使用了具有两种不同负载能力的二维相同应变计称重传感器(Interface,Scottsdale,AZ)。这允许更灵活的测试范围,结合低范围测试的更高精度和高负载应用的更大容量。第一个容量为1334N,第二个容量为8896N。要求负载接近或高于1334N的试验将使用更大容量的称重传感器,以减少缺陷和误差。使用低容量称重传感器进行的测试将具有~1.30 N的灵敏度和更精确的信号的优点。高容量称重传感器的灵敏度为2.17 N N。使用2100系列信号调节器(VISHAY公司,Raleigh,NC)对负载电池信号进行放大,以在最大负载时产生5伏信号(最大允许输入电压到智能电机接口)。称重传感器的选择至关重要,因为在测试过程中执行器的移动需要表示弯月面外植体的位移。称重传感器的过度偏转将导致通过电机的位移读数不准确。
称重传感器集中在2.54厘米厚的铝板上,铝板是系统框架的底座(图2.1)。肩部朝上的螺柱被拧入称重传感器。此螺柱通过快速断开销连接到铝盘。盘上有六个10毫米深的井,井之间以圆形方向等距分布。每口井用聚四氟乙烯填充的Delrin压缩杆(直径=8mm)压入柱塞,柱塞通过快速断开销连接到执行机构。柱塞还具有两个压合铝销,它们滑入盘上的匹配孔中。这将使压缩杆保持在每个井的中心位置,并且只允许一个柱塞/盘方向。为了密封柱塞和盘,盘肩上有一个铝制盖,并装有一个压入盖中的线性轴承。沿帽的休息边缘,四个浅沟槽被加工,以允许在测试期间外植体的二氧化碳供应。线性轴承允许柱塞在盖内上下移动,并限制柱塞垂直运动。
框架是所有6口井保持井压相等的最关键部件。均匀的井压将确保所有六个外植体经历相同的机械刺激。框架是刚性的,以便在搬运或装配过程中保持对齐。框架由两块1英寸厚的平行铝板构成,铝板之间用一英寸直径的铝支撑杆隔开(图2.2)。以底板为中心的是带有六孔盘的称重传感器。执行机构的气缸凹进顶板中,套环将执行机构紧紧固定并垂直于顶板。
2.3.2系统精度评价
框架对准和零件加工决定了系统在所有六口井上产生均匀压力的精确程度。使用分辨率为2.54微米的测微计测量每个压缩杆的长度。对所有的威尔斯进行测量,以确保它们都是相同的深度,使用一个分辨率为25.4μm的表盘指示器。盘的顶部表面也用表盘指示器测量,以证明顶表面将垂直于称重传感器和致动器的轴线。一旦这些测量被用来证明几何结构是正确的,超低压薄膜(传感器产品公司,东汉诺威,新泽西州)被用来测量压缩过程中的井压。
使用Scion图像(马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究所)对压力膜样品进行分析,以测量压力膜样品的密度。使用压力膜时,进行重复性试验以确定压力膜的精度。薄膜的重复性是通过在材料试验机(Instron Corp.,Canton,MA)中将薄膜加载到70±2 N的目标负载来确定的。重复了七次。将薄膜放在一块直径13.66毫米、厚度3毫米的橡胶片上,橡胶片放在下压板上。将上压板(2 cm见方)降低至薄膜表面,并压缩至与0.477 MPa压力相对应的70n目标载荷。一旦达到目标载荷,上压板立即从压力膜表面升起。使用Instron对压力膜进行了校准,包括从0.2mpa到1.64mpa的压力膜加载件。使用Scion图像对所有胶片样本进行扫描和分析,该程序的密度范围设置为0-255,255完全饱和。薄膜被压缩在压板和一块类似于测试井压用橡胶的橡胶之间。
为了确定生物反应器中的井压,在培养皿顶部设置了一块3 mm厚的均匀橡胶板。压力膜被放置在 |