離心機(jī)檢測(cè)技術(shù)分析與探討

蔡曉燕 葉禮明

摘 ? ?要：轉(zhuǎn)速是離心機(jī)非常重要的技術(shù)參數(shù)，離心力的大小與轉(zhuǎn)速二次方成正比。如果轉(zhuǎn)速達(dá)不到規(guī)定要求，樣本就不能被徹底分離，所以離心機(jī)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確與否直接影響樣本的檢驗(yàn)。離心機(jī)有很多種類，本文探討的是實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速;離心機(jī);檢測(cè)技術(shù);應(yīng)用

1 ?引言

離心機(jī)是生物學(xué)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)用科研等領(lǐng)域中常見的儀器，其原理是利用旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頭產(chǎn)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(zhì)分離開來。醫(yī)用離心機(jī)分高速、中速和低速三大類，每分鐘在5000轉(zhuǎn)以下為低速離心機(jī)，每分鐘在5000轉(zhuǎn)至10000轉(zhuǎn)內(nèi)為中速離心機(jī)，10000轉(zhuǎn)以上為高速離心機(jī)。轉(zhuǎn)速是離心機(jī)的核心參數(shù)，離心效果完全取決于轉(zhuǎn)速，因而對(duì)其參數(shù)的檢測(cè)十分必要。檢測(cè)的方法有多種，目前普遍的檢測(cè)方法是在轉(zhuǎn)盤上粘貼反射貼，用手持式轉(zhuǎn)速表對(duì)準(zhǔn)反射貼，待轉(zhuǎn)速表讀數(shù)穩(wěn)定后的數(shù)值即為離心機(jī)的轉(zhuǎn)速。此種檢測(cè)方法存在以下問題：①必須開蓋檢測(cè)，一些型號(hào)的離心機(jī)有安全設(shè)置，在開蓋的情況下停止轉(zhuǎn)動(dòng)，無法檢測(cè);②開蓋檢測(cè)在轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)的情況下存在安全隱患;③開蓋檢測(cè)受到外界環(huán)境的影響，容易產(chǎn)生較大誤差;④手持轉(zhuǎn)速表的穩(wěn)定性較差，在轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)的情況下，無法準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)反射貼;⑤醫(yī)用離心機(jī)為避免污染等原因，不容許開蓋?；谝陨锨闆r，醫(yī)用離心機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)必須在盒蓋密閉條件下實(shí)現(xiàn)。

2 ?檢測(cè)方法

2.1 ?帶觀察孔的離心機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法

離心機(jī)的轉(zhuǎn)速一般采用光電檢測(cè)法檢測(cè)，這是校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室常用的檢測(cè)方法，用帶有光電傳感器的電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表檢測(cè)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速。在離心機(jī)的主軸或與主軸剛性連接的零部件上貼上反光標(biāo)簽，轉(zhuǎn)速表的光電式轉(zhuǎn)速傳感器通過離心機(jī)上蓋可以透過光源的孔（以下稱為觀察孔）接收到反光標(biāo)簽的反射信號(hào)，將機(jī)械旋轉(zhuǎn)頻率轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，通過電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)并顯示相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。此方法有檢測(cè)方便可靠、響應(yīng)速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。但是也有檢測(cè)局限性，有時(shí)會(huì)受限于離心機(jī)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(zhuǎn)速顯示不穩(wěn)定致無法準(zhǔn)確檢測(cè)。又由于離心機(jī)所有外露的轉(zhuǎn)動(dòng)件在離心機(jī)工作時(shí)有可能會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，為了安全使用離心機(jī)，出廠使用說明書中會(huì)有告知旋轉(zhuǎn)時(shí)禁止打開上蓋。如果離心機(jī)上蓋沒有觀察孔，光電傳感器就無法探測(cè)到旋轉(zhuǎn)信號(hào)，所以此方法目前只能檢測(cè)上蓋帶有觀察孔的實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)的轉(zhuǎn)速。

2.2 ?無觀察孔離心機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法的選擇

磁電檢測(cè)方法是采用電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表與磁電式傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速。在離心機(jī)內(nèi)壁貼有磁體，把磁電式轉(zhuǎn)速傳感器安裝在離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的試管內(nèi)檢測(cè)轉(zhuǎn)速。此種方法可以檢測(cè)無觀察孔離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，缺點(diǎn)是安裝不方便，抗干擾能力較差，因隨機(jī)誤差較大使得檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。又由于醫(yī)用離心機(jī)的內(nèi)部污染嚴(yán)重，所以在離心機(jī)內(nèi)部安裝傳感器對(duì)校準(zhǔn)人員會(huì)帶來健康安全風(fēng)險(xiǎn)，故不推薦使用此方法。因光電式檢測(cè)和磁電式檢測(cè)這兩種方法都不適用于無觀察孔離心機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，故選擇采用測(cè)振方法解決檢測(cè)問題。用壓電加速度傳感器與相配套的電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表組成檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)器。其工作原理是壓電加速度傳感器采集離心機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的正弦振動(dòng)信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表將接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理（傅立葉變換）后直接顯示轉(zhuǎn)速。此方法是接觸式檢測(cè)，在檢測(cè)時(shí)可以將傳感器平穩(wěn)可靠地放置在離心機(jī)的上蓋或者能夠正確接受到振動(dòng)信號(hào)的平面，使用方便，可以任意擺放。由于離心機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的因素不只是由主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，還有其他原因會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致信號(hào)疊加，為了能使轉(zhuǎn)速表正確穩(wěn)定地顯示轉(zhuǎn)速，在檢測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)根據(jù)傳感器得到信號(hào)的效果調(diào)整擺放的位置。選用的電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表要有調(diào)節(jié)靈敏度的功能，以便得到最佳檢測(cè)結(jié)果。

3 ?振動(dòng)檢測(cè)法和光電檢測(cè)法的實(shí)驗(yàn)比較

3.1 ?實(shí)驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)器

比較實(shí)驗(yàn)是通過分別用FT-2500型轉(zhuǎn)速表和HT-5500型轉(zhuǎn)速表檢測(cè)同一臺(tái)離心機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。采用日本小野公司生產(chǎn)的FT-2500型電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)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(jiǎn)稱振動(dòng)式轉(zhuǎn)速表），以及HT-5500型手持電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表（以下簡(jiǎn)稱手持式轉(zhuǎn)速表），分別對(duì)高速離心機(jī)和低速離心機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 ?實(shí)驗(yàn)步驟

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下將離心機(jī)平穩(wěn)地安放在工作臺(tái)上，內(nèi)部離心管（杯）內(nèi)的物體對(duì)稱放置，以保證離心機(jī)旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)。在離心機(jī)工作前將門蓋密閉蓋好，以免在運(yùn)行情況下發(fā)生人身傷害事故。用手持式轉(zhuǎn)速表檢測(cè)時(shí)需在離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)體上貼反射標(biāo)簽，啟動(dòng)離心機(jī)將轉(zhuǎn)速調(diào)整到檢測(cè)點(diǎn)，用手持式轉(zhuǎn)速表對(duì)準(zhǔn)門蓋上的觀察孔，不斷調(diào)整位置直至轉(zhuǎn)速表能穩(wěn)定地接受反射光信號(hào)，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)記錄三個(gè)數(shù)據(jù)用于數(shù)據(jù)分析。用振動(dòng)式轉(zhuǎn)速表檢測(cè)時(shí)將壓電加速度傳感器直接放在離心機(jī)的門蓋上，啟動(dòng)離心機(jī)將轉(zhuǎn)速調(diào)整到檢測(cè)點(diǎn)，待轉(zhuǎn)速表顯示穩(wěn)定后讀取三個(gè)數(shù)據(jù)。

3.3 ?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（1）高速離心機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)以德國eppendorf公司生產(chǎn)的Centrifuge5417R型高速離心機(jī)作為被測(cè)對(duì)象。

（2）低速離心機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)。以北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司生產(chǎn)的DT5-6型低速離心機(jī)作為被測(cè)對(duì)象。

（3）比對(duì)結(jié)果說明。

以上兩組比對(duì)實(shí)驗(yàn)是基于以常用的0.1級(jí)手持電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表作為參考標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證同樣是0.1級(jí)的電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表通過振動(dòng)傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)速的可靠性。通過比對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出驗(yàn)證結(jié)果都滿足要求，說明在一般實(shí)驗(yàn)室條件下用振動(dòng)式轉(zhuǎn)速表檢測(cè)結(jié)果與用手持式轉(zhuǎn)速表檢測(cè)的結(jié)果一樣可靠，且振動(dòng)式轉(zhuǎn)速表響應(yīng)速度更快。

4 ?結(jié)束語

受制于國內(nèi)儀器儀表的發(fā)展，目前轉(zhuǎn)速校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室基本沒有使用振動(dòng)檢測(cè)法檢測(cè)離心機(jī)轉(zhuǎn)速。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看振動(dòng)式轉(zhuǎn)速表檢測(cè)完全滿足校準(zhǔn)要求，因振動(dòng)傳感器可以不接觸離心機(jī)的內(nèi)腔，所以用此方法檢測(cè)既干凈衛(wèi)生又使用方便，可以廣泛用于無觀察孔離心機(jī)和受污染離心機(jī)的校準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 袁文文.基于振動(dòng)分析的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在線轉(zhuǎn)速檢測(cè)研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2010.

[2] 李益華，周黎明.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2011（4）：67～69.