In deze toepassingsnota vergelijken we de debietnauwkeurigheid en -stabiliteit bij lage debieten van twee door Bartels Mikrotechnik GmbH ontworpen micropompdrivers: demp-Lowdriverende mp-Highdriver. Deze pompdrivers, die op het mp-Multiboard (hoofdbesturingskaart) zijn gemonteerd en zijn aangesloten op een Bartels-micropomp, bieden verschillende mogelijkheden om het elektrische signaal dat op de pomp wordt toegepast af te stemmen.
Inleiding tot de Bartels-omgeving: tDe mp-Lowdriver en mp-Highdriver kunnen eenvoudig worden aangesloten op het mp-Multiboard.
De mp-Multiboard is een complete interface met een Arduino-microcontroller, waarmee mp6-micropompen, actieve kleppen, Sensirion SLF3S-debietsensoren en druksensoren vanuit dezelfde software kunnen worden aangesloten en aangestuurd.
De micropompen van Bartels zijn gebaseerd op piëzo-technologie, en het elektrische ingangssignaal is van invloed op de prestaties van de pomp. Daarom zijn er drie pompdrivers ontwikkeld: de mp-Lowdriver, de mp-Highdriver en de mp-Highdriver4. In tegenstelling tot de mp-Lowdriver en de mp-Highdriver maakt de mp-Highdriver4 het mogelijk om vier pompen tegelijkertijd aan te sturen, terwijl de andere twee slechts één pomp tegelijk kunnen aansturen. We zullen ons concentreren op de mp-Lowdriver en de mp-Highdriver, aangezien de mp-Highdriver4 dezelfde specificaties heeft als de mp-Highdriver.
Bartels Multiboard-app: een uniforme gebruikersinterface
Op basis van een Arduino-framework heeft Bartels een applicatie ontwikkeld waarmee elk apparaat dat op het mp-Multiboard is aangesloten eenvoudig kan worden aangestuurd. Hiermee kun je de frequentie en amplitude van elk van de vier pompen aanpassen, de twee kleppen openen of sluiten en het debiet of de druk in realtime volgen.
Daarnaast kun je niet alleen de inschakeltijd van elke pomp instellen, maar ook bepalen welke pomp als eerste moet worden uitgeschakeld. Met deze app kun je eenvoudig korte programma’s met meerdere stappen maken, zonder ook maar één regel code te hoeven schrijven!
mp-Lowdriver versus mp-Highdriver: welke driver moet je kiezen?
De mp-Lowdriver- en mp-Highdriver-micropompdrivers zijn ontworpen om te voldoen aan de behoeften van onderzoekers die werken met debieten tussen 5 µl/min en 10 ml/min. In de microfluïdica worden doorgaans debieten van minder dan 100 µl/min gebruikt, en de micropompen van Bartels bieden een kosteneffectief alternatief voor de huidige technologieën. Door beide pompdrivers met elkaar te vergelijken, kunt u niet alleen de juiste driver voor uw toepassing kiezen, maar ook de nauwkeurigheid aantonen die deze micropompen en drivers kunnen bieden.
Tabel 1: Vergelijking tussen de mp-Lowdriver- en mp-Highdriver-micropompdrivers (Bartels Mikrotechnik GmbH).
| mp-Lowdriver | mp-Highdriver | |
| Afmetingen | 10,16 × 25,4 × 2,64 mm | 10,16 × 25,40 × 2,82 mm |
| Amplitude | 0 tot 150 Vpp | 10 tot 150 Vpp |
| Frequentie | 8 tot 2000 Hz | 50 tot 800 Hz |
| Signaalvorm | sinus, op maat | sinusvormig, rechthoekig, op maat |
Tabel 1: Vergelijking tussen de mp-Lowdriver- en mp-Highdriver-micropompdrivers (Bartels Mikrotechnik GmbH).
De volgende debietmetingen zijn uitgevoerd met een thermische debietsensor van Sensirion (model SLF3S-0600F; nauwkeurigheid van +/- 5% binnen een bereik van +/- 2000 µl/min, minimale nauwkeurigheid van 0,5 µl/min), die ook wordt gebruikt in het Bartels mpSmart-Lowdosing-systeem.
mp-Lowdriver-debietmetingen
Met de mp-Lowdriver werden gedurende enkele seconden twee metingen uitgevoerd bij 5 en 10 µl/min. Aan de hand van deze metingen konden we de prestaties van de mp-Lowdriver bij zeer lage stroomsnelheden testen.
| mp-Lowdriver | 5 µl/min | 10 µl/min |
| Gemeten waarde (µl/min) | 5.22 | 10.86 |
| Standaardfout | 0.57 | 0.46 |
| Standaardfout (%) | 10.89 | 4.23 |
Tabel 2: Vergelijking tussen de streefwaarden en de gemeten waarden bij 5 en 10 µl/min met een mp6-liq, mp-Multiboard en mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Gemeten met een SLF3S-0600F (Sensirion) thermische debietsensor.
Figuur 2: Werkelijke debieten met een mp6-liq-micropomp en mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik) bij streefdebieten van 5 en 10 µl/min. Gemeten met een SLF3S-0600F-debietsensor (Sensirion)
Bartels-micropompen zijn geschikt voor debieten hoger dan 5 µl/min. Hoewel de mp-Lowdriver lagere debieten aankan, heeft de SLF3S-0600F-debietsensor een minimale nauwkeurigheid van +/- 5% of 0,5 µl/min, wat alleen relevant is voor debieten hoger dan 5 µl/min. De metingen bij 5 en 10 µl/min tonen aan dat de nauwkeurigheid van de debietsensor de beperkende factor is voor het nauwkeurig meten van de uitgangsdebieten, maar de debietnauwkeurigheid is laag genoeg voor de meeste toepassingen in de microfluïdica.
Om de mogelijkheden van de mp-Lowdriver beter te kunnen testen, hebben we het meetbereik uitgebreid van 10 µl/min tot 50 µl/min. De resultaten worden hieronder weergegeven.
|
mp-Lowdriver |
20 µl/min |
30 µl/min |
40 µl/min |
50 µl/min |
|
Gemeten waarde (µl/min) |
21.04 |
30.57 |
39.99 |
51.21 |
|
Standaardfout |
0.53 |
1.30 |
1.47 |
0.89 |
|
Standaardfout (%) |
2.51 |
4.24 |
3.68 |
1.74 |
Tabel 3: Vergelijking tussen de streefwaarden en de gemeten waarden bij 20, 30, 40 en 50 µl/min met een mp6-liq, mp-Multiboard en mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Gemeten met een SLF3S-0600F (Sensirion) thermische debietsensor.
Figuur 3: Werkelijke debieten met een mp6-liq-micropomp en mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik) bij streefdebieten van 20, 30, 40 en 50 µl/min. Gemeten met een SLF3S-0600F-debietsensor (Sensirion)
Uit deze resultaten blijkt dat de mp-Lowdriver zeer geschikt is voor debieten tussen 20 en 50 µl/min. De afwijking bedraagt in alle gevallen immers minder dan 5% (de limiet van de debietsensor).
We kunnen dan ook concluderen dat de mp-Lowdriver kan worden gebruikt voor toepassingen waarbij debieten van meer dan 5 µl/min vereist zijn. Er moeten verdere tests worden uitgevoerd om debieten van minder dan 5 µl/min te onderzoeken, waarbij gebruik wordt gemaakt van nauwkeurigere debietsensoren.
mp-Highdriver-debietmetingen
We hebben vier metingen uitgevoerd (50, 200, 500 en 850 µl/min) gedurende enkele seconden om de prestaties van de mp-Highdriver bij hogere doorstroomsnelheden te testen. De resultaten worden hieronder weergegeven.
|
mp-Highdriver |
50 µl/min |
200 µl/min |
500 µl/min |
850 µl/min |
|
Gemeten waarde (µl/min) |
51.62 |
202.86 |
498.09 |
849.35 |
|
Standaardfout |
0.96 |
1.05 |
1.86 |
2.79 |
|
Standaardfout (%) |
1.86 |
0.51 |
0.37 |
0.33 |
Tabel 4: Vergelijking tussen de streefwaarden en de gemeten waarden bij 50, 200, 500 en 850 µl/min met een mp6-liq, mp-Multiboard en mp-Lowdriver (Bartels Mikrotechnik). Gemeten met een SLF3S-0600F (Sensirion) thermische debietsensor.
Figuur 2: Werkelijke debieten met een mp6-liq-micropomp en mp-Highdriver (Bartels Mikrotechnik) bij streefdebieten van 50, 200, 500 en 850 µl/min. Gemeten met een SLF3S-0600F-debietsensor (Sensirion).
De resultaten voor de mp-Highdriver zijn zeer bevredigend voor het geteste bereik. De fout ligt namelijk, ongeacht het geteste debiet, ruim onder de 2% (onder de nauwkeurigheidsgrens van de debietsensor), wat wijst op een zeer goede stabiliteit van het apparaat.
Wat betreft de streefwaarde van 50 µl/min, gemeten met zowel de mp-Lowdriver als de mp-Highdriver, laten de resultaten zeer vergelijkbare meetwaarden zien. Voor deze stroomsnelheid kan de gebruiker kiezen tussen de mp-Lowdriver en de mp-Highdriver.
Conclusie
Bartels Mikrotechnik hebben een krachtige en gebruiksvriendelijke omgeving gecreëerd voor het regelen en monitoren van vloeistoffen in een breed scala aan toepassingen, van millifluïdica tot microfluïdica. In combinatie met de mp-Multiboard en een micropomp bieden zowel de mp-Lowdriver als de mp-Highdriver efficiënte manieren om vloeistoffen in een microfluïdisch systeem aan te sturen, met een goede prijs-nauwkeurigheidsverhouding.
Darwin Microfluidics is een wereldwijde distributeur van Bartels-producten. Hier vindt u alle onderdelen om uw microfluïdische opstelling samen te stellen hier!
