全自動(dòng)生化分析儀純水機(jī)分析

劉長(zhǎng)水，李婕， 崔雯

北京京煤集團(tuán)總醫(yī)院 a.醫(yī)學(xué)工程部；b.檢驗(yàn)科， 北京 102300

全自動(dòng)生化分析儀純水機(jī)分析

劉長(zhǎng)水a(chǎn)，李婕b， 崔雯b

北京京煤集團(tuán)總醫(yī)院 a.醫(yī)學(xué)工程部；b.檢驗(yàn)科， 北京 102300

本文以日立全自動(dòng)生化分析儀為例，對(duì)配套純水機(jī)的作用、結(jié)構(gòu)及工作原理做了較為詳細(xì)的分析。同時(shí)介紹了該類純水機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)及常見故障的檢修方法，對(duì)純水機(jī)的正常運(yùn)行和使用發(fā)揮了保障作用。

全自動(dòng)生化分析儀；純水機(jī)；原理分析

全自動(dòng)生化分析儀是具有微機(jī)控制、機(jī)電、光學(xué)一體化的儀器，由計(jì)算機(jī)、電極、試劑、比色、樣品輸送、管路清洗等系統(tǒng)組成。其中管路清洗系統(tǒng)主要是在每做完一個(gè)測(cè)試項(xiàng)后，利用蒸餾水或去離子水對(duì)生化儀的加樣針、試劑針和反應(yīng)槽以及所有與其連接的管路進(jìn)行沖洗和清洗，以確保下一個(gè)測(cè)試項(xiàng)的準(zhǔn)確度，因此蒸餾水在全自動(dòng)生化儀中起到很重要的作用[1,2]。

1 純水機(jī)的作用

圖 1 日立7180生化儀內(nèi)部蒸餾水沖洗及供排水管路示意圖

由于目前各醫(yī)院使用的全自動(dòng)生化儀測(cè)試速度快，測(cè)試項(xiàng)目多，測(cè)試量大，加之每做一個(gè)測(cè)試項(xiàng)都要進(jìn)行管路沖洗，因此對(duì)蒸餾水的需求量很大。以日立7180全自動(dòng)生化儀為例，雖然在生化儀內(nèi)部裝有一個(gè)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(gè)產(chǎn)水量在50L/h以上、電導(dǎo)度< 1μs/ cm的純水機(jī)。日立7180生化儀內(nèi)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(yī)院裝備的日立生化儀都是配套使用杭州天創(chuàng)凈水設(shè)備有限公司生產(chǎn)的TCH-RO系列的純水機(jī)，該系列純水機(jī)是專為檢驗(yàn)科及實(shí)驗(yàn)分析室等用水要求高、而用水量少的特點(diǎn)開發(fā)的產(chǎn)品，參照了進(jìn)口全自動(dòng)生化分析儀的水質(zhì)要求設(shè)計(jì)。

根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)手冊(cè)標(biāo)明，TCH-RO系列純水機(jī)的技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)如下：

進(jìn)水水質(zhì)：城市自來水，要求水質(zhì)符合GB-57492規(guī)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(chǎn)水量： 40L/h、70L/h、150L/h (25℃)。

產(chǎn)水水質(zhì)：≥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(jī)的結(jié)構(gòu)與作用

TCH-RO系列的純水機(jī)為了保證出水的純凈度（電導(dǎo)度< 1μs/ cm），采用了反滲透的制水方式，其整機(jī)結(jié)構(gòu)流程圖如圖2所示。

圖 2 TCH-RO系列純水機(jī)結(jié)構(gòu)流程示意圖

2.1 原水泵

用于給原水（自來水）加壓。

2.2 預(yù)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(zhì)。而2#活性炭過濾器，是利用活性炭的微孔結(jié)構(gòu)可以提供非常大的表面積，吸附原水中的可溶性有機(jī)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(tǒng)前處理的一個(gè)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(xì)小雜質(zhì)外，還有另外一個(gè)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(duì)下游設(shè)備的堵塞和對(duì)反滲膜的破壞。

2.3 電磁閥

在工作時(shí)與原水泵同時(shí)動(dòng)作，原水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，電磁閥打開，使經(jīng)過預(yù)處理的原水進(jìn)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(tǒng)進(jìn)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(jī)物、有機(jī)物、細(xì)菌、內(nèi)毒素、病毒和顆粒，可以排斥90%～95%的雙價(jià)離子和95%～99%的單價(jià)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(cè)移動(dòng)，促使著移動(dòng)的力量叫滲透壓。

2.5.2 反滲透。在高濃度溶液一側(cè)施加外力超過滲透壓時(shí)，溶劑就會(huì)反向從高濃度一側(cè)移向低濃度一側(cè)，這個(gè)過程稱為反滲透。

水處理系統(tǒng)的反滲透裝置就是根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)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(jìn)入反滲透裝置后，在通過反滲膜時(shí)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(jīng)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(jī)物和有機(jī)物[3]。

2.6 流量計(jì)

用于指示純水機(jī)的制水流量，單位為L(zhǎng)PH（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(jī)物，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量和高電阻率的純凈水。

2.8 微孔過濾器

對(duì)生成的反滲水做進(jìn)一步的微細(xì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)字顯示生成的純凈水的電阻值。電阻率（或電導(dǎo)率）是純水機(jī)出水的重要檢測(cè)指標(biāo)，是對(duì)水中雜質(zhì)含量的一個(gè)綜合評(píng)估指標(biāo)。電導(dǎo)率的值越小（電阻率的值越大）越好，說明水中的雜質(zhì)少，制出的水純凈度高[4]。

2.10 水箱

用于儲(chǔ)存純水機(jī)產(chǎn)生的純凈水。水箱內(nèi)安裝有高低水位傳感器，用以控制純水機(jī)的制水過程。當(dāng)水箱內(nèi)水位低于設(shè)定的低水位時(shí)，純水機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行制水；當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定的高水位時(shí)，純水機(jī)自動(dòng)停止制水。

2.11 壓力表

純水機(jī)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(jī)工作原理分析

該系列純水機(jī)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(dòng)/自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換電路組成。

圖 3 純水機(jī)控制電路原理圖

3.1 主電路

由接觸器KM1 、KM2的常開接點(diǎn)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(dòng)和停止。

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

啟動(dòng)原水泵時(shí)，按下原水泵啟動(dòng)按鍵開關(guān)AN1，開關(guān)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(diǎn)得電吸合，原水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。KM1吸合后其常開接點(diǎn)閉合自鎖，保持KM1的吸合狀態(tài)，同時(shí)電磁閥和指示燈也隨之得電吸合和點(diǎn)亮。自來水通過原水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)加壓，經(jīng)過預(yù)處理單元（即1#、2#、3#過濾器）和電磁閥進(jìn)入高壓泵。

3.2.2 高壓泵控制電路。由高壓泵啟動(dòng)按鍵開關(guān)AN2、高壓泵控制接觸器KM2、原水壓力開關(guān)、指示燈、電阻表等部件組成。其中原水壓力開關(guān)是為了保護(hù)高壓泵而設(shè)計(jì)，當(dāng)原水壓力低于設(shè)定的壓力值時(shí)，壓力開關(guān)處于斷開狀態(tài)，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(shí)，按下高壓泵啟動(dòng)按鍵開關(guān)AN2，開關(guān)閉合，高壓泵控制接觸器KM2通過原水壓力開關(guān)的閉合接點(diǎn)和高水位控制繼電器KA2的常閉接點(diǎn)得電吸合，高壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)。KM2吸合后其常開接點(diǎn)閉合自鎖，保持KM2的吸合狀態(tài)，同時(shí)電阻表和指示燈也隨之得電工作和點(diǎn)亮。原水通過高壓泵的運(yùn)轉(zhuǎn)加壓，進(jìn)入反滲膜內(nèi)進(jìn)行反滲透制水。

在制水過程中，經(jīng)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(xì)過濾器的再次過濾，進(jìn)一步提高了純水的純凈度，存入水箱內(nèi)。

另一部分未經(jīng)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(jìn)行回收再利用。

3.2.3 手動(dòng)/自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換電路。該系列純水機(jī)可進(jìn)行手動(dòng)控制制水，也可進(jìn)行自動(dòng)控制制水，通過手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S2進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S2處于斷開位置時(shí)，此時(shí)純水機(jī)為手動(dòng)控制制水功能；而當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S2處于閉合位置時(shí)，則為自動(dòng)控制制水功能。

在自動(dòng)控制制水時(shí)，自動(dòng)控制指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)水箱內(nèi)水位低于設(shè)定的低水位時(shí)，低水位開關(guān)閉合，低水位控制繼電器KA1得電吸合，其常開接點(diǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)，純水機(jī)開始制水。

隨著制水時(shí)間的延長(zhǎng)，水箱內(nèi)的水位逐漸升高，當(dāng)水位高于設(shè)定的高水位時(shí)，高水位開關(guān)閉合，高水位控制繼電器KA2得電吸合，其常閉接點(diǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)。周而復(fù)始，進(jìn)行自動(dòng)控制制水過程。

4 純水機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)

良好的維護(hù)保養(yǎng)是避免發(fā)生不必要的故障，確保純水機(jī)工作正常，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的前提。因此，做好純水機(jī)的日常維護(hù)是確保其產(chǎn)出合格純凈水的必要條件。

4.1 每天檢查和記錄純水機(jī)的各個(gè)工作參數(shù)

工作參數(shù)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(fā)現(xiàn)異常及時(shí)通知醫(yī)工部技術(shù)人員給予檢修。

4.2 定期檢查和更換濾芯

由于預(yù)處理部分的濾芯擔(dān)負(fù)自來水中雜質(zhì)的濾過作用，運(yùn)行一段時(shí)間后，濾芯會(huì)被雜質(zhì)堵塞。純水機(jī)在運(yùn)行中，如發(fā)現(xiàn)原水壓力表與高壓泵進(jìn)口壓力表指示的壓力差大于0.06MPa (0.6kgf/cm2)時(shí)，則提示濾芯被堵塞，應(yīng)更換相同規(guī)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(gè)月后更換1次。

4.3 樹脂混床

工作中，當(dāng)純水機(jī)的出水水質(zhì)降低，電阻值變小達(dá)不到要求時(shí)（即電導(dǎo)率≥1μs/cm或電阻率≤1MΩ·cm），需要進(jìn)行更換。該純水機(jī)的樹脂混床為4支樹脂柱一體化設(shè)計(jì)，不能拆開，屬一次性更換。

4.4 注意事項(xiàng)

(1)如自來水停水或水壓不足時(shí)（未開機(jī)時(shí)原水壓力表指示在0.05MPa以下），不能強(qiáng)行手動(dòng)開機(jī)。

(2)高壓泵控制電路中安裝有低壓保護(hù)器，當(dāng)高壓泵進(jìn)口壓力表顯示的壓力值小于0.03MPa時(shí)，高壓泵處于被保護(hù)狀態(tài)，無論是手動(dòng)控制還是自動(dòng)控制狀態(tài)，高壓泵均不能啟動(dòng)。此時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查自來水水壓、過濾器進(jìn)出口壓力差和原水泵的工作情況。

5 相同故障現(xiàn)象不同故障原因

在實(shí)際工作中，一旦純水機(jī)發(fā)生故障，不能正常供水時(shí)，都會(huì)引起生化儀停止工作，并顯示“31-1 Stop Water Reservoir Level Too Low ”的報(bào)警信息和報(bào)警音響。雖然生化儀表現(xiàn)得故障現(xiàn)象相同，但發(fā)生故障的原因各異?，F(xiàn)列舉3例不同原因引起的故障分析情況。

故障現(xiàn)象1：純水機(jī)原水泵運(yùn)轉(zhuǎn)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(guī)定的范圍內(nèi)。將純水機(jī)工作模式置于手動(dòng)控制方式，按下高壓泵啟動(dòng)按鍵，高壓泵不動(dòng)作。參照?qǐng)D3所示的純水機(jī)電路原理圖分析，造成高壓泵不動(dòng)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(jīng)細(xì)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(hù)器的接點(diǎn)處于開路狀態(tài)，致使高壓泵不能得電運(yùn)轉(zhuǎn)。在供水管路壓力正常情況下，低壓保護(hù)器的接點(diǎn)應(yīng)在閉合狀態(tài)，只有當(dāng)管路中壓力低于設(shè)定值時(shí)，才斷開接點(diǎn)，起到保護(hù)高壓泵的作用。結(jié)合圖2純水機(jī)水路流程圖分析，原水泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常、壓力表顯示的壓力正常，但高壓泵低壓保護(hù)器動(dòng)作，說明進(jìn)入高壓泵的水壓太低?？紤]為電磁閥未正常動(dòng)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(gè)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(jīng)查，電磁閥供電回路正常，線圈兩端隨原水泵的啟動(dòng)，存在220V電壓，排出了供電回路的問題。進(jìn)一步檢查電磁閥，發(fā)現(xiàn)電磁閥線圈總成部位外殼破裂損壞，測(cè)量線圈直流電阻呈斷路狀態(tài)（阻值無窮大），見圖4所示。更換相同規(guī)格的線圈總成后，純水機(jī)工作轉(zhuǎn)為正常。

圖 4 損壞的電磁閥線圈

從圖2所示純水機(jī)水路流程圖中可以看出，由于純水機(jī)的高壓泵入口壓力表置于電磁閥的進(jìn)水端，電磁閥有無損壞對(duì)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)象2：純水機(jī)制水正常，水箱水位到達(dá)高水位時(shí)純水機(jī)自動(dòng)停機(jī)。

故障原因分析：生化儀在工作中，通過機(jī)器內(nèi)部的控制信號(hào)來控制純水的供應(yīng)。當(dāng)內(nèi)部蒸餾水罐內(nèi)的水位降低后，生化儀發(fā)出控制信號(hào)，使連接生化儀和純水機(jī)儲(chǔ)水箱的加壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)，向生化儀供水；待生化儀內(nèi)部蒸餾水罐注滿純水后，生化儀則發(fā)出停止加壓泵工作的信號(hào)。生化儀與純水機(jī)連接示意圖如圖5所示。鑒于生化儀報(bào)警，而純水機(jī)工作正常，結(jié)合圖5示意圖分析，發(fā)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(jī)連接示意圖

(1)純水機(jī)與生化儀連接的供水管路存在堵塞；

(2)生化儀內(nèi)部蒸餾水罐水位傳感器失靈；

(3)生化儀控制純水機(jī)供水信號(hào)線斷路；

(4)供水控制單元部件（增加泵、控制繼電器）損壞。

根據(jù)以上分析，對(duì)有關(guān)部位進(jìn)行詳細(xì)檢查，最終發(fā)現(xiàn)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(hào)線開路所致。重新將控制信號(hào)線與繼電器線圈連接緊密后故障排除。

故障現(xiàn)象3：純水機(jī)原水泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但高壓泵無法啟動(dòng)，不能正常制水。

在手動(dòng)控制模式下按動(dòng)高壓泵啟動(dòng)按鍵，高壓泵啟動(dòng)后立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，無法正常啟動(dòng)；而在自動(dòng)控制模式下時(shí)，高壓泵頻繁發(fā)生“啟動(dòng)-停止-啟動(dòng)-停止”現(xiàn)象。

故障原因分析：根據(jù)純水機(jī)工作時(shí)表現(xiàn)的現(xiàn)象分析，造成高壓泵不能正常啟動(dòng)的原因有以下幾種可能：

(1)高壓泵線圈存在局部短路，啟動(dòng)后運(yùn)轉(zhuǎn)電流過大，引起過熱保護(hù)；

(2)高壓泵啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)控制回路部件損壞。

經(jīng)對(duì)高壓泵及控制電路的檢查，未發(fā)現(xiàn)存在異常問題。再進(jìn)一步仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)原水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，原水出口壓力和高壓泵入口壓力顯示正常，但在啟動(dòng)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(shí)高壓泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。上述分析可見，引起此種現(xiàn)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(dòng)時(shí)，勉強(qiáng)維持管路壓力。一但高壓泵啟動(dòng)，在高壓泵前的管路中形成負(fù)壓，使管路壓力下降，引起壓力開關(guān)保護(hù)動(dòng)作，高壓泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)[6]。

6 小結(jié)

純水機(jī)制水是一個(gè)系統(tǒng)工程，要對(duì)其進(jìn)行良好的維護(hù)和保養(yǎng)。要熟悉其水路流程、電路結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉各個(gè)儀表的正常示值范圍，隨時(shí)觀察設(shè)備的工作狀態(tài)，以確保其正常的制水工作。

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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