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チューブポンプの構造と特性測定

 水槽用の反応式炭酸ガス発生装置を作るために、チューブポンプを買いました。最終的にはArduinoで送液量を調整して、発生ガスの量をコントロールする予定ですが、そのためにはポンプの特性を把握しておく必要があります。

 ということで、まずはポンプの構造を調べてみます。買ったのはこんなポンプです。

▼アマゾンのページ
アマゾンでチューブポンプ
 アマゾンのこの商品のページ
 この写真から、DCモーターで動かしていることは判ります。でも、チューブポンプの回転数は低いので、何らかの減速機構が必要になると思うのですが、実際にどういう構造になっているかまでは判りませんでした。

 現物が届いたので分解して謎解きです。なお、ポンプ部はプラスチックのラッチで止まっているだけで、爪を起こすと簡単に分解出来るようになっています。液の変更や、チューブの交換などを容易にするためだと思います。

▼内部写真
チューブポンプの内部

チューブポンプの内部

チューブポンプの内部
 見ての通り、減速歯車などは無くフリクションによる遊星ローラー減速機構になっていました。モーターの軸をそのままサンギアというか、サンシャフトとして使うことで、高い減速比を得る構造になっていました。
 各部の寸法は、モーターシャフト径:φ2.28、プラネタリーローラー径:φ5.7、外側ケース内径:φ26.8、チューブ外径:φ4.7、チューブ内径:φ2.5mm でした。

◆ポンプの特性
 モーターはDC12Vのブラシモーターで、消費電流は約0.3A。ポンプの吐出量は0.87cc/秒。なお、モーターを逆回転するとポンプも逆動作します。
 ポンプの性能に対して、過剰な出力のモーターが使われている気がします。でもこうした方がコストダウンになるし、後で出てくる高い応答特性を得るためにも、こういう組み合わせが良いのかも知れません。

 ちなみに、本格的なチューブポンプは回転数の精度が重要なので、正確な速度設定が可能なモーターが使われますが、これは単純なDCモーターでした。マイコンで制御することを考えると、ギアヘッド付きのパルスモーター駆動だったら最高だったのですが、まあ値段を考えると仕方ないでしょう。

 二酸化炭素を発生させるためには、このポンプを使ってクエン酸の水溶液を重曹のボトルに送り込むことになるのですが、問題はその送液頻度をどうするかです。今の予定では、130ccのクエン酸溶液を1ケ月かけて送液したい(反応させたい)と思っています。
 この数字で計算すると、ポンプの送液量は1日当たり4.3ccとなり、昼間の12時間だけ動かすので、1時間当たり0.36cc送れば良いことになります。ということは、1時間に一回、0.41秒ポンプを動かすことになります。

 ただ1時間間隔の運転では間が空き過ぎるので、もう少し高い頻度で動かしたいのですが、そのためには一回当たりの送液時間を短くする必要があります。そうなると、どれくらい短い時間までポンプが追従してくれるか、確認する必要があります。

 話が長くなりましたが、ポンプの運転時間をどれくらいまで短く出来るか実験で確認してみました。

▼ポンプ吐出量確認実験
ポンプ特性測定
 左上の自作パルスジェネレーターでパルスを発生させ、パワーFETを使ってポンプを動かします。ポンプの出口にはデジタル秤を置いて、出て来た水の重さを測ります。なお、一回あたりに出てくる水の量は少ないので、5グラムや10グラムになるまでの時間(回数)を測り、一回当たりの水量を計算で求めています。

▼ポンプ部
チューブポンプ
 モーター回転の反力を受け止める必要があるので、アルミテープでモーターを水槽のガラス瓶に固定しました。

▼測定結果
20180824tubePumpPulseOutData.png

駆動時間に対する吐出量

 予想外に追従性が良く、通電時間を10ms まで減らしても、その時間に見合った吐出量になっています。でも、流石に5msではローラーが廻らず、吐出量はゼロとなりました。

◆まとめ
 少し余裕を見て通電時間を30msとすると、1時間当たり13.6回、つまり4.4分間隔でポンプを動かせばよいことになります。これなら、大丈夫そうです。

 今回チューブポンプをいじってみましたが、これ面白いです。逆回転させると液を回収するので、シリンジに接続するとパワフルなアクチェーターとして使えます。他にも工夫次第で面白い使い方がありそうで、マイコンと組み合わせると楽しそうです。

 このポンプはAmazonで買ったのですが、実はAliexpress にも同じ物が売られています。それに今回Amazon に注文したのに、実際には中国から直送されてきました。別のそれをどうこう言うつもりはありませんが、Aliexpress で売られているということは、中国の人は普通に、このポンプをこんな値段、というか送料を考えると、もっと安く買うことが出来るということですね。うらやましい。
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No title

なるほど、千円のポンプでも、ちゃんと制御できそうですね。
この辺のノウハウは、こっそりいただきます(..;)ぺこり

このチューブポンプを開発研究するベンチャーで、どこかのメーカーの定年退職した人が経営者のところもあります。ローカルテレビでやってました。
面白い分野みたいですよ。

SGさん、おはようございます

チューブポンプのベンチャーって、パナにいた人ですね。どこかで記事を読んだ気がします。

チューブの耐久性

チューブの耐久性って、どのくらいなんでしょうね?チューブ式のポンプは、そこが気になっていました。

交換用のチューブは、日本で簡単に手に入るものなんでしょうかね?(ペットショップとかで売ってる汎用品が流用できたりするのでしょうかね?

re:チューブの耐久性

ポンプの動作時間が長いと、チューブの寿命が気になりますよね。
使われているチューブは記事の写真に写っているように、少し黄色の入ったもので、普通のシリコンチューブでは無い感じですが、材質までは判りません。

交換チューブどうすればいいんでしょうね、AliExpressなら売ってるかもですが、よく判りません。
プロが使う本格的なポンプのチューブは売られていますが、めちゃ高いんですよね。
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