李開良，劉堅(jiān)

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 臨床醫(yī)學(xué)工程處，江蘇 南京 210029

二氧化碳培養(yǎng)箱的故障分析與維修

李開良，劉堅(jiān)

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 臨床醫(yī)學(xué)工程處，江蘇 南京 210029

本文詳細(xì)分析了二氧化碳培養(yǎng)箱常見的3例故障的原因和排除過程。

二氧化碳培養(yǎng)箱；紅外傳感器；醫(yī)療設(shè)備維修

研究細(xì)胞與微生物的功能、代謝以及對(duì)環(huán)境諸多影響因素的反應(yīng)時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)造既能使細(xì)胞與微生物脫離復(fù)雜機(jī)體內(nèi)環(huán)境的直接影響，又能維持正常生命活動(dòng)的環(huán)境條件[1]。二氧化碳培養(yǎng)箱可以使細(xì)胞等在人工環(huán)境中生長。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種組織和細(xì)胞的培養(yǎng)、腫瘤、心臟疾病研究、細(xì)菌培養(yǎng)、遺傳工程及試管嬰兒等[2]。我院有多種型號(hào)培養(yǎng)箱，以下就3例故障現(xiàn)象及維修方法做一簡單介紹。

1 故障一

1.1 故障現(xiàn)象

美國Thermo（熱電）公司 Forma 系列二氧化碳培養(yǎng)箱開機(jī)后，顯示面板頻閃，無法完成自檢，設(shè)備無法正常工作。

1.2 故障分析

開機(jī)后顯示面板無法正常顯示，閃爍不定，重啟培養(yǎng)箱后，故障依舊。猜測(cè)該現(xiàn)象是由于電源不穩(wěn)造成的，使用萬用表測(cè)量電源插座電壓，結(jié)果為220 V穩(wěn)定電壓，排除供電電壓造成的故障，初步懷疑培養(yǎng)箱內(nèi)部開關(guān)電源輸出不正常。

1.3 故障排除

斷開電源開關(guān)輸出端，用模擬萬用表分別測(cè)量輸出端12 V和5 V直流電壓，萬用表指針均左右擺動(dòng)不定，說明開關(guān)電源所輸出的2種電壓均不穩(wěn)定，造成顯示面板頻閃，設(shè)備不能正常工作。把培養(yǎng)箱內(nèi)部開關(guān)電源拆下，用接線夾給開關(guān)電源提供220 V交流電，測(cè)量其整流橋后端濾波電容兩端直流電壓為310 V左右，說明其整流濾波電路正常[3]。進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)開關(guān)電源所用脈寬調(diào)制芯片UC3844的7腳即VCC（芯片正電源引腳）電壓偏低[4]。造成電路脈寬調(diào)制不能正常工作，進(jìn)而導(dǎo)致開關(guān)電源輸出不穩(wěn)定。脈寬調(diào)制芯片UC3844部分電路，見圖1。檢查發(fā)現(xiàn)其中電容C4容量偏低，該電容參與脈寬調(diào)制芯片的VCC引腳供電，此電容容量偏低會(huì)造成芯片工作不穩(wěn)定，遂更換相同參數(shù)電容，電容更換后，使用萬用表再次測(cè)量開關(guān)電源的兩路輸出電壓，發(fā)現(xiàn)可以輸出穩(wěn)定12 V和5 V電源，把開關(guān)電源重新安裝后，二氧化碳培養(yǎng)箱顯示面板可正常顯示，自檢可通過，設(shè)備可以正常工作，故障排除。

圖1 UC3844部分電路圖

2 故障二

2.1 故障現(xiàn)象

英國Galaxy R二氧化碳培養(yǎng)箱的二氧化碳濃度偏低，校準(zhǔn)程序中，增益Gain值已調(diào)至最大，二氧化碳濃度仍偏低，影響正常使用。

2.2 故障分析

二氧化碳培養(yǎng)箱中二氧化碳濃度的測(cè)量目前有2種方式，分別為熱傳導(dǎo)（T/C）傳感器和紅外（IR）傳感器。熱傳導(dǎo)式傳感器工作原理，見圖2。其中R1、R2、R3、r共同組成電橋，電橋與可變電流源、伺服電路、調(diào)節(jié)器A共同組成閉環(huán)控制電路。當(dāng)氣體濃度為0時(shí)，調(diào)節(jié)電橋橋臂電阻使電橋處于平衡狀態(tài)，調(diào)定傳感器的工作電流I（I決定傳感器的工作溫度）。檢測(cè)氣體時(shí)，若氣體導(dǎo)熱系數(shù)增加（減少），由于氣體的熱傳導(dǎo)作用，傳感器的溫度降低（上升），阻值減少（增加），電橋失去平衡，輸出不平衡電壓經(jīng)放大后送到控制伺服電路，伺服電路的輸出使可變電流源的輸出電流增大（減少），增大（減少）的電流通過熱導(dǎo)傳感器，使溫度上升（下降），阻值增大（減少），直到電橋重新恢復(fù)平衡為止。電流增大（減?。┑臄?shù)值反映導(dǎo)熱系數(shù)的大小，測(cè)出Uo的變化量從而檢測(cè)出被測(cè)氣體濃度[5]。

紅外式傳感器是由紅外光源、測(cè)量氣室、可調(diào)干涉濾光片、光探測(cè)器、光調(diào)制電路、放大系統(tǒng)等組成可發(fā)出3～10 μm的紅外線，其中包含了4.26 μm處二氧化碳?xì)怏w的強(qiáng)吸收峰。在氣室中，二氧化碳吸收光源發(fā)出特定波長的光，經(jīng)探測(cè)器檢測(cè)則可顯示出二氧化碳對(duì)紅外線的吸收情況。干涉濾光片是可調(diào)的，調(diào)節(jié)它可改變其通過的光波波段，從而改變探測(cè)器探測(cè)到信號(hào)的強(qiáng)弱。紅外探測(cè)器為薄膜電容，吸收了紅外能量后，氣體溫度升高，導(dǎo)致室內(nèi)壓力增大，電容兩極間的距離就要改變，電容值隨之改變。二氧化碳?xì)怏w的濃度愈大，電容值改變也就愈大[6]。

Galaxy R 二氧化碳培養(yǎng)箱的二氧化碳傳感器使用的是紅外（IR）方式，二氧化碳濃度偏低，懷疑二氧化碳傳感器測(cè)量不準(zhǔn)。由于更換二氧化碳傳感器成本非常高，所以決定自行維修。將濃度偏低的培養(yǎng)箱與正常培養(yǎng)箱對(duì)比，發(fā)現(xiàn)偏低的培養(yǎng)箱傳感器內(nèi)紅外光源亮度比正常培養(yǎng)箱內(nèi)紅外光源亮度偏低。初步判斷二氧化碳濃度偏低是由于紅外光源亮度偏低造成。

2.3 故障排除

把二氧化碳傳感器拆開，發(fā)現(xiàn)其紅外光源為一紅外燈泡，更換燈泡，重新安裝傳感器后，進(jìn)行校準(zhǔn)。在培養(yǎng)箱校準(zhǔn)模式下，通過調(diào)節(jié)增益值，來校準(zhǔn)二氧化碳濃度，結(jié)果見表1。校準(zhǔn)后，保存GAIN值，二氧化碳濃度正常，與其他正常培養(yǎng)箱對(duì)比燈泡亮度近似，培養(yǎng)箱可以正常使用，故障排除。

表1 二氧化碳濃度校準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定

圖2 熱導(dǎo)式傳感器工作原理

3 故障三

3.1 故障現(xiàn)象

美國Thermo（熱電）公司 Forma系列二氧化碳培養(yǎng)箱顯示溫度過高，報(bào)警燈閃爍，報(bào)警蜂鳴器規(guī)律性鳴響。

3.2 故障分析

Forma系列二氧化碳培養(yǎng)箱內(nèi)部有2個(gè)溫度傳感器，一個(gè)參與控制箱體加熱，一個(gè)為溫度顯示測(cè)量。溫度過高報(bào)警原因有：① 培養(yǎng)箱內(nèi)溫度過高，這說明箱體加熱控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，箱體持續(xù)加熱；② 培養(yǎng)箱內(nèi)顯示溫度傳感器損壞，測(cè)量不準(zhǔn)；③ 箱體內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇卡死，造成局部過熱，測(cè)量溫度過高報(bào)警。

3.3 故障排除

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)循環(huán)風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，風(fēng)扇軸承卡死，更換相同規(guī)格軸承，風(fēng)扇可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，二氧化碳培養(yǎng)箱高溫報(bào)警消失，故障排除。

4 總結(jié)

我院二氧化碳培養(yǎng)箱種類型號(hào)繁多，但原理基本相似，所以根據(jù)掌握的原理去分析故障，可以很容易的解決問題。其他設(shè)備的維修也類似，設(shè)備的維修首先需要掌握設(shè)備的工作原理，然后根據(jù)相應(yīng)的故障去認(rèn)真分析，根據(jù)分析結(jié)果逐步排查，不要盲目拆卸，這樣在設(shè)備的維修中才可以做到事半功倍。

[1] 曾照芳,賀志安.臨床檢驗(yàn)儀器學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2012.

[2] 肖平.醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源的應(yīng)用分析[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2012,9(7): 78-80.

[3] 張琦.醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源維修技術(shù)的探討[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2014,29(8):143-144.

[4] 何道清,張禾,諶海運(yùn).傳感器與傳感器技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2014.

[5] 李亞萍,張廣軍,李慶波.空間雙光路紅外CO2氣體傳感器及其測(cè)量模型[J].光學(xué)精密工程,2009,17(1):14-19.

[6] 李昌鋒,沙洪.醫(yī)用CO2濃度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及信號(hào)處理方法研究[J].現(xiàn)代檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志,2011,26(3):23-26.

Analysis and Maintenance of Carbon Dioxide Incubator Fault

LI Kai-liang，LIU Jian
Department of Clinical Medical Engineering, the First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210029, China

R197.39；TH776

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.02.052

1674-1633(2016)02-0165-02

2015-05-22

2015-07-08

作者郵箱：kailiang1988@163.com