二氧化碳培养箱的故障分析与维修

李开良，刘坚

南京医科大学第一附属医院 临床医学工程处，江苏 南京 210029

二氧化碳培养箱的故障分析与维修

李开良，刘坚

南京医科大学第一附属医院 临床医学工程处，江苏 南京 210029

本文详细分析了二氧化碳培养箱常见的3例故障的原因和排除过程。

二氧化碳培养箱；红外传感器；医疗设备维修

研究细胞与微生物的功能、代谢以及对环境诸多影响因素的反应时，需要创造既能使细胞与微生物脱离复杂机体内环境的直接影响，又能维持正常生命活动的环境条件[1]。二氧化碳培养箱可以使细胞等在人工环境中生长。现已广泛应用于各种组织和细胞的培养、肿瘤、心脏疾病研究、细菌培养、遗传工程及试管婴儿等[2]。我院有多种型号培养箱，以下就3例故障现象及维修方法做一简单介绍。

1 故障一

1.1 故障现象

美国Thermo（热电）公司 Forma 系列二氧化碳培养箱开机后，显示面板频闪，无法完成自检，设备无法正常工作。

1.2 故障分析

开机后显示面板无法正常显示，闪烁不定，重启培养箱后，故障依旧。猜测该现象是由于电源不稳造成的，使用万用表测量电源插座电压，结果为220 V稳定电压，排除供电电压造成的故障，初步怀疑培养箱内部开关电源输出不正常。

1.3 故障排除

断开电源开关输出端，用模拟万用表分别测量输出端12 V和5 V直流电压，万用表指针均左右摆动不定，说明开关电源所输出的2种电压均不稳定，造成显示面板频闪，设备不能正常工作。把培养箱内部开关电源拆下，用接线夹给开关电源提供220 V交流电，测量其整流桥后端滤波电容两端直流电压为310 V左右，说明其整流滤波电路正常[3]。进一步检查，发现开关电源所用脉宽调制芯片UC3844的7脚即VCC（芯片正电源引脚）电压偏低[4]。造成电路脉宽调制不能正常工作，进而导致开关电源输出不稳定。脉宽调制芯片UC3844部分电路，见图1。检查发现其中电容C4容量偏低，该电容参与脉宽调制芯片的VCC引脚供电，此电容容量偏低会造成芯片工作不稳定，遂更换相同参数电容，电容更换后，使用万用表再次测量开关电源的两路输出电压，发现可以输出稳定12 V和5 V电源，把开关电源重新安装后，二氧化碳培养箱显示面板可正常显示，自检可通过，设备可以正常工作，故障排除。

图1 UC3844部分电路图

2 故障二

2.1 故障现象

英国Galaxy R二氧化碳培养箱的二氧化碳浓度偏低，校准程序中，增益Gain值已调至最大，二氧化碳浓度仍偏低，影响正常使用。

2.2 故障分析

二氧化碳培养箱中二氧化碳浓度的测量目前有2种方式，分别为热传导（T/C）传感器和红外（IR）传感器。热传导式传感器工作原理，见图2。其中R1、R2、R3、r共同组成电桥，电桥与可变电流源、伺服电路、调节器A共同组成闭环控制电路。当气体浓度为0时，调节电桥桥臂电阻使电桥处于平衡状态，调定传感器的工作电流I（I决定传感器的工作温度）。检测气体时，若气体导热系数增加（减少），由于气体的热传导作用，传感器的温度降低（上升），阻值减少（增加），电桥失去平衡，输出不平衡电压经放大后送到控制伺服电路，伺服电路的输出使可变电流源的输出电流增大（减少），增大（减少）的电流通过热导传感器，使温度上升（下降），阻值增大（减少），直到电桥重新恢复平衡为止。电流增大（减小）的数值反映导热系数的大小，测出Uo的变化量从而检测出被测气体浓度[5]。

红外式传感器是由红外光源、测量气室、可调干涉滤光片、光探测器、光调制电路、放大系统等组成可发出3～10 μm的红外线，其中包含了4.26 μm处二氧化碳气体的强吸收峰。在气室中，二氧化碳吸收光源发出特定波长的光，经探测器检测则可显示出二氧化碳对红外线的吸收情况。干涉滤光片是可调的，调节它可改变其通过的光波波段，从而改变探测器探测到信号的强弱。红外探测器为薄膜电容，吸收了红外能量后，气体温度升高，导致室内压力增大，电容两极间的距离就要改变，电容值随之改变。二氧化碳气体的浓度愈大，电容值改变也就愈大[6]。

Galaxy R 二氧化碳培养箱的二氧化碳传感器使用的是红外（IR）方式，二氧化碳浓度偏低，怀疑二氧化碳传感器测量不准。由于更换二氧化碳传感器成本非常高，所以决定自行维修。将浓度偏低的培养箱与正常培养箱对比，发现偏低的培养箱传感器内红外光源亮度比正常培养箱内红外光源亮度偏低。初步判断二氧化碳浓度偏低是由于红外光源亮度偏低造成。

2.3 故障排除

把二氧化碳传感器拆开，发现其红外光源为一红外灯泡，更换灯泡，重新安装传感器后，进行校准。在培养箱校准模式下，通过调节增益值，来校准二氧化碳浓度，结果见表1。校准后，保存GAIN值，二氧化碳浓度正常，与其他正常培养箱对比灯泡亮度近似，培养箱可以正常使用，故障排除。

表1 二氧化碳浓度校准参数设定

图2 热导式传感器工作原理

3 故障三

3.1 故障现象

美国Thermo（热电）公司 Forma系列二氧化碳培养箱显示温度过高，报警灯闪烁，报警蜂鸣器规律性鸣响。

3.2 故障分析

Forma系列二氧化碳培养箱内部有2个温度传感器，一个参与控制箱体加热，一个为温度显示测量。温度过高报警原因有：① 培养箱内温度过高，这说明箱体加热控制系统出现故障，箱体持续加热；② 培养箱内显示温度传感器损坏，测量不准；③ 箱体内循环风扇卡死，造成局部过热，测量温度过高报警。

3.3 故障排除

经检查发现循环风扇不转，风扇轴承卡死，更换相同规格轴承，风扇可以正常运转，二氧化碳培养箱高温报警消失，故障排除。

4 总结

我院二氧化碳培养箱种类型号繁多，但原理基本相似，所以根据掌握的原理去分析故障，可以很容易的解决问题。其他设备的维修也类似，设备的维修首先需要掌握设备的工作原理，然后根据相应的故障去认真分析，根据分析结果逐步排查，不要盲目拆卸，这样在设备的维修中才可以做到事半功倍。

[1] 曾照芳,贺志安.临床检验仪器学[M].北京:人民卫生出版社,2012.

[2] 肖平.医疗设备开关电源的应用分析[J].中国医学装备,2012,9(7): 78-80.

[3] 张琦.医疗设备开关电源维修技术的探讨[J].中国医疗设备,2014,29(8):143-144.

[4] 何道清,张禾,谌海运.传感器与传感器技术[M].北京:科学出版社,2014.

[5] 李亚萍,张广军,李庆波.空间双光路红外CO2气体传感器及其测量模型[J].光学精密工程,2009,17(1):14-19.

[6] 李昌锋,沙洪.医用CO2浓度检测系统设计及信号处理方法研究[J].现代检验医学杂志,2011,26(3):23-26.

Analysis and Maintenance of Carbon Dioxide Incubator Fault

LI Kai-liang，LIU Jian
Department of Clinical Medical Engineering, the First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210029, China

R197.39；TH776

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.02.052

1674-1633(2016)02-0165-02

2015-05-22

2015-07-08

作者邮箱：kailiang1988@163.com