In questa nota applicativa mettiamo a confronto la precisione e la stabilità di portata a basse portate di due driver per micropompe progettati da Bartels Mikrotechnik GmbH:l’mp-Lowdriverel’mp-Highdriver. Montati sulla scheda mp-Multiboard (scheda di controllo principale) e collegati a una micropompa Bartels, questi driver offrono diverse modalità di regolazione del segnale elettrico applicato alla pompa.
Introduzione all'ambiente Bartels: tmp-Lowdriver e mp-Highdriver possono essere facilmente collegati alla mp-Multiboard.
L'mp-Multiboard è un'interfaccia completa con un microcontrollore Arduino, che consente di collegare e controllare micropompe mp6, valvole attive, sensori di flusso SLF3S di Sensirion e sensori di pressione tramite lo stesso software.
Le micropompe Bartels si basano su una tecnologia piezoelettrica e il segnale elettrico in ingresso influisce sulle prestazioni della pompa. Per questo motivo sono stati sviluppati tre driver per pompe: l’mp-Lowdriver, l’mp-Highdriver e l’mp-Highdriver4. A differenza dell’mp-Lowdriver e dell’mp-Highdriver, l’mp-Highdriver4 consente di controllare 4 pompe contemporaneamente, mentre gli altri due consentono di controllarne solo una alla volta. Ci concentreremo sull’mp-Lowdriver e sull’mp-Highdriver, poiché l’mp-Highdriver4 presenta le stesse specifiche dell’mp-Highdriver.
App Bartels Multiboard: un'interfaccia utente unificata
Basandosi su un framework Arduino, Bartels ha sviluppato un'applicazione che consente di controllare facilmente qualsiasi dispositivo collegato alla mp-Multiboard. L'applicazione permette di variare la frequenza e l'ampiezza di ciascuna delle 4 pompe, di aprire o chiudere le 2 valvole e di monitorare la portata o la pressione in tempo reale.
Oltre a ciò, è possibile controllare il tempo di attivazione di ciascuna pompa, ma anche stabilire quale debba essere spenta per prima. Questa app semplifica la creazione di piccoli programmi in più fasi senza scrivere nemmeno una riga di codice!
mp-Lowdriver vs mp-Highdriver: quale driver scegliere?
I driver per micropompe mp-Lowdriver e mp-Highdriver sono stati progettati per soddisfare le esigenze dei ricercatori che operano con portate comprese tra 5 µl/min e 10 ml/min. Nella microfluidica si utilizzano comunemente portate inferiori a 100 µl/min e le micropompe Bartels rappresentano un’alternativa economicamente vantaggiosa rispetto alle tecnologie attuali. Il confronto tra i due driver per micropompe vi aiuterà a scegliere quello più adatto alla vostra applicazione, ma anche a dimostrare la precisione che queste micropompe e questi driver sono in grado di garantire.
Tabella 1: Confronto tra i driver per micropompe mp-Lowdriver e mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik GmbH).
| mp-Lowdriver | mp-Highdriver | |
| Dimensioni | 10,16 x 25,4 x 2,64 mm | 10,16 × 25,40 × 2,82 mm |
| Ampiezza | da 0 a 150 Vpp | Da 10 a 150 Vpp |
| Frequenza | da 8 a 2000 Hz | da 50 a 800 Hz |
| Forma del segnale | seno, personalizzato | sinusoidale, rettangolare, personalizzato |
Tabella 1: Confronto tra i driver per micropompe mp-Lowdriver e mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik GmbH).
Le seguenti misurazioni di portata sono state effettuate con un sensore di portata termico SLF3S-0600F di Sensirion (precisione di +/- 5% su un intervallo di +/- 2000 µl/min, precisione minima di 0,5 µl/min), utilizzato anche nel sistema Bartels mpSmart-Lowdosing.
Misure di portata con Lowdriver mp
Sono state effettuate due misurazioni a 5 e 10 µl/min con l’mp-Lowdriver per alcuni secondi. Queste misurazioni ci hanno permesso di verificare le prestazioni dell’mp-Lowdriver a portate molto basse.
| mp-Lowdriver | 5 µl/min | 10 µl/min |
| Valore misurato (µl/min) | 5.22 | 10.86 |
| Errore standard | 0.57 | 0.46 |
| Errore standard (%) | 10.89 | 4.23 |
Tabella 2: Confronto tra i valori nominali e quelli misurati a 5 e 10 µl/min con mp6-liq, mp-Multiboard e mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Misurazioni effettuate con un sensore di flusso termico SLF3S-0600F (Sensirion).
Figura 2: Portate effettive con una micropompa mp6-liq e un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik) per portate target di 5 e 10 µl/min. Misurate con un sensore di portata SLF3S-0600F (Sensirion)
Le micropompe Bartels sono indicate per portate superiori a 5 µl/min. Sebbene l’mp-Lowdriver possa raggiungere valori inferiori, il sensore di flusso SLF3S-0600F presenta una precisione minima di +/- 5% o 0,5 µl/min, che risulta rilevante solo per portate superiori a 5 µl/min. Le misurazioni effettuate a 5 e 10 µl/min dimostrano che la precisione del sensore di flusso costituisce il limite alla misurazione accurata delle portate in uscita; tuttavia, tale precisione è comunque sufficiente per soddisfare la maggior parte delle applicazioni nel campo della microfluidica.
Per valutare al meglio le prestazioni dell’mp-Lowdriver, abbiamo esteso l’intervallo di misurazione da oltre 10 µl/min a 50 µl/min. Di seguito sono riportati i risultati.
|
mp-Lowdriver |
20 µl/min |
30 µl/min |
40 µl/min |
50 µl/min |
|
Valore misurato (µl/min) |
21.04 |
30.57 |
39.99 |
51.21 |
|
Errore standard |
0.53 |
1.30 |
1.47 |
0.89 |
|
Errore standard (%) |
2.51 |
4.24 |
3.68 |
1.74 |
Tabella 3: Confronto tra i valori nominali e quelli misurati a 20, 30, 40 e 50 µl/min con mp6-liq, mp-Multiboard e mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Misurazioni effettuate con un sensore di flusso termico SLF3S-0600F (Sensirion).
Figura 3: Portate effettive con una micropompa mp6-liq e un mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik) per portate target di 20, 30, 40 e 50 µl/min. Misurate con un sensore di portata SLF3S-0600F (Sensirion)
Questi risultati dimostrano che l’mp-Lowdriver è particolarmente adatto a portate comprese tra 20 e 50 µl/min. Infatti, in tutti i casi l’errore è inferiore al 5% (limite del sensore di flusso).
Possiamo quindi concludere che l’mp-Lowdriver può essere utilizzato per applicazioni che richiedono portate superiori a 5 µl/min. È opportuno effettuare ulteriori test per valutare portate inferiori a 5 µl/min, utilizzando sensori di flusso più precisi.
Misure di portata con mp-Highdriver
Abbiamo effettuato 4 misurazioni (50, 200, 500 e 850 µl/min) della durata di pochi secondi per verificare le prestazioni dell’mp-Highdriver a portate più elevate. I risultati sono riportati di seguito.
|
mp-Highdriver |
50 µl/min |
200 µl/min |
500 µl/min |
850 µl/min |
|
Valore misurato (µl/min) |
51.62 |
202.86 |
498.09 |
849.35 |
|
Errore standard |
0.96 |
1.05 |
1.86 |
2.79 |
|
Errore standard (%) |
1.86 |
0.51 |
0.37 |
0.33 |
Tabella 4: Confronto tra i valori nominali e quelli misurati a 50, 200, 500 e 850 µl/min con mp6-liq, mp-Multiboard e mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Misurazioni effettuate con un sensore di flusso termico SLF3S-0600F (Sensirion).
Figura 2: Portate effettive con una micropompa mp6-liq e un mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik) per portate target di 50, 200, 500 e 850 µl/min. Misurate con un sensore di flusso SLF3S-0600F (Sensirion).
I risultati ottenuti con l'mp-Highdriver sono molto soddisfacenti per l'intervallo testato. Infatti, l'errore, indipendentemente dalla portata testata, è ben inferiore al 2% (al di sotto del limite di precisione del sensore di portata), il che dimostra un'ottima stabilità del dispositivo.
Per quanto riguarda il valore target di 50 µl/min misurato sia con l’mp-Lowdriver che con l’mp-Highdriver, i risultati indicano valori misurati molto simili. Per questa portata, l’utente può scegliere tra l’mp-Lowdriver e l’mp-Highdriver.
Conclusione
Bartels Mikrotechnik hanno creato un ambiente potente e di facile utilizzo per il controllo e il monitoraggio dei fluidi in un’ampia gamma di applicazioni, dalla millifluidica alla microfluidica. In combinazione con l’mp-Multiboard e una micropompa, sia l’mp-Lowdriver che l’mp-Highdriver offrono soluzioni efficienti per il controllo dei fluidi in un sistema microfluidico, con un buon rapporto prezzo/precisione.
Darwin Microfluidics è un distributore mondiale dei prodotti Bartels. Trova tutti i componenti necessari per realizzare il tuo sistema microfluidico qui!
