二氧化碳培養箱的故障分析與維修

李開良，劉堅

南京醫科大學第一附屬醫院 臨床醫學工程處，江蘇 南京 210029

二氧化碳培養箱的故障分析與維修

李開良，劉堅

南京醫科大學第一附屬醫院 臨床醫學工程處，江蘇 南京 210029

本文詳細分析了二氧化碳培養箱常見的3例故障的原因和排除過程。

二氧化碳培養箱；紅外傳感器；醫療設備維修

研究細胞與微生物的功能、代謝以及對環境諸多影響因素的反應時，需要創造既能使細胞與微生物脫離復雜機體內環境的直接影響，又能維持正常生命活動的環境條件[1]。二氧化碳培養箱可以使細胞等在人工環境中生長。現已廣泛應用于各種組織和細胞的培養、腫瘤、心臟疾病研究、細菌培養、遺傳工程及試管嬰兒等[2]。我院有多種型號培養箱，以下就3例故障現象及維修方法做一簡單介紹。

1 故障一

1.1 故障現象

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

1.2 故障分析

開機后顯示面板無法正常顯示，閃爍不定，重啟培養箱后，故障依舊。猜測該現象是由于電源不穩造成的，使用萬用表測量電源插座電壓，結果為220 V穩定電壓，排除供電電壓造成的故障，初步懷疑培養箱內部開關電源輸出不正常。

1.3 故障排除

斷開電源開關輸出端，用模擬萬用表分別測量輸出端12 V和5 V直流電壓，萬用表指針均左右擺動不定，說明開關電源所輸出的2種電壓均不穩定，造成顯示面板頻閃，設備不能正常工作。把培養箱內部開關電源拆下，用接線夾給開關電源提供220 V交流電，測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]。進一步檢查，發現開關電源所用脈寬調制芯片UC3844的7腳即VCC（芯片正電源引腳）電壓偏低[4]。造成電路脈寬調制不能正常工作，進而導致開關電源輸出不穩定。脈寬調制芯片UC3844部分電路，見圖1。檢查發現其中電容C4容量偏低，該電容參與脈寬調制芯片的VCC引腳供電，此電容容量偏低會造成芯片工作不穩定，遂更換相同參數電容，電容更換后，使用萬用表再次測量開關電源的兩路輸出電壓，發現可以輸出穩定12 V和5 V電源，把開關電源重新安裝后，二氧化碳培養箱顯示面板可正常顯示，自檢可通過，設備可以正常工作，故障排除。

圖1 UC3844部分電路圖

2 故障二

2.1 故障現象

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

2.2 故障分析

二氧化碳培養箱中二氧化碳濃度的測量目前有2種方式，分別為熱傳導（T/C）傳感器和紅外（IR）傳感器。熱傳導式傳感器工作原理，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、調節器A共同組成閉環控制電路。當氣體濃度為0時，調節電橋橋臂電阻使電橋處于平衡狀態，調定傳感器的工作電流I（I決定傳感器的工作溫度）。檢測氣體時，若氣體導熱系數增加（減少），由于氣體的熱傳導作用，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）的電流通過熱導傳感器，使溫度上升（下降），阻值增大（減少），直到電橋重新恢復平衡為止。電流增大（減小）的數值反映導熱系數的大小，測出Uo的變化量從而檢測出被測氣體濃度[5]。

紅外式傳感器是由紅外光源、測量氣室、可調干涉濾光片、光探測器、光調制電路、放大系統等組成可發出3～10 μm的紅外線，其中包含了4.26 μm處二氧化碳氣體的強吸收峰。在氣室中，二氧化碳吸收光源發出特定波長的光，經探測器檢測則可顯示出二氧化碳對紅外線的吸收情況。干涉濾光片是可調的，調節它可改變其通過的光波波段，從而改變探測器探測到信號的強弱。紅外探測器為薄膜電容，吸收了紅外能量后，氣體溫度升高，導致室內壓力增大，電容兩極間的距離就要改變，電容值隨之改變。二氧化碳氣體的濃度愈大，電容值改變也就愈大[6]。

Galaxy R 二氧化碳培養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量不準。由于更換二氧化碳傳感器成本非常高，所以決定自行維修。將濃度偏低的培養箱與正常培養箱對比，發現偏低的培養箱傳感器內紅外光源亮度比正常培養箱內紅外光源亮度偏低。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，發現其紅外光源為一紅外燈泡，更換燈泡，重新安裝傳感器后，進行校準。在培養箱校準模式下，通過調節增益值，來校準二氧化碳濃度，結果見表1。校準后，保存GAIN值，二氧化碳濃度正常，與其他正常培養箱對比燈泡亮度近似，培養箱可以正常使用，故障排除。

表1 二氧化碳濃度校準參數設定

圖2 熱導式傳感器工作原理

3 故障三

3.1 故障現象

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

3.2 故障分析

Forma系列二氧化碳培養箱內部有2個溫度傳感器，一個參與控制箱體加熱，一個為溫度顯示測量。溫度過高報警原因有：① 培養箱內溫度過高，這說明箱體加熱控制系統出現故障，箱體持續加熱；② 培養箱內顯示溫度傳感器損壞，測量不準；③ 箱體內循環風扇卡死，造成局部過熱，測量溫度過高報警。

3.3 故障排除

經檢查發現循環風扇不轉，風扇軸承卡死，更換相同規格軸承，風扇可以正常運轉，二氧化碳培養箱高溫報警消失，故障排除。

4 總結

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

[1] 曾照芳,賀志安.臨床檢驗儀器學[M].北京:人民衛生出版社,2012.

[2] 肖平.醫療設備開關電源的應用分析[J].中國醫學裝備,2012,9(7): 78-80.

[3] 張琦.醫療設備開關電源維修技術的探討[J].中國醫療設備,2014,29(8):143-144.

[4] 何道清,張禾,諶海運.傳感器與傳感器技術[M].北京:科學出版社,2014.

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

[6] 李昌鋒,沙洪.醫用CO2濃度檢測系統設計及信號處理方法研究[J].現代檢驗醫學雜志,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