注射泵連續(xù)無脈動計量的工作原理
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微流體注射泵因其直接進(jìn)行液體體積輸送原理和Z小的脈沖而為微流體應(yīng)用提供了巨大的優(yōu)勢。但是,與其他泵相比,它也有一個主要缺點(diǎn):注射器內(nèi)的液體清空后,液體輸送自然就結(jié)束了。這就是為什么在不相關(guān)的應(yīng)用中經(jīng)常使用注射泵的原因,因?yàn)樵撨^程會不時暫停,并且可以重新向注射器內(nèi)填充液體,例如在移液過程中填充滿單個腔體。
在許多應(yīng)用中-尤其是在流動化學(xué)中-不可能進(jìn)行流體中斷,因?yàn)檫@會干擾穩(wěn)態(tài),該穩(wěn)態(tài)已在實(shí)驗(yàn)過程的開始時通過洗脫液(彼此反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì))的流動建立起來。
這個問題可通過對每個劑量通道使用兩個注射泵交替工作來解決。這意味著,當(dāng)diyi個注射器為空時,第二個注射器接著輸送液體,而3/2方向閥則從儲液池中重新填充diyi個注射器。然后,diyi個注射器恢復(fù)液體輸送,第二注射器重新裝滿液體。
為了避免在切換注射泵時產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈沖,必須使用平坦的加速和減速斜坡(錯流),而不是從一臺注射泵切換到另一臺時突然停止。 但是,對于更高壓力的應(yīng)用,這不足以避免所有壓力或流量脈沖,因?yàn)檎麄€機(jī)械流體系統(tǒng)(包括當(dāng)前正在泵送的泵)都處于加壓狀態(tài),而補(bǔ)充泵(等待使用)- 則處在大氣壓下。 如果現(xiàn)在通過切換3/2換向閥將此加液泵連接到實(shí)驗(yàn)應(yīng)用,則會進(jìn)行壓力補(bǔ)償,從而產(chǎn)生補(bǔ)償流。 結(jié)果,一定量的液體從加壓的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用流向未加壓的泵。 這降低了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中的流速,在Z壞的情況下,甚至可能在短時間內(nèi)變?yōu)樨?fù)數(shù)。 必須避免這種情況。
Pulsation characteristics (dosing of a fluid stream of 5μl/s with fluorescent colouring)
pictures Friedrich-Schiller-University Jena
我們通過將重新填充液體的注射泵的壓力增加到與實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中相同的壓力來解決該問題,然后再將其連接到實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。 我們通過使用兩個壓力傳感器,幾個閥門和一個智能軟件來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。 重新填液的泵首先在關(guān)閉的閥門上運(yùn)行,然后在兩個泵之間進(jìn)行壓力比較。 根據(jù)用戶定義的參數(shù),在短時間后達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),這假設(shè)壓力相等,因此可以打開閥門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。
由于接通時兩個壓力相同,因此沒有壓力補(bǔ)償,因此也沒有流量補(bǔ)償流量。 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中的壓力和體積條件根據(jù)需要保持恒定。 結(jié)果是連續(xù)的無脈動流(Conti Flow)。
使用單個硬件組件(例如閥門和壓力表)來實(shí)現(xiàn)此過程可能會導(dǎo)致系統(tǒng)混亂,其主要特征是電纜和軟管混雜。 CETONI不僅代表GX的建設(shè)性解決方案,而且還代表有吸引力和創(chuàng)新的設(shè)計。 這就是為什么我們開發(fā)了一種極其緊湊的模塊,特別是針對我們的neMESYS低壓和中壓泵的應(yīng)用:Conti-Flow閥。 它在Z小的空間內(nèi)結(jié)合了所有已描述的功能,用內(nèi)部通道取代了所需的大量軟管連接,較大地減少了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的死體積,并且借助我們的軟件,它也非常易于操作。 由于CETONI客戶可以選擇多種材料組合,因此Conti-Flow設(shè)備適用于無數(shù)種物質(zhì)。
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- 注射泵連續(xù)無脈動計量的工作原理
微流體注射泵因其直接進(jìn)行液體體積輸送原理和Z小的脈沖而為微流體應(yīng)用提供了巨大的優(yōu)勢。但是,與其他泵相比,它也有一個主要缺點(diǎn):注射器內(nèi)的液體清空后,液體輸送自然就結(jié)束了。這就是為什么在不相關(guān)的應(yīng)用中經(jīng)常使用注射泵的原因,因?yàn)樵撨^程會不時暫停,并且可以重新向注射器內(nèi)填充液體,例如在移液過程中填充滿單個腔體。
在許多應(yīng)用中-尤其是在流動化學(xué)中-不可能進(jìn)行流體中斷,因?yàn)檫@會干擾穩(wěn)態(tài),該穩(wěn)態(tài)已在實(shí)驗(yàn)過程的開始時通過洗脫液(彼此反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì))的流動建立起來。
這個問題可通過對每個劑量通道使用兩個注射泵交替工作來解決。這意味著,當(dāng)diyi個注射器為空時,第二個注射器接著輸送液體,而3/2方向閥則從儲液池中重新填充diyi個注射器。然后,diyi個注射器恢復(fù)液體輸送,第二注射器重新裝滿液體。
為了避免在切換注射泵時產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈沖,必須使用平坦的加速和減速斜坡(錯流),而不是從一臺注射泵切換到另一臺時突然停止。 但是,對于更高壓力的應(yīng)用,這不足以避免所有壓力或流量脈沖,因?yàn)檎麄€機(jī)械流體系統(tǒng)(包括當(dāng)前正在泵送的泵)都處于加壓狀態(tài),而補(bǔ)充泵(等待使用)- 則處在大氣壓下。 如果現(xiàn)在通過切換3/2換向閥將此加液泵連接到實(shí)驗(yàn)應(yīng)用,則會進(jìn)行壓力補(bǔ)償,從而產(chǎn)生補(bǔ)償流。 結(jié)果,一定量的液體從加壓的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用流向未加壓的泵。 這降低了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中的流速,在Z壞的情況下,甚至可能在短時間內(nèi)變?yōu)樨?fù)數(shù)。 必須避免這種情況。
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我們通過將重新填充液體的注射泵的壓力增加到與實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中相同的壓力來解決該問題,然后再將其連接到實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。 我們通過使用兩個壓力傳感器,幾個閥門和一個智能軟件來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。 重新填液的泵首先在關(guān)閉的閥門上運(yùn)行,然后在兩個泵之間進(jìn)行壓力比較。 根據(jù)用戶定義的參數(shù),在短時間后達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),這假設(shè)壓力相等,因此可以打開閥門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。
由于接通時兩個壓力相同,因此沒有壓力補(bǔ)償,因此也沒有流量補(bǔ)償流量。 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中的壓力和體積條件根據(jù)需要保持恒定。 結(jié)果是連續(xù)的無脈動流(Conti Flow)。
使用單個硬件組件(例如閥門和壓力表)來實(shí)現(xiàn)此過程可能會導(dǎo)致系統(tǒng)混亂,其主要特征是電纜和軟管混雜。 CETONI不僅代表GX的建設(shè)性解決方案,而且還代表有吸引力和創(chuàng)新的設(shè)計。 這就是為什么我們開發(fā)了一種極其緊湊的模塊,特別是針對我們的neMESYS低壓和中壓泵的應(yīng)用:Conti-Flow閥。 它在Z小的空間內(nèi)結(jié)合了所有已描述的功能,用內(nèi)部通道取代了所需的大量軟管連接,減少了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的死體積,并且借助我們的軟件,它也非常易于操作。 由于CETONI客戶可以選擇多種材料組合,因此Conti-Flow設(shè)備適用于無數(shù)種物質(zhì)。
- 注射泵連續(xù)無脈動計量的工作原理
微流體注射泵因其直接進(jìn)行液體體積輸送原理和Z小的脈沖而為微流體應(yīng)用提供了巨大的優(yōu)勢。但是,與其他泵相比,它也有一個主要缺點(diǎn):注射器內(nèi)的液體清空后,液體輸送自然就結(jié)束了。這就是為什么在不相關(guān)的應(yīng)用中經(jīng)常使用注射泵的原因,因?yàn)樵撨^程會不時暫停,并且可以重新向注射器內(nèi)填充液體,例如在移液過程中填充滿單個腔體。
在許多應(yīng)用中-尤其是在流動化學(xué)中-不可能進(jìn)行流體中斷,因?yàn)檫@會干擾穩(wěn)態(tài),該穩(wěn)態(tài)已在實(shí)驗(yàn)過程的開始時通過洗脫液(彼此反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì))的流動建立起來。
這個問題可通過對每個劑量通道使用兩個注射泵交替工作來解決。這意味著,當(dāng)diyi個注射器為空時,第二個注射器接著輸送液體,而3/2方向閥則從儲液池中重新填充diyi個注射器。然后,diyi個注射器恢復(fù)液體輸送,第二注射器重新裝滿液體。
為了避免在切換注射泵時產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈沖,必須使用平坦的加速和減速斜坡(錯流),而不是從一臺注射泵切換到另一臺時突然停止。 但是,對于更高壓力的應(yīng)用,這不足以避免所有壓力或流量脈沖,因?yàn)檎麄€機(jī)械流體系統(tǒng)(包括當(dāng)前正在泵送的泵)都處于加壓狀態(tài),而補(bǔ)充泵(等待使用)- 則處在大氣壓下。 如果現(xiàn)在通過切換3/2換向閥將此加液泵連接到實(shí)驗(yàn)應(yīng)用,則會進(jìn)行壓力補(bǔ)償,從而產(chǎn)生補(bǔ)償流。 結(jié)果,一定量的液體從加壓的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用流向未加壓的泵。 這降低了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中的流速,在Z壞的情況下,甚至可能在短時間內(nèi)變?yōu)樨?fù)數(shù)。 必須避免這種情況。
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我們通過將重新填充液體的注射泵的壓力增加到與實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中相同的壓力來解決該問題,然后再將其連接到實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。 我們通過使用兩個壓力傳感器,幾個閥門和一個智能軟件來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。 重新填液的泵首先在關(guān)閉的閥門上運(yùn)行,然后在兩個泵之間進(jìn)行壓力比較。 根據(jù)用戶定義的參數(shù),在短時間后達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),這假設(shè)壓力相等,因此可以打開閥門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。
由于接通時兩個壓力相同,因此沒有壓力補(bǔ)償,因此也沒有流量補(bǔ)償流量。 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中的壓力和體積條件根據(jù)需要保持恒定。 結(jié)果是連續(xù)的無脈動流(Conti Flow)。
使用單個硬件組件(例如閥門和壓力表)來實(shí)現(xiàn)此過程可能會導(dǎo)致系統(tǒng)混亂,其主要特征是電纜和軟管混雜。 CETONI不僅代表GX的建設(shè)性解決方案,而且還代表有吸引力和創(chuàng)新的設(shè)計。 這就是為什么我們開發(fā)了一種極其緊湊的模塊,特別是針對我們的neMESYS低壓和中壓泵的應(yīng)用:Conti-Flow閥。 它在Z小的空間內(nèi)結(jié)合了所有已描述的功能,用內(nèi)部通道取代了所需的大量軟管連接,較大地減少了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的死體積,并且借助我們的軟件,它也非常易于操作。 由于CETONI客戶可以選擇多種材料組合,因此Conti-Flow設(shè)備適用于無數(shù)種物質(zhì)。
- 微流控注射泵無脈動的關(guān)鍵是分辨率
在我們的#CETONIacademy部分中,我們將開始定期討論微流體的基礎(chǔ)知識。該系列以“無脈動”一詞開頭,因?yàn)樵谖⒘黧w中,沒有什么比恒定的流體流動更重要的了。
那么,什么是“無脈動”?
微流體領(lǐng)域的特點(diǎn)是應(yīng)用涉及在同樣小的腔體中的極少量流體。許多應(yīng)用(例如在流動化學(xué)中發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用)需要穩(wěn)定,無脈動的流體流動,以確保即使在很短的時間間隔內(nèi)也能保持連續(xù)的混合比。在生物化學(xué)應(yīng)用中分隔流的創(chuàng)建和操縱也需要這種流體流動的一致性。
在微流體中,術(shù)語“脈動”表示實(shí)際流量的振蕩,否則其平均值可能是正確的。在微流體應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)的極小流速下(相對而言),脈動可能很強(qiáng),并對小規(guī)模過程產(chǎn)生負(fù)面影響。即使機(jī)械組件無法提供完全無脈動的性能,也可以將脈動減小到不再能被現(xiàn)有的測量設(shè)備檢測到的程度,或者不再對當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用過程產(chǎn)生影響。這種狀態(tài)稱為“無脈動”。
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拐彎處開車-閉上眼睛
注射泵允許使用自定義尺寸的活塞以一定速度移動并通過位移來進(jìn)行流體的體積傳輸。為了用注射泵產(chǎn)生恒定的流量,活塞的橫向運(yùn)動必須保持極其一致。在這方面,通常常規(guī)的注射泵是很難實(shí)現(xiàn)的,因?yàn)槠潋?qū)動部分的分辨率受到限制。反過來,這也導(dǎo)致脈動的產(chǎn)生。但是,泵的測量元件(編碼器)的分辨率確是至關(guān)重要的。
活塞的橫向運(yùn)動必須由受控的驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生。通常,電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)通過主軸驅(qū)動器轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動。位置控制器以固定的小間隔檢查實(shí)際位置或電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度,并將其與各自的目標(biāo)位置進(jìn)行比較。實(shí)際值與目標(biāo)值之間的偏差決定了電機(jī)所需的控制量,這種偏差取決于操縱電機(jī)的電流。分辨率低的位置傳感器會導(dǎo)致更長的測量間隔,特別是在速度較慢的情況下。因此,控制器以相對較長的間隔接收有關(guān)活塞的實(shí)際位置的信息,這會使控制校正變得復(fù)雜,并導(dǎo)致速度波動。
以下示例將使這一點(diǎn)更加清楚。 想象一下一個控制電路,該電路規(guī)定汽車駕駛員必須行駛一定距離,但是每兩秒鐘只能睜開眼睛以檢查其位置并進(jìn)行路線校正。 如果實(shí)驗(yàn)以20 km / h的速度在直線軌道上進(jìn)行,那么它將很好地進(jìn)行。 但是,如果駕駛員必須轉(zhuǎn)彎,則成功的可能性就會大大降低。 車輛的路徑可能類似于多邊形的形狀,而不是曲線的形狀,因?yàn)楫?dāng)睜開眼睛時,駕駛員將被迫對其位置進(jìn)行強(qiáng)有力的校正以保持在正軌上。
Z高分辨率–Z高質(zhì)量
注射器驅(qū)動器中的低采樣率會導(dǎo)致恒定的校正,這是通過增加或降低電動機(jī)電流來實(shí)現(xiàn)的。 這會阻止平滑且平穩(wěn)的運(yùn)行并導(dǎo)致脈動。
因此,CETONI使用Z高質(zhì)量的組件,并將其注射泵與分辨率在亞微米范圍內(nèi)的驅(qū)動器配合使用。 結(jié)果,我們驅(qū)動器的脈動是如此微小,以至于在當(dāng)今的微流體應(yīng)用中微不足道。 因此,neMESYS注射泵適合具有Z高精確度要求的微流體應(yīng)用。
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注射泵由于可實(shí)現(xiàn)高精度和無脈沖流動而被廣泛應(yīng)用于微流體領(lǐng)域,這主要得益于微型步進(jìn)電機(jī)。
什么是微步長步進(jìn)電機(jī)?
微型步進(jìn)電機(jī)是無刷直流電動機(jī),它以很小的步長移動以完成完整的旋轉(zhuǎn),因此,與常規(guī)電機(jī)不同,它能夠提供精確的角運(yùn)動并保持扭矩。
步進(jìn)電機(jī)是如何工作的?
驅(qū)動微型步進(jìn)電機(jī)有不同的結(jié)構(gòu)和模式。混合同步步進(jìn)電機(jī)是Z常用的,它結(jié)合了永磁體和可變磁阻結(jié)構(gòu),可在小尺寸下實(shí)現(xiàn)Z大功率。在步進(jìn)電機(jī)中,轉(zhuǎn)子和定子的劃分與齒輪中的齒類似,這些齒的對齊是控制轉(zhuǎn)子運(yùn)動的方式。Z直接的驅(qū)動模式是整步(全步長),但是在這種模式下,每步之間的振動和噪音是顯而易見的。
步進(jìn)電機(jī)如何控制精度?
通常,微型步進(jìn)電機(jī)的角度精度約為每轉(zhuǎn)±1.8°或200steps,但是,當(dāng)需要更高的分辨率時,微步進(jìn)或微步長(micro-stepping)是一種很好的解決方案。微步進(jìn)是一種通過脈寬調(diào)制電壓控制流向步進(jìn)電機(jī)繞組(或定子)的電流的方法,這意味著流到繞組的電流具有正弦波形。這種控制方法允許每1.8度的步長劃分多達(dá)64次,每轉(zhuǎn)產(chǎn)生0.028°的角步長或12800微步長,從而提供了更平滑、更精確的操作。
步進(jìn)電機(jī)如何控制分辨率?
盡管微步進(jìn)增強(qiáng)了扭矩產(chǎn)生、低速運(yùn)動和共振,但是,由于實(shí)際驅(qū)動器無法達(dá)到理想的微步進(jìn),因此仍然存在一些扭矩波動、振動和噪音。因此,至關(guān)重要的是要避免所謂的“空分辨率”,因?yàn)椴介L的劃分要比電機(jī)限制要高??辗直媛室馕吨介L產(chǎn)生的扭矩不足以克服正在驅(qū)動的組件的摩擦,從而產(chǎn)生抖動的運(yùn)動。
步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用
微型步進(jìn)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是可精確重復(fù)的步長,精確的運(yùn)動增量和低速下的更高扭矩。但是,這些電機(jī)的一些缺點(diǎn)是效率低,高速時扭矩有限,無反饋。步進(jìn)電機(jī)的屬性使其非常適合精密的應(yīng)用,例如YL掃描儀、3D打印機(jī)、CNC、相機(jī)平臺、繪圖儀、機(jī)器人和自動化過程。在注射泵中,步進(jìn)電機(jī)對于避免脈沖流和流量變化,對于確保穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。
Chemyx注射泵
Chemyx注射泵使用微步進(jìn)電機(jī),可提供更高的準(zhǔn)確度和精度,F(xiàn)usion100,F(xiàn)usion4000和NanoJet立體定位注射泵具有0.9°的微步進(jìn)電機(jī),對于Fusion4000來說,步進(jìn)電機(jī)每步可提供0.0939 μm,這種出色的調(diào)諧運(yùn)動可實(shí)現(xiàn)0.0001μL/min的流量。通過這種方式,Chemyx注射泵系統(tǒng)比DIY設(shè)備提供了更高的質(zhì)量和性能。Chemyx步進(jìn)電機(jī)的質(zhì)量使生物技術(shù)、化學(xué)、生物化學(xué)和材料應(yīng)用中的流體流動更加順暢。
總結(jié)
通常,步進(jìn)電機(jī)的角度精度約為±1.8°,Chemyx提供的0.9°步進(jìn)電機(jī)要優(yōu)于傳統(tǒng)電機(jī)型號。
結(jié)束語
到目前為止,我們已經(jīng)解決了步進(jìn)電機(jī)的功能及其在Chemyx注射泵中的作用,微步長是Chemyx注射泵中包含的一種直接集成技術(shù),它可以實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度和高精度的調(diào)諧運(yùn)動。
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