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全自动生化分析仪纯水机分析

[导读]本文以日立全自动生化分析仪为例,对配套纯水机的作用、结构及工作原理做了较为详 细的分析。同时介绍了该类纯水机的维护保养及常见故障的检修方法,对纯水机的正常运行和使 用发挥了保障作用。

全自动生化分析仪是具有微机控制、机电、光学一体 化的仪器,由计算机、电极、试剂、比色、样品输送、管 路清洗等系统组成。其中管路清洗系统主要是在每做完一 个测试项后,利用蒸馏水或去离子水对生化仪的加样针、 试剂针和反应槽以及所有与其连接的管路进行冲洗和清洗, 以确保下一个测试项的准确度,因此蒸馏水在全自动生化 仪中起到很重要的作用 [1,2]。 

1  纯水机的作用

由于目前各医院使用的全自动生化仪测试速度快,测 试项目多,测试量大,加之每做一个测试项都要进行管

路冲洗,因此对蒸馏水的需求量很大。以日立7180 全 自动生化仪为例,虽然在生化仪内部装有一个10L容量 的蒸馏水箱,但因仪器使用的蒸馏水或去离子水的量大 (40L/800Tests),所以要求连接一个产水量在50L/h 以上、 电导度 < 1μs/ cm 的纯水机。日立 7180 生化仪内部蒸馏水 冲洗及供排水管路示意图如图 1 所示。 目前许多医院装备的日立生化仪都是配套使用杭州天 创净水设备有限公司生产的 TCH-RO 系列的纯水机,该系 列纯水机是专为检验科及实验分析室等用水要求高、而用 水量少的特点开发的产品,参照了进口全自动生化分析仪 的水质要求设计。 根据生产厂家提供的技术手册标明,TCH-RO 系列纯 水机的技术参数及性能指标如下 : 进水水质:城市自来水,要求水质符合 GB-57492 规定。 供电要求 :交流 220V,50Hz。 耗电功率 :0.7kW。 操作压力 :1.0~1.2 MPa。 大操作压力 :1.4 MPa。 产水量 : 40L/h、70L/h、150L/h  (25℃ )。 产水水质 :≥ 10MΩ·cm ( 或≤ 0.1μs/ cm)。 离子交换树脂造水量 :15000L  ( 原水含量 < 100ppm)。 2  TCH-RO系列纯水机的结构与作用 TCH-RO 系列的纯水机为了保证出水的纯净度(电导 度 < 1μs/ cm),采用了反渗透的制水方式,其整机结构流程图如图 2 所示

2.1  原水泵    用于给原水(自来水)加压。 

2.2  预处理部分 由 1# 过滤器(粗过滤器 20μm 滤芯)、2# 过滤器(活 性炭过滤器)、3#过滤器(精密过滤器5μm滤芯)组成。 其中1#过滤器主要是过滤原水中较粗大的杂质。而2#活 性炭过滤器,是利用活性炭的微孔结构可以提供非常大的 表面积,吸附原水中的可溶性有机物、活性氯和氯胺、致 热源、色素等,活性炭过滤器是水处理系统前处理的一个 重要组成部分。3# 过滤器属于精密过滤器,使用5μm的 滤芯,除了过滤原水中的细小杂质外,还有另外一个作用, 就是可以过滤活性炭可能释放出的微粒子(fines),以避免 微粒子对下游设备的堵塞和对反渗膜的破坏。 2.3  电磁阀 在工作时与原水泵同时动作,原水泵运转,电磁阀打开, 使经过预处理的原水进入高压泵。 

2.4  高压泵 为反渗膜提供正常工作所需要的压力。 2.5  反渗膜 反渗透系统进行水的纯化是基于分子筛和离子排斥的 原理,反渗膜是一种半透膜,可以阻挡分子量 >300 的溶解 性无机物、有机物、细菌、内毒素、病毒和颗粒,可以排 斥 90%~95% 的双价离子和 95%~99% 的单价离子。 2.5.1 渗透与渗透压。渗透是指两种不同浓度的液体,被半 透膜分开,低浓度液体中的溶剂向高浓度一侧移动,促使 着移动的力量叫渗透压。 2.5.2 反渗透。在高浓度溶液一侧施加外力超过渗透压时, 溶剂就会反向从高浓度一侧移向低浓度一侧,这个过程称 为反渗透。 水处理系统的反渗透装置就是根据这一原理设计的, 利用高压泵加压迫使水通过反渗膜。 2.5.3 纯水和浓缩水。加了高压的水进入反渗透装置后,在通过反渗膜时被分成两部分:透过反渗膜的水称为反渗水 (即纯水),另外一部分不经过反渗膜而被排斥掉,称为 浓缩水,浓缩水中含有90%~99%的无机物和有机物[3]。 2.6  流量计 用于指示纯水机的制水流量,单位为 LPH(即 L/h)。 

2.7  离子交换器 离子交换器(树脂混床)的作用主要是通过阴阳离子 交换,去除水中溶解的无机物,从而生产出高质量和高电 阻率的纯净水。 

2.8  微孔过滤器 对生成的反渗水做进一步的微细过滤,提高纯净水的 纯净度。 

2.9  电阻传感器和电阻显示器 用于实时监测和数字显示生成的纯净水的电阻值。电 阻率(或电导率)是纯水机出水的重要检测指标,是对水 中杂质含量的一个综合评估指标。电导率的值越小(电阻 率的值越大)越好,说明水中的杂质少,制出的水纯净度 高 [4]。 

2.10  水箱 用于储存纯水机产生的纯净水。水箱内安装有高低水 位传感器,用以控制纯水机的制水过程。当水箱内水位低 于设定的低水位时,纯水机自动启动进行制水 ;当水位到 达设定的高水位时,纯水机自动停止制水。 

2.11  压力表 纯水机装有三块压力表,分别显示原水出口压力、高 压泵入口压力和高压泵出口压力。 

3  TCH-RO系列纯水机工作原理分析 该系列纯水机控制工作电路原理图如图3所示。由主 电路、控制电路和手动 / 自动控制转换电路组成。


3.1  主电路  由接触器 KM1 、KM2 的常开接点分别控制原水泵和高 压泵电源的通断。 

3.2  控制电路 包括原水泵控制电路和高压泵控制电路,分别控制原 水泵和高压泵的启动和停止。 

3.2.1 原水泵控制电路。由原水泵启动按键开关AN1、原水 泵控制接触器KM1、电磁阀、指示灯等部件组成。 启动原水泵时,按下原水泵启动按键开关AN1,开关闭合,原水泵控制接触器 KM1 通过高水位控制继电器 KA2 的常闭接点得电吸合,原水泵运转。KM1 吸合后其常开接 点闭合自锁,保持 KM1 的吸合状态,同时电磁阀和指示灯 也随之得电吸合和点亮。自来水通过原水泵的运转加压, 经过预处理单元(即 1#、2#、3# 过滤器)和电磁阀进入高 压泵。 

3.2.2 高压泵控制电路。由高压泵启动按键开关AN2、高压 泵控制接触器KM2、原水压力开关、指示灯、电阻表等部 件组成。其中原水压力开关是为了保护高压泵而设计,当 原水压力低于设定的压力值时,压力开关处于断开状态, 避免因原水压力太低,流量小而造成高压泵的损坏。在 原水压力正常时,按下高压泵启动按键开关AN2,开关闭 合,高压泵控制接触器KM2通过原水压力开关的闭合接点 和高水位控制继电器KA2的常闭接点得电吸合,高压泵运 转。KM2吸合后其常开接点闭合自锁,保持KM2的吸合状 态,同时电阻表和指示灯也随之得电工作和点亮。原水通 过高压泵的运转加压,进入反渗膜内进行反渗透制水。 在制水过程中,经过反渗膜制成的反渗水(即纯水) , 通过混床树脂的离子交换,微细过滤器的再次过滤,进一 步提高了纯水的纯净度,存入水箱内。 另一部分未经过反渗膜的浓缩水,则通过浓缩水排放 阀被排入回收管路中,进行回收再利用。 

3.2.3 手动/自动控制转换电路。该系列纯水机可进行手动控 制制水,也可进行自动控制制水,通过手动/自动转换开关 S2进行转换。当转换开关S2处于断开位置时,此时纯水机 为手动控制制水功能;而当转换开关S2处于闭合位置时, 则为自动控制制水功能。 在自动控制制水时,自动控制指示灯点亮。当水箱内 水位低于设定的低水位时,低水位开关闭合,低水位控制 继电器KA1得电吸合,其常开接点KA1-1、KA1-2 闭合, 继而使得原水泵控制接触器 KM1 和高压泵控制接触器 KM2 得电吸合,原水泵和高压泵运转,纯水机开始制水。 随着制水时间的延长,水箱内的水位逐渐升高,当水 位高于设定的高水位时,高水位开关闭合,高水位控制继 电器 KA2 得电吸合,其常闭接点 KA2-1、KA2-2 断开,使 得原水泵控制接触器KM1和高压泵控制接触器KM2掉电 释放,原水泵和高压泵停止运转。周而复始,进行自动控 制制水过程。 

4  纯水机的维护保养 良好的维护保养是避免发生不必要的故障,确保纯水 机工作正常,延长设备使用寿命的前提。因此,做好纯水 机的日常维护是确保其产出合格纯净水的必要条件。

 4.1  每天检查和记录纯水机的各个工作参数 工作参数包括自来水压力、原水泵和高压泵的工作压 力、流量、电阻率等。发现异常及时通知医工部技术人员给予检修。

 4.2  定期检查和更换滤芯 由于预处理部分的滤芯担负自来水中杂质的滤过作用, 运行一段时间后,滤芯会被杂质堵塞。纯水机在运行中, 如发现原水压力表与高压泵进口压力表指示的压力差大于 0.06MPa (0.6kgf/cm2)时,则提示滤芯被堵塞,应更换相同 规格的滤芯(1# 为 20μm ;3# 为 5μm)。 2# 滤芯为活性炭滤芯,一般为使用 3 个月后更换 1 次。

 4.3  树脂混床 工作中,当纯水机的出水水质降低,电阻值变小达不 到要求时(即电导率≥1μs/cm或电阻率≤1MΩ·cm), 需要进行更换。该纯水机的树脂混床为4支树脂柱一体化 设计,不能拆开,属一次性更换。 

4.4  注意事项 (1) 如自来水停水或水压不足时(未开机时原水压力表 指示在 0.05MPa 以下),不能强行手动开机。 (2) 高压泵控制电路中安装有低压保护器,当高压泵进 口压力表显示的压力值小于0.03MPa 时,高压泵处于被保 护状态,无论是手动控制还是自动控制状态,高压泵均不 能启动。此时应重点检查自来水水压、过滤器进出口压力 差和原水泵的工作情况。 

5  相同故障现象不同故障原因 在实际工作中,一旦纯水机发生故障,不能正常供水 时,都会引起生化仪停止工作,并显示“31-1  Stop  Water  Reservoir  Level  Too  Low ”的报警信息和报警音响。虽然 生化仪表现得故障现象相同,但发生故障的原因各异。现 列举 3 例不同原因引起的故障分析情况。 

故障现象 1:纯水机原水泵运转正常,但高压泵不工作, 不能制水。 故障原因分析 :首先查看原水出口压力表和高压泵入 口压力表,显示的压力值正常,且二者差值不大,在规定 的范围内。将纯水机工作模式置于手动控制方式,按下高 压泵启动按键,高压泵不动作。参照图3所示的纯水机电 路原理图分析,造成高压泵不动作的因素有以下几种可能: (1) 高压泵本身损坏 ; (2) 高压泵供电回路电路中存在开路情况 ; (3) 高压泵控制器件损坏。 经细致检查,高压泵及所有控制器件均完好无损,唯 高压泵供电控制回路中低压保护器的接点处于开路状态, 致使高压泵不能得电运转。在供水管路压力正常情况下, 低压保护器的接点应在闭合状态,只有当管路中压力低于 设定值时,才断开接点,起到保护高压泵的作用。结合图 2纯水机水路流程图分析,原水泵运转正常、压力表显示 的压力正常,但高压泵低压保护器动作,说明进入高压泵 的水压太低。考虑为电磁阀未正常动作,造成阀体两端管路压力不平衡所致。引起故障的原因有两个可能 :① 电磁 阀供电回路存在故障,造成电磁阀缺电未能吸合 ;② 电磁 阀本身损坏。 经查,电磁阀供电回路正常,线圈两端随原水泵的启动, 存在 220V 电压,排出了供电回路的问题。进一步检查电 磁阀,发现电磁阀线圈总成部位外壳破裂损坏,测量线圈 直流电阻呈断路状态(阻值无穷大),见图 4 所示。更换相 同规格的线圈总成后,纯水机工作转为正常。

从图2所示纯水机水路流程图中可以看出,由于纯水 机的高压泵入口压力表置于电磁阀的进水端,电磁阀有无 损坏对压力表的压力显示影响不大,所以单从压力表显示 的压力观察未能发现电磁阀的故障问题。若该压力表接在 电磁阀的出水端,一旦电磁阀损坏造成出水压力下降,则 可以迅速判断故障部位。 故障现象 2 :纯水机制水正常,水箱水位到达高水位 时纯水机自动停机。   故障原因分析 :生化仪在工作中,通过机器内部的控 制信号来控制纯水的供应。当内部蒸馏水罐内的水位降低 后,生化仪发出控制信号,使连接生化仪和纯水机储水箱 的加压泵运转,向生化仪供水 ;待生化仪内部蒸馏水罐注 满纯水后,生化仪则发出停止加压泵工作的信号。生化仪 与纯水机连接示意图如图5所示。鉴于生化仪报警,而纯 水机工作正常,结合图5示意图分析,发生这一故障的原 因大致有以下几种可能 :

图 5   生化仪与纯水机连接示意图 (1) 纯水机与生化仪连接的供水管路存在堵塞 ; (2) 生化仪内部蒸馏水罐水位传感器失灵 ; (3) 生化仪控制纯水机供水信号线断路 ; (4) 供水控制单元部件(增加泵、控制继电器)损坏。 根据以上分析,对有关部位进行详细检查,终发现 是供水控制单元中的控制继电器的线圈与生化仪供水控制 信号线开路所致。重新将控制信号线与继电器线圈连接紧密后故障排除。 故障现象 3 :纯水机原水泵运转正常,但高压泵无法 启动,不能正常制水。 在手动控制模式下按动高压泵启动按键,高压泵启动 后立即停止运转,无法正常启动 ;而在自动控制模式下时, 高压泵频繁发生“启动 - 停止 - 启动 - 停止”现象。 故障原因分析 :根据纯水机工作时表现的现象分析, 造成高压泵不能正常启动的原因有以下几种可能 : (1)高压泵线圈存在局部短路,启动后运转电流过大, 引起过热保护 ; (2) 高压泵启动运转控制回路部件损坏。 经对高压泵及控制电路的检查,未发现存在异常问题。 再进一步仔细检查,发现原水泵运转时,原水出口压力和 高压泵入口压力显示正常,但在启动高压泵后,高压泵入 口压力迅速下降,大大低于原水出口压力,同时高压泵停 止运转。上述分析可见,引起此种现象的原因,主要是滤 芯堵塞所致,由于滤芯堵塞,造成水流量减少,在高压泵 未启动时,勉强维持管路压力。一但高压泵启动,在高压 泵前的管路中形成负压,使管路压力下降,引起压力开关 保护动作,高压泵停止运转 [6]。 6  小结 纯水机制水是一个系统工程,要对其进行良好的维护 和保养。要熟悉其水路流程、电路结构和工作原理,熟悉 各个仪表的正常示值范围,随时观察设备的工作状态,以 确保其正常的制水工作。


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