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1、西蒙二氧化碳培养箱原理解析及故障处理1 设备原理1.1 设备结构该设备由控制部分和箱体部分组成。控制部分位于箱体的上部，包括PLC控 制器、控制器风扇、触摸显示屏、加热可控硅、二氧化碳输入口、二氧化碳流量 阀、二氧化碳电磁阀，二氧化碳扰流风扇、二氧化碳浓度探头、二氧化碳浓度信 号处理板、二氧化碳排气口，箱体部分包括注水口、溢水口、箱体外套、箱体内 腔、门、箱体内腔设有分层栏及水盘。1.2 设备电路原理图如图 1、图2。i：U-rfi3EH-T3|： ：1| ZM TI |:!翎円-utmtifUF二朗姻厲joLMdEsalrci图 2 信号输入与输出snwi一 E E P11.2.1 水位控制
2、设备水位探头位于箱体的上部，由干簧管及带有磁环的浮子组成，当水位低 于正常水位时，干簧管断开，干簧管两根引线，一根21 #接+24V,另一根209# 为输出，当水位正常时，V209为+24V,当缺水时，V209为0V,控制器以此探测 设备的水位是否正常。1.2.2 温度控制常用的二氧化碳培养箱有两种类型：即气套式和水套式。西蒙二氧化碳培养 箱采用水套式设计，其四周的箱体外套充满了水，由于水具有较高的比热容，这 使箱体易于维持恒定的温度。该设备有三个温度探头，探头一用于探测箱体内的 温度，探头二用于探测箱体控制器的温度，探头三用于探测二氧化碳探头腔的温 度。探头一的信号送到控制器并显示在触摸显示
3、屏上，同时控制器将此信号与设 定的温度值比较，并结合水位参数，控制可控硅的通断，实现加热管是否得电， 最终实现对温度的控制。控制器软件设定当设备缺水时，控制器使可控硅断开， 并报警，避免干烧。另外如图所示，设备在主加热管串入了保护可调温度开关， 正常情况下，该开关处于闭合状态，当箱内的温度高于此可调温度开关设定的温 度时，此开关断开，保护了 PLC控制器失控的时候，加热管也不能得电。从此可 知，此可调温度开关的温度应设定比实验要求的温度稍高一点即可。1.2.3CO 浓度控制箱体内的CO是通过管路输入的，此管路依次是CO气瓶、减压阀、CO进气2 2 2口、针形流量控制阀、电磁阀、箱体腔进气口、扰
4、流风扇、箱体腔出气口、 CO2 排气口。CO浓度探头将检测信号传到信号处理板，处理板将浓度信号转换成 2电压信号，此电压信号经205#,206#传给控制器PLC，PLC将其与设定的值比较， 并根据此比较值决定电磁阀的通断，由PLC的204#输出电磁阀通断信号，此信号 是低电平时，可控硅1脚输出高平，电磁阀得电。需要说明的是CO探头适应的 浓度较低，一般5%左右，如果浓度较大则会对探头造成不可恢复性的损坏4， 而 气瓶的C深度几乎是100%的，为了保证输入的浓度低，一方面要降低入口的CO2 压力，通过减压阀将CO压力降至0.06MPa左右；另一方面，控制器控制CO电 磁阀以点动的方式通断,2并用
5、扰流风扇进一步将CO气体混匀，以保证进入箱体2的 CO 探头接触的气体浓度足够低。21.2.4 湿度控制西蒙二氧化碳培养箱是通过增湿盘的蒸发作用产生湿气的 （其产生的相对湿 度水平可达 95%左右，但开门后湿度恢复速度很慢）。因为湿度蒸发面积越大， 越容易达到最大相对饱和湿度，开关门后的湿度恢复的时间越短。所以湿度蒸发 面积大的培养箱较湿度蒸发面积小的培养箱更容易保持最大相对饱和湿度。 2 操作常规：2.1 使用管理二氧化碳培养箱应由专人负责，设备的开关和调节旋扭一旦固定后，不要随 意扭动，以免影响箱内环境参数。箱子的放置要水平，避免阳光直射和灰尘等， 要保证仪器周围的气流循环，后部及侧面应留
6、出5 cm的空隙。加入水箱的水必 须是蒸馏水或无离子水，防止矿物质储积在水箱内产生腐蚀作用。2.2 温度控制培养箱温度调整是依靠加热管完成的，只能加热升温，如果室温超过设定的温度，培养箱内的温度将超温失控，室温最少应低于箱内最低设定温度5C， 即如果箱内设定温度为37C，那么室温不得高于32C。2.3 湿度控制箱内湿度对于培养工作来说是一项非常重要然而又经常被忽略的因素。因为 饱和湿度环境可以避免培养液中二氧化碳逃逸，培养液中pH值稳定，有利于细 胞生长，足够的湿度水平并且要有足够快的湿度恢复速度（如在开关门后）才能 保证不会由于过度干燥而导致培养失败。所以二氧化碳培养箱使用过程中，在箱 内托
7、盘中放足够的火菌水（3/2 至全盘），使箱内成为饱和湿度环境。样本多时， 箱内分区存放，培养物用筐或瓷盘存放，这样存取快速，缩短开门时间，减少箱 内气体和湿度变化，节省气体，稳定了细胞生长环境。 2.4二氧化碳输入压力控制如果 CO 探头接触 CO 浓度过高会严重损害探头，所以要严格控制 CO 输入压力， 规范更换2 气瓶的操作，2要熟悉减压阀的功能及操作，即反时针关闭，顺时2 针开启， 在每次更换气瓶前必须将减压阀反时针松开至游离状态，安装好气瓶后再慢慢顺 时针加压至0.06MPa。严格避免超压情况发生。2.5 污染控制二氧化碳培养箱的污染分为生物性污染、化学性污染、物理性污染和气溶胶 污染
8、6。使用前箱内应用消毒酒精或碘溶液彻底擦洗，防止其他微生物污染，另 外三种污染以气溶胶污染更为常见，需要加强生物安全操作相关的培训，特别是 进实验室前的培训，并且定期进行考核检查是十分必要的。3 总结根据设备原理，操作过程中要保证保护可调温度开关应将温度调整至比设定 温度稍高的温度（稍高0.5C）；要保证正确的减压阀操作，否则可能损坏价格 昂贵的 CO 探头。当设备发生2 故障时，应根据设备原理判断故障点所在部分，然后画出这部分的电 路图，维修思路会更加清晰，避免引发二次故障，造成不必要的更大的损失。例 如当二氧化碳深度显示过高时，即使打开培养箱门，CO深度仍然大于20%，这说2 明控制器的显示已经超出最大量程而溢出，先检查205#，206#两点间电位差，此 电位差0V-5VDC线性输出，显示CO浓度为0%-20%，查知此电位差为5.23VDC，表 明是检测器端故障，更换探头后，2设备恢复正常。另一次故障为+12VDC电源指示 灯闪烁，示波器查+12VDC输出不稳定，测静态电阻为632Q阻值正常，确定为电 源模块故障，维修好电源模块后，重新安装后，设备恢复正常。为了保证维修过 程中少走弯路，保证正确的诊断，原理和图纸非常重要，有了图纸会事半功倍， 同时也会大大减少维修时间和维修成本。
