moje sprawko

Mikrozawory gazowe i cieczowe

K. Krówka, K. Łukasik, W.A. Migdał, M.Ł. Naszkiewicz

Politechnika Wrocławska

Ćwiczenie wykonane: 24.IV.2007r

Sprawozdanie dostarczone: 8.IV.2007r.

Streszczenie

W niniejszym sprawozdaniu opisano przebieg ćwiczenia laboratoryjnego, którego celem było zbadanie właściwości dwóch mikrozaworów: jednego z membraną kaptonową oraz drugiego z membraną teflonową.

Sterowanie w mikrofluidyce

1.Wstęp

Przedmiotem badań było zapoznanie się z budowa oraz zasada działania dwóch mikrozaworów: gazowego i cieczowego. Zasada działania jest podobna dla obu przypadków. Zawory pozostają otwarte do czasu gdy ciśnienie sterujące jest niższe od ciśnienia przepływającego gazu lub cieczy. Jeżeli ciśnienie sterujące zacznie przewyższać medium, wówczas membrana zacznie wypierać medium spod swojej objętości dążąc do zamknięcia kanału. W przypadku wyrównanych ciśnień lub niewielkiej przewagi ciśnienia sterującego, możliwy jest stan pośredni. Mikrozawór jest półotwarty, w skutek czego przepływ jest dławiony, a nie zablokowany. Rys.1 przedstawia schematyczna budowę mikrozaworu z membraną z folii teflonowej.

2. Eksperyment

1.0 W pierwszym punkcie ćwiczenia badamy parametry mikrozaworu z membrana kaptonową.

1.1 Pomiary przeprowadzono według następującego schematu:

-Ustawiono stałą wartość ciśnienia sterującego

- Dla danej wartości ciśnienia sterującego Us= 1bar pomiary wykonywano dla ciśnienia gazu 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 bar;

- Ostatni etap eksperymentu obejmował komputerową analizę uzyskanych wyników.

1.2 Dla stałego ciśnienia przepływu o wartości Pwe= 1bar zmieniamy ciśnienie sterujące o stałą wartość 0,5 bar, do momentu, w którym nastąpi zamknięcie mikrozaworu. Dla ciśnienia przepływu o wartości 1bar, odcięcie nastąpi po zadaniu wartości sterującej równej 1,5bar. Zależność ta została przedstawiona na charakterystyce rys.3

1.3 Badamy jakie należy ustawić ciśnienie sterujące aby nastąpiło odcięcie. Przy założonym ciśnieniu przepływu Pwe= 1,5bar zamknięcie mikrozaworu nastąpi po zadaniu ciśnienia sterującego o wartości Ps= 2bar.

1.4 Dynamiczna praca zaworu w trybie:

a) otwarty- zamknięty- otwarty (OZO)

W celu wykonania tego punktu ćwiczenia sterujemy zaworami poprzez program komputerowy dostępny na stanowisku pomiarowym. Wcześniej ustalamy ręcznie ciśnienie wejściowe oraz ciśnienie sterujące, pamiętając, że Ps musi być większe od Pwe

b) zamknięty- otwarty- zamknięty (ZOZ)

2.0 W drugim punkcie ćwiczenia badamy parametry mikrozaworu z membrana z filii teflonowej.

2.1 Badamy zależność napięcia wyjściowego od ciśnienia sterującego. W tym przypadku ustawiamy stałe ciśnienie przepływy Uwe= 1bar, a ciśnienie sterujące zmieniamy co 0,5 bara do momentu zamknięcia przepływu. Zamknięcie nastąpiło przy Ps= 2,5bar.

Analogicznie zwiększając ciśnienie przepływu uzyskujemy większe wartości Ps, dla którym następuje zamknięcie przepływu gazu.

2.2 Ciekawe zjawisko występuje gdy ustawimy ciśnienie przepływu na Pwe= 3bar, a zmianę PS co 0,5 bara. Można usłyszeć, że zawór nie działa, przepuszcza powietrze.

3. Uwagi osobiste

Na podstawie otrzymanych wyników możemy jasno określić cechy obu mikrozaworów. Oczywistym jest, iż ciśnienie sterujące musi być większe od ciśnienia przepływa aby nastąpiło zamknięcie zaworu. W przypadku mikrozaworu z membrana kaptonową w celu zamknięcia zaworu ciśnienie sterujące musi przewyższać wejściowe o wastość 0,5bar. Dla mikrozaworu z membraną z filii teflonowej ciśnienie sterujące jest znacznie wyższe. Ciśnienie przepływy o wartości Pwe= 1bar wymaga Ps= 2,5bara co przekracza wartość przepływy dwukrotnie. Ciekawym zastosowaniem mikrozaworów może być ich praca jako dławik, co można zauważyć na rys.6 ok. 16 sekundy prasy zawór jest częściowo zamknięty.