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机械工程实践课程设计微量泵测试题及解析

一、单选题（每题2分，共20题）

1.微量泵在生物医学领域的应用中，对流量精度要求最高的场景是：

A.医药注射系统

B.微流控芯片实验

C.化学滴定分析

D.液体采样装置

2.以下哪种机构常用于微型隔膜式微量泵中？

A.齿轮传动

B.滑块机构

C.隔膜-弹簧驱动

D.液压伺服系统

3.在设计微型蠕动泵时，若需提高流量稳定性，应优先优化：

A.泵头材质

B.驱动电机转速控制精度

C.弹性管路弹性模量

D.泵腔容积

4.微量泵常见故障中，泵体振动明显加剧的原因可能是：

A.驱动电机过载

B.泵内存在气穴现象

C.弹性管路扭结

D.轴承磨损

5.适用于高粘度介质输送的微量泵类型是：

A.齿轮式微量泵

B.隔膜式微量泵

C.蠕动泵

D.电磁驱动式微量泵

6.微量泵流量测试中，若采用称重法，其核心误差来源是：

A.天平精度

B.介质粘度变化

C.采样时间间隔

D.环境温度波动

7.在精密微量泵的密封设计中，优先选用材料组合是：

A.橡胶-金属

B.PTFE-陶瓷

C.EPDM-硅胶

D.聚四氟乙烯-聚碳酸酯

8.微量泵的脉动率指标中，RMS波动主要反映：

A.流量稳定性

B.压力波动

C.机械振动

D.介质剪切力

9.以下哪种传感器最适合用于微量泵实时流量监测？

A.质量流量计

B.压力传感器

C.霍尔效应传感器

D.热式质量流量计

10.微量泵在微流控实验中，若出现流量线性度差的情况，最可能的原因是：

A.电机转速不稳定

B.泵腔结构不对称

C.弹性管路老化

D.介质粘度突变

二、多选题（每题3分，共10题）

1.影响微量泵长期稳定性的关键因素包括：

A.材料生物相容性

B.动态密封结构设计

C.驱动系统功耗

D.介质化学腐蚀性

2.微型隔膜泵的优化设计方向通常涉及：

A.隔膜厚度

B.弹簧预紧力

C.泵腔容积比

D.驱动频率响应

3.蠕动泵输送高粘度介质的适应性措施有：

A.增大转子间隙

B.采用特殊形状转子

C.提高弹性体硬度

D.增加驱动转速

4.微量泵流量测试的误差控制方法包括：

A.恒温控制实验环境

B.多次测量取平均值

C.采用真空泵排空管路

D.使用标准流量计校准

5.微型泵的机械结构优化方向有：

A.减小轴向力

B.降低惯量比

C.增大接触面积

D.优化齿轮啮合

6.适用于生物样本处理的微量泵特性要求：

A.流量可调范围宽

B.无交叉污染风险

C.压力损失低

D.长期运行无记忆效应

7.微量泵常见故障的预防措施包括：

A.定期更换弹性管路

B.避免干转工况

C.添加介质润滑剂

D.降低工作温度

8.微型泵的控制系统设计需考虑：

A.PWM调速算法

B.闭环反馈补偿

C.低功耗设计

D.抗电磁干扰

9.微量泵在微电子制造中的应用场景：

A.液晶显示喷墨

B.半导体晶圆清洗

C.光刻胶输送

D.厚膜印刷

10.微量泵的可靠性评价指标：

A.MTBF（平均故障间隔时间）

B.泵效（η）

C.寿命循环次数

D.噪音水平

三、简答题（每题5分，共6题）

1.简述微型蠕动泵的工作原理及其主要优点。

2.说明微量泵流量测试中，气穴现象对测量结果的影响及解决方法。

3.分析影响微型隔膜泵压力输出的关键因素及优化措施。

4.比较齿轮式微量泵与蠕动泵在输送高粘度介质的性能差异。

5.简述微量泵在生物医学领域对材料生物相容性的具体要求。

6.阐述微量泵控制系统设计中，闭环反馈补偿的必要性与实现方式。

四、计算题（每题10分，共4题）

1.某微型隔膜泵在0.1MPa压差下，以60Hz频率驱动，测得流量为10μL/min。若泵腔容积为50nL，试计算该泵的理论流量效率（η）。（假设泵效与频率呈线性关系，且在30Hz时η=0.85）

2.一台蠕动泵输送50mm2截面积的管道，介质粘度为0.05Pa·s，驱动转速为60rpm。若管道内径均匀，试计算泵的理论流量（单位：nL/min），并分析影响实际流量的主要因素。

3.微型齿轮泵在0.05MPa压差下，实测流量为8μL/min，电机功耗为0.2W。若标准工况下流量为10μL/min，功耗为0.15W，试计算该泵的工况点效率及压力调节范围。

4.某隔膜泵系统包含弹簧预紧力为20N的驱动机构，泵腔容积为30nL。若介质粘度为0.1Pa·s，试计算在0.2MPa压差下的泵送功率，并说明如何通过结构优化降低能耗。

五、设计题（20分）

设计一套适用于生物微流控实验的微型蠕动泵测试系统方案。要求：

1.说