The purpose of this study is to investigate the effects of changing dimension of a soft tube in a peristaltic pump on deformation, stress and fluid flow rate of the peristaltic pump. Geometries of the peristaltic pump is created in a Catia drawing software based on specifications of a real peristaltic pump. Afterwards, the geometries of this pump is imported into a commercial Ansys software to calculate deformation, stress, and fluid flow rate of this pump. The simulation results showed that the deformation and stress of the soft tube is increased by increasing soft tube diameter from 2 mm to 4 mm. When the tube diameter is increased to 5 mm and tube thickness is reduced to 0.5 mm, the soft tube is damaged. The highest fluid flow rate could be found at the tube thickness and diameter of 1 mm and 4 mm, respectively.
Though a peristaltic pump is a crucial element in miniaturized drug delivery systems, it has some intrinsic disadvantages such as backflow and flow fluctuation. To overcome these limitation, we have developed valve-less peristaltic pump system including orifice and stagnation chamber. we measured flow rate to investigate the performance of rotary peristaltic pump with three rollers and an elastomeric tube pumping a viscous fluid. The flow fluctuations and the backflow happen as a result from the disengagement of the contact interaction between the rollers and the tubes. Stagnation chamber installed in front of orifice plate was composed of rubber tube and gas chamber. By changing orifice hole diameter with stagnation chamber flow rate and pressure in the tube was regulated. The obtained maximum reduction ratio of flow fluctuation is 96.79%.
The emergence of the flow-through cell (FTC) method has made up for the limitations of previous dissolution test methods, but the high cost of the FTC dissolution devices have seriously hindered the progression of research and application of the FTC. This new design uses a peristaltic pump to simulate the sinusoidal flow rate of a piston pump. The flow profile of each peristaltic pump was sinusoidal with a pulsation of 120 ± 1 pulses per minute, and the flow rate ranged from 1.0 - 36.0 mL/min. The flow control of each channel was adjusted independently so the flow errors of the seven channels were close to 2%. The structure of the system was simplified, and the cost was reduced through manual sampling and immersing the FTC in a water bath. The dissolution rate of the theophylline and aminophylline films was determined, and good experimental results were obtained.
Piezoelectric micro-pump should contain the physical running parts like check valves for acquiring the unilateral motion of fluid from the alternating motion of actuators. But the check valves raise many problems such as abrasion or exhaustive destruction by the recursive mechanical displacement To solve these problems, we propose a novle type piezoelectric valveless micro-pump using peristaltic motion due to the traveling wave excitation. Proposed pump model is consisted of two piezoelectric ceramic plates, elastic metal body, caps for covering flow path, rubber rings for sealing tightly and disk springs for the pressurization of pump body.
For application to micro fluid control systems such as ${\mu}TAS$ (Micro Total Analysis Systems) and DDS (Drug Delivery Systems), it is very significant to handle precise and minute flow rates with low pressure pulsation. In this study, a novel valveless piezoelectric pump using peristaltic motion with three disk type PZT actuators is presented. The newly devised pump with an effective size of $70mm{\times}60mm{\times}55mm$ has three actuator layers connected in series from inlet to outlet. The PZT actuator has a maximum displacement of 240 ${\mu}m$ and a maximum force of 1.6 N. When the driving voltage for PZT actuators is sequentially applied with a certain phase shift, the pumping is performed by peristaltic motion of liquid volume. The working fluid is shut off without the driving voltage. Three methods for sequential driving are proposed and experimentally investigated. First and second methods utilize an intermittent sinusoidal waveform with phase shift of $90{\circ}\;and\;120^{\circ}$, respectively. Third method uses a rectangular waveform with phase shift of $90^{\circ}$. A controller with multi-phase shifter is designed and fabricated. Then, frequency and voltage-flow rate characteristics and load pressure-flow rate characteristics are experimentally investigated to verify the validity of the developed pump.
본 연구에서는 산업분야에서 다양하게 이용되고 있는 연동펌프를 농축양액 주입장치로 사용한 관비장치를 개발하고 성능시험을 실시하였으며, 얻어진 결과는 다음과 같다. 튜브 내경별, 회전수별, 롤러수별 유량특성 시험결과 펌프 회전속도가 빨라짐에 따라 유량은 직선적으로 증가하였으며, 튜브 내경이 커질수록 기울기도 커졌으며, 롤러수가 3개일 때가 4개일 때의 유량 보다 더 많은 것으로 나타났다. 또한 튜브재질에 있어서는 복원력이 우수한 재질의 노프렌 튜브에서 유량이 많은 것으로 나타났다. 관비장치의 농축양액 주입위치에 따른 혼삽성능 실험결과 안정화 시간은 농축양액을 공급펌프의 흡입 측에 주입한 경우에는 17초, 공급펌프의 토출 측에 주입한 경우에는 16초 이었으며, EC는 안정화 구간에서 각각 1.42±0.05, 1.39±0.02 dS/m로 나타나 주입위치에 따른 영향은 크지 않은 것으로 판단된다. 측정 센서 설치위치에 따른 안정화시간은 주관에 삽입 설치한 경우에는 17초, 여수관에 설치한 경우에는 27초로 나타나 센서는 주관에 삽입 설치하는 것이 바람직한 것으로 판단된다. EC는 안정화 구간에서 각각 1.43±0.05, 1.45±0.07dS/m의 근소한 차이를 보였다. 시작기의 제어성능 실험결과 제어정밀도가 ±0.05dS/m로 나타나 제어성능이 우수한 것으로 나타났다. 농가 현장시험결과 개발한 관비장치에 의해 재배한 오이가 정상적인 생육을 하는 것으로 나타나 개발한 시험용 장치의 실용화가 이루어진다면 관비재배 농가에서 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
In this paper we propose a new model of a mini-pump with peristaltic motion and present the results of the finite element analysis of an electromagnetic micro actuator. The mini-pump consists of three diaphrams made of PDMS, three permanent magnets in cylinders, printed copper coils on glass substrates, and input and output port. The size of the mini-pump is $14\;{\times}\;40\;{\times}\;5.4$ mm3 and the permanent magnet diameter 6.2 mm $\times$ thickness 2 mm. The electromagnetic force applied on the magnet was about 0.84 N when the current of coils was 1 A, then the maximum displacement of the PDMS diaphram was about 2mm.
Kim, Hyun-Hoo;Oh, Jin-Heon;Yoon, Jae-Hun;Jeong, Eui-Hwan;Lim, Kee-Joe
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제11권2호
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pp.65-68
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2010
The operation principle of a traveling wave rotary type ultrasonic motor can be successfully applied to the fluidic transfer mechanism of the micro-pump. This paper proposes an innovative valveless micro-pump type that uses an extensional vibration mode of a traveling wave as a volume transportation means. The proposed pump consists of coaxial cylindrical shells that join the piezoelectric ceramic ring and metal body, respectively. In order to confirm the actuation mechanism of the proposed pump model, a numerical simulation analysis was implemented. In accordance with the variations in the exciting wave mode and pump body dimension, we analyzed the vibration displacement characteristics of the proposed model, determined the optimal design condition, fabricated the prototype pump from the analysis results and evaluated its performance. The maximum flow rate was approximately $595\;{\mu}L/min$ and the highest back pressure was 0.88 kPa at an input voltage of $130\;V_{rms}$. We confirmed that the peristaltic motion of the piezoelectric actuator was effectively applied to the fluid transfer mechanism of the valveless type micro pump throughout this research.
This paper presents the fabrication and evaluation of mechanical behavior for a peristaltic micropump by flow simulation. The valve-less micropump using the diffuser/nozzle is consists of the lower plate, the middle plate, the upper plate and the tube that connects inlet and outlet of the pump. The lower plate includes the channel and the chamber, and the plain middle plate are made of glass and actuated by the piezoelectric translator. Channels and a chamber on the lower plate are fabricated on high processability silicon wafer by the DRIE(Deep Reactive Ion Etching) process. The upper plate does the roll of a pump cover and has inlet/outlet/electric holes. Three plates are laminated by the aligner and bonded by the anodic bonding process. Flow simulation is performed using error-reduced finite volume method (FVM). As results of the flow simulation and experiments, the single chamber pump has severe flow problems, such as a backflow and large fluctuation of a flow rate. It is proved that the double-chamber micropump proposed in this paper can reduce the drawback of the single-chamber one.
Existence of physical moving parts (ex. check valve) produces several problems (mechanical abrasion, deterioration of reliability, limited temperature performances etc.) in driving pumps. To overcome such problems, we proposed a valveless piezoelectric micro-pump which has new type volume transferring mechanism. The proposed micro-pump has a double faced disk type vibrator that can generate peristaltic motion formed by traveling wave in each surface of a disk. This type of micro-pump is able to apply to a fluid supply system that provides two different kinds of fluid simultaneously. In this paper, we propose a simple and novel design of piezoelectric micro-pump that is peristaltically by piezoelectric actuators and allows the removal of the need for valves of other physically moving parts. The finite elements analysis on the proposed pump model was carried out to verify its operation principle using the commercial analysis software.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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