ANWENDUNGSBEISPIEL
Mikroliter Tropfen messen
Können die Tropfen eines Mikroventils inline gemessen werden? Dafür notwendig ist ein Durchflusssensor mit sehr kurzen Reaktionszeiten auf Durchlflussänderungen. Bei Mikroventilen muss diese Reaktionszeit sogar im Bereich von 1 Millisekunde liegen. Wie das mit dem Pulsed Flow Sensor (PFS) möglich ist, zeigt folgendes Beispiel:
Um diesen Test durchzuführen, wurde der PFS in Kombination mit einem Mikrodosierventil (B-drop mini) verwendet, um einzelne Tropfengrössen von 0.5 bis 13 Mikroliter zu bestimmen.
Verwendetes Material:
+ Pulsed Flow Sensor
+ PFS controller mit User-Interface
+ B-drop mini
+ Druckversorgung von 0.55 bar
+ Wasserbehälter 50 ml
+ Silikonschlauch
Aufbau:
Der PFS wurde mit einem B-drop mini in einem vertikalen Setup verbunden. Die Leitung zwischen dem Sensor und dem Ventil wurde so kurz wie möglich gehalten, um Dämpfung im elastischen Silikonschlauch zu vermeiden. Das System wurde mit 0.5 bar beaufschlagt (ohne Druckregelung*) und der Messmodus wurde auf "Tropfenmessung" eingestellt. Dieser Modus verwendet die maximale Abtastfrequenz des Durchflusssignals.
Um den Schaltzyklus des Ventils zu kontrollieren, wurde eine Peak-Hold Ansteuerung verwendet.
*Anmerkung: Um über eine lange Dosierperiode sehr konstante Tropfenvolumen zu erreichen, installieren wir normalerweise einen Druckregler wie zum Beispiel der SMC-ITV0010.
Messungen:
Das Mikroventil wurde mit 5 verschiedenen Öffnungszeiten von 2 bis 50 Millisekunden betrieben. Gleichzeitig wurden die Tropfenvolumen mit dem Pulsed Flow Sensor gemessen. Die aufgezeichneten Messkurven zeigen, dass sich ein konstanter Durchfluss von ca. 300 ul/s nach etwa 2 Millisekunden aufbaut. Eine solche Plateauphase führt üblicherweise zu sehr widerholgenauen Tropfengrössen beim Mikroventil und ergibt auch gute Tropfenmessungen.
Bei den sehr kurzen Öffnungszeiten unter 2 Millisekunden schliesst das Ventil bereits bevor sich ein konstanter Durchfluss einstellt. Dadurch ist die Widerholgenauigkeit weniger gut. Aber trotzdem ist eine Tropfenmessung von 0.5 Mikrolitern möglich.
Weil die Schwankungen zwischen den Einzeltropfen eine Summe der Ungenauigkeiten von Ventil und Sensor sind, kann die Genauigkeit des Sensors nicht direkt daraus abgeleitet werden. Die Streuung des Ventils haben wir separat untersucht und diese wird demnächst hier verfügbar sein.
Die Messwerte:
| Ventil Öffnungszeit | |||||
| Tropfen Nr. | 2 ms | 5 ms | 10 ms | 20 ms | 50 ms |
| 1 | 0.545 | 1.298 | 2.581 | 5.392 | 13.541 |
| 2 | 0.531 | 1.282 | 2.594 | 5.4 | 13.496 |
| 3 | 0.535 | 1.291 | 2.577 | 5.399 | 13.469 |
| 4 | 0.537 | 1.294 | 2.587 | 5.396 | 13.506 |
| 5 | 0.531 | 1.305 | 2.59 | 5.392 | 13.503 |
| 6 | 0.531 | 1.283 | 2.581 | 5.406 | 13.492 |
| 7 | 0.531 | 1.291 | 2.562 | 5.402 | 13.441 |
| 8 | 0.538 | 1.291 | 2.585 | 5.39 | 13.505 |
| 9 | 0.534 | 1.285 | 2.584 | 5.38 | 13.477 |
| 10 | 0.529 | 1.292 | 2.596 | 5.388 | 13.466 |
| 11 | 0.524 | 1.296 | 2.582 | 5.412 | 13.439 |
| 12 | 0.538 | 1.293 | 2.586 | 5.407 | 13.485 |
| 13 | 0.531 | 1.288 | 2.602 | 5.418 | 13.441 |
| 14 | 0.522 | 1.283 | 2.589 | 5.407 | 13.464 |
| 15 | 0.542 | 1.301 | 2.59 | 5.42 | 13.441 |
| 16 | 0.524 | 1.297 | 2.603 | 5.431 | 13.441 |
| 17 | 0.539 | 1.291 | 2.587 | 5.416 | 13.436 |
| 18 | 0.524 | 1.287 | 2.582 | 5.4 | 13.404 |
| 19 | 0.538 | 1.285 | 2.603 | 5.42 | 13.412 |
| 20 | 0.541 | 1.285 | 2.595 | 5.435 | 13.401 |
| Mean vol. µl | 0.53325 | 1.2909 | 2.5878 | 5.40555 | 13.463 |
| St. dev. % | 1.23% | 0.49% | 0.38% | 0.27% | 0.28% |
