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        Sigma 1-13型離心機(jī)結(jié)構(gòu)原理與維修

        2012-11-16 09:41:08郭劍馮雁峰高艷艷程環(huán)
        中國(guó)醫(yī)療設(shè)備 2012年9期
        關(guān)鍵詞:場(chǎng)效應(yīng)管離心機(jī)指示燈

        郭劍,馮雁峰,高艷艷,程環(huán)

        軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院 實(shí)驗(yàn)儀器廠,北京 100850

        Sigma 1-13型離心機(jī)結(jié)構(gòu)原理與維修

        郭劍,馮雁峰,高艷艷,程環(huán)

        軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院 實(shí)驗(yàn)儀器廠,北京 100850

        本文介紹了Sigma 1-13型離心機(jī)的電路結(jié)構(gòu)和控制原理,列舉了三個(gè)故障排除實(shí)例,闡述了故障查找的思路,并就如何防范故障提出了建議。

        離心機(jī);結(jié)構(gòu)原理;故障維修

        0 前言

        在醫(yī)學(xué)研究中,離心機(jī)是常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,Sigma1-13型離心機(jī)采用無(wú)刷變頻電機(jī),具有噪音小、升降速度快、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),深受廣大科研人員喜愛(ài)。目前該款離心機(jī)已經(jīng)停產(chǎn),市場(chǎng)代替品是Sigma1-14型。但該款離心機(jī)在我院實(shí)驗(yàn)室中仍有相當(dāng)數(shù)量。筆者在維修該款離心機(jī)的實(shí)踐中,對(duì)其結(jié)構(gòu)原理、故障排除有了一定積累,與同行分享如下。

        1 結(jié)構(gòu)原理

        離心機(jī)工作原理,見(jiàn)圖1。關(guān)閉蓋門(mén)以后,兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合,220 V交流電壓經(jīng)過(guò)整流濾波以后,形成310 V直流電壓“(U+)”。同時(shí)CPU控制模塊通電工作,“Open”(開(kāi)蓋)按鈕旁邊的“Cover”指示燈亮。按下“Start/Stop”按鈕啟動(dòng),“Cover”指示燈熄滅,“Start/ Stop”旁的“Run”指示燈處于閃爍狀態(tài),離心機(jī)電機(jī)在CPU模塊的控制下通過(guò)變頻模塊的驅(qū)動(dòng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)測(cè)速傳感器反饋轉(zhuǎn)速信號(hào),CPU模塊通過(guò)比較設(shè)定轉(zhuǎn)速和測(cè)量轉(zhuǎn)速,輸出合適的控制信號(hào),使電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在所設(shè)轉(zhuǎn)速。

        當(dāng)離心時(shí)間到,或按下“Start/Stop”按鈕后,電機(jī)開(kāi)始減速,如果減速過(guò)程中電機(jī)反饋的能量使U+超過(guò)一定數(shù)值,則制動(dòng)電路的比較器輸出控制信號(hào)使場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,過(guò)高的直流電壓在制動(dòng)電阻上得以釋放,從而保護(hù)變頻電路[1]。當(dāng)電機(jī)完全停止后,“Run”指示燈滅,“Cover”指示燈亮,此時(shí)按下“Open”按鈕,開(kāi)蓋電磁閥動(dòng)作,蓋門(mén)打開(kāi),同時(shí)兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi),整機(jī)電源關(guān)閉。

        電機(jī)運(yùn)行中如果電流過(guò)大,電流取樣電阻上的電壓就會(huì)升高,升高到一定值后,過(guò)流保護(hù)電路起作用,將信號(hào)反饋回CPU模塊,CPU模塊停止向變頻電路輸出控制信號(hào),從而有效保地護(hù)電路。

        2 故障實(shí)例

        2.1 故障一

        2.1.1 故障現(xiàn)象

        開(kāi)機(jī)后,關(guān)閉蓋門(mén),“Cover”指示燈亮,按下“Open”按鈕,指示燈熄滅一下,又亮,開(kāi)蓋電磁閥沒(méi)有動(dòng)作。但電機(jī)能正常啟停。

        2.1.2 故障排除

        檢查電路,發(fā)現(xiàn)是控制電磁閥的場(chǎng)效應(yīng)管IRF830損壞。原因極有可能是異常電流沖擊所致。開(kāi)蓋電磁閥控制電路原理圖,見(jiàn)圖2。更換新的場(chǎng)效應(yīng)管IRF830后,故障解決。

        2.2 故障二

        2.2.1 故障現(xiàn)象

        開(kāi)蓋功能正常,按下“Start/Stop”按鈕后,電機(jī)轉(zhuǎn)速很慢,不能按照設(shè)置轉(zhuǎn)速正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

        2.2.2 故障排除

        此類(lèi)故障多屬于測(cè)速電路故障[2]。

        測(cè)速傳感器及其引線示意圖,見(jiàn)圖3。測(cè)速傳感器UGN3177是鎖存型霍爾集成電路,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),磁環(huán)的“N”“S”極交替接近霍爾傳感器,“OUTPUT”端輸出脈沖信號(hào),其頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比[3]。由于該傳感器位于電機(jī)正下方,當(dāng)離心腔內(nèi)有液體漏入離心機(jī)內(nèi)部時(shí),很容易腐蝕該傳感器及其引線。從而導(dǎo)致CPU模塊無(wú)法測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速,電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。更換新的UGN3177,故障解決。

        離心機(jī)使用完畢后,要取出轉(zhuǎn)頭,將腔體內(nèi)雜物、積液等清理干凈,否則雜物掉落電機(jī)下部,極易腐蝕電機(jī)和測(cè)速傳感器[4-5]。筆者維修時(shí)將測(cè)速傳感器和接線端用硅膠涂抹封閉,可有效防止漏液腐蝕。

        2.3 故障三

        2.3.1 故障現(xiàn)象

        開(kāi)機(jī)過(guò)程中,內(nèi)部有打火聲音,發(fā)出焦糊味。

        2.3.2 故障排除

        打開(kāi)機(jī)箱,發(fā)現(xiàn)有顆固定門(mén)鎖的螺釘?shù)粼诹穗娐钒迮c變頻電路的場(chǎng)效應(yīng)管之間,導(dǎo)致6個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管IRF830中的2個(gè)損壞。更換同型號(hào)的場(chǎng)效應(yīng)管,重新開(kāi)機(jī),關(guān)閉蓋門(mén),“Cover”指示燈亮,按下“Open”按鈕,指示燈熄滅一下,又亮,但開(kāi)蓋電磁閥沒(méi)有動(dòng)作。按下“Start/Stop”按鈕,電機(jī)也不能啟動(dòng)。

        首先查找開(kāi)蓋電磁閥無(wú)法動(dòng)作的原因(參考圖2),測(cè)量?jī)蓚€(gè)光電耦合器SFH6106-3 和場(chǎng)效應(yīng)管IRF830均正常。接通電源,在線測(cè)量發(fā)現(xiàn)+15 V電源的測(cè)試點(diǎn)電壓為0。+15 V電源的電路,見(jiàn)圖4。查看電路板,測(cè)量+15 V和信號(hào)地間的電阻,發(fā)現(xiàn)為短路。此+15 V電源主要為制動(dòng)電路的比較器LM393、變頻電路的驅(qū)動(dòng)部分供電。極有可能是變頻電路損壞時(shí),導(dǎo)致穩(wěn)壓芯片TL431C或LM393擊穿短路。

        采用逐個(gè)排除故障的思路,先焊下TL431C,測(cè)量+15 V和信號(hào)地間的電阻仍為短路,再焊下LM393,測(cè)量電路板上短路狀態(tài)消失。測(cè)量LM393的4、8腳間的電阻為短路,說(shuō)明該芯片已被擊穿。重新焊上TL431C,再次開(kāi)機(jī),測(cè)量+15 V電源輸出正常,按下“Open”按鈕,電磁閥動(dòng)作,蓋門(mén)打開(kāi),“Cover”指示燈滅。這樣就證明原來(lái)的TL431C沒(méi)有損壞。

        換上新的LM393,重新關(guān)閉蓋門(mén),按下“Start/Stop”按鈕,“Cover”指示燈滅,“Run”指示燈不亮,電機(jī)無(wú)法啟動(dòng),幾秒種后,“Cover”指示燈亮。CPU模塊很可能接收到某種信息,處于保護(hù)狀態(tài)。

        查看電路,CPU模塊與變頻電路之間通過(guò)7個(gè)光電耦合器SFH6345傳遞信號(hào),其中6個(gè)SFH6345用于驅(qū)動(dòng)變頻電路,1個(gè)用于傳遞過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)信號(hào)。

        過(guò)壓和過(guò)濾保護(hù)電路工作原理,見(jiàn)圖5。當(dāng)U+超過(guò)一定值后,比較器LM393的7腳輸出高電平,場(chǎng)效應(yīng)管IRF830導(dǎo)通,過(guò)高電壓通過(guò)制動(dòng)電阻得以釋放。此時(shí)1腳輸出仍為低電平,光電耦合器SFH6345導(dǎo)通,CPU模塊無(wú)須過(guò)壓保護(hù)。如果制動(dòng)電路失效,電壓U+再度上升,導(dǎo)致LM393的1腳輸出為高電平,則SFH6345截止,CPU模塊得到信號(hào),中斷向變頻電路輸出信號(hào),從而保護(hù)變頻電路。當(dāng)流過(guò)電機(jī)的電流超過(guò)一定限值時(shí),電流取樣電阻R68兩端的電壓升高導(dǎo)致三極管V23導(dǎo)通,從而使SFH6345截止,CPU模塊啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)。

        待機(jī)狀態(tài)下,在線測(cè)量LM393的1腳電壓為0,光電耦合器應(yīng)該導(dǎo)通,但測(cè)量SFH6345的5、6腳電壓為5 V,說(shuō)明此光電耦合器可能損壞。更換新的SFH6345后,電機(jī)正常啟動(dòng),各項(xiàng)功能正常。

        此故障只因一顆小螺絲釘?shù)牡袈湟鹆艘贿B串的元器件損壞。因此儀器生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí),應(yīng)該盡可能避免在電路板上方設(shè)計(jì)經(jīng)?;顒?dòng)的部件,否則很容易造成緊固件松動(dòng)后掉落在電路板上。由于空間所限無(wú)法避開(kāi)時(shí),可以考慮安裝擋板等隔離措施。

        3 總結(jié)

        目前,醫(yī)學(xué)研究實(shí)驗(yàn)儀器用戶使用說(shuō)明書(shū)里都沒(méi)有電路原理圖,甚至結(jié)構(gòu)原理框圖也沒(méi)有。廠家維修一般都采用直接更換電路板的方式,收費(fèi)昂貴。特別是一些進(jìn)口儀器停產(chǎn)后,維修配件供應(yīng)中斷,出故障以后,只能報(bào)廢,浪費(fèi)了科研經(jīng)費(fèi)。筆者在歷次維修中,不斷積累電路原理圖等資料,逐漸摸清了儀器的電路工作原理,采用“元件級(jí)維修”方式,有效地保障了科研工作的順利進(jìn)行。

        當(dāng)儀器電路板上有很多器件連帶損壞時(shí),要首先搞清楚電路板各功能模塊的工作原理和控制流程,采用“先易后難”、“順藤摸瓜”的原則,逐步排除故障。最后總結(jié)故障實(shí)例三的排除思路(圖6),以供參考。

        [1] 張燕賓.小孫學(xué)變頻[M].北京:中國(guó)電力出版社,2010:105-119.

        [2] 趙曉光.eppendorf 5415C離心機(jī)常見(jiàn)故障檢修及器件替代[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,1997,(6):39-40.

        [3] 譚建成.電機(jī)控制專(zhuān)用集成電路[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1997:355-357.

        [4] 錢(qián)國(guó)華.實(shí)驗(yàn)室樣品前處理系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2011,26(3):37-39.

        [5] 陳宏軍,張華.醫(yī)療設(shè)備的維修與保養(yǎng)工作[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2011, 32(8):96-98.

        Principle and Maintenance of Sigma 1-13 Centrifugal Machine

        GUO Jian, FENG Yan-feng, GAO Yan-yan, Cheng Huan
        Experimental Instrument Plant, Academy of Military Medical Sciences, Beijing 100850, China

        TH789

        B

        10.3969/j.issn.1674-1633.2012.09.049

        1674-1633(2012)09-0150-03

        2012-04-06

        郭劍,工程師,主要從事醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器質(zhì)量控制、計(jì)量與維修等工作。

        作者郵箱:guojian162@hotmail.com

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