本應(yīng)用說(shuō)明介紹了如何使用 uProcess 注射泵、閥門和壓力傳感器設(shè)置微流體壓力驅(qū)動(dòng)流量控制器。

簡(jiǎn)介

uProcess SPS01 是一款正排量注射泵，利用步進(jìn)電機(jī)提供排量。這款經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且結(jié)構(gòu)緊湊的泵可提供精確的流量輸送；然而，產(chǎn)生的流量具有脈動(dòng)性，這不適用于許多應(yīng)用。壓力驅(qū)動(dòng)流量通常用于需要高度穩(wěn)定且無(wú)脈動(dòng)流量的應(yīng)用。本應(yīng)用說(shuō)明介紹了如何使用 uProcess 設(shè)備和軟件組裝壓力驅(qū)動(dòng)流量控制器。

實(shí)驗(yàn)裝置

圖 1 展示了用于制作流量控制器的裝置。兩個(gè) SPS01 注射泵和一個(gè) AV202（四通）閥用于實(shí)現(xiàn)連續(xù)流動(dòng)。這些組件可以用單個(gè) SPS01 注射泵和一個(gè) AV201（三通）閥替換，但注射器重新填充時(shí)，穩(wěn)定的流動(dòng)會(huì)被中斷。

圖 1. uProcess 流控制器設(shè)置。

AV202 閥的下游是壓力容器，該容器由一個(gè) BBRES-1ML 儲(chǔ)液器和一個(gè) uPS01 壓力傳感器組成。儲(chǔ)液器部分填充試劑，留有氣隙，并用 O 形圈蓋密封。儲(chǔ)液器頂部的氣隙可抑制脈動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)脈沖流動(dòng)。uPS01 壓力傳感器旋入儲(chǔ)液器蓋上的端口。儲(chǔ)液器底部的端口用于毛細(xì)管的入口和出口。

儲(chǔ)液器下游的 AV201（三通）閥用于在初始加壓期間停止流動(dòng)。一段 1 米長(zhǎng)的毛細(xì)管可用于模擬微流控芯片或其他設(shè)備的背壓。

本應(yīng)用使用了流量傳感器 (Sensirion LG16-0430D) 來(lái)驗(yàn)證是否達(dá)到了所需的流速，但這并非本應(yīng)用的必需品。

表 1 列出了本裝置中使用的產(chǎn)品。

* 列出的所有組件均有 1/32” 和 1/16” 版本

確定正確的壓力

實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)置完成后，即可計(jì)算或通過(guò)實(shí)驗(yàn)輕松確定達(dá)到所需流速所需的壓力，如本應(yīng)用所示。

兩個(gè)注射泵按設(shè)定程序交替以所需流速流動(dòng)（一個(gè)泵流動(dòng)，另一個(gè)泵填充），直至達(dá)到穩(wěn)定的壓力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，這可能需要最多 30 分鐘。

圖 2 顯示了設(shè)定流速為 20 ul/min 時(shí)產(chǎn)生的下游流速和儲(chǔ)液罐壓力。壓力和流速逐漸增加，直至達(dá)到穩(wěn)定壓力，在本例中為 42 kPa。流速傳感器的數(shù)據(jù)驗(yàn)證了穩(wěn)定流速與設(shè)定流速 20 ul/min 相對(duì)應(yīng)。

圖 2. 儲(chǔ)液罐內(nèi)壓力與輸出流量對(duì)比。本應(yīng)用所需的流速為 20 µl/min。

注意：試劑、毛細(xì)管長(zhǎng)度和溫度等實(shí)驗(yàn)變化都會(huì)改變壓力/流速關(guān)系。

壓力驅(qū)動(dòng)流量編程

確定所需壓力后，即可使用 uProcess 中的遲滯功能創(chuàng)建具有恒定流量的壓力驅(qū)動(dòng)流量控制器。遲滯功能可將壓力保持在設(shè)定范圍內(nèi)。如果壓力低于調(diào)節(jié)范圍，uProcess 將調(diào)節(jié)至較高壓力 (pmax)，并讓壓力下降至較低壓力 (pmin)。參見(jiàn)圖 3 的直觀說(shuō)明。

圖 4 中的圖表顯示了使用壓力調(diào)節(jié)的壓力和流速的日志。

圖 4. 壓力驅(qū)動(dòng)流過(guò)程中的壓力和流速

圖 5 顯示了本應(yīng)用中 SPS01 直接流動(dòng)與壓力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)的流量曲線。壓力驅(qū)動(dòng)方法消除了直接（正排量）方法中觀察到的脈動(dòng)。

圖 5. 壓力調(diào)節(jié)流速比注射泵直接流速更穩(wěn)定