離心機檢測技術分析與探討

蔡曉燕 葉禮明

摘 ? ?要：轉速是離心機非常重要的技術參數，離心力的大小與轉速二次方成正比。如果轉速達不到規定要求，樣本就不能被徹底分離，所以離心機轉速的準確與否直接影響樣本的檢驗。離心機有很多種類，本文探討的是實驗室離心機的轉速檢測。

關鍵詞：轉速;離心機;檢測技術;應用

1 ?引言

離心機是生物學教學、實驗室、醫用科研等領域中常見的儀器，其原理是利用旋轉轉頭產生的離心力，使懸浮液或乳濁液中不同密度、不同顆粒大小的物質分離開來。醫用離心機分高速、中速和低速三大類，每分鐘在5000轉以下為低速離心機，每分鐘在5000轉至10000轉內為中速離心機，10000轉以上為高速離心機。轉速是離心機的核心參數，離心效果完全取決于轉速，因而對其參數的檢測十分必要。檢測的方法有多種，目前普遍的檢測方法是在轉盤上粘貼反射貼，用手持式轉速表對準反射貼，待轉速表讀數穩定后的數值即為離心機的轉速。此種檢測方法存在以下問題：①必須開蓋檢測，一些型號的離心機有安全設置，在開蓋的情況下停止轉動，無法檢測;②開蓋檢測在轉盤高速旋轉的情況下存在安全隱患;③開蓋檢測受到外界環境的影響，容易產生較大誤差;④手持轉速表的穩定性較差，在轉盤高速旋轉的情況下，無法準確對準反射貼;⑤醫用離心機為避免污染等原因，不容許開蓋。基于以上情況，醫用離心機轉速的檢測必須在盒蓋密閉條件下實現。

2 ?檢測方法

2.1 ?帶觀察孔的離心機轉速檢測方法

離心機的轉速一般采用光電檢測法檢測，這是校準實驗室常用的檢測方法，用帶有光電傳感器的電子計數式轉速表檢測轉鼓轉速。在離心機的主軸或與主軸剛性連接的零部件上貼上反光標簽，轉速表的光電式轉速傳感器通過離心機上蓋可以透過光源的孔（以下稱為觀察孔）接收到反光標簽的反射信號，將機械旋轉頻率轉換為電脈沖信號，通過電子計數器計數并顯示相應的轉速。此方法有檢測方便可靠、響應速度快、靈敏度高等優點。但是也有檢測局限性，有時會受限于離心機上蓋觀察孔的大小及光電傳感器的光反射角度等原因，使得轉速顯示不穩定致無法準確檢測。又由于離心機所有外露的轉動件在離心機工作時有可能會對人體產生危害，為了安全使用離心機，出廠使用說明書中會有告知旋轉時禁止打開上蓋。如果離心機上蓋沒有觀察孔，光電傳感器就無法探測到旋轉信號，所以此方法目前只能檢測上蓋帶有觀察孔的實驗室離心機的轉速。

2.2 ?無觀察孔離心機轉速檢測方法的選擇

磁電檢測方法是采用電子計數式轉速表與磁電式傳感器檢測轉鼓轉速。在離心機內壁貼有磁體，把磁電式轉速傳感器安裝在離心機轉動軸的試管內檢測轉速。此種方法可以檢測無觀察孔離心機的轉速，缺點是安裝不方便，抗干擾能力較差，因隨機誤差較大使得檢測結果不準確。又由于醫用離心機的內部污染嚴重，所以在離心機內部安裝傳感器對校準人員會帶來健康安全風險，故不推薦使用此方法。因光電式檢測和磁電式檢測這兩種方法都不適用于無觀察孔離心機轉速的檢測，故選擇采用測振方法解決檢測問題。用壓電加速度傳感器與相配套的電子計數式轉速表組成檢測標準器。其工作原理是壓電加速度傳感器采集離心機旋轉時產生的正弦振動信號并轉換成電壓信號，電子計數式轉速表將接收到的電壓信號進行數字信號處理（傅立葉變換）后直接顯示轉速。此方法是接觸式檢測，在檢測時可以將傳感器平穩可靠地放置在離心機的上蓋或者能夠正確接受到振動信號的平面，使用方便，可以任意擺放。由于離心機產生振動的因素不只是由主軸旋轉產生的，還有其他原因會產生振動，導致信號疊加，為了能使轉速表正確穩定地顯示轉速，在檢測轉速時應根據傳感器得到信號的效果調整擺放的位置。選用的電子計數式轉速表要有調節靈敏度的功能，以便得到最佳檢測結果。

3 ?振動檢測法和光電檢測法的實驗比較

3.1 ?實驗用標準器

比較實驗是通過分別用FT-2500型轉速表和HT-5500型轉速表檢測同一臺離心機進行數據比較。采用日本小野公司生產的FT-2500型電子計數式轉速表和與該表配套使用的NP-3120型壓電加速度傳感器（以下簡稱振動式轉速表），以及HT-5500型手持電子計數式轉速表（以下簡稱手持式轉速表），分別對高速離心機和低速離心機進行檢測。

3.2 ?實驗步驟

在實驗室環境條件下將離心機平穩地安放在工作臺上，內部離心管（杯）內的物體對稱放置，以保證離心機旋轉平穩。在離心機工作前將門蓋密閉蓋好，以免在運行情況下發生人身傷害事故。用手持式轉速表檢測時需在離心機的旋轉體上貼反射標簽，啟動離心機將轉速調整到檢測點，用手持式轉速表對準門蓋上的觀察孔，不斷調整位置直至轉速表能穩定地接受反射光信號，每個檢測點記錄三個數據用于數據分析。用振動式轉速表檢測時將壓電加速度傳感器直接放在離心機的門蓋上，啟動離心機將轉速調整到檢測點，待轉速表顯示穩定后讀取三個數據。

3.3 ?實驗數據分析

（1）高速離心機的轉速檢測以德國eppendorf公司生產的Centrifuge5417R型高速離心機作為被測對象。

（2）低速離心機的轉速檢測。以北京時代北利離心機有限公司生產的DT5-6型低速離心機作為被測對象。

（3）比對結果說明。

以上兩組比對實驗是基于以常用的0.1級手持電子計數式轉速表作為參考標準，驗證同樣是0.1級的電子計數式轉速表通過振動傳感器檢測轉速的可靠性。通過比對實驗數據可以看出驗證結果都滿足要求，說明在一般實驗室條件下用振動式轉速表檢測結果與用手持式轉速表檢測的結果一樣可靠，且振動式轉速表響應速度更快。

4 ?結束語

受制于國內儀器儀表的發展，目前轉速校準實驗室基本沒有使用振動檢測法檢測離心機轉速。從實驗結果看振動式轉速表檢測完全滿足校準要求，因振動傳感器可以不接觸離心機的內腔，所以用此方法檢測既干凈衛生又使用方便，可以廣泛用于無觀察孔離心機和受污染離心機的校準。

參考文獻：

[1] 袁文文.基于振動分析的汽車發動機在線轉速檢測研究[D].天津：河北工業大學，2010.

[2] 李益華，周黎明.汽車發動機轉速檢測系統研究[J].工業控制計算機，2011（4）：67～69.