馬小康臺灣大學:機械工程學研究所黃致崴Huang, Chih-WeiChih-WeiHuang2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282009U0001-0307200915430000http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187187在本研究中，設計並開發出單邊擺動壓電式無閥薄膜泵，並進行致動原因之驗證實驗。主腔室使用尺寸為45 mm × 28 mm × 4 mm，配合副腔室尺寸為7 mm × 20 mm × 4 mm進行實驗。由實驗發現能使無閥泵致動的原因，是因為副腔室上方的薄膜因應壓電片擺動作被動反向之振動，在工作過程中，有類似閥體的功能，能中斷部分工作流體流回主腔室，使其產生單一方向之流動。而實驗也證實副腔室上的薄膜，為流向控制元件，而非放大元件。另外，由實驗結果指出無閥薄膜泵的效能會受操作頻率、操作電壓、薄膜厚度及主腔室的尺寸等因素的影響。在主腔室使用0.5 mm厚度之薄膜副腔使用0.3 mm厚度之薄膜時有較佳之揚程效能，平均揚程為1522.5 Pa。而在主腔室長43 mm時有較佳之流量效能，180 Hz時，平均流量達到1.128 mL/s。阻尼實驗中，可以發現流量與最大流量產生的頻率隨阻尼增加而變小。加入漸縮漸擴元件於主腔室入口端，也有助於改善無閥薄膜泵之效能。In this study, a newly designed micropump, valveless one-side actuating piezoelectric micropump, has been successfully developed to actuate liquid in one direction. The micropump consisting of a primary chamber and a secondary chamber is fabricated in an aluminum case by using highly accurate CNC machine. The dimensions of the primary chamber and secondary chamber are 45 mm ? 28 mm ? 4 mm and 7 mm ? 20 mm ? 4 mm, respectively. The actuator of the micropump is fixed on the top of primary chamber with a PDMS diaphragm at one side of the pump case. To earn a net flow rate, the secondary chamber covered by a PDMS diaphragm can vibrate as a valve for controlling the flow direction in the outlet. Also, a well known flow-direction device, nozzle/diffuser, is designed to enhance the pump flow rate in the inlet. The experimental results indicate that the performance of the micropump is dominated by the actuating frequency and voltage of the piezoelectric device, the thickness of the PDMS diaphragm, and the dimensions of the primary chamber. The maximum flow rate of the valveless micropump is 1.128 mL/s at 180 Hz with a 43-mm-length primary chamber; while the maximum pump head can reach 1522.5 Pa by using a 0.5-mm-thickness and a 0.3-mm-thickness diaphragm on the primary chamber and the secondary chamber. In addition, under damping effect is observed in the primary chamber, when the chamber height is reduced from 4 mm to 1 mm.誌謝 I要 IIbstract III錄 IV目錄 VII目錄 XI號說明 XII、 英文字母 XII、 希臘字母 XIV一章 緒論 1.1 前言 1.2 泵的分類 2.3 文獻回顧 3.4 單邊擺動壓電式薄膜泵 5.5 研究動機與目的 6.6 研究內容 6二章 單邊擺動壓電式無閥薄膜泵設計與原理 7.1 無閥薄膜泵之設計 7.1.1 腔體 7.1.2 薄膜 8.1.3 壓電裝置 8.2 工作原理 9.3 壓電效應 10.4 薄膜泵理論分析 12.4.1 單邊擺動機制 12.4.2 薄膜泵主體分析 13.4.3 漸縮漸擴元件 13.4.4 無閥泵效率分析 14三章 實驗設計與實驗步驟 15.1 實驗參數 15.2 致動理論驗證 15.2.1 副腔室之影響 15.2.2 壓電片單邊擺動固定位置影響 16.3 薄膜泵效能分析 16.3.1 薄膜厚度 16.3.2 主腔室長度 17.3.3 主腔室阻尼 17.3.4 漸縮漸擴元件 17.4 實驗架設 18.5 實驗儀器 18.6 流量實驗 19.6.1 改變操作頻率 20.6.2 改變操作電壓 20.7 流阻實驗 20.8 揚程實驗 21四章 實驗結果與討論 23.1 單邊擺動壓電式無閥薄膜泵致動原因探討 23.1.1 CFD-RC模擬單邊擺動壓電式無閥薄膜泵之副腔室 23.1.2 副腔室對單邊擺動壓電式無閥薄膜泵之影響 24.2 單邊擺動機制對壓電式無閥薄膜泵性能的影響 25.3 薄膜對單邊擺動壓電式無閥薄膜泵性能的影響 26.3.1 薄膜厚度影響 26.3.2 薄膜影響討論 27.4 腔體對單邊擺動壓電式無閥薄膜泵性能的影響 29.4.1 主腔室長度影響 29.4.2 腔室阻尼影響 30.4.3 漸縮漸擴元件對壓電式無閥薄膜泵的影響 31.5 薄膜泵的電壓與效率 31五章 結論 33.1 結論 33.2 建議與未來展望 34考文獻 354981972 bytesapplication/pdfen-US單邊擺動壓電流向元件微泵PDMS無閥One-side actuationPiezoelectric deviceFlow-direction deviceValveless micropumpthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187187/1/ntu-98-R96522319-1.pdf