فنون
الجمال والعناية
حِرَف
الثقافة والتاريخ
ترفيه
البيئة
الطعام والمشروبات
الهندسة العكسية
العلوم
رياضة
التقنية
الأجهزة القابلة للارتداء
مضخة التمعج: إغلاق مكانين في آن واحد، ولا يلامس أي صمام السائل
English
Emma

أنشأه

Emma

27. سبتمبر 2026SE
110
0
0
0
0

مضخة التمعج: إغلاق مكانين في آن واحد، ولا يلامس أي صمام السائل

اضغط على خرطوم لإغلاقه بين إصبعين وحرّك أصابعك على طوله: يُدفع السائل أمامها إلى الأمام، ويرتد الخرطوم خلف أصابعك ويمتلئ من جديد. هذا هو جوهر مضخة التمعج بالكامل. يحمل دوّار بكرات تدور على مسار منحنٍ، تضغط كل بكرة على أنبوب مرن لتغلقه وتتدحرج على طوله. لا يلامس السائل سوى الجزء الداخلي من الأنبوب. لا توجد صمامات قد تنسد، ولا أختام قد تتسرب، ولا شيء يحتاج إلى تنظيف سوى أنبوب يمكن التخلص منه. ولهذا السبب تُستخدم هذه المضخة للدم، ولمزارع الخلايا، ولحقن المواد الكيميائية في إمدادات المياه، وللخرسانة، ولحبر الطابعات. سجّل روفوس بورتر وج. د. برادلي براءة اختراعها عام 1855 بوصفها مضخة للآبار، ودوّنا القاعدة الواحدة التي لا تزال كل مضخة تمعج ملزمة باتباعها: يجب إغلاق الأنبوب في **مكانين في اللحظة نفسها**. وفي عام 1881 استخدم يوجين ألين المبدأ نفسه لنقل الدم، تحديدًا لأنه لا توجد فيها صمامات قد يتجلط عليها الدم. تقوم هذه الوحدة ببناء واحدة منها باستخدام محرك خطوي.
متوسط
حوالي 6 ساعات

التعليمات

1

اختر الأنبوب أولاً — فهو يحدد كل شيء آخر

الأنبوب هو المضخة. يحدد قطر تجويفه التدفق لكل دورة، ويحدد سمك جداره مدى الضغط الذي يجب أن تضغط به البكرات، ويحدد مادته ما يمكنه نقله ومدة عمره. استخدم أنابيب **السيليكون** لهذا البناء: فهي تستعيد شكلها الدائري بسرعة بعد كل ضغطة، وهذا ما يعيد ملء الجيب خلف البكرة. أنبوب PVC الشفاف أرخص وأكثر صلابة — يستعيد شكله ببطء أكبر، ويأخذ شكلاً مسطحاً دائماً أسرع، ويناسب فقط الاستخدام البطيء والمتقطع. قِس القطر الداخلي وسمك الجدار بالقدمة ذات الورنية، على طرف مقطوع، عند عدة نقاط حول الدائرة. الأنبوب المضغوط حتى يصبح مسطحاً يساوي بالضبط **سمكين من الجدار**؛ وهذه هي الفجوة الأولية بين البكرة والمسار. اكتب الرقمين كليهما — فالمسار مصمم حولهما في الخطوة التالية.

المواد لهذه الخطوة:

أنبوب سيليكونأنبوب سيليكون1 متر

الأدوات المطلوبة:

قدمة رقمية 6 بوصاتقدمة رقمية 6 بوصات
2

اطبع المسار والدوار والبكرات

اطبع هيكلاً بمسار منحنٍ نصف قطره 25 مم إلى الخط المركزي للأنبوب، يلتف **بزاوية 180 درجة على الأقل** — على شكل حرف U يدخل فيه الأنبوب من ذراع ويخرج من الذراع الآخر. اطبع دواراً ذا ثلاثة أذرع يناسب عمود المحرك الخطوي البالغ قطره 5 مم مع برغي تثبيت داخلي (grub screw)، وركّب على كل ذراع في نهايته محمل تزحلق (سكيت بورد) على برغي آلي كبكرة. إن استخدام محامل دوارة بدلاً من مسامير ثابتة هو الفرق بين مضخة وقاطع أنابيب: فالمسمار يسحب على الأنبوب ويُهلكه حتى يتآكل. اجعل المسار قطعة منفصلة تُثبَّت ببرغيين في فتحات مستطيلة، حتى تتمكن من تحريكه نحو الدوار. هذا الضبط هو **الانسداد** (occlusion) — أي مدى ضغط الأنبوب — وهو الإعداد الوحيد الذي تملكه المضخة. ثبّت الأنبوب عند طرفي المسار بمشابك مطبوعة، وإلا فإنه سينزلق مع البكرات دائراً حتى يُشد تماماً ويتوقف عن الضخ.

المواد لهذه الخطوة:

خيط PETGخيط PETG120 غ
محمل كُريّمحمل كُريّ3 قطع
براغي آليةبراغي آلية10 قطع
محرك خطويمحرك خطوي1 قطعة

الأدوات المطلوبة:

طابعة ثلاثية الأبعاد بالخيط (FDM)طابعة ثلاثية الأبعاد بالخيط (FDM)
قدمة رقمية 6 بوصاتقدمة رقمية 6 بوصات
طقم مفاتيح ألنطقم مفاتيح ألن
مثقاب لاسلكيمثقاب لاسلكي
طقم لقم ثقبطقم لقم ثقب
3

التدفق لكل دورة، وقاعدة المكانين المغلقين

جارٍ تحميل دفتر Jupyter…
4

The drive: a stepper, a speed knob and a reverse button

A stepper motor is the right drive for a dosing pump: it turns a known angle per step, so the volume pumped is simply steps counted. This sketch reads a potentiometer for speed and a button to reverse — reversing is how you clear an air lock or empty a line back into its bottle. Set the driver's current limit before connecting the motor; a stepper run at the wrong current either stalls under the tube's resistance or overheats.
peristaltic_drive.inoarduino
/*
  peristaltic_drive.ino -- run a stepper-driven peristaltic pump at a set speed.

  Hardware: a NEMA 17 stepper on an A4988 (or DRV8825) driver board, a 10 k
  potentiometer for speed, and a push button to reverse.
  Wiring:   driver STEP -> D3, DIR -> D4, EN -> D8 (LOW = enabled)
            pot wiper -> A0, pot ends -> 5V and GND
            button    -> D2 and GND (internal pull-up)
  The driver's own VMOT must come from the 12 V supply, with a 100 uF capacitor
  across it at the board, and its current limit set BEFORE the motor is connected.
*/

const int PIN_STEP = 3;
const int PIN_DIR  = 4;
const int PIN_EN   = 8;
const int PIN_BTN  = 2;
const int PIN_POT  = A0;

const long STEPS_PER_REV = 200L * 16L;   // 1.8 deg motor, 1/16 microstepping
const float RPM_MIN = 2.0;
const float RPM_MAX = 150.0;

unsigned long lastStep = 0;
unsigned long interval = 0;              // microseconds between steps
bool forward = true;
bool lastBtn = HIGH;

void setup() {
  pinMode(PIN_STEP, OUTPUT);
  pinMode(PIN_DIR, OUTPUT);
  pinMode(PIN_EN, OUTPUT);
  pinMode(PIN_BTN, INPUT_PULLUP);
  digitalWrite(PIN_EN, LOW);
  digitalWrite(PIN_DIR, HIGH);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // speed from the pot, re-read every loop so turning it takes effect at once
  float rpm = RPM_MIN + (RPM_MAX - RPM_MIN) * analogRead(PIN_POT) / 1023.0;
  interval = (unsigned long)(60.0e6 / (rpm * STEPS_PER_REV));

  // reverse on a button press (edge, not level), to clear an air lock
  bool b = digitalRead(PIN_BTN);
  if (b == LOW && lastBtn == HIGH) {
    forward = !forward;
    digitalWrite(PIN_DIR, forward ? HIGH : LOW);
    Serial.println(forward ? F("forward") : F("reverse"));
    delay(30);                           // crude debounce
  }
  lastBtn = b;

  unsigned long now = micros();
  if (now - lastStep >= interval) {
    lastStep = now;
    digitalWrite(PIN_STEP, HIGH);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(PIN_STEP, LOW);
  }
}

/*
  CALIBRATE, don't trust the arithmetic:
   1. Run into a graduated cylinder for exactly 100 rotor turns (count them on
      the serial print, or time them at a known rpm).
   2. Volume / 100 is your mL per turn. Compare it with the notebook's figure.
   3. Repeat with the outlet lifted 1 m higher. If the figure drops, the
      rollers are not closing the tube fully -- raise the occlusion.
*/

المواد لهذه الخطوة:

Arduino Uno R3Arduino Uno R31 قطعة
مشغّل محرك خطويمشغّل محرك خطوي1 قطعة
مقياس جهد متغيّرمقياس جهد متغيّر1 قطعة
أسلاك توصيلأسلاك توصيل1 طقم

الأدوات المطلوبة:

حاسوب عليه بيئة Arduino IDEحاسوب عليه بيئة Arduino IDE
مصدر تغذية بالتيار المستمرّمصدر تغذية بالتيار المستمرّ
5

ضبط الانسداد والمعايرة مقابل عمود من الماء

ابدأ والمسار مفتوح بعيدًا بحيث تكاد البكرات تلامس الأنبوب بالكاد. ضع المدخل في كأس ماء مع قطرة من الصبغة، ووجّه المخرج إلى مخبار مدرج، وشغّل المضخة ببطء. حرّك المسار نحو الداخل قليلًا في كل مرة. في البداية تكاد المضخة لا تنقل شيئًا: تدفع البكرات السائل إلى الأمام فينزلق إلى الخلف متجاوزًا إياها. عندما تصل الفجوة إلى نحو ضعف سماكة الجدار يقفز التدفق فجأة. الآن ارفع المخرج متراً واحدًا فوق المدخل وراقب الصبغة: إذا زحفت إلى الخلف بين مرور البكرات وآخر، فأغلق المسار قليلًا أكثر. توقف فور أن تثبت الصبغة. لا تذهب أبعد من ذلك. كل جزء إضافي من المليمتر يسحق الأنبوب في كل مرور ويقصر عمره، ولا يعطي تدفقًا أكبر. الآن عاير: عدّ 100 دورة في المخبار، ثم اقسم، وقارن النتيجة بالرقم المدوّن في الدفتر. المضخة الفعلية تنقل أقل، لأن الأنبوب لا يستعيد شكله الدائري تمامًا بين البكرات. هذا الرقم المقاس، لا المحسوب، هو ما تعمل عليه مضخة الجرعات.

المواد لهذه الخطوة:

ماءماء1 لتر
ملوّن غذائي (صبغة لإظهار الجريان)ملوّن غذائي (صبغة لإظهار الجريان)1 قطرة

الأدوات المطلوبة:

مخبار مدرّجمخبار مدرّج
ساعة إيقافساعة إيقاف
طقم مفاتيح ألنطقم مفاتيح ألن
شريط قياسشريط قياس
6

النبضات وتآكل الأنبوب

جارٍ تحميل دفتر Jupyter…
7

انحرف التدفق: اكتشف السبب

يعتمد تدفق المضخة الperistaltic على جودة أنبوبها ومدى انسداده. هذه هي الأعطال التي تغيّر الملليلترات المعايَرة لكل دورة، مرتبةً حسب ترتيب فحصها.

Flow

Loading...
8

التاريخ والسياق

**براءة الاختراع الأمريكية رقم 12,753، "مضخة الأنبوب المرن"، لروفوس بورتر من واشنطن العاصمة وج. د. برادلي من برا تلبورو، فيرمونت، بتاريخ 17 أبريل 1855.** كان بورتر مؤسس مجلة Scientific American. تصف براءة الاختراع خرطومًا من المطاط المفلكن (الفولكنة) — وكان متاحًا تجاريًا منذ عقد واحد فقط في ذلك الوقت — مثبتًا حول سطح أسطواني ويمر عليه بكرة دوارة، وتذكر الشرط الذي يجعل المضخة تعمل: يجب أن يُغلق الخرطوم *"في الوقت نفسه تمامًا"* في مكانين. وكانت إحدى الطرق التي اقترحوها لتحقيق ذلك هي لف الخرطوم دورة كاملة. **براءة الاختراع الأمريكية رقم 249,285، "جهاز نقل الدم"، ليوجين إ. ألين من غراند رابيدز، ميشيغان، قُدم الطلب في 23 يونيو 1881، ومُنحت البراءة في 8 نوفمبر 1881.** خرطوم مطاطي بقطر داخلي نحو ثُمن بوصة موضوع على وسادة مطاطية داخل صندوق نحاسي صغير، مع ثلاث بكرات زجاجية أو أكثر محمولة على حزام دائري بحيث تضغط دائمًا على الخرطوم لإغلاقه. يوضح مواصفات ألين السبب: الضغط المتحرك *"يستغني عن جميع صمامات الشفط، التي بسبب الطبيعة اللزجة والليفينية للدم ستنسد دائمًا وتُنتج جلطات"*. واستُخدمت مضخة الأسطوانات لاحقًا لنقل الدم في أجهزة القلب والرئة وغسيل الكلى للسبب نفسه الذي ذكره ألين. **القيود الصادقة.** إنها تُنتج نبضًا. يعتمد تدفقها على أنبوب يتآكل، لذا ينحرف ويجب إعادة معايرته. وتقتصر قدرتها على الضغط على ما يستطيع الأنبوب أن يُحكم إغلاقه ضده — بضعة بارات للأنابيب المخبرية العادية. والأنبوب المتآكل لا يفشل بسلاسة: إذ ينشق، وكل ما كان ينقله يصل إلى رأس المضخة.
الخطوة 8 - Image 1

المواد

11

الأدوات المطلوبة

10

CC0 ملكية عامة

هذا المخطط مُصدر بموجب CC0. يحق لك نسخه وتعديله وتوزيعه واستخدامه لأي غرض، دون طلب إذن.

ادعم الصانع بشراء منتجات عبر مخططه حيث يكسب عمولة الصانع يحددها البائعون، أو أنشئ نسخة جديدة من هذا المخطط وضمّنه كرابط في مخططك لمشاركة الإيرادات.

النقاش

(0)

تسجيل الدخول للمشاركة في النقاش

جارٍ تحميل التعليقات...