动将机械能转化为流体运动,依靠进出口和腔体内部的相对压差驱动流体。机械压差驱动原理简单,制造工艺成熟,易于控制。
目前,微流体系统中主要以微泵为主,运用机械压差技术驱动。微泵的早期发展遵循的就是隔膜或活塞原理。这类传统典型的例子就是所谓“活塞式”微泵,如微隔膜泵和蠕动式微泵。驱动原理如图1.3-13所示,泵室腔被一层或多层可移动隔膜盖住。驱使隔膜的上下运动就可以导致室腔体积的改变,从而产生了上下压力瞬时改变△p 。其工作原理可以描述为一个循环过程,分为供给过程(泵室腔体积增大)和压出过程(泵室腔体积减小)。

在供给过程中泵室腔产生低压,使得进口端的液体被吸入(压力差大于进口端的极限压力);在压出过程中泵室腔产生高压,将腔室内的液体挤向出口端(压力差大于出口端的极限压力)。此时,进口端关闭以防止不 必要的回流,同样在供给过程中出口端关闭。
微泵腔体的扩张或缩小就是驱动隔膜的上下运动,所以其微型化取决于致动器的大小。致动器可分为外部致动器和微致动器。
外部致动器必须粘接或装配到微结构的泵体上,主要有电磁致动器,即通过电磁线圈与铁芯配合致动。这种运动方式可获得大的位移,而力的大小则取决于线圈的匝数和通过的电流,由于受电磁线圈尺寸的限制,微型化较困难;压电致动器(见图1.3-14) 由压电陶瓷片(PZT)和电极组成,商品压电陶瓷可用环氧树脂粘接在膜片上,膜片越薄变形量与驱动电压和频率成比例,通常将多片压电片堆叠以增加压力,但所需的驱动电压较高;双金属致动器,致动原理是利用两金属在相同温差下膨胀或收缩量的不同产生内应力,从而使双金属片发生形变而工作。

微致动器则是利用微加工技术直接在泵体上加工出来的,省去了装配工艺,但是受到加工工艺和加工精度的限制,不易加工。 主要致动器有静电力驱动,如图1.3-15当给激励电极加电压后,可挠性膜片将根据电压的方向和大小不同产生凸形变,从而使谐振腔内产生相应的方向和大小的脉冲压力,打开或关闭阀的出入口;热气动致动器,它由密封的压力室和属于压力室一部分的可移动 膜片构成,室腔里的气体通过电加热膨胀产 生压力,从而推动膜片工作,但其工作效率则取决于与外界的热交换能力;由Ti-Ni 合金构成形状记忆合金做成膜片,利用材料母相在超过某一温度的情况下冷却产生马氏体相变,经加热至一定温度后又转变为母相 (称为逆相变)的特性,使其具有形状记忆效应,从而使膜片上下运动。
