在使用壓力泵進(jìn)行流體控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，通�？梢赃x擇“恒流控制”或“恒壓控制”模式，部分操作人員會忽視兩者的區(qū)別，視之為等同，本文通過完成兩類測試實(shí)驗(yàn)，對比這兩類控制模式在實(shí)驗(yàn)中的性能表現(xiàn)，并說明兩者的區(qū)別。

氮?dú)夤?個(gè)，F(xiàn)LOW-EZ壓力泵1個(gè)，儲液池1個(gè)，流量傳感器1個(gè)，較長的毛細(xì)管（可代表微流控系統(tǒng)中的毛細(xì)管和微流控芯片通道），廢液池1個(gè)，已安裝實(shí)時(shí)監(jiān)測軟件AIO（All-in-One Software）的 PC 1臺，儀器配套電纜等。

將實(shí)驗(yàn)器材按照上圖進(jìn)行連接，搭建流體測試系統(tǒng)，初始化壓力泵與PC端的AIO軟件，分別進(jìn)行流體的“恒流控制”和“恒壓控制”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)流程如下：
一、流體“恒流控制”實(shí)驗(yàn)流程
1.于壓力泵設(shè)定流體流速為660μl/min。
2.壓力泵往儲液池泵入氮?dú)�，將儲液池里的液體（水）驅(qū)動經(jīng)過流量傳感器，流至毛細(xì)管中，最終，壓力泵將毛細(xì)管中的液體排盡，于廢液池中收集，時(shí)間約為63分鐘。
3.實(shí)驗(yàn)過程中，流量傳感器將實(shí)時(shí)流速和壓力通過傳至壓力泵，壓力泵將數(shù)據(jù)傳至PC端的AIO軟件以實(shí)時(shí)顯示。
4.保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
 
二、流體“恒壓控制”實(shí)驗(yàn)流程
1.設(shè)定壓力泵輸出壓力為115mbar。
2.壓力泵往儲液池泵入氮?dú)�，將儲液池里的液體（水）驅(qū)動經(jīng)過流量傳感器，流至毛細(xì)管中，最終，壓力泵將毛細(xì)管中的液體排盡，于廢液池中收集，時(shí)間約為50分鐘。
3. 實(shí)驗(yàn)過程中，流量傳感器將實(shí)時(shí)流速和壓力通過傳至壓力泵，壓力泵將數(shù)據(jù)傳至PC端的AIO軟件以實(shí)時(shí)顯示。
4.保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
 
數(shù)據(jù)分析
整理上文所做實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別得到恒流模式和恒壓模式下的流速與壓力變化曲線，如下：

恒流模式下流速與壓力變化曲線


恒壓模式下的流速與壓力變化曲線
 

觀察以上兩圖，容易發(fā)現(xiàn)，在“恒流模式”下，設(shè)定流速為660μl/min，實(shí)驗(yàn)中流速始終在660μl/min上下浮動，而壓力泵輸出壓力呈現(xiàn)出逐步下降的趨勢；在“恒壓模式”下，設(shè)定壓力泵輸出壓力為115mbar，實(shí)驗(yàn)中壓力泵輸出壓力保持不變，但流速呈現(xiàn)出逐步上升的趨勢。
將以上結(jié)果分析結(jié)合簡化后的流阻計(jì)算公式：△P = R • Q（Q為流量，△P表示壓差，R表示流阻，具體內(nèi)容請參照此公眾號上一期推文），說明系統(tǒng)中流阻隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增長而變小。這是因?yàn)椋�在壓力�?strong>將毛細(xì)管中的液體排盡的過程中，毛細(xì)管中的液體隨時(shí)間流出，流體測試系統(tǒng)中的流阻逐步下降，從而導(dǎo)致了壓力和流量的變化。
 
結(jié)論
由此可以得出，“恒壓模式”并不完全等同于“恒流模式”，特別是在進(jìn)行微流體實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于存在外界擾動或者內(nèi)部流阻變化的現(xiàn)象，“恒壓模式”并不能保證恒流，這對于一些對流速有要求的實(shí)驗(yàn)，將造成較大影響，如在液滴制備中，流速決定生成液滴的頻率和大小，恒定流速是制備均一液滴的充分必要條件，所以在液滴制備中，“恒流模式”是最好的選擇，此模式下，壓力泵可根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中流阻的變化調(diào)節(jié)壓力，以保證流速的穩(wěn)定。當(dāng)然，“恒流模式”也不能替代“恒壓模式”，在有的應(yīng)用中，必須采用“恒壓模式”，如在超臨界二氧化碳萃取中，對壓力要求較高，需要將壓力保持在一個(gè)值之上。因此，在實(shí)驗(yàn)過程中，特別是微流體實(shí)驗(yàn)過程中，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇“恒壓模式”或“恒流模式”。