In dieser Applikationsnotiz vergleichen wir die Durchflussgenauigkeit und -stabilität bei niedrigen Flussraten von zwei Mikropumpen-drive, die von der Bartels Mikrotechnik GmbH entwickelt wurden: dem mp-Lowdriver und dem mp-Highdriver. Auf der mp-Multiboard (Hauptsteuerplatine) montiert und an eine Bartels-Mikropumpe angeschlossen, bieten diese Pumpen-drive verschiedene Möglichkeiten zur Anpassung des an die Pumpe angelegten elektrischen Signals.
Einführung in die Bartels-Umgebung: Der mp-Lowdriver und mp-Highdriver lassen sich problemlos an die mp-Multiboard anschließen.
Die mp-Multiboard ist eine vollständige Schnittstelle mit einem Arduino-Mikrocontroller, die es ermöglicht, mp6-Mikropumpen, aktive Ventile, Sensirion SLF3S-Durchflusssensoren und Drucksensoren über dieselbe Software anzuschließen und zu steuern.
Die Bartels-Mikropumpen basieren auf einer Piezotechnologie, und das elektrische Eingangssignal hat Einfluss auf die Leistung der Pumpe. Daher wurden 3 Pumpen-drive entwickelt: der mp-Lowdriver, der mp-Highdriver und der mp-Highdriver4. Im Gegensatz zu mp-Lowdriver und mp-Highdriver ermöglicht der mp-Highdriver4 die gleichzeitige Steuerung von 4 Pumpen, während die anderen beiden jeweils nur eine Pumpe steuern können. Wir werden uns auf den mp-Lowdriver und den mp-Highdriver konzentrieren, da der mp-Highdriver4 dieselben Spezifikationen wie der mp-Highdriver aufweist.
Bartels Multiboard App: eine einheitliche Benutzeroberfläche
Basierend auf einem Arduino-Framework hat Bartels eine Anwendung entwickelt, mit der sich alle an das mp-Multiboard angeschlossenen Geräte komfortabel steuern lassen. Sie ermöglicht es, Frequenz und Amplitude für jede der 4 Pumpen zu variieren, die 2 Valves zu öffnen oder zu schließen sowie Durchflussrate oder Druck in Echtzeit zu überwachen.
Darüber hinaus ist es möglich, die Aktivierungszeit jeder einzelnen Pumpe zu steuern und festzulegen, welche zuerst abgeschaltet werden soll. Diese App macht es einfach, kleine Mehrschritt-Programme ganz ohne Programmcode zu erstellen!
mp-Lowdriver vs mp-Highdriver: Welchen drive sollten Sie wählen?
Die Mikropumpen-drive mp-Lowdriver und mp-Highdriver wurden entwickelt, um die Anforderungen von Forschern im Bereich zwischen 5 µl/min und 10 ml/min zu erfüllen. In der Mikrofluidik werden häufig Durchflussraten unter 100 µl/min eingesetzt, und die Bartels-Mikropumpen stellen eine kosteneffiziente Alternative zu gängigen Technologien dar. Der Vergleich beider Pumpendriver hilft Ihnen bei der Auswahl des geeigneten drive für Ihre Anwendung und demonstriert zudem die Präzision, die diese Mikropumpen und drive liefern können.
Tabelle 1: Vergleich zwischen den Mikropumpen-driven mp-Lowdriver und mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik GmbH).
| mp-Lowdriver | mp-Highdriver | |
| Abmessungen | 10,16 x 25,4 x 2,64 mm | 10,16 x 25,40 x 2,82 mm |
| Amplitude | 0 bis 150 Vpp | 10 bis 150 Vpp |
| Frequenz | 8 bis 2000 Hz | 50 bis 800 Hz |
| Signalform | Sinus, benutzerdefiniert | Sinus, rechteckig, benutzerdefiniert |
Tabelle 1: Vergleich zwischen den Mikropumpen-driven mp-Lowdriver und mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik GmbH).
Die folgenden Durchflussmessungen wurden mit einem thermischen Durchflusssensor Sensirion SLF3S-0600F durchgeführt (+/- 5 % Genauigkeit in einem Bereich von +/- 2000 µl/min, min. Genauigkeit von 0,5 µl/min), der auch im mpSmart-Lowdosing-System von Bartels zum Einsatz kommt.
Durchflussmessungen mit dem mp-Lowdriver
Mit dem mp-Lowdriver wurden über wenige Sekunden hinweg zwei Messungen bei 5 und 10 µl/min durchgeführt. Diese Messungen ermöglichten es uns, die Leistungsfähigkeit des mp-Lowdriver bei sehr geringen Durchflussraten zu testen.
| mp-Lowdriver | 5 µl/min | 10 µl/min |
| Messwert (µl/min) | 5.22 | 10.86 |
| Standardfehler | 0.57 | 0.46 |
| Standardfehler (%) | 10.89 | 4.23 |
Tabelle 2: Vergleich zwischen den Soll- und Messwerten bei 5 und 10 µl/min mit einer mp6-liq, mp-Multiboard und mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Gemessen mit einem thermischen Durchflusssensor SLF3S-0600F (Sensirion).
Abbildung 2: Tatsächliche Durchflussraten mit einer mp6-liq Mikropumpe und einem mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik) für Solldurchflussraten von 5 und 10 µl/min. Gemessen mit einem SLF3S-0600F Durchflusssensor (Sensirion).
Bartels Mikropumpen sind für Durchflussraten von mehr als 5 µl/min ausgelegt. Obwohl der mp-Lowdriver niedriger gehen kann, hat der SLF3S-0600F Durchflusssensor eine minimale Genauigkeit von +/- 5 % oder 0,5 µl/min, was erst ab Durchflussraten von über 5 µl/min relevant ist. Die bei 5 und 10 µl/min durchgeführten Messungen zeigen, dass die Genauigkeit des Durchflusssensors die Limitierung für die präzise Messung der Ausgangsdurchflussraten darstellt, jedoch ist die Durchflussgenauigkeit hoch genug, um die meisten Anwendungen in der Mikrofluidik abzudecken.
Um die Leistungsfähigkeit des mp-Lowdrivers weiter zu testen, haben wir den Messbereich über 10 µl/min hinaus auf 50 µl/min erweitert. Die Ergebnisse sind unten dargestellt.
|
mp-Lowdriver |
20 µl/min |
30 µl/min |
40 µl/min |
50 µl/min |
|
Messwert (µl/min) |
21.04 |
30.57 |
39.99 |
51.21 |
|
Standardfehler |
0.53 |
1.30 |
1.47 |
0.89 |
|
Standardfehler (%) |
2.51 |
4.24 |
3.68 |
1.74 |
Tabelle 3: Vergleich zwischen den Soll- und Messwerten bei 20, 30, 40 und 50 µl/min mit einer mp6-liq, mp-Multiboard und mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Gemessen mit einem thermischen Durchflusssensor SLF3S-0600F (Sensirion).
Abbildung 3: Tatsächliche Durchflussraten mit einer mp6-liq Mikropumpe und einem mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik) für Solldurchflussraten von 20, 30, 40 und 50 µl/min. Gemessen mit einem SLF3S-0600F Durchflusssensor (Sensirion).
Diese Ergebnisse zeigen, dass der mp-Lowdriver sehr gut für Durchflussraten zwischen 20 und 50 µl/min geeignet ist. Tatsächlich liegt der Fehler in allen Fällen unter 5 % (Grenzwert des Durchflusssensors).
Wir können daher folgern, dass der mp-Lowdriver für Anwendungen eingesetzt werden kann, die Durchflussraten von mehr als 5 µl/min erfordern. Weitere Tests sollten durchgeführt werden, um Durchflussraten unter 5 µl/min mit präziseren Durchflusssensoren zu adressieren.
mp-Highdriver Durchflussmessungen
Wir haben 4 Messungen (50, 200, 500 und 850 µl/min) über einige Sekunden durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit des mp-Highdrivers für höhere Durchflussraten zu testen. Die Ergebnisse sind unten dargestellt.
|
mp-Highdriver |
50 µl/min |
200 µl/min |
500 µl/min |
850 µl/min |
|
Messwert (µl/min) |
51.62 |
202.86 |
498.09 |
849.35 |
|
Standardfehler |
0.96 |
1.05 |
1.86 |
2.79 |
|
Standardfehler (%) |
1.86 |
0.51 |
0.37 |
0.33 |
Tabelle 4: Vergleich zwischen den Soll- und Messwerten bei 50, 200, 500 und 850 µl/min mit einer mp6-liq, mp-Multiboard und mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Gemessen mit einem thermischen Durchflusssensor SLF3S-0600F (Sensirion).
Abbildung 2: Tatsächliche Durchflussraten mit einer mp6-liq Mikropumpe und einem mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik) für Solldurchflussraten von 50, 200, 500 und 850 µl/min. Gemessen mit einem SLF3S-0600F Durchflusssensor (Sensirion).
Die Ergebnisse für den mp-Highdriver sind für den getesteten Bereich sehr zufriedenstellend. Tatsächlich ist der Fehler unabhängig von der getesteten Durchflussrate viel geringer als 2 % (unterhalb der Genauigkeitsgrenze des Durchflusssensors), was auf eine sehr gute Stabilität des Geräts hinweist.
Betrachtet man den Sollwert von 50 µl/min, gemessen sowohl mit dem mp-Lowdriver als auch mit dem mp-Highdriver, zeigen die Resultate sehr ähnliche Messwerte. Für diesen Durchflussratenbereich hat der Anwender die Wahl zwischen dem mp-Lowdriver und dem mp-Highdriver.
Fazit
Bartels Mikrotechnik hat eine leistungsstarke und benutzerfreundliche Umgebung zur Steuerung und Überwachung von Fluiden für ein breites Spektrum von Anwendungen geschaffen, von der Millifluidik bis zur Mikrofluidik. Gekoppelt mit dem mp-Multiboard und einer Mikropumpe bieten sowohl der mp-Lowdriver als auch der mp-Highdriver effiziente Möglichkeiten zum drive von Fluiden in einem mikrofluidischen System, bei einem guten Preis-Genauigkeits-Verhältnis.
Darwin Microfluidics ist ein weltweiter Distributor von Bartels-Produkten. Finden Sie alle Komponenten für Ihr mikrofluidisches Setup hier!
