Ako optimalizovať výsledky manipulácie s kvapalinou

Pochopiť a ovládať najdôležitejšie vplyvy

Pri dávkovaní alebo pipetovaní v laboratórnej automatizácii je dôležité získať spoľahlivé výsledky, ktoré sa analyzujú výpočtom kontroly správnosti a presnosti. Na dosiahnutie týchto výsledkov je potrebné zvážiť viacero ovplyvňujúcich faktorov – od meracieho zariadenia až po vonkajšie a vnútorné vplyvy.

Vyberte vhodné meracie prístroje

V prvom rade, výsledky manipulácie s kvapalinou závisia od spoľahlivých výsledkov meraní. Ak je napríklad v dôsledku zlého merania veľký rozdiel medzi dodaným a nameraným objemom, vedie to k zavádzajúcim ukazovateľom výkonnosti. Je preto veľmi dôležité používať vhodné meracie prístroje. Rôzne metódy a podmienky merania sú popísané v ISO 8655 a ISO 23783, ako napr. najväčšia dovolená systematická a náhodná chyba pre rôzne objemové rozsahy. Základnou požiadavkou je však udržiavať čo najkonštantnejšie podmienky prostredia a vylúčiť vonkajšie aj vnútorné vplyvy.

Vyhnite sa vonkajším vplyvom

Aj keď sú meracie zariadenia v poriadku, môžu sa vyskytnúť neuspokojivé výsledky, ktoré nie sú spôsobené dávkovacou alebo pipetovou hlavou. Niektoré typické chyby a protiopatrenia sú:

  • Vzduch v systéme
    • Možné príčiny: neodplynené kvapaliny, príliš veľa komponentov, rozdelenie kanálov so zväčšeným priemerom atď.
    • Protiopatrenia: Prepláchnite systém, vyhnite sa zväčšeniu priemeru kanálov od začiatku do konca, znížte počet komponentov
  • Častice v systéme a netesné ventily
    • Možné príčiny: špinavé produkty, nedostatočná filtrácia, nesprávne armatúry, poškodené hadice atď.
    • Protiopatrenia: Vyčistite produkty pred inštaláciou, prepláchnite systém vyšším tlakom, použite špeciálne armatúry pre kvapaliny ako NLFA, použite vhodné vzduchové a kvapalinové filtre
  • Slabá opakovateľnosť
    • Možné príčiny: pomalé ovládanie ventilov, pokles tlaku medzi kanálmi, pokles tlaku v dôsledku zníženého objemu v nádrži, tolerancie komponentov atď.
    • Protiopatrenia: použitie rýchlej riadiacej jednotky (napr. Festo VAEM-V), kalibrácia každého kanála/ventilu, použitie snímača tlaku kvapaliny za zásobníkom
  • Rôzne podmienky prostredia
    • Možné príčiny: Nestála teplota, vibrácie, dlhé hadicové spoje atď.
    • Protiopatrenia: Udržujte podmienky prostredia čo najkonštantnejšie, minimalizujte vonkajšie vplyvy, skráťte dĺžku hadíc na minimum

Eliminovať vnútorné vplyvy

Ako už bolo spomenuté, vonkajšie vplyvy môžu drasticky ovplyvniť výsledky. Napriek tomu aj malé zmeny na danej dávkovacej a pipetovacej hlave môžu zlepšiť výsledky – najmä pri malých cieľových objemoch. Festo používa dávkovanie a pipetovanie s riadeným tlakom. V tomto prípade je nevyhnutné použiť ventil s dobrou opakovateľnosťou a reprodukovateľnosťou bez efektov prestávok. Pokiaľ ide o dávkovacie aplikácie, výber správnej ihly je tiež veľmi dôležitý.

Skúsme si toto správanie overiť na príklade s dávkovacou hlavou Festo VTOE. Výsledky dávkovania s rôznymi priemermi ihiel ukazujú dve zásadné zistenia:

  • Vysoká linearita: V závislosti od času otvorenia a ihly sa dávkovaný objem vyvíja lineárne.
  • Aby sa dosiahlo rovnaké množstvo dávkovaného objemu s rôznymi ihlami, sú potrebné rôzne časy impulzov.

Podmienky merania

  • Tlak 300 mbar
  • Teplota miestnosti 23°C
  • Vodný roztok (voda)
  • 24 V bez obmedzenia pridržiavacieho prúdu

Ak sa pozriete na zodpovedajúce hodnoty CV kanála (tiež nazývané CV v priebehu alebo v rámci testu) v závislosti od výsledkov dávkovania ihly, okamžite sa stanú viditeľné dva ďalšie dôležité poznatky:

  • CV sú veľmi nízke – to znamená, že systém funguje veľmi dobre.
  • Ako sa čas pulzu zmenšuje, CV sa zvyšuje.

Podmienky merania

  • Tlak 300 mbar
  • Vnútorný priemer dávkovacej ihly 0,60 mm
  • Teplota miestnosti 23°C
  • Vodný roztok (voda)
  • 24 V bez obmedzenia pridržiavacieho prúdu

Dôvod vyšších CV s kratšími časmi impulzov je jednoduchý: pri otváraní a zatváraní ventilov existuje veľa parametrov a vlastností, ktoré sa môžu mierne líšiť (napr. časové rozlíšenie riadiacej jednotky, spínacie správanie ventilu, prietok kvapaliny atď.). Ak je doba impulzu nízka, časový podiel zapnutia a vypnutia je vyšší a má teda väčší vplyv. To vedie k väčšiemu rozptylu výsledkov dávkovania a horším CV.
Aby sa tomu zabránilo, sú dôležité poznatky z prvého diagramu. Použitím ihly s nižšou prietokovou rýchlosťou (napr. menším vn. priemerom) je možné predĺžiť čas impulzu, aby sa dosiahol daný objem. Týmto spôsobom sa hodnoty CV opäť zlepšia pri rovnakom cieľovom objeme.

Zhrnutie

Stručne povedané, je zrejmé, že dobrý výsledok manipulácie s kvapalinou závisí od niekoľkých parametrov. V prvom rade je potrebné vhodné meracie zariadenie. Okrem toho je veľmi dôležité vyhnúť sa vonkajším vplyvom navrhovaním vhodných kvapalinových kanálov, vytváraním čistej pracovnej atmosféry a udržiavaním čo najkonštantnejších podmienok prostredia. Nakoniec, použitím správnych komponentov pre každú aplikáciu možno eliminovať vnútorné vplyvy.

O autorovi
Christian Sampedro
Produktový manažment Priemyselný segment LifeTech
Festo SE & Co. KG
Kontakt

apríla 2023

Prehľad