變頻調(diào)速器能紅極一時，是因為旋轉(zhuǎn)電樞直流電動機的壽命太短。事實是直流電動機的調(diào)速成本zui低 精度zui高 設(shè)備zui簡單。只要直流電動機能長壽，變頻調(diào)速器就是廢銅爛鐵。

　　離心機是將樣品停止分散的儀器，廣泛應(yīng)用干生物醫(yī)學(xué)、煤油化工、農(nóng)業(yè)、食物衛(wèi)生等范疇，它使用分歧物質(zhì)在離心力場中積淀速度的差別，實現(xiàn)樣品的闡發(fā)結(jié)合。離心機自問世以來，歷經(jīng)低速、調(diào)解、超速的變化，其進展主要表現(xiàn)在離心設(shè)備和離心技術(shù)兩方面，二者相輔相成。從轉(zhuǎn)速看，臺式離心機根本屬于低速、高速離心機的領(lǐng)域，因此具有低速和高速離心機的技術(shù)特點，其結(jié)構(gòu)主要由電機驅(qū)動系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、轉(zhuǎn)頭和系統(tǒng)控制等幾部分組成，與落地式離心機相比只不外是尺寸和容量小一點而已。通用臺式離心機的發(fā)展已經(jīng)含糊了低速、高速、微量和大容量離心機的界限，浩繁的轉(zhuǎn)頭為科研職員提供相稱廣泛的應(yīng)用范圍，成為科研實驗室機型，如美國的Sorvall的

　　ST2l，德國 Heracus新機型 Biofuge Stratos等。

　　本文將聯(lián)合國表里盛行的臺式離心機．偏重從功能結(jié)構(gòu)，先容臺式離心機的要害技術(shù)及其希望，并盼望通過海內(nèi)外風(fēng)行機型的技術(shù)總結(jié)和比較，供給有益的選型發(fā)起。

　　1．交換變頻調(diào)速將漸漸代替直流調(diào)速

　　轉(zhuǎn)速調(diào)治體系是離心機的焦點局部，由控制、功率驅(qū)動和電機三大概素構(gòu)成，主要是控制電機的轉(zhuǎn)速。在離心機的生長歷程中直流調(diào)速功不行沒，其主要特性是擁有精良的起制動、調(diào)速范疇寬、布局簡樸、本錢低、實踐和實際都比擬成熟等，因而八十年月前在離心機中獲得遍及的應(yīng)用較成熟等，因此八十年月前在離心機中得到普遍的利用，至今仍在應(yīng)用和不停的革新，如改良直流電機銅頭和碳刷的耐磨性，以延伸電機的壽命和碳刷的調(diào)換周期等。

　　可控硅相控直流調(diào)速是經(jīng)典的直流調(diào)速方案，結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟，根本饜足離心機調(diào)速的需求，因此在國內(nèi)外離心機中得到廣泛的應(yīng)用。其主要缺點是，整流波形差、電流脈動大、輕負載時易呈現(xiàn)斷流征象、為保持直流電機電流的一連，需加一粗笨的平滑電感，增長了儀器的體積和重量。八十年代后，隨著全控功率器件的發(fā)展，如功率晶體管和場效應(yīng)管等，開關(guān)功率變更技術(shù)漸漸在離心機直流調(diào)速系統(tǒng)中得到應(yīng)用，如德國

　　eppendorf 5410和

　　5402離心機，這種技術(shù)主要是通過高頻直流斬波，調(diào)節(jié)脈沖占寬比，轉(zhuǎn)變輔出電壓，為直流電機供電。由于開關(guān)頻率很高，一般小于50KHZ僅靠電機自身的電感濾波，即可得到膩滑的直流電流，降服了可控硅相控直流調(diào)速的缺點，因此轉(zhuǎn)速更膩滑，調(diào)速規(guī)模更寬。

　　開環(huán)調(diào)速是zui簡略的調(diào)速方案，乃至十多少個分立器件或一個集成塊即可構(gòu)成一個體系，以是至今海內(nèi)某些廉價位的離心思仍接納這種計劃，其重要缺陷是必要手動調(diào)速，不克不及節(jié)制電機的電流，轉(zhuǎn)速精度和技能附加值都比力低。鑒于開環(huán)調(diào)速的范圍性，國表里大部門離心機廣泛采納既有電流反應(yīng)又有轉(zhuǎn)速反饋的雙閉環(huán)調(diào)速方案，其重要好處是主動調(diào)速、升速快、轉(zhuǎn)速超調(diào)小、精度高、限流功效制止電機配件過電流破壞。

　　固然直流調(diào)速汗青久長、技術(shù)成熟、但直流電機機械整流子換向是其致命的缺點，限制了電機的轉(zhuǎn)速，整流子帶來干擾，須要更換碳刷等，使得早期的超速或高速離心機不得不采用如齒輪變速的間接提速方案或其它方法，增多了成本和體積，低落了壽命和可靠性。七十年代末，國外超速離心機中采用變頻調(diào)速技術(shù)，主要通過轉(zhuǎn)變感應(yīng)電機的供電頻率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。由于感應(yīng)電機無需機械整流子，不僅免除改換碳刷之煩，而且提高了電機轉(zhuǎn)速，甚至十幾萬轉(zhuǎn)的超速離心機，也能直接驅(qū)動，大大簡化離心機的結(jié)構(gòu)。變頻調(diào)速的技術(shù)關(guān)鍵：一是全控功率器件的發(fā)展和應(yīng)用，簡化了調(diào)速的技術(shù)關(guān)鍵：一是全控功率器件的發(fā)展和應(yīng)用，簡化了逆變器的主電路；二是SPWM技術(shù)改進了逆變器的機能指標(biāo)；三是控制技術(shù)的發(fā)展，如矢量控制技術(shù)等，使感應(yīng)電機的控制性能到達或*直流電機的程度；四是變頻調(diào)速大范圍集成電路和微處理器大大簡化了變頻電路，如西門子三相可編程脈寬調(diào)制集成電路SIH4520、In公司的SX196MC和

　　TI公司的 TMS

　　320C240電機控制單片機等，今朝變頻調(diào)速*可以和直流調(diào)速相媲美。九十年代后，外洋主要離心機廠商的全線產(chǎn)品險些都采用變頻調(diào)速的技術(shù)，不管超速、高速，照樣低速離心機，如德國Heraeus、Hettich等，我國也將變頻調(diào)速離心機列為攻關(guān)籌劃，部分廠家曾經(jīng)推出變頻調(diào)速離心機，如上海安亭科學(xué)儀器廠，中科院生物物理所等。憑據(jù)交流電機差別，變頻調(diào)速也有所區(qū)別，目前變頻調(diào)速離心機中所用電機主要有三種：異步感到電機、無刷直流電機和可變磁阻電機。1988年SORVALL應(yīng)用無刷直流電機初次推出RC－285亞超速離心機，Beckman應(yīng)用可變磁阻電機分娩出轉(zhuǎn)速高達三萬轉(zhuǎn)的Avanti系列離心機，其起制動加減速率比同類離心機快一倍，但現(xiàn)在應(yīng)用zui提高和zui成熟同時是異步感到電機。

　　2．多功能、自動化和微機控制

　　跟著離心機制作和應(yīng)用技術(shù)的生長，離心機不只在調(diào)速技術(shù)方面獲得希望，并且在多功能和自動化方面也有長足前進，如可變速度起制動、法式變速、直接輸入向心力、操作程序的存儲和挪用、儀器狀況的主動診斷、請求盡大概全的顯示離心機的參數(shù)和狀態(tài)信息、越發(fā)美滿的平安掩護功能等，有些功能不但是如虎添翼，并且直接影響離心結(jié)果，如可變速率起制動和步伐變速可以改進區(qū)帶離心結(jié)果和收縮離心時候等。早期離心機控制系統(tǒng)由分立元件組成，電路龐大、成本高、很多功能難以完成。采用微機技巧后，可由軟件替換硬件的功能或?qū)崿F(xiàn)硬件難以實現(xiàn)的功能，如離心機程序控制、電機控制等，不僅大大簡化硬件的結(jié)構(gòu)，而且多功能、自動化也成為實際。一樣平常離心機微機控制系統(tǒng)的焦點是單片微機，硬件系統(tǒng)包羅：操作界面、電機控制界面、溫度控制界面、寧靜防護監(jiān)控界面、系統(tǒng)監(jiān)控等。操作界面辦理鍵盤和表現(xiàn)器，為便干用戶操作和監(jiān)督運轉(zhuǎn)參數(shù)，操作界面應(yīng)遵照簡單簡要，邏輯性強，參數(shù)一覽無余的準(zhǔn)則。德國Heraeus的Biofugestratos離心機采用”EasyCon－trol’臊作界面，周全表現(xiàn)和分手處置懲罰運行參數(shù)，采用承認(rèn)的圖形言語和盡可能少的單一功用操縱鍵；德國Hettich離心機僅用三個鍵即可處置懲罰操作參數(shù)；德國Hermle新款離心機承繼傳統(tǒng)離心機的操作特點，仍采用旋鈕調(diào)理參數(shù)。電機控制界面的輸入是電機的電流和轉(zhuǎn)速信號，輸出是電機轉(zhuǎn)速的控制旌旗燈號，轉(zhuǎn)速傳感一樣平常有：同軸發(fā)電機測速、磁阻測速、霍爾器件測速、光電投射和折射式測速，由千光電和霍爾測速集成度高、本錢低、牢靠和應(yīng)用簡略，以是日前應(yīng)用較多。離心機轉(zhuǎn)頭腔體溫度控制系統(tǒng)的道理和構(gòu)造與平凡冰箱大抵雷同，但尚未廣泛采用先輩的、精度更高變頻壓機調(diào)溫技術(shù)：也有應(yīng)用半導(dǎo)體（vehier）器件制冷，但不普遍；有些離心機，如德國HettiCh的16和30F，為縮小電機熱傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)頭風(fēng)阻產(chǎn)熱對樣品的影響，采用風(fēng)冷降溫技術(shù)，風(fēng)冷離心機的風(fēng)道計劃是要害，一般風(fēng)從頂部吸入，由底部排擠，活動的氣體將轉(zhuǎn)頭和電機的熱量帶走，科學(xué)的風(fēng)道既能夠降溫，也可以淘汰樂音；有些離心機控制和顯示轉(zhuǎn)頭內(nèi)樣品的溫度（Sample

　　Temperature），而有些是控制和顯示轉(zhuǎn)頭腔體的溫度，前者需做大量的實驗，技術(shù)含量高，更受用戶的接待。安全防護監(jiān)控界面主要包括：超速、超溫、轉(zhuǎn)頭不平衡、轉(zhuǎn)頭識別和門鎖監(jiān)控等。系統(tǒng)監(jiān)控要監(jiān)制系統(tǒng)自身的狀態(tài)，實時維護和給出妨礙信息，方便維修。單片微機挑選集水平高、及總線在內(nèi)部的單片機，集水平高可以減少造價和提高可靠性，可以簡化設(shè)計和提高集成度，內(nèi)部總線通過

　?。桑峡谂c外部隔離，減輕電磁噪音對總線的干擾，eppendorf5415C控制系統(tǒng)的核心僅由一個帶ADC的單片機（38ADP70）和一個外圍集成塊（ULN2802A組成，電路非常簡單。

　　3．留意安全、環(huán)保和標(biāo)準(zhǔn)

　　離心機利用不妥，如轉(zhuǎn)頭超速、超載、不屈衡等，都有可能損壞儀器，乃至炸頭，要挾人身安全，所以廠商分外細致安全設(shè)計，上及列國也訂定響應(yīng)的安全尺度，如德國的離心機不測變亂防護范例（UVV，

　　VBG 7Z），離心機和離心管的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DIN

　　58970，PARTI，2，3and4）。機械安全設(shè)計主要囊括以下內(nèi)容：①門鎖防護系統(tǒng)，采用機械和電子雙層門鎖，要求門鎖封閉后，離心機才氣啟動，電機制止動后，才可以開蓋g②離心機腔體和蓋采用結(jié)實的裝甲鋼，以防轉(zhuǎn)頭飛逸心轉(zhuǎn)頭的不平衡檢測至關(guān)緊張，轉(zhuǎn)頭的不平衡會導(dǎo)致電機軸產(chǎn)生擺動，影響離心機壽命，緊張時，會折斷電機軸，甚至炸頭。一般通過檢測電機軸的擺動探知不平衡，罕用的方法有：機械位置開關(guān)、磁敏電阻（MSR）、超聲測距、加快度傳感等。機械位置開關(guān)簡單實用應(yīng)用zui廣，Heraeus的Biofuge

　　Stratos離心機采用加速率傳感器配以數(shù)據(jù)處理軟件，研制出智能不平衡識別系統(tǒng)，可以針對每一種轉(zhuǎn)頭的特定分量，在離心的全歷程舉行監(jiān)控，一改以往機械地位不均衡識別系統(tǒng)需恨據(jù)軸的擺動間隔，而且只要在加快階段才管用的缺點，使其在任何速率，甚至在高速運轉(zhuǎn)時，也能探測到哪怕是試管破碎和樣品外溢而招致的不平衡；④進步離心機自身的抗不平衡威力，不僅可以進步離心機的結(jié)實性，同時由于轉(zhuǎn)頭操作時，不需嚴(yán)厲的平衡，甚至目視平衡即可，因而便當(dāng)了用戶操作。一般小型離心機將整個電機放在抗震的彈性支架上，如橡膠墊等，高速離心機還每每采用揉性軸抗震。eppendorf5415C將整個電機吊掛在橡膠支架上，Heraeus的

　　Biofuge Statos離心機初次采用稱力“Spindie

　　Driver”的抗震驅(qū)動系統(tǒng)，整個軸放在一個抗震緩沖容器中，降服了揉性軸易折、易斷的缺點，因此更壯實、更耐不均衡、起制動更快（約305）；⑤轉(zhuǎn)頭辨認(rèn)系統(tǒng)可以自動的辨別轉(zhuǎn)頭，制約轉(zhuǎn)頭的zui高轉(zhuǎn)速，有用地防備了用戶的誤操作。轉(zhuǎn)頭識另外基來源根基理是為每一個轉(zhuǎn)頭設(shè)惟一的編碼，或在每一個轉(zhuǎn)頭底部鑲嵌一定命量的小磁鐵，用霍爾傳感，或是采用光電折射環(huán)傳感，更龐雜的有超聲和無線射頻轉(zhuǎn)頭認(rèn)別，轉(zhuǎn)頭不消運轉(zhuǎn)即可辨認(rèn)，甚至連轉(zhuǎn)頭蓋能否蓋好都能探知。

　　環(huán)保主要體現(xiàn)在兩方面，一是制冷系統(tǒng)采用無氟制冷劑或半導(dǎo)體（Peltier）制冷，但目前采用半導(dǎo)體系體例冷的離心機尚未幾見；二是降噪音，一般通常發(fā)言聲為60分p，大眾氣車行駛聲為70至80分貝，醫(yī)學(xué)研討評釋，70分貝以上的噪音醒目擾發(fā)言，形成心亂如麻，影響事情，甚至引發(fā)難故，依據(jù)我國產(chǎn)品格量檢驗機構(gòu)計量認(rèn)證技術(shù)稽核標(biāo)準(zhǔn)（fiG102一90），測試實行室的噪音不得大于70dBo平日離心機采月的降噪音步伐有：外殼和遷移轉(zhuǎn)變頭腔體加吸音涂層；采用牢固慎重的抗震底座噸機與機械框架用彈性減震器斷絕；應(yīng)用無整流子電機等。一般經(jīng)減震處理后，離心機的噪音可以限定在60分貝以內(nèi)。

 

　旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機，具有異步電動機的耐久性能和旋轉(zhuǎn)電樞直流電動機的轉(zhuǎn)矩性能于調(diào)速性能，是性能zui的電動機，直流變壓調(diào)速不會產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)，調(diào)速成本非常的低。它可以把有限的原材料制造成更有市場價值的商品，可成為企業(yè)會下金蛋的鵝，在整個工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒁l(fā)一場電動機革命，旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機以當(dāng)今IEGT的功率容量4500v5500A，單機功率做到50000KW是輕而易舉。從事電機研究的工作人員來南召縣云陽鎮(zhèn)看一看我的科技成果，就知道這一切都是真的。

　　此項技術(shù)如果讓西門子 東芝 等大公司購買，中國的電機制造企業(yè)就會遭受毀滅性的打擊，成千上萬的工人會失去生活來源。這是因為我國大功率IGBT IEGT制造幾乎是空白，而西門子 東芝 英飛凌---具有先天優(yōu)勢。 

　　變頻調(diào)速器淘汰有如下原因

　　1價格昂貴 變頻器比電機還貴 多數(shù)企業(yè)難以承受

　　2產(chǎn)生諧波嚴(yán)重污染電網(wǎng) 破壞電網(wǎng)功率因數(shù) 使電氣設(shè)備誤動作 大幅度增加供電消耗

　　3低速轉(zhuǎn)矩太弱 需要重負荷啟動設(shè)備不能應(yīng)用

　　4低速轉(zhuǎn)矩波動嚴(yán)重 高精度控制領(lǐng)域不能應(yīng)用

　　5高達2000-20000赫茲的載波頻率 產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁輻射危害人體 干擾電子設(shè)備正常工作

　　6載波頻率導(dǎo)致渦流消耗和磁滯消耗增加 線圈的趨膚效應(yīng)猛增導(dǎo)致電機發(fā)熱嚴(yán)重 致使電機的工作效率底下

　　7功率模塊經(jīng)常燒壞 需要增加巨大的維護成本 一些企業(yè)哭笑不是

　　8軸流引起電機軸承加速損壞 使用變頻器的異步電動機需要經(jīng)常更換軸承

　　9變壓調(diào)速的旋轉(zhuǎn)磁場直流電動機問世 變頻調(diào)速器已是窮途末路

　　作為電氣設(shè)備，離心機還必需滿意相應(yīng)的電氣安全和電磁兼容性（EMC）標(biāo)準(zhǔn)，如電工委員會（International

　　Electrotechnical Commission，

　　IEC）的“IEC醫(yī)用電氣設(shè)備安全公則”。歐盟的“EN61010－且和61010－2－020”，電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)有歐盟“EN55082－１”等。我國也參照標(biāo)準(zhǔn)，制訂了得當(dāng)我國國情的電氣安全和電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，“醫(yī)用電氣設(shè)施通用安全要求”及“電動?xùn)|西、家用電器和雷同用具無線電干擾特點的丈量法子和容許值（GM343－84）”等。安全規(guī)矩主要劃定了絕緣電阻、泄電流、接地線電阻和接地電阻等四個指標(biāo)，要求用戶在大修后或定期查抄這四個指標(biāo)。1996年1月歐盟正式頒發(fā)并實行電磁兼容性指標(biāo)，劃定通常經(jīng)過“EN55082－二”EMC認(rèn)證的設(shè)備，配發(fā)CE標(biāo)記，并規(guī)定凡帶有CE標(biāo)記的產(chǎn)物，歐盟各加友邦應(yīng)答應(yīng)過境，不許留難。電磁規(guī)范要求電氣設(shè)置裝備擺設(shè)不該對外界孕育發(fā)生電磁干擾，還本身也要有抗電磁干擾的本領(lǐng)。因為離心機既有孕育發(fā)生強電磁滋擾的電氣傳動系統(tǒng)，又有對電磁滋擾敏感的微機弱電系統(tǒng)，所以豈論是廠家照舊用戶都應(yīng)存眷離心機的電磁兼容性?？傊x心機的機械和電氣Heraeus的highconic足人們對證量和安整日益嚴(yán)酷的要求，取得標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的產(chǎn)物可以取得用戶更多的信托。

　　4．回頭改進和品種增加

　　實驗室常用的轉(zhuǎn)頭有：角度頭、甩平頭、垂直頭，以及和比年發(fā)展的轉(zhuǎn)頭，如間斷流頭、淘洗頭、區(qū)帶頭、酶標(biāo)板頭、毛細管頭、煤油測試頭、滾筒頭和生物安全*，轉(zhuǎn)頭種類增多，改進了離心方法，拓寬了應(yīng)用范疇。除種類增多外，轉(zhuǎn)頭的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)也有很大的進展。轉(zhuǎn)頭的材質(zhì)主要是鋁合金和鈦合金。鋁合金重量輕、強度高、造價低，但抗腐化和耐高溫性差；鈦合金除具有鋁合金的長處外，還可以抗腐蝕和耐高溫性，直接進行高壓高溫消毒，在高溫下工作。為減輕電機的負荷及增加樣品的容量，很多廠家改進了轉(zhuǎn)頭的質(zhì)料和結(jié)構(gòu)，推出超輕轉(zhuǎn)頭：Beckman和Hitachi推出碳纖維轉(zhuǎn)頭，重量只有鋁合金頭的三分之一；

　　Sorval的系列超輕鋁制頭重量減少一半；

　　IEC研制出抗腐耐溫的聚丙烯頭，既可以漂白洗濯消毒，也可以直接高壓高溫消毒；Heraeus的highconic（45度高速角度頭）頭，采用空腔體結(jié)構(gòu)，在小離心機中，負荷

　　6 X 50ml樣品，高速運行；

　　eppendorf采用薄鋁合金板，用模具壓成空心角度頭；Hettich用薄鋼板周邊開槽掛吊藍的要領(lǐng),http://www.airfilterscn.com，制成甩平頭。別的方面，Heraeus改進了生物頭的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，辦理生物頭高速密封差的缺點，高壓高溫消毒次數(shù)不限，并顛末自力評估機構(gòu)英國應(yīng)用微生物研制中間的CAMR測試。

　　轉(zhuǎn)頭在高速運轉(zhuǎn)時，內(nèi)部會產(chǎn)生離心應(yīng)力，當(dāng)離心應(yīng)力超越肯定的限度后，將惹起轉(zhuǎn)頭過早失效，甚至炸頭，所以用戶肯定要注意轉(zhuǎn)頭的使用和妥帖保存。轉(zhuǎn)頭使用后，應(yīng)實時蕩滌，切勿碰撞擦傷，如失慎掉，應(yīng)答轉(zhuǎn)頭進行X光搜檢，確認(rèn)內(nèi)部無創(chuàng)傷后，方可使用。使用中，應(yīng)及時停止超壽命振蕩培養(yǎng)箱轉(zhuǎn)頭的使用，通常廠家都注明轉(zhuǎn)頭的時數(shù)和離心次數(shù)，不論哪一個指標(biāo)先到，都闡明轉(zhuǎn)頭壽命已到。關(guān)干轉(zhuǎn)頭壽命的延長應(yīng)嚴(yán)格遵照廠家的說明，一般在下列環(huán)境下，要低落轉(zhuǎn)頭的zui高轉(zhuǎn)速：①轉(zhuǎn)頭的壽命已到，但轉(zhuǎn)頭生存良好，按廠家闡明降速耽誤運用；②轉(zhuǎn)頭部分毀傷或輕細腐化；③使用不銹鋼離心管和套管心樣品均勻密度超過1.2g/ml時。

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