网络研讨会：无需针对每种液体进行校准的高精密通用流量控制-OB1 MK3+压力控制器和科式流量计BFS的结合

微流控实验中通常都需要精确的检测或控制管路中的流体流量，高精度流量传感器可以解决这一问题。不过，传统的热式流量传感器在测量不同的液体之前，需要针对每一种液体进行校准，同时也无法精确的测量混合液体的流量，因此，这给精确的研究实验带来了非常大的麻烦并浪费了很多的时间和精力。本次网络研讨会介绍了科式流量传感器BFS在微流控实验中的应用如液滴产生、细胞培养/灌注、药物测试/筛选、细胞包覆、液滴测序、水凝胶产生、生物/化学传感器校准、原位荧光杂化等。首先介绍了微流控流体控制的方法；其次介绍了科式流量传感器BFS的工作原理和应用领域；ZH，介绍了科式流量传感器BFS结合OB1 MK3+压力控制器的应用领域。

相关应用链接

如何使用微流体压力泵OB1压力控制器和科式流量传感器BFS控制微流体流量？请点击 这里

如何使用微流体压力泵OB1和BFS科式流量传感器高精度的控制微流体系统中的流体流速? 请点击 这里

如何在Elveflow微流控智能界面软件ESI中选择反馈流量调节参数（PID参数）？请点击 这里

微流体流量控制：OB1压力控制器具有更快、更稳定的微流体流量控制器的优势。结合流量传感器，它还可以执行超精确的流量控制并监控注入到芯片中的液体量。您可以在Elveflow软件中输入所需要的流量值，由于可定制的PID反馈回路，压力控制器将会自动的调节压力以便达到所需要的流量值。本博文旨在说明如何轻松的执行此流量控制操作。

流量控制算法

PID类型（PID type）：首先将其设置为basic类型，实际上，在大多数情况下，它是非常有效地。
“Z大流量值（Max flow rate）”：仅在仅使用传感器范围的一小部分时才更改此参数。否则，不需要做任何改动。默认值为0，表示您正在使用整个范围。
“P”参数：如果出现不稳定问题即从ESI软件上看到流动曲线有波动，请减小此值。
“I”参数：增大该值可以加快系统的响应速度，但是会在不稳定性到达时逐渐停止。

此时，也不用担心，按下自动调节按钮（auto-tune button），软件将会评估您的设置并为您调整“P”和“I”参数。所以首先，不要做任何改动并按下它，然后，您可以根据需要再进行调整。

实验装置
对于此实验装置，需要用到以下Elveflow设备：
1、Elveflow压力&流量控制器OB1
2、BFS或MFS
3、用于实验装置连接用的微流体导管
4、微流体配件和连接器

组件列表
OB1微流体控制器

样品储液池

微流控导管和适配器

即插即用Elveflow智能界面

当您想要使用auto-tune功能时，首先要做的diyi件事就是准备好您的实验系统：检查系统连接是否完整，阀门是否处于适当的配置状态及系统是否准备就绪。

实验系统处于稳定状态也很重要，首先让一些液体循环进入到实验系统以避免出现没有液体的过渡状态，这些过渡装填可能会产生错误的系统校正。

Tips：为了获得Z佳的调节，请将流量传感器直接放在样品储液池的后面。

然后，启动Elveflow智能界面并按照以下步骤进行操作：

添加您的OB1压力控制器和传感器，并将传感器连接到正在使用的OB1通道上。

Warning：必须打开通道才能使调整过程正常工作。调整过程将执行突发压力以表征系统。

性能
案例1：使用auto-tune功能来调节流量
这种情况是典型的微流体应用调节情况，非常适合我们的流量调节。所有调节参数均使用“auto-tune”功能来进行计算。“auto-tune”功能调节快速（上升时间为0.2s），有时候会有一点点过冲但是具有良好的稳定性。



案例2：非常快速开关的流量调节
此示例显示了在60μL/min和10μL/min之间以1s时间段进行非常快速的切换。在这种情况下，用户需要手动调节auto-tune给出的参数，以便为这些非常快速的转换提供稳定的系统。

微流体流量控制：OB1压力控制器具有更快、更稳定的微流体流量控制器的优势。结合流量传感器，它还可以执行超精确的流量控制并监控注入到芯片中的液体量。您可以在Elveflow软件中输入所需要的流量值，由于可定制的PID反馈回路，压力控制器将会自动的调节压力以便达到所需要的流量值。本文旨在说明如何轻松的执行此流量控制操作。

流量控制算法

PID类型（PID type）：首先将其设置为basic类型，实际上，在大多数情况下，它是非常有效地。
“Z大流量值（Max flow rate）”：仅在仅使用传感器范围的一小部分时才更改此参数。否则，不需要做任何改动。默认值为0，表示您正在使用整个范围。
“P”参数：如果出现不稳定问题即从ESI软件上看到流动曲线有波动，请减小此值。
“I”参数：增大该值可以加快系统的响应速度，但是会在不稳定性到达时逐渐停止。

此时，也不用担心，按下自动调节按钮（auto-tune button），软件将会评估您的设置并为您调整“P”和“I”参数。所以首先，不要做任何改动并按下它，然后，您可以根据需要再进行调整。

实验装置
对于此实验装置，需要用到以下Elveflow设备：
1、Elveflow压力&流量控制器OB1
2、BFS或MFS
3、用于实验装置连接用的微流体导管
4、微流体配件和连接器

组件列表
OB1微流体控制器

样品储液池

微流控导管和适配器

即插即用Elveflow智能界面

当您想要使用auto-tune功能时，首先要做的diyi件事就是准备好您的实验系统：检查系统连接是否完整，阀门是否处于适当的配置状态及系统是否准备就绪。

实验系统处于稳定状态也很重要，首先让一些液体循环进入到实验系统以避免出现没有液体的过渡状态，这些过渡装填可能会产生错误的系统校正。

Tips：为了获得Z佳的调节，请将流量传感器直接放在样品储液池的后面。

然后，启动Elveflow智能界面并按照以下步骤进行操作：

添加您的OB1压力控制器和传感器，并将传感器连接到正在使用的OB1通道上。

Warning：必须打开通道才能使调整过程正常工作。调整过程将执行突发压力以表征系统。

性能
案例1：使用auto-tune功能来调节流量
这种情况是典型的微流体应用调节情况，非常适合我们的流量调节。所有调节参数均使用“auto-tune”功能来进行计算。“auto-tune”功能调节快速（上升时间为0.2s），有时候会有一点点过冲但是具有良好的稳定性。



案例2：非常快速开关的流量调节
此示例显示了在60μL/min和10μL/min之间以1s时间段进行非常快速的切换。在这种情况下，用户需要手动调节auto-tune给出的参数，以便为这些非常快速的转换提供稳定的系统。

出色的性能
精确、稳定、响应时间、可重复性、可靠性……

一个传感器可适应大范围的液体流量范围
适应液体流量范围从1.6 μL/min到3.3 mL/min

广泛的液体兼容性
水、油、酒精、混合物……，与多种液体配合使用，无需校准。

专门为微流体实验定制的流量传感器
我们与Bronkhorst合作开发了一种适用于微流体实验的独特的科里奥利流量传感器。它提供了各种优点：精确、范围广，直接兼容所有液体（无需校准）……

微流体OB1压力控制器 + BFS流量传感器：专用于微流体的流量控制
凭借我们的特定PID控制，与我们的压力控制器OB1配合使用的Bronkhorst流量传感器BFS可以通过压力控制的性能轻松控制液体流量。

特点和优势

BFS流量传感器专为满足微流体要求而设计，基于科里奥利测量原理。在1.6μL/min到3.3mL/min的宽流量范围内的性能允许您只需要使用单个传感器便可实现。它是使用其他几种传感器的智能且经济的替代方案。

我们所有的压力控制器系统（OB1、AF1）都可以与BFS流量传感器配合使用。使用我们的反馈回路PID，您可以监控和控制微流体实验装置中的液体流速，同时保持压力驱动流的稳定性和响应性。

优势
（1）大流量范围：使用同一个传感器，从1.6μL/min到3.3mL/min
（2）优异的重复性和长期稳定性
（3）易于安装（气泡夹杂物风险低）
（4）无需定期重新校准
（5）换液后无需重新校准
（6）zhuo越的性能：精确、稳定、响应时间、重复性……

装置图
 
享受平滑且无脉冲的流动
科里奥利流量传感器BFS与Elveflow仪器的极压稳定性相结合，确保在首次使用时增强流量控制。您可以将液体流量传感器插入微流体装置中的任何位置，记录计算机上的流速并使用我们的压力控制器调整流量。

高级科里奥利流量传感器
Mini-cori-flow微流体科里奥利流量传感器包含一个独特形状的单回路传感器管，构成振荡系统的一部分，提供了zhuo越的流量测量性能。当流体流过管时，科里奥利力引起可变相移，其由传感器检测并馈送到整体安装的印刷电路板中。得到的输出信号严格与实际质量流量成比例。科里奥利质量流量测量快速、准确、易于安装且有固有的双向性。流体的密度和温度可作为次级输出。

主要应用领域
（1）过程工业：（石油）化工、玻璃生产、催化作用过程、化合物半导体处理
（2）能源：燃料电池、太阳能电池、核能、天然气和FDP技术
（3）生命科学：生物技术、YL、食品和制药行业

（4）分析测试：气体和液体的色谱、质谱、污染测试

（5）冶金：钢铁、铝

（6）半导体产业：化学气象沉积、蚀刻、清洗（超临界CO2）

（7）食品、饮料和医药：酿酒、乳品、包装

（8）医用微量化学或分析装置
（9）校准实验室

（10）微流控实验室

特色
（1）高精确度
（2）直接的质量流量测量，与流体特性无关
（3）额外的密度和温度输出
（4）双向测量
（5）反应快

规格参数

USB流量传感器软件模块（ESI图形界面控制软件）

得益于直观的图形用户界面，Elveflow智能界面ESI软件可以控制和使用Elveflow的所有仪器，从Z简单的初学者命令到Z复杂的专家操作。更多关于ESI软件的详细介绍，请参见 Elveflow微流控智能界面控制软件ESI介绍 。

通过C、Python、MATLAB、LabVIEW或Elveflow智能界面来控制您的实验。Elveflow智能界面是一个软件应用程序，提供微流体科学家所需的所有功能。

科里奥利原理
Mini Cori-Flow根据科里奥利原理工作。Mini Cori-flow传感器可用于同时测量质量流量、温度和密度。当流体流过振动管时，产生科里奥利力并使管弯曲或扭曲。通过Z佳定位的传感器检测极小的管位移，并进行计算。由于传感器信号的测量相移与质量流量成正比，因此，mini Cori-flow传感器可以直接测量质量流量。一个重要的关键是该测量原理与密度、温度、粘度、压力、热容量或电导率无关。管子始终以其固有频率振动，这不仅是管子几何形状和管子材料特性的函数，而且还是依赖于振动管子中的流体质量。

相关应用

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微流控实验过程中，经常需要实时的了解实验通路上的液体流量是多少以及液体流量的实时变化，以便实验人员能够及时的采取实验方法达到做需要的实验目的。目前，测量微流体实验通路上的液体流量主要使用液体流量传感器，通过传感器读数器连接到PC电脑，然后便可以在PC上的操作软件上实时的监控流体通路上的液体流量的变化。

微流体实验通路上液体流量监测的传感器主要有2种：基于热效应的传感器和基于科里奥利力效应的传感器。如下对这两种传感器做简要介绍。

基于热效应的流量传感器MFS（内部芯片是盛思睿的传感器芯片）

流量传感器的量程范围从1.5 μL/min到5000 μL/min，如下图所示。

高精度液体流量传感器/热式流量传感器（Microfluidic Flow Sensor，MFS）用于超低流量的监测，其配备M8电气连接后，可通过Elveflow软件直接进行控制。此外，此款流量传感器有5个不同的量程范围以及具有高度化学兼容性特点。
优异的性能
●    已校准的流量----0.07 μL/min到5000 μL/min
●    传感器响应时间--40 ms
●    分辨率----------低至1.5 pL/s

主要的功能
●    当和微流控OB1压力进样泵配对时，可直接输入流量。
●    高化学和生物兼容性
●    双向流量测量（正向和反向）

●    测量不同的液体之前，需要对待测的液体进行校准。

热式流量传感器MFS的规格参数

基于科里奥利力效应的高精密流量传感器BFS

我们与Bronkhorst合作开发了一款适用于微流体的独特科里奥利流量传感器（科式流量传感器，Bronkhorst Coriolis Flow Sensor，BFS）。它提供了各种益处：精度高，范围广泛，与所有液体直接兼容（无需校准）。此外，
√    兼容所有液体&气体
√    不需要任何校准
优异的性能
●    大流量范围------1.6 μL/min到500 mL/min
●    Z大流量--------500 mL/min
●    传感器响应时间--35 ms
●    准确度----------测量值的2%（常规版本）或者测量值的0.2%（定制版本）

科里奥利力原理

Mini Cori-Flow是根据科里奥利力原理工作的。Mini Cori-Flow仪器可用于同时测量质量流量、温度和密度。Cori-Flow仪器通过两个平行管循环来形成震荡系统的一部分，当流体流过管道时，科里奥利力将会使管弯曲或扭曲，从而引起循环过程中的变量相位的变化或相移，该相位的变化或相移将被传感器感应到。通过Z佳定位的传感器检测极小的管道位移并进行电学估算。其结果输出信号是完全依据真实的质量流量率比率来显示的。由于传感器信号的测量相移与质量流量成正比，因此，Mini Cori-Flow可以直接测量质量流量。测量原理与密度、温度、粘度、压力、热容量或电导率无关。

     对流经管道的流体使用科里奥利力效应，可以得出通过管道的质量流量以及二级输出处的流体密度。
    这种直接测量非常准确，因为其无需根据温度、压力和密度进行校正，也不需要像热式质量流量计那样依赖流体比热。此外，科里奥利力流量计可与气体和液体一起使用，并通过其在大范围内的高精度和快速响应时间来区分。
科里奥利力流量传感器BFS和热式流量传感器MFS的规格比较

            高精密微流控PneuWave气压泵

PneuWave气压泵对流体容器加压，容器的体积范围可以从几个μL到大于1 L，容器采用安静、集成的微型压力调节系统加压。一旦容器加压，容器内的流体流入管道。在线流量传感器测量实际的流量。当在流量控制模式下操作时，流量传感器和压缩机调节系统都与微处理器连续通信。基于流量传感器读数，微处理器向压缩机调节系统发送命令，允许以nL分辨率进行高度精确的流量控制。通过这种方式，可以实现可编程的流动剖面。或者，PneuWave气压泵可以在压力控制模式下工作，其中压缩机调节系统设置在用户定义的值，并且不再进行基于流量传感器读数的任何调节。在流量控制模式和压力控制模式下记录流量和压力。

包含在PneuWave气压泵中：

l  集成内部流量传感器

l  集成内部压力传感器

l  集成内部压力调节系统

l  集成内部板载微处理器

l  超过用户定义的Z大压力时安全关闭

l  可选使用外部气源供应

l  Falcon导管的压力帽

l  PC软件

l  LabVIEW VI

l  前面板显示控制

l  可在板上存储多个校准

PneuWave气压泵的可选件：

l  各种压力帽

l  压力室

l  导管/适配器/联合接头

l  带集成驱动电子设备的液体隔离阀

l  用于模拟输出，触发和报警的I/O模块

l  用于生成不同液体校准的软件

主要特点

l  内置一个安静的压缩机 – 全电动！无需外部压缩机！

l  精确、准确的流体流量控制

l  纳升分辨率

l  基于气动模式，带集成流量传感器的闭环

l  无脉冲流动

l  响应时间快，稳定性好

l  无限制的流体储液池容积

l  通过用户友好的控制软件实现可编程的流体输送

l  可以通过前显示器或PC软件（独立和LabVIEW）进行操作

l  可配置1到8个通道

l  独立控制或与PC同步

l  可以在流速或压力控制模式下运行

l  可以存储多个校准，以便对不同液体进行精确的流速控制

l  低死体积的流体路径

l  兼容多种化学品

l  高性能

l  非常适用于微流体应用

l  可选的扩展I/O功能

PneuWave气压泵的配置

为您的应用定制：选择流量型号、压力型号和通道数量。

PneuWave气压泵可配置各种流量和压力模型。另外，这些泵可包含各种数量的独立流体通道。

通道数量

l  1通道

l  2通道

l  4通道

l  8通道

压力型号

l  低压：0-1 bar

l  高压：0-4 bar

流量型号*

l  Nano : 20 – 7000 nL/min

l  Micro : 0.1 – 50 μL/min

l  Milli : 30 – 1000 μL/min

l  Milli +5 : 0.2 – 5.0 mL/min

*型号可以在提供的校准范围之外运行。但是，当在每个型号的相应范围内操作时，流量测量将是Z准确的。

流量规格参数

压力规格参数

如何使用压力控制器进行超精确和响应的流量控制？

由于微流控刚开始出现时采用注射泵以及注射泵易于寻找、使用等方面的历史原因，使得注射泵是微流体实验应用中Z常用的系统。然而，由于压力控制独特的性能可以增强实验，很多研究人员开始转向压力控制系统。

本文中，我们将解释压力驱动的流量控制如何工作，不同驱动控制技术的优点/缺点以及如何根据您的要求在注射泵和压力控制之间进行选择。

组件列表
（1）微流体OB1 MK3流量控制器

（2）样品储液池

（3）液体流量传感器

实验装置连接图：将您的系统转换为强大的注射泵
压力驱动的流量控制是取代注射泵的明智选择，它允许在毫秒响应时间内无脉冲流动，包括在样品储液池内使用气体输入压力，以便将液体从储液池流到您的微流体实验装置。

流量控制原理
压力控制器对储液池如Eppendorf，Falcon或含有样品的瓶子等施加压力，然后，将液体平稳且准瞬间注入到微流体芯片中。

图3：样品储液池被加压，气体推动液体表面，流体将流过出口。因此，控制储液池的输入气体的压力将能够控制流出储液池的液体。由于采用压电技术的压电压力调节，Elveflow系统能够在40   ms内调节液体流量，稳定性为0.005%。压力驱动流量控制的一个优点在于能够处理数百mL的流体体积。因此，您可以将您的系统变成一个强大的注射泵。

通过将我们的压力控制器与流量传感器相结合，您可以实现超精确和快速响应的流量控制。您可以在Elveflow软件中设定液体流量值，并且由于可定制的PID反馈回路，压力控制器将自动调节压力以便达到所设定的液体流量值。

优点/弱点

性能：注射泵 VS 压力控制
注射器泵的主要优点是它们非常易于使用，并且微流体实验中使用注射泵的两个主要缺点是在设置新的液体流速时，由于电机步进而导致的流动振荡的响应时间较慢。芯片内部的流量变化可能需要几秒到几小时（请参见：为什么注射泵在微流体实验中具有较低的响应？博文），这种反应性的缺乏是注射泵对于许多应用的主要限制之一。

现代微流体压力控制器还可以通过将流量计与反馈回路集成来控制压力和流量。因为当微流体研究人员需要高流量响应性，高流动稳定性和准确度，以及当他们使用死端通道或需要大量的样品时，他们主要使用压力控制器。

响应时间和稳定性

结论
如前所述，每个系统都有其缺点和优点。注射泵方便，并且已经使用了很长时间。然而，当设置复杂或需要精细控制时，性能受到限制（响应时间，振动等等），这在微流体实验中经常碰到这种情况。

压力控制越来越多地被使用，因为它是为微流体开发的，它完全满足用户的期望（响应性、稳定性、可重复性等等）。压力控制技术几乎涵盖了所有的微流体应用（97%以上），并开始进入其它相关领域，如生物学和化学。同时，配套压力控制器的可选配件如切换阀MUX、传感器等非常广泛，可以针对实验的需求而加以选择，同时这些选配件的价格下降使得其应用领域更加广泛。

Elveflow同时提供压力控制器OB1、液体流量传感器MFS和BFS、液体压力传感器MPS及微流体切换阀等，希望广大的研究人员凭借这些优异的微流控仪器取得丰富的研究成果。