< Обратно

Конструкция центрифуги

 

Простые центрифуги состоят только из двигателя, электромеханического таймера и тормоза.

Более совершенные центрифуги оснащены регулятором скорости, который осуществляет регулировку желаемой скорости и поддержание заданной скорости стабильной в течение всего времени центрифугирования. Это может быть сделано с помощью небольшого электронного блока управления. Современные центрифуги оснащены микропроцессорным управлением.

 

Мотор

Большинство центрифуг работают с универсальным двигателем. Это однофазный двигатель, в котором обмотка возбуждения статора и обмотка ротора соединены последовательно через коммутатор. Двигатель называется универсальным, потому что он работает как на переменном, так и на постоянном токе.

 

Блок управления

Блок управления - это сердце центрифуги, которое получает настройки от ручек управления скоростью и времени центрифугирования. Сюда же подключаются датчики фактической скорости, открытой крышки или несбалансированной загрузки. Плата управления обрабатывает всю эту информацию и затем управляет двигателем, тормозом и блокировкой крышки.

 

Схема блока управления

 

Источник питания

В зависимости от двигателя и его управления различают три источника питания для трех различных типов двигателей:

 

1. Прямое подключение к сети (без блока питания), для двигателей переменного тока;
2. Источник питания с выпрямителем, для двигателей постоянного тока;
3. Источник питания для низковольтного двигателя постоянного тока.

 

Кроме того, сам электронный блок управления нуждается в небольшом источнике питания, обычно на 5 В или 12 В.

 

Датчик скорости

Датчик скорости представляет собой либо вилочный фотоэлектрический датчик, либо датчик Холла.

В первом случае на вал двигателя надевается диск с прорезями. Диск вращается через вильчатый фотоэлектрический датчик. На одной стороне вилки датчик содержит светодиод, а на противоположной - фототранзистор. Когда вал вращается, прорези создают импульсный выходной сигнал. Частота этого сигнала зависит от скорости вращения. Чем выше скорость, тем выше частота.

 

Фотоэлектрический датчик скорости

 

Выходной сигнал датчика Холла похож на сигнал фотоэлектрического датчика. У датчика Холла вместо диска с прорезями на валу установлен магнит. Датчик Холла реагирует на магнитное поле этого магнита. На выходе снова получается сигнал в виде квадратной волны с частотой, зависящей от скорости.

 

Датчик Холла (выглядит как маленький транзистор, вал с магнитом удален.)

 

Регулирование скорости

Процесс регулирования скорости происходит в блоке управления. Блок управления преобразует сигнал квадратной волны от датчика, сравнивает его с заданной скоростью с панели управления и регулирует напряжение двигателя, пока фактическая скорость не достигнет заданного значения.

Сигнал скорости также необходим для активации предохранительной блокировки. Пока датчик подает сигнал, блок управления знает, что центрифуга вращается, и держит крышку запертой.

 

Тормоз

По окончании времени центрифугирования ротор замедляется и через несколько секунд полностью останавливается. Это возможно только в том случае, если двигатель активно тормозится тормозом. Тормоз - это не что иное, как резистор, который шунтирует вращающийся двигатель. Поскольку вырабатываемая мощность довольно велика, резистор также должен быть большим. Действительно, это самый большой резистор внутри центрифуги, и его легко найти. Иногда он установлен на некотором расстоянии от платы управления, а иногда в другом месте, вдали от платы, где он лучше охлаждается окружающим воздухом.

 

Плата управления с внешним тормозным резистором

 

 

Таймер

В простейшем случае таймер - это просто механические часы. Во всех остальных случаях таймер является составной частью электронного блока управления, который в самых современных центрифугах может использовать микропроцессор.

 

Датчик дисбаланса

Датчик дисбаланса обнаруживает несбалансированный ротор и немедленно останавливает двигатель. Датчик представляет собой не что иное, как микропереключатель, который крепится рядом с валом. Если нагрузка не сбалансирована, вал начинает колебаться и в конце концов касается микропереключателя. Активированный переключатель подает сигнал на плату управления, которая останавливает двигатель.

 

Датчик крышки

По соображениям безопасности нельзя запускать центрифугу при открытой крышке. Микропереключатель, установленный на механизме блокировки, обнаруживает открытую крышку и передает эту информацию на плату управления.

Соленоид защитной блокировки и выключатель крышки (синий)

 

 

Защитная блокировка

В целях безопасности также важно, чтобы крышка была заблокирована во время центрифугирования. Для этого соленоид проталкивает металлический штифт через защелку крышки. Соленоид активируется блоком управления. Блок управления получает необходимую информацию от датчика скорости. Только когда датчик скорости обнаруживает остановку, соленоид активируется и освобождает крышку. Обратите внимание, что на практике это происходит не сразу, а с небольшой задержкой.

 

 

Аварийное разблокирование замка крышки

На случай неисправности или полного отказа все центрифуги имеют аварийную разблокировку крышки.

Как это работает, объясняется в руководстве пользователя. Но в принципе это аналогичная процедура, как открытие CD или DVD привода компьютера (маленькое отверстие в корпусе нужно вставить штифт или отвертку, которая отодвигает механизм блокировки). Убедитесь, что центрифуга перестала вращаться и питание отключено, прежде чем пытаться открыть замок крышки.

 

 

В некоторых центрифугах крышка блокируется на случай отключения питания. Тогда пользователь должен знать, как можно открыть крышку вручную.

 

Холодильник

Когда центрифуга вращается с очень высокой скоростью, в результате трения с окружающим воздухом выделяется тепло. Образцы могут нагреваться, что негативно сказывается на их состоянии. Чтобы избежать этого, сверхвысокоскоростные центрифуги охлаждаются.

 

Полезные ссылки:

1. Техническая документация к центрифугам;

2. Литература по лабораторному оборудованию.

 

Автор: Frank Weithöner

Источник: Frank's Equipment (www.frankshospitalworkshop.com)

Перевод: MTandIT (https://vk.com/medtechandit)