簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 劉政志
Liu, Cheng-Chih
論文名稱: 電磁致動式微幫浦之最佳效能分析
Optimal Efficiency Analysis of Micro Electro-Magnetic Pump
指導教授: 李輝煌
Lee, Huei-Huang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系
Department of Engineering Science
論文出版年: 2002
畢業學年度: 90
語文別: 中文
論文頁數: 108
中文關鍵詞: 微加工製造技術微幫浦微致動器電磁致動
外文關鍵詞: MEMS
相關次數: 點閱:75下載:3
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本研究係針對微加工製造技術之應用,設計一電磁致動式微幫浦。微幫浦的主要特點為操縱微量精確的流體,可應用於生化醫療,其他如化學及生化使用的分析儀器,或利用微幫浦輸送引擎的噴油量,以及噴墨印表機的噴頭晶片與國防工業的應用等。
    鑑於微幫浦其流體的輸送必須藉著微薄膜振動以獲得流量,因此本文擬以簡單分析模式,即將幫浦腔室內流體視為等效阻尼,並於分析微幫浦運動行為時,於系統中考慮此等效阻尼的影響,以取代薄膜與流體互制之複雜分析方式。其次,對微致動薄膜進行諧和運動分析,以獲得幫浦在腔室內存在流動流體狀態下,受驅動頻率與壓力作用後產生的振幅。最後,再與微致動薄膜厚度進行最佳效能分析。
    本研究的方法在建立電磁式微幫浦的流量分析模式,藉以模擬微幫浦的特性。此設計係利用有限元素分析軟體ANSYS,進行腔室內流體之運動分析和幫浦內致動薄膜的結構分析等,以求發展一套具有最佳效能,即獲得最大流量的微幫浦。

    none

    摘要 Ⅰ 目錄 Ⅱ 表目錄 Ⅴ 圖目錄 Ⅵ 符號說明 Ⅹ 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究目的 7 1.4 研究方法 7 1.5 論文架構 8 第二章 電磁致動式微幫浦之設計與作用原理 10 2.1 電磁式微致動器之研究 10 2.2 微幫浦結構設計 14 2.3 微幫浦作用原理 21 第三章 分析之理論基礎 23 3.1 結構自然頻率與模態分析 24 3.2 含阻尼之結構振動 29 3.3 諧和運動反應 34 3.4 流場分析原理 39 3.5 薄膜與流體互制 46 3.6 腔室內流體的等效阻尼效應 48 3.7 電磁感應原理 50 3.8 有限元素分析理論 52 3.9 最佳效能分析 60 第四章 微致動薄膜振動分析 61 4.1 微幫浦模型建立與分析 61 4.2 微幫浦簡化分析模式 67 4.2.1 等效阻尼計算過程 67 4.2.2 等效阻尼計算結果 69 4.2.3 薄膜振動模態與自然頻率 72 4.2.4 含阻尼之振動分析 76 4.3 微致動薄膜結構與流體互制分析 79 4.4 結果比較 84 第五章 微幫浦最佳效能分析 85 5.1 問題描述 85 5.2 最佳效能分析 86 5.2.1 微幫浦受不同壓力與驅動頻率的影響 86 5.2.2薄膜幾何尺寸對幫浦流量之影響 96 第六章 結論 100 6.1 結論 100 6.2 未來研究方向 103 參考文獻 104 自述 108

    [1]. M. Elwenspoek, T. S. J. Lammerink, J. H. J. Fluitman, "Towards Integrated Microliquid Handling System," Journal of Micromechanics and Microengineering, 4, pp. 227-245, 1994.
    [2]. J. Tiren, L. Tenerz, B. Hok, "A Batch-Fabricated Non-Reverse Valve with Cantilever Beam Manufactured by Micromaching of Silicon," Sensors and Actuators, 18, pp. 389-396, 1989.
    [3]. H. T. G. van Lintel, F. C. M. van de Pol, S. Bouwstra, "A Piezoelectric Micropump Based on Micromachining of Silicon," Sensors and Actuators, 15, pp. 153-167, 1988.
    [4]. R. Zengerle, "A Bidirectional Silicon Micropump," Proceeding of the IEEE MEMS' 95 Workshop, pp. 19-24, 1995.
    [5]. E. Stemme, G. Stemme, "A Valve-less Diffuser / Zozzle-Based Fluid Pump," Sensors and Actuators, A39, pp. 159-167, 1993.
    [6]. A. Olsson, G. Stemme, E. Stemme, "A Valve-less Planar Fluid Pump with two Pump Chambers," Sensors and Actuators, A46-A47, pp. 549-556, 1995.
    [7]. Jan G. Smits, "Piezoelectric Micropump with Three Valves Work Peristaltically," Sensors and Actuators, A21-A23, pp. 203-206, 1990.
    [8]. M. T. A. Saif, B. Erdem Alaca, and Huseyin Sehitoglu, "Analytical Modeling of Electrostatic Membrane Actuator for Micro Pumps," IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 8, no. 3, pp. 335-345, 1999.
    [9]. R. linnemann, P. Woias, C.-D. Senfft, and J. A. Ditterich, "A Self-Priming and Bbubble-Tolerant Piezoelectric Silicon Micropump for Liquids and Gases," IEEE, pp. 532-537, 1998.
    [10]. Torsten Gerlach, "Pumping Gases by A Silicon Micro Pump with Dynamic Passive Valves," in 1997 International Conference on Solid-State Sensors and Actuator, pp. 357-360, June 1997.
    [11]. T. Honda and J. Yamasaki, "Fabrication and Testing of A Small Pump Composed of A Magnet and An Elastic Plate," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 34, no. 4, pp. 2102-2104, 1998.
    [12]. H. Takagi, R. Maeda, K. Ozaki, M. Parameswaran and M. Mehta, "Phase Transformation Type Micro Pump," IEEE Transactions on Magnetics, pp. 199-202, 1994.
    [13]. M Koch, N Harris, R Maas, A G R Evans, N M White and A Brunnschweiler, "A Novel Micropump Design with Thick-Film Piezoelectric Actuation," Meas. Sci. Technol. 8, pp. 49-57, 1997.
    [14]. T. S. J. Lammerink, V. L. Spiering, M. Elwenspoek, J. H. J. Fluitman and A. van den Berg, "Modular Concept for Fluid Handling Systems," IEEE, pp. 389-394, 1996.
    [15]. R. Zengerle and M. Richter, "Simulation of Microfluid Systems," Journal of Micromechanics and Microengineering: Structures, Devices, and Systems, pp. 192-204, 1994.
    [16]. 柯春旭,林育生,楊詔中,高端環,“電磁式微致動器之研究,“ 機械工業,PP. 110-116, 88年8月。
    [17]. Michel Del Pedro & Pierre Pahud, “Vibration Mechanics,” pp. 7.
    [18]. 林永盛編著,“ 基礎結構動力(下冊) ,”文笙出版,台北市,1997。
    [19]. Robert W. Fox, Alan T. McDonald.” Introduction to Fluid Mechanics,” 5th ed.
    [20]. I. J. Busch-Vishniac, "The Case for Magnetically Driven Microactuators," Sensors and Actuators, A33, pp. 207-220, 1992.
    [21]. A. Feustel, O. Krusemark, J. Muller, "Numerical Simulation and Optimization of Planar Electromagnetic Actuators," Sensors and Actuators, A70, pp. 276-280, 1998.
    [22]. 王勗成,劭 敏編著“有限元素法-基本原理與數值方法,”亞東書局出版,台北市,1990。

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2002-05-17公開
    QR CODE