• Deutsch
  • English

Mikro Tropfenmessung

ANWENDUNGSBEISPIEL

Können die Tropfen eines Mikroventils inline gemessen werden? Dafür notwendig ist ein Durchflusssensor mit sehr kurzen Reaktonszeiten auf Durchlfussänderungen. 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 konstannte 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 guten Tropfenmessungen.

Bei den sehr kurzen Öffnungszeiten unter 2 Millisekunden schliesst das Ventil bereits bevor sich ein konstannter 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%