全自動生化分析儀純水機分析

劉長水，李婕， 崔雯

北京京煤集團總醫院 a.醫學工程部；b.檢驗科， 北京 102300

全自動生化分析儀純水機分析

劉長水a，李婕b， 崔雯b

北京京煤集團總醫院 a.醫學工程部；b.檢驗科， 北京 102300

本文以日立全自動生化分析儀為例，對配套純水機的作用、結構及工作原理做了較為詳細的分析。同時介紹了該類純水機的維護保養及常見故障的檢修方法，對純水機的正常運行和使用發揮了保障作用。

全自動生化分析儀；純水機；原理分析

全自動生化分析儀是具有微機控制、機電、光學一體化的儀器，由計算機、電極、試劑、比色、樣品輸送、管路清洗等系統組成。其中管路清洗系統主要是在每做完一個測試項后，利用蒸餾水或去離子水對生化儀的加樣針、試劑針和反應槽以及所有與其連接的管路進行沖洗和清洗，以確保下一個測試項的準確度，因此蒸餾水在全自動生化儀中起到很重要的作用[1,2]。

1 純水機的作用

圖 1 日立7180生化儀內部蒸餾水沖洗及供排水管路示意圖

由于目前各醫院使用的全自動生化儀測試速度快，測試項目多，測試量大，加之每做一個測試項都要進行管路沖洗，因此對蒸餾水的需求量很大。以日立7180全自動生化儀為例，雖然在生化儀內部裝有一個10L容量的蒸餾水箱，但因儀器使用的蒸餾水或去離子水的量大（40L/800Tests），所以要求連接一個產水量在50L/h以上、電導度< 1μs/ cm的純水機。日立7180生化儀內部蒸餾水沖洗及供排水管路示意圖如圖1所示。

目前許多醫院裝備的日立生化儀都是配套使用杭州天創凈水設備有限公司生產的TCH-RO系列的純水機，該系列純水機是專為檢驗科及實驗分析室等用水要求高、而用水量少的特點開發的產品，參照了進口全自動生化分析儀的水質要求設計。

根據生產廠家提供的技術手冊標明，TCH-RO系列純水機的技術參數及性能指標如下：

進水水質：城市自來水，要求水質符合GB-57492規定。

供電要求：交流220V，50Hz。

耗電功率：0.7kW。

操作壓力：1.0～1.2 MPa。

最大操作壓力：1.4 MPa。

產水量： 40L/h、70L/h、150L/h (25℃)。

產水水質：≥10MΩ·cm (或≤0.1μs/ cm)。

離子交換樹脂造水量：15000L (原水含量 < 100ppm)。

2 TCH-RO系列純水機的結構與作用

TCH-RO系列的純水機為了保證出水的純凈度（電導度< 1μs/ cm），采用了反滲透的制水方式，其整機結構流程圖如圖2所示。

圖 2 TCH-RO系列純水機結構流程示意圖

2.1 原水泵

用于給原水（自來水）加壓。

2.2 預處理部分

由1#過濾器（粗過濾器20μm濾芯）、2#過濾器（活性炭過濾器）、3#過濾器（精密過濾器5μm濾芯）組成。其中1#過濾器主要是過濾原水中較粗大的雜質。而2#活性炭過濾器，是利用活性炭的微孔結構可以提供非常大的表面積，吸附原水中的可溶性有機物、活性氯和氯胺、致熱源、色素等，活性炭過濾器是水處理系統前處理的一個重要組成部分。3#過濾器屬于精密過濾器，使用5μm的濾芯，除了過濾原水中的細小雜質外，還有另外一個作用，就是可以過濾活性炭可能釋放出的微粒子（fines），以避免微粒子對下游設備的堵塞和對反滲膜的破壞。

2.3 電磁閥

在工作時與原水泵同時動作，原水泵運轉，電磁閥打開，使經過預處理的原水進入高壓泵。

2.4 高壓泵

為反滲膜提供正常工作所需要的壓力。

2.5 反滲膜

反滲透系統進行水的純化是基于分子篩和離子排斥的原理，反滲膜是一種半透膜，可以阻擋分子量>300的溶解性無機物、有機物、細菌、內毒素、病毒和顆粒，可以排斥90%～95%的雙價離子和95%～99%的單價離子。

2.5.1 滲透與滲透壓。滲透是指兩種不同濃度的液體，被半透膜分開，低濃度液體中的溶劑向高濃度一側移動，促使著移動的力量叫滲透壓。

2.5.2 反滲透。在高濃度溶液一側施加外力超過滲透壓時，溶劑就會反向從高濃度一側移向低濃度一側，這個過程稱為反滲透。

水處理系統的反滲透裝置就是根據這一原理設計的，利用高壓泵加壓迫使水通過反滲膜。

2.5.3 純水和濃縮水。加了高壓的水進入反滲透裝置后，在通過反滲膜時被分成兩部分：透過反滲膜的水稱為反滲水（即純水），另外一部分不經過反滲膜而被排斥掉，稱為濃縮水，濃縮水中含有90%～99%的無機物和有機物[3]。

2.6 流量計

用于指示純水機的制水流量，單位為LPH（即L/h）。

2.7 離子交換器

離子交換器（樹脂混床）的作用主要是通過陰陽離子交換，去除水中溶解的無機物，從而生產出高質量和高電阻率的純凈水。

2.8 微孔過濾器

對生成的反滲水做進一步的微細過濾，提高純凈水的純凈度。

2.9 電阻傳感器和電阻顯示器

用于實時監測和數字顯示生成的純凈水的電阻值。電阻率（或電導率）是純水機出水的重要檢測指標，是對水中雜質含量的一個綜合評估指標。電導率的值越小（電阻率的值越大）越好，說明水中的雜質少，制出的水純凈度高[4]。

2.10 水箱

用于儲存純水機產生的純凈水。水箱內安裝有高低水位傳感器，用以控制純水機的制水過程。當水箱內水位低于設定的低水位時，純水機自動啟動進行制水；當水位到達設定的高水位時，純水機自動停止制水。

2.11 壓力表

純水機裝有三塊壓力表，分別顯示原水出口壓力、高壓泵入口壓力和高壓泵出口壓力。

3 TCH-RO系列純水機工作原理分析

該系列純水機控制工作電路原理圖如圖3所示。由主電路、控制電路和手動/自動控制轉換電路組成。

圖 3 純水機控制電路原理圖

3.1 主電路

由接觸器KM1 、KM2的常開接點分別控制原水泵和高壓泵電源的通斷。

3.2 控制電路

包括原水泵控制電路和高壓泵控制電路，分別控制原水泵和高壓泵的啟動和停止。

3.2.1 原水泵控制電路。由原水泵啟動按鍵開關AN1、原水泵控制接觸器KM1、電磁閥、指示燈等部件組成。

啟動原水泵時，按下原水泵啟動按鍵開關AN1，開關閉合，原水泵控制接觸器KM1通過高水位控制繼電器KA2的常閉接點得電吸合，原水泵運轉。KM1吸合后其常開接點閉合自鎖，保持KM1的吸合狀態，同時電磁閥和指示燈也隨之得電吸合和點亮。自來水通過原水泵的運轉加壓，經過預處理單元（即1#、2#、3#過濾器）和電磁閥進入高壓泵。

3.2.2 高壓泵控制電路。由高壓泵啟動按鍵開關AN2、高壓泵控制接觸器KM2、原水壓力開關、指示燈、電阻表等部件組成。其中原水壓力開關是為了保護高壓泵而設計，當原水壓力低于設定的壓力值時，壓力開關處于斷開狀態，避免因原水壓力太低，流量小而造成高壓泵的損壞。在原水壓力正常時，按下高壓泵啟動按鍵開關AN2，開關閉合，高壓泵控制接觸器KM2通過原水壓力開關的閉合接點和高水位控制繼電器KA2的常閉接點得電吸合，高壓泵運轉。KM2吸合后其常開接點閉合自鎖，保持KM2的吸合狀態，同時電阻表和指示燈也隨之得電工作和點亮。原水通過高壓泵的運轉加壓，進入反滲膜內進行反滲透制水。

在制水過程中，經過反滲膜制成的反滲水（即純水），通過混床樹脂的離子交換，微細過濾器的再次過濾，進一步提高了純水的純凈度，存入水箱內。

另一部分未經過反滲膜的濃縮水，則通過濃縮水排放閥被排入回收管路中，進行回收再利用。

3.2.3 手動/自動控制轉換電路。該系列純水機可進行手動控制制水，也可進行自動控制制水，通過手動/自動轉換開關S2進行轉換。當轉換開關S2處于斷開位置時，此時純水機為手動控制制水功能；而當轉換開關S2處于閉合位置時，則為自動控制制水功能。

在自動控制制水時，自動控制指示燈點亮。當水箱內水位低于設定的低水位時，低水位開關閉合，低水位控制繼電器KA1得電吸合，其常開接點KA1-1、KA1-2閉合，繼而使得原水泵控制接觸器KM1和高壓泵控制接觸器KM2得電吸合，原水泵和高壓泵運轉，純水機開始制水。

隨著制水時間的延長，水箱內的水位逐漸升高，當水位高于設定的高水位時，高水位開關閉合，高水位控制繼電器KA2得電吸合，其常閉接點KA2-1、KA2-2斷開，使得原水泵控制接觸器KM1和高壓泵控制接觸器KM2掉電釋放，原水泵和高壓泵停止運轉。周而復始，進行自動控制制水過程。

4 純水機的維護保養

良好的維護保養是避免發生不必要的故障，確保純水機工作正常，延長設備使用壽命的前提。因此，做好純水機的日常維護是確保其產出合格純凈水的必要條件。

4.1 每天檢查和記錄純水機的各個工作參數

工作參數包括自來水壓力、原水泵和高壓泵的工作壓力、流量、電阻率等。發現異常及時通知醫工部技術人員給予檢修。

4.2 定期檢查和更換濾芯

由于預處理部分的濾芯擔負自來水中雜質的濾過作用，運行一段時間后，濾芯會被雜質堵塞。純水機在運行中，如發現原水壓力表與高壓泵進口壓力表指示的壓力差大于0.06MPa (0.6kgf/cm2)時，則提示濾芯被堵塞，應更換相同規格的濾芯（1#為20μm；3#為5μm）。

2#濾芯為活性炭濾芯，一般為使用3個月后更換1次。

4.3 樹脂混床

工作中，當純水機的出水水質降低，電阻值變小達不到要求時（即電導率≥1μs/cm或電阻率≤1MΩ·cm），需要進行更換。該純水機的樹脂混床為4支樹脂柱一體化設計，不能拆開，屬一次性更換。

4.4 注意事項

(1)如自來水停水或水壓不足時（未開機時原水壓力表指示在0.05MPa以下），不能強行手動開機。

(2)高壓泵控制電路中安裝有低壓保護器，當高壓泵進口壓力表顯示的壓力值小于0.03MPa時，高壓泵處于被保護狀態，無論是手動控制還是自動控制狀態，高壓泵均不能啟動。此時應重點檢查自來水水壓、過濾器進出口壓力差和原水泵的工作情況。

5 相同故障現象不同故障原因

在實際工作中，一旦純水機發生故障，不能正常供水時，都會引起生化儀停止工作，并顯示“31-1 Stop Water Reservoir Level Too Low ”的報警信息和報警音響。雖然生化儀表現得故障現象相同，但發生故障的原因各異。現列舉3例不同原因引起的故障分析情況。

故障現象1：純水機原水泵運轉正常，但高壓泵不工作，不能制水。

故障原因分析：首先查看原水出口壓力表和高壓泵入口壓力表，顯示的壓力值正常，且二者差值不大，在規定的范圍內。將純水機工作模式置于手動控制方式，按下高壓泵啟動按鍵，高壓泵不動作。參照圖3所示的純水機電路原理圖分析，造成高壓泵不動作的因素有以下幾種可能：

(1)高壓泵本身損壞；

(2)高壓泵供電回路電路中存在開路情況；

(3)高壓泵控制器件損壞。

經細致檢查，高壓泵及所有控制器件均完好無損，唯高壓泵供電控制回路中低壓保護器的接點處于開路狀態，致使高壓泵不能得電運轉。在供水管路壓力正常情況下，低壓保護器的接點應在閉合狀態，只有當管路中壓力低于設定值時，才斷開接點，起到保護高壓泵的作用。結合圖2純水機水路流程圖分析，原水泵運轉正常、壓力表顯示的壓力正常，但高壓泵低壓保護器動作，說明進入高壓泵的水壓太低。考慮為電磁閥未正常動作，造成閥體兩端管路壓力不平衡所致。引起故障的原因有兩個可能：① 電磁閥供電回路存在故障，造成電磁閥缺電未能吸合；② 電磁閥本身損壞。

經查，電磁閥供電回路正常，線圈兩端隨原水泵的啟動，存在220V電壓，排出了供電回路的問題。進一步檢查電磁閥，發現電磁閥線圈總成部位外殼破裂損壞，測量線圈直流電阻呈斷路狀態（阻值無窮大），見圖4所示。更換相同規格的線圈總成后，純水機工作轉為正常。

圖 4 損壞的電磁閥線圈

從圖2所示純水機水路流程圖中可以看出，由于純水機的高壓泵入口壓力表置于電磁閥的進水端，電磁閥有無損壞對壓力表的壓力顯示影響不大，所以單從壓力表顯示的壓力觀察未能發現電磁閥的故障問題。若該壓力表接在電磁閥的出水端，一旦電磁閥損壞造成出水壓力下降，則可以迅速判斷故障部位。

故障現象2：純水機制水正常，水箱水位到達高水位時純水機自動停機。

故障原因分析：生化儀在工作中，通過機器內部的控制信號來控制純水的供應。當內部蒸餾水罐內的水位降低后，生化儀發出控制信號，使連接生化儀和純水機儲水箱的加壓泵運轉，向生化儀供水；待生化儀內部蒸餾水罐注滿純水后，生化儀則發出停止加壓泵工作的信號。生化儀與純水機連接示意圖如圖5所示。鑒于生化儀報警，而純水機工作正常，結合圖5示意圖分析，發生這一故障的原因大致有以下幾種可能：

圖 5 生化儀與純水機連接示意圖

(1)純水機與生化儀連接的供水管路存在堵塞；

(2)生化儀內部蒸餾水罐水位傳感器失靈；

(3)生化儀控制純水機供水信號線斷路；

(4)供水控制單元部件（增加泵、控制繼電器）損壞。

根據以上分析，對有關部位進行詳細檢查，最終發現是供水控制單元中的控制繼電器的線圈與生化儀供水控制信號線開路所致。重新將控制信號線與繼電器線圈連接緊密后故障排除。

故障現象3：純水機原水泵運轉正常，但高壓泵無法啟動，不能正常制水。

在手動控制模式下按動高壓泵啟動按鍵，高壓泵啟動后立即停止運轉，無法正常啟動；而在自動控制模式下時，高壓泵頻繁發生“啟動-停止-啟動-停止”現象。

故障原因分析：根據純水機工作時表現的現象分析，造成高壓泵不能正常啟動的原因有以下幾種可能：

(1)高壓泵線圈存在局部短路，啟動后運轉電流過大，引起過熱保護；

(2)高壓泵啟動運轉控制回路部件損壞。

經對高壓泵及控制電路的檢查，未發現存在異常問題。再進一步仔細檢查，發現原水泵運轉時，原水出口壓力和高壓泵入口壓力顯示正常，但在啟動高壓泵后，高壓泵入口壓力迅速下降，大大低于原水出口壓力，同時高壓泵停止運轉。上述分析可見，引起此種現象的原因，主要是濾芯堵塞所致，由于濾芯堵塞，造成水流量減少，在高壓泵未啟動時，勉強維持管路壓力。一但高壓泵啟動，在高壓泵前的管路中形成負壓，使管路壓力下降，引起壓力開關保護動作，高壓泵停止運轉[6]。

6 小結

純水機制水是一個系統工程，要對其進行良好的維護和保養。要熟悉其水路流程、電路結構和工作原理，熟悉各個儀表的正常示值范圍，隨時觀察設備的工作狀態，以確保其正常的制水工作。

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[2] 錢國華.大型醫院實驗室建設的探討[J].中國醫療設備,2009, 24(2):86-87.

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[6] 姜遠海,彭明辰.臨床醫學工程技術[M].北京:科學出版社, 2009.

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[9] 崔寧.家用全自動逆滲透純水機水質處理效果分析[J].江蘇預防醫學,2009(2):51-52.

Analysis on the Structure and Principle of Pure Water Equipment of Automatic Biochemical Analyzer

LIU Chang-shuia, LI Jieb, CUI Wenb
a.Medical Engineering Department;b. Clinical Laboratory,Beijing Jingmei Group General Hospital, Beijing 102300, China

TH789

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.10.010

1674-1633(2010)10-0027-04

2010-03-22

2010-09-20

作者郵箱：liuchangshui@sina.com

Abstract:This paper analyzes on the structure and principle of pure water equipment of HITACHI automatic biochemical analyzer, and introduces the method of maintenance and troubleshooting.

Key words:automatic biochemical analyzer; pure water equipment;principle analysis