在各種微流體實(shí)驗(yàn)中，通常都需要了解對(duì)液體施加多大的力才能將其推出來或者是達(dá)到一定的流速。這里的“力”是指以牛頓為單位的力，而不是以壓強(qiáng)為單位的力。不過，在具體的微流體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，要想實(shí)驗(yàn)一定的液體流速，必須對(duì)液體施加一定的力，這里的“力”，通常指壓力，是以壓強(qiáng)為單位的力。這兩個(gè)不同的“力”之間是通過液體的橫截面積聯(lián)系在一起的。對(duì)于微流體注射泵而言，可以從規(guī)格參數(shù)上直接查到線性力，從而知道注射泵的Z終壓力（詳細(xì)計(jì)算過程，請(qǐng)參見 微流控注射泵的線性力介紹）；對(duì)于微流體壓力泵或壓力控制器而言，可以從規(guī)格參數(shù)上查到輸出壓力量程。

本文主要介紹了微流體注射泵對(duì)液體施加的壓力計(jì)算，從而方便更多的用戶對(duì)微流體壓力泵和微流體注射泵有一個(gè)直觀的了解。

微流體注射器壓力是指推動(dòng)塊在注射器柱塞上施加到注射器內(nèi)部液體表面積上的力的大小。為了計(jì)算壓力，根據(jù)以下簡(jiǎn)化公式將泵的線性力除以注射器內(nèi)部的面積：

其中，pi為3.1416，d是注射器內(nèi)部直徑，F(xiàn)是泵線性力。

NOTE：如果使用多個(gè)注射器，則泵線性力需要除以泵上使用的注射器數(shù)。

在計(jì)算注射泵壓力之前，我們需要知道注射泵線性力。

根據(jù)您使用的注射泵，每個(gè)推動(dòng)塊產(chǎn)生不同的力。

以下是Z大線性力的Fusion系列注射泵的列表

Fusion100 – 35 lbf
Fusion200 – 50 lbf
Fusion4000 – 65 lbf
Fusion6000 – 500 lbf

下面以Fusion系列微流體注射泵的壓力計(jì)算作為示例。

微流體注射泵Fusion100

例如：
● 2 mL注射器
● 0.40 inch直徑
● 1個(gè)注射器

壓強(qiáng)單位轉(zhuǎn)換關(guān)系
1 bar=1 kPa=1000 mbar=10^5 Pa=14.5 psi=10197.162 毫米水柱


微流體雙通道注射泵Fusion200

例如：
● 2 mL注射器
● 0.40 inch直徑
● 1個(gè)注射器

微流體注射泵Fusion200 - 可安裝10個(gè)微流體注射器

例如：
● 2 mL注射器
● 0.40 inch直徑
● 10個(gè)注射器

微流體雙通道注射泵Fusion4000
Fusion4000具有兩個(gè)獨(dú)立的注射器支架。每個(gè)注射器支架的馬達(dá)提供65lb的力。

例如：
● 2 mL注射器
● 0.40 inch直徑
● 2個(gè)注射器

微流體雙通道注射泵Fusion6000
Fusion4000具有兩個(gè)獨(dú)立的注射器支架。每個(gè)注射器支架的馬達(dá)提供65lb的力。

例如：
● 100 mL注射器
● 1.37 inch直徑

微流體注射泵Fusion6000 - 可以安裝4個(gè)注射器

例如：
● 100 mL注射器
● 1.37 inch直徑
● 4個(gè)注射器

通過上述本文的介紹，恭喜您現(xiàn)在可以計(jì)算出來實(shí)驗(yàn)室內(nèi)正在使用的微流體注射泵對(duì)液體施加的壓力了。

在為您的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用選擇注射泵時(shí)，壓力可能是一個(gè)重要的考慮因素，但是如何知道哪個(gè)泵可以滿足要求呢？使用單個(gè)注射器或者多個(gè)注射器都會(huì)影響壓力。要計(jì)算泵的Z終壓力，我們需要知道泵的線性力，該線性力與注射器將要承受的壓力直接相關(guān)。因此，本文將討論線性力，如何計(jì)算線性力以及線性力為什么很重要。

我們將介紹線性力的基本原理，以了解注射泵背后的機(jī)理。我們還將通過示例計(jì)算力和壓力。希望通過本文的介紹，您將對(duì)注射泵的工作方式有更深入的了解。

線性力基礎(chǔ)
注射泵使用步進(jìn)電機(jī)線性致動(dòng)器，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng)，這意味著電動(dòng)機(jī)的力將從扭矩傳遞到線性力。為了計(jì)算給定設(shè)備中的線性力，我們必須考慮4個(gè)因素：摩擦力、加速度力、重力和施加的作用力。線性力定義如下：

總線性力（TLF）=F（摩擦力）+F（加速度力）+F（重力）+F（施加的作用力）

施加的作用力是由步進(jìn)電機(jī)提供的力，但是，凈力由于摩擦而減?。ㄔ谳^高的速度下為較低的力）。實(shí)際上，摩擦力被當(dāng)作校正效率方面反映電動(dòng)機(jī)Z大力的一個(gè)因素。效率還受到執(zhí)行器中使用的螺桿（長(zhǎng)度和螺距）的影響，螺桿改變了移動(dòng)注射器活塞的螺母的速度?？紤]到這些特性，我們可以使用以下公式計(jì)算線性力。

線性力=（馬達(dá)或電機(jī)的Z大力 × 2π × 效率）/螺距

Linear Force = (Maximum force of the motor × 2π × efficiency)/pitch

例如，具有0.5Nm的電機(jī)和1mm螺距的螺桿和1mm/s速度的0.8效率的線性致動(dòng)器的線性力為：

線性力=（0.5Nm × 2×3.14× 0.8）/0.001m=2512 N=564.69 lbf

Linear force= (0.5 Nm × 2×3.14×0.8)/0.001 m = 2512 N = 564.69 lbf

如前所述，注射器中的壓力與泵的線性力有關(guān)?；叵胍幌?，壓力是在給定區(qū)域中施加的力的大小，例如，在這種情況下，如果我們使用直徑為0.3-inch的注射器，則Z終壓力將為：

壓力=564.69 lbf/（π/4 × (0.3)^2）=7998.44 psi

Pressure = 564.69 lbf/(π/4 × (0.3)^2) = 7998.44 psi

由于壓力與面積有關(guān)，因此，如果我們使用2個(gè)直徑為0.3-inch的注射器，則每個(gè)注射器承受的力和壓力是所計(jì)算壓力的一半。注射泵的優(yōu)點(diǎn)之一是，由于注射器中的面積小，我們可以承受高壓，這使得使用高質(zhì)量的注射器（用于高壓的不銹鋼）至關(guān)重要。

總之，我們可以說，了解注射泵的線性力對(duì)于實(shí)驗(yàn)應(yīng)用選擇正確的型號(hào)是非常重要的，例如，粘性液體需要更高的壓力，或者您可能想要使用多個(gè)通道。

微流體的流體輸送需要引起特別的注意。PneuWave泵是一款高性能的氣壓泵，具有流量傳感和可追溯性。而且，這一切都是電動(dòng)的！

 微流體輸送泵的新時(shí)代

內(nèi)部壓縮機(jī)對(duì)流體容器加壓，導(dǎo)致流體從容器內(nèi)流出。內(nèi)部流量傳感器測(cè)量通路上的流體流量。壓力和流量數(shù)據(jù)由板載微處理器監(jiān)控，微處理器在需要時(shí)會(huì)自動(dòng)對(duì)壓力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

PneuWave氣壓泵對(duì)流體容器加壓，容器的體積范圍可以從幾個(gè)μL到大于1 L，容器采用安靜、集成的微型壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)加壓。一旦容器加壓，容器內(nèi)的流體流入管道。在線流量傳感器測(cè)量實(shí)際的流量。當(dāng)在流量控制模式下操作時(shí)，流量傳感器和壓縮機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)都與微處理器連續(xù)通信。基于流量傳感器讀數(shù)，微處理器向壓縮機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送命令，允許以nL分辨率進(jìn)行高度精確的流量控制。通過這種方式，可以實(shí)現(xiàn)可編程的流動(dòng)剖面?；蛘?，PneuWave氣壓泵可以在壓力控制模式下工作，其中壓縮機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置在用戶定義的值，并且不再進(jìn)行基于流量傳感器讀數(shù)的任何調(diào)節(jié)。在流量控制模式和壓力控制模式下記錄流量和壓力。

包含在PneuWave氣壓泵中：

l  集成內(nèi)部流量傳感器

l  集成內(nèi)部壓力傳感器

l  集成內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

l  集成內(nèi)部板載微處理器

l  超過用戶定義的Z大壓力時(shí)安全關(guān)閉

l  可選使用外部氣源供應(yīng)

l  Falcon導(dǎo)管的壓力帽

l  PC軟件

l  LabVIEW VI

l  前面板顯示控制

l  可在板上存儲(chǔ)多個(gè)校準(zhǔn)

PneuWave氣壓泵的可選件：

l  各種壓力帽

l  壓力室

l  導(dǎo)管/適配器/聯(lián)合接頭

l  帶集成驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的液體隔離閥

l  用于模擬輸出，觸發(fā)和報(bào)警的I/O模塊

l  用于生成不同液體校準(zhǔn)的軟件

主要特點(diǎn)

l  內(nèi)置一個(gè)安靜的壓縮機(jī) – 全電動(dòng)！無需外部壓縮機(jī)！

l  精確、準(zhǔn)確的流體流量控制

l  納升分辨率

l  基于氣動(dòng)模式，帶集成流量傳感器的閉環(huán)

l  無脈沖流動(dòng)

l  響應(yīng)時(shí)間快，穩(wěn)定性好

l  無限制的流體儲(chǔ)液池容積

l  通過用戶友好的控制軟件實(shí)現(xiàn)可編程的流體輸送

l  可以通過前顯示器或PC軟件（獨(dú)立和LabVIEW）進(jìn)行操作

l  可配置1到8個(gè)通道

l  獨(dú)立控制或與PC同步

l  可以在流速或壓力控制模式下運(yùn)行

l  可以存儲(chǔ)多個(gè)校準(zhǔn)，以便對(duì)不同液體進(jìn)行精確的流速控制

l  低死體積的流體路徑

l  兼容多種化學(xué)品

l  高性能

l  非常適用于微流體應(yīng)用

l  可選的擴(kuò)展I/O功能

流量規(guī)格參數(shù)

想要更多了解微流控氣壓泵PneuWave的詳細(xì)詳細(xì)，請(qǐng)查看鏈接：http://m.sdczts.cn/zt10926/product_294731.html

● 簡(jiǎn)單的壓力和真空控制

   通過手動(dòng)的旋鈕操作直接實(shí)現(xiàn)精確的壓力控制

● 穩(wěn)定的流量控制

   結(jié)合流量傳感器，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的可控的流體灌注。

● 直觀的用戶界面

   手動(dòng)操作或電腦端軟件操作來控制壓力和流量

● 便攜、緊湊和獨(dú)立

   微型工作臺(tái)尺寸，內(nèi)置壓力源，無需任何外置壓力源。

● 提供2個(gè)版本的Cobalt壓力泵

   壓力量程為0到2bar的Cobalt和壓力量程為-700到1000mbar的Cobalt-Dual。

主要特點(diǎn)

優(yōu)質(zhì)的壓力和真空控制

   Cobalt自動(dòng)微流體壓力泵有2個(gè)版本可供選擇。與流量傳感器結(jié)合使用時(shí)，兩個(gè)版本都允許進(jìn)行氣體或流量控制。

● 0到2000mbar量程的正壓控制

● -700到1000mbar量程的正壓力和真空控制

Cobalt技術(shù)提高了微流體儀器的良好性能，使其更加易于使用。Cobalt自動(dòng)微流體壓力泵是基于OB1 MK4控制器而設(shè)計(jì)，使用基于壓電技術(shù)的壓力調(diào)節(jié)。

與注射泵或蠕動(dòng)泵相比而具有的獨(dú)特性能

與微流體注射泵或蠕動(dòng)泵相比，Elveflow Cobalt自動(dòng)微流體泵具有卓越的流體驅(qū)動(dòng)性能。由于其不使用機(jī)械部件來產(chǎn)生壓力，因此，Cobalt產(chǎn)生高精度的氣體壓力來平穩(wěn)的驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng)。

當(dāng)Cobalt壓力泵與MFS流量傳感器結(jié)合使用時(shí)，其可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的液體流量控制：

● 0-5mL/min流量范圍內(nèi)的高穩(wěn)定性（water test）：3.5nL/min（MFS2）到1μL/min（MFS5）

● 0-5mL/min流量范圍內(nèi)的高準(zhǔn)確度（water test）：20nL/min（MFS2）到10μL/min（MFS5）

自動(dòng)和獨(dú)立的儀器：無需外置氣源和真空泵供氣

Cobalt自動(dòng)微流體壓力泵是您實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的理想設(shè)備。它內(nèi)置了壓力源（和真空源），因此，不需要外部空氣壓縮機(jī)或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)氣瓶或真空泵的氣體供氣。同時(shí)，其設(shè)計(jì)最大限度地減少了振動(dòng)和噪音。

嵌入式用戶界面

無需外部軟件即可完全控制Cobalt的直觀硬件，任何用戶都可以通過手動(dòng)操作來實(shí)現(xiàn)液體流量的壓力驅(qū)動(dòng)和流量控制。

一個(gè)基本示例：微流體芯片灌注

應(yīng)用領(lǐng)域

Cobalt壓力泵是優(yōu)質(zhì)的微流體控制儀器，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：

●  片上實(shí)驗(yàn)室開發(fā)

●  基準(zhǔn)測(cè)試或表征（芯片、傳感器、過濾器等）

●  機(jī)械生物學(xué)（細(xì)胞限制、組織工程等）

●  細(xì)胞灌注

（1）單向液體流動(dòng)
        流體沿相同的方向連續(xù)流動(dòng)
（2）沒有更多的介質(zhì)消耗
        不受樣本量的限制：再循環(huán)培養(yǎng)基
（3）均勻的剪切應(yīng)力
        相同的流向確保剪切應(yīng)力無變化
（4）長(zhǎng)時(shí)間的一周實(shí)驗(yàn)
        自動(dòng)完成幾天的實(shí)驗(yàn)

Elveflow的液體循環(huán)套裝（fluid recirculation pack）是一套完整的系統(tǒng)，可以在微流控實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)液體的重復(fù)利用和單向再循環(huán)。

使用ElveflowZ暢銷的微流控設(shè)備，液體循環(huán)套裝具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)如無脈沖平滑流動(dòng)，可重復(fù)性，用于細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確和精確的流速控制。它還可以進(jìn)行有限介質(zhì)或更高級(jí)應(yīng)用（如復(fù)雜生物流體模式的建模）的長(zhǎng)時(shí)間的全自動(dòng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。

特點(diǎn)
標(biāo)準(zhǔn)的流體循環(huán)套裝使用兩通道的壓力泵以交替地方式將介質(zhì)從一個(gè)儲(chǔ)液池輸送到另一個(gè)儲(chǔ)液池。循環(huán)注入閥允許在兩個(gè)儲(chǔ)液池之間進(jìn)行切換，以確保從液體量Z大的儲(chǔ)液池中輸送液體介質(zhì)。

Elveflow智能界面軟件ESI將流量控制器與循環(huán)注入閥同步，以執(zhí)行液體再循環(huán)。它會(huì)在預(yù)定的時(shí)間段后自動(dòng)執(zhí)行儲(chǔ)液池之間的切換，或者在選定量的樣品通過微流控芯片后與流量傳感器MFS或BFS結(jié)合使用。由于憑借強(qiáng)大的scheduler功能，ESI軟件還能夠無縫的運(yùn)行長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)。

通過在流體循環(huán)套裝中增加額外的Elveflow設(shè)備，還可以實(shí)現(xiàn)其他功能如流體介質(zhì)切換、一次性進(jìn)樣等。

技術(shù)規(guī)格
標(biāo)準(zhǔn)流體循環(huán)套裝包含以下組件
（1）2通道的壓力泵
（2）1個(gè)流量傳感器MFS
（3）1個(gè)循環(huán)注入閥
（4）2個(gè)儲(chǔ)液池
（5）所有必需的配件：導(dǎo)管、連接器、過濾器等
（6）圖形界面的控制軟件ESI（免費(fèi)無限次下載）

可選項(xiàng)
（1）微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片：提供部分微流體細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)用的芯片
（2）去泡器：有效去除微流體實(shí)驗(yàn)裝置中的氣泡
（3）額外的儲(chǔ)液池
（4）其他流量傳感器如BFS科式流量計(jì)（無需液體介質(zhì)校準(zhǔn)，直接測(cè)量）
（5）電腦
（6）顯微鏡和相機(jī)

相關(guān)應(yīng)用

如何實(shí)現(xiàn)微流控實(shí)驗(yàn)的重復(fù)循環(huán)過程？用MUX Injection循環(huán)閥，請(qǐng)點(diǎn)擊 這里

把Elveflow微流控OB1壓力控制器當(dāng)做微流控注射泵使用的設(shè)置方法視頻，鏈接地址： http://m.sdczts.cn/zt10926/video_302.html

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微流控實(shí)驗(yàn)過程中，經(jīng)常需要實(shí)時(shí)的了解實(shí)驗(yàn)通路上的液體流量是多少以及液體流量的實(shí)時(shí)變化，以便實(shí)驗(yàn)人員能夠及時(shí)的采取實(shí)驗(yàn)方法達(dá)到做需要的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。目前，測(cè)量微流體實(shí)驗(yàn)通路上的液體流量主要使用液體流量傳感器，通過傳感器讀數(shù)器連接到PC電腦，然后便可以在PC上的操作軟件上實(shí)時(shí)的監(jiān)控流體通路上的液體流量的變化。

微流體實(shí)驗(yàn)通路上液體流量監(jiān)測(cè)的傳感器主要有2種：基于熱效應(yīng)的傳感器和基于科里奧利力效應(yīng)的傳感器。如下對(duì)這兩種傳感器做簡(jiǎn)要介紹。

基于熱效應(yīng)的流量傳感器MFS（內(nèi)部芯片是盛思睿的傳感器芯片）

流量傳感器的量程范圍從1.5 μL/min到5000 μL/min，如下圖所示。

高精度液體流量傳感器/熱式流量傳感器（Microfluidic Flow Sensor，MFS）用于超低流量的監(jiān)測(cè)，其配備M8電氣連接后，可通過Elveflow軟件直接進(jìn)行控制。此外，此款流量傳感器有5個(gè)不同的量程范圍以及具有高度化學(xué)兼容性特點(diǎn)。
優(yōu)異的性能
●    已校準(zhǔn)的流量----0.07 μL/min到5000 μL/min
●    傳感器響應(yīng)時(shí)間--40 ms
●    分辨率----------低至1.5 pL/s

主要的功能
●    當(dāng)和微流控OB1壓力進(jìn)樣泵配對(duì)時(shí)，可直接輸入流量。
●    高化學(xué)和生物兼容性
●    雙向流量測(cè)量（正向和反向）

●    測(cè)量不同的液體之前，需要對(duì)待測(cè)的液體進(jìn)行校準(zhǔn)。

熱式流量傳感器MFS的規(guī)格參數(shù)

基于科里奧利力效應(yīng)的高精密流量傳感器BFS

我們與Bronkhorst合作開發(fā)了一款適用于微流體的獨(dú)特科里奧利流量傳感器（科式流量傳感器，Bronkhorst Coriolis Flow Sensor，BFS）。它提供了各種益處：精度高，范圍廣泛，與所有液體直接兼容（無需校準(zhǔn)）。此外，
√    兼容所有液體&氣體
√    不需要任何校準(zhǔn)
優(yōu)異的性能
●    大流量范圍------1.6 μL/min到500 mL/min
●    Z大流量--------500 mL/min
●    傳感器響應(yīng)時(shí)間--35 ms
●    準(zhǔn)確度----------測(cè)量值的2%（常規(guī)版本）或者測(cè)量值的0.2%（定制版本）

科里奧利力原理

Mini Cori-Flow是根據(jù)科里奧利力原理工作的。Mini Cori-Flow儀器可用于同時(shí)測(cè)量質(zhì)量流量、溫度和密度。Cori-Flow儀器通過兩個(gè)平行管循環(huán)來形成震蕩系統(tǒng)的一部分，當(dāng)流體流過管道時(shí)，科里奧利力將會(huì)使管彎曲或扭曲，從而引起循環(huán)過程中的變量相位的變化或相移，該相位的變化或相移將被傳感器感應(yīng)到。通過Z佳定位的傳感器檢測(cè)極小的管道位移并進(jìn)行電學(xué)估算。其結(jié)果輸出信號(hào)是完全依據(jù)真實(shí)的質(zhì)量流量率比率來顯示的。由于傳感器信號(hào)的測(cè)量相移與質(zhì)量流量成正比，因此，Mini Cori-Flow可以直接測(cè)量質(zhì)量流量。測(cè)量原理與密度、溫度、粘度、壓力、熱容量或電導(dǎo)率無關(guān)。

     對(duì)流經(jīng)管道的流體使用科里奧利力效應(yīng)，可以得出通過管道的質(zhì)量流量以及二級(jí)輸出處的流體密度。
    這種直接測(cè)量非常準(zhǔn)確，因?yàn)槠錈o需根據(jù)溫度、壓力和密度進(jìn)行校正，也不需要像熱式質(zhì)量流量計(jì)那樣依賴流體比熱。此外，科里奧利力流量計(jì)可與氣體和液體一起使用，并通過其在大范圍內(nèi)的高精度和快速響應(yīng)時(shí)間來區(qū)分。
科里奧利力流量傳感器BFS和熱式流量傳感器MFS的規(guī)格比較