Dans cette note d'application, nous comparons la précision et la stabilité du débit à faibles débits de deux variateurs de pompe « micropompe » conçus par Bartels Mikrotechnik GmbH : lemp-Lowdriveretle mp-Highdriver. Montés sur le mp-multicarte (carte de commande principale) et connectés à un micropompe de Bartels, ces variateurs de pompe offrent différentes possibilités de réglage du signal électrique appliqué à la pompe.
Introduction à l'environnement Bartels : tLes modules mp-Lowdriver et mp-Highdriver peuvent être facilement connectés au mp-multicarte.
Le mp-multicarte est une interface complète dotée d'un microcontrôleur Arduino, qui permet de connecter et de contrôler des micropompes mp6, des vannes actives, des capteurs de débit SLF3S d'Sensirion ainsi que des capteurs de pression à partir d'un même logiciel.
Les micropompes Bartels sont basées sur une technologie piézoélectrique, et le signal électrique d'entrée a un impact sur les performances de la pompe. Par conséquent, 3 drivers de pompe ont été développés : le mp-Lowdriver, le mp-Highdriver et le mp-Highdriver4. Contrairement au mp-Lowdriver et au mp-Highdriver, le mp-Highdriver4 permet de contrôler 4 pompes simultanément, tandis que les deux autres ne permettent de contrôler qu'une seule pompe à la fois. Nous nous concentrerons sur le mp-Lowdriver et le mp-Highdriver, car le mp-Highdriver4 a les mêmes spécifications que le mp-Highdriver.
Application « Bartels multicarte » : une interface utilisateur unifiée
En s'appuyant sur une plateforme Arduino, Bartels a développé une application permettant de contrôler facilement tout appareil connecté au mp-multicarte. Elle permet de régler la fréquence et l'amplitude de chacune des 4 pompes, d'ouvrir ou de fermer les 2 vannes et de surveiller l'débit e ou la pression en temps réel.
En outre, il est possible de contrôler le temps d'activation de chacune des pompes, mais aussi de déterminer laquelle doit être éteinte en premier. Cette application facilite la création de petits programmes multi-étapes sans aucune ligne de code !
mp-Lowdriver vs mp-Highdriver : quel driver choisir ?
Les pilotes « mp-Lowdriver » et « mp-Highdriver » micropompe ont été conçus pour répondre aux besoins des chercheurs travaillant avec des débits compris entre 5 µl/min et 10 ml/min. En microfluidique, les débits inférieurs à 100 µl/min sont couramment utilisés, et les micropompes Bartels constituent une alternative économique aux technologies actuelles. La comparaison de ces deux pilotes de pompe vous aidera non seulement à choisir le pilote le mieux adapté à votre application, mais aussi à démontrer la précision dont ces micropompes et ces pilotes sont capables.
Tableau 1 : Comparaison entre les pilotes mp-Lowdriver et mp-Highdriver micropompe (Bartels Mikrotechnik GmbH).
| mp-Lowdriver | mp-Highdriver | |
| Dimensions | 10.16 x 25.4 x 2.64 mm | 10.16 x 25.40 x 2.82 mm |
| Amplitude | 0 à 150 Vpp | 10 à 150 Vpp |
| Fréquence | 8 à 2000 Hz | 50 à 800 Hz |
| Forme du signal | sinusoïdal, personnalisé | sinusoïdal, rectangulaire, personnalisé |
Tableau 1 : Comparaison entre les pilotes mp-Lowdriver et mp-Highdriver micropompe (Bartels Mikrotechnik GmbH).
Sensirion Les mesures de débit suivantes ont été réalisées à l'aide d'un capteur de débit SLF3S-0600F à thermique (précision de +/- 5 % sur une plage de +/- 2 000 µl/min, précision minimale de 0,5 µl/min), également utilisé dans le système Bartels mpSmart-Lowdosing.
Mesures de débit mp-Lowdriver
Deux mesures à 5 et 10 µl/min ont été effectuées avec le mp-Lowdriver pendant quelques secondes. Ces mesures nous ont permis de tester les capacités du mp-Lowdriver à de très faibles débits.
| mp-Lowdriver | 5 µl/min | 10 µl/min |
| Valeur mesurée (µl/min) | 5.22 | 10.86 |
| Erreur standard | 0.57 | 0.46 |
| Erreur standard (%) | 10.89 | 4.23 |
Tableau 2 : Comparaison entre les valeurs cibles et les valeurs mesurées à 5 et 10 µl/min avec un mp6-liq, un mp-multicarte et un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Mesures effectuées à l'aide d'un capteur de débit e thermique SLF3S-0600F (Sensirion).
Figure 2 : Débits réels obtenus avec un système « mp6-liq » micropompe et un « mp-Lowdriver » (Bartels Mikrotechnik) pour des débits cibles de 5 et 10 µl/min. Mesures effectuées à l'aide d'un SLF3S-0600F capteur de débit (Sensirion)
Les micropompes Bartels sont indiquées pour des débits supérieurs à 5 µl/min. Bien que le mp-Lowdriver puisse descendre à des débits plus faibles, l'capteur de débit SLF3S-0600F présente une précision minimale de ± 5 % ou 0,5 µl/min, ce qui n'est pertinent que pour des débits supérieurs à 5 µl/min. Les mesures réalisées à 5 et 10 µl/min montrent que la précision de l'capteur de débit constitue la limite pour mesurer avec exactitude les débits de sortie, mais que cette précision est suffisamment élevée pour répondre aux besoins de la plupart des applications en microfluidique.
Afin de mieux tester les capacités du mp-Lowdriver, nous avons étendu la plage de mesure au-delà de 10 µl/min jusqu'à 50 µl/min. Les résultats sont présentés ci-dessous.
|
mp-Lowdriver |
20 µl/min |
30 µl/min |
40 µl/min |
50 µl/min |
|
Valeur mesurée (µl/min) |
21.04 |
30.57 |
39.99 |
51.21 |
|
Erreur standard |
0.53 |
1.30 |
1.47 |
0.89 |
|
Erreur standard (%) |
2.51 |
4.24 |
3.68 |
1.74 |
Tableau 3 : Comparaison entre les valeurs cibles et les valeurs mesurées à 20, 30, 40 et 50 µl/min avec un mp6-liq, un mp-multicarte et un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Mesures effectuées à l'aide d'un capteur de débit e thermique SLF3S-0600F (Sensirion).
Figure 3 : Débits réels obtenus avec un système « mp6-liq » micropompe et un « mp-Lowdriver » (Bartels Mikrotechnik) pour des débits cibles de 20, 30, 40 et 50 µl/min. Mesures effectuées à l'aide d'un « SLF3S-0600F » capteur de débit (Sensirion)
Ces résultats montrent que le mp-Lowdriver est particulièrement adapté aux débits compris entre 20 et 50 µl/min. En effet, l'erreur est, dans tous les cas, inférieure à 5 % (limite de l'capteur de débit ).
Nous pouvons donc conclure que le mp-Lowdriver peut être utilisé pour des applications nécessitant des débits supérieurs à 5 µl/min. Des tests supplémentaires devraient être effectués pour les débits inférieurs à 5 µl/min, en utilisant des capteurs de débit plus précis.
Mesures de débit mp-Highdriver
Nous avons effectué 4 mesures (50, 200, 500 et 850 µl/min) pendant quelques secondes afin de tester les capacités du mp-Highdriver pour des débits plus élevés. Les résultats sont présentés ci-dessous.
|
mp-Highdriver |
50 µl/min |
200 µl/min |
500 µl/min |
850 µl/min |
|
Valeur mesurée (µl/min) |
51.62 |
202.86 |
498.09 |
849.35 |
|
Erreur standard |
0.96 |
1.05 |
1.86 |
2.79 |
|
Erreur standard (%) |
1.86 |
0.51 |
0.37 |
0.33 |
Tableau 4 : Comparaison entre les valeurs cibles et les valeurs mesurées à 50, 200, 500 et 850 µl/min avec un mp6-liq, un mp-multicarte et un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Mesures effectuées à l'aide d'un capteur de débit e thermique SLF3S-0600F (Sensirion).
Figure 2 : Débits réels obtenus avec un système d'micropompe ation mp6-liq et un mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik) pour des débits cibles de 50, 200, 500 et 850 µl/min. Mesures effectuées à l'aide d'un capteur de débit SLF3S-0600F (Sensirion).
Les résultats obtenus avec le mp-Highdriver sont très satisfaisants pour la plage testée. En effet, l'erreur, quelle que soit l'débit e testée, est bien inférieure à 2 % (en dessous de la limite de précision de l'capteur de débit), ce qui témoigne d'une très bonne stabilité de l'appareil.
En ce qui concerne la valeur cible de 50 µl/min mesurée à la fois avec le mp-Lowdriver et le mp-Highdriver, les résultats montrent des valeurs mesurées très similaires. Pour cette débit, l'utilisateur a le choix entre le mp-Lowdriver et le mp-Highdriver.
Conclusion
Bartels Mikrotechnik ont mis au point un environnement performant et simple d'utilisation permettant de contrôler et de surveiller les fluides dans un large éventail d'applications, allant de la millifluidique à la microfluidique. Associés au mp-multicarte et au micropompe, les modules mp-Lowdriver et mp-Highdriver offrent tous deux des moyens efficaces de faire circuler des fluides dans un système microfluidique, avec un bon rapport prix/précision.
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