生化培养箱维修案例探究

王闯，陈雪君，曹春玲，王浩文，陈梓莹

（1.广东省医疗器械质量监督检验所，广东 广州 510663；2.南方医科大学南方医院，广东 广州 510515）

生化培养箱配置有加热器、压缩机、空气流通风扇等，具备加热、制冷功能，可以提供稳定的高温或低温环境，控温精度可以达到0.1℃。因此，其广泛应用于生物工程、医疗、卫生防疫、农业、畜牧业等领域。生化培养箱在医疗领域普遍应用于病理科、检验科、药学部、感染管理科、实验室等科室，其在医疗行业的正常运行和科研发展中发挥着重要的作用。本文主要分享一例故障现象为温度控制失效的维修案例，以期为工程师提供此类维修及维修后质量控制的参考。

1 生化培养箱简介

1.1 生化培养箱原理

生化培养箱的原理是通过控制一系列环境参数，以模拟微生物或细胞在自然环境中的生长条件。这些参数包括温度、湿度、气体组成和气压等。生化培养箱由加热器、压缩机、循环风扇、温度传感器、湿度传感器、CO2浓度控制器、主控制器等构成，其中加热器、压缩机和风扇是用来提供恒定的温度，而温度传感器则监测和调节温度以保证稳定性，湿度传感器则负责监测并维持适当的湿度水平。对于某些特定的细胞生长环境，CO2浓度控制器可以调节箱内的CO2浓度。对于配置较为完备的生化培养箱还具有UV 灯杀菌功能，这可以减少污染和交叉感染的风险。通过这些环境参数的精确控制，生化培养箱可以为生物学家和医学研究者提供一个理想的实验环境，以进行各种实验研究。

1.2 生化培养箱构成

生化培养箱通常由通风系统、温度控制系统、湿度控制系统、按键输入系统、照明系统、显示系统、电源系统、CO2控制系统、UV 杀菌系统、主控制系统、外壳等组成。如图1 所示，为各个系统之间的连接关系及其核心部件。

图1 生化培养箱结构框图

通风系统主要由循环风扇、换气器及其控制器构成，能够有效地实现风量和气流的控制。

温度控制系统主要由加热器、压缩机、循环风扇、温度传感器、温度控制器等组成。当培养箱内温度高于设定温度时，控制器控制压缩机工作，配合通风系统为箱内降温；当培养箱内温度低于设定温度时，控制器控制加热器工作，配合通风系统为箱内升温。系统中的循环风扇由单相异步电机驱动，作用是为生化培养箱内部空气循环提供动力，及保证箱内各个角落的温湿度均衡。因此，在生化培养箱完成上电自检后，循环风扇便启动运行。

湿度控制系统主要由加湿器、湿度传感器和湿度控制器组成，能够根据设置值实现对箱内湿度的控制和调节。其中加湿器是湿度控制系统的核心组件之一，用于增加培养箱内的湿度。根据不同的型号和品牌，加湿器可以采用不同的工作原理，如蒸汽、喷水、超声波等。

按键输入系统和显示系统可以分别设计，也可以集成在一块触摸屏上，主要用于显示生化培养箱当前温湿度、设置温湿度、控制照明开关等。

照明系统用于为生化培养箱内部提供照明，便于使用人员观察箱内情况和存取样本。

电源系统主要包含两个部分，分别为交流电源和直流电源，交流电源用于为加热器、压缩机、电机等大功率部件供电，直流电源主要为控制器、显示器等低功耗单元供电。

CO2控制系统主要包括二氧化碳气瓶、流量计、压力表、通气阀等部件，能够控制和调节二氧化碳气体的流量和压力。

UV 杀菌系统主要由UV 灯及其控制器构成，通常可以手动开关该系统，或者预先设置好开启和关闭的时间，然后由系统根据设置自动执行。该系统应当与培养箱箱门联动，当箱门打开时应关闭UV 灯，以保障使用人员的安全。

主控制系统由中央处理器、存储器、传感器和软件程序等组成，可以对箱内环境参数进行非常准确的监测和控制，由该系统整体协调控制通风系统、温度控制系统、湿度控制系统、按键输入系统等。

外壳通常采用高质量的钢材或合金材料制成，具备较强的抗腐蚀性能和耐老化性能。

此外，上述各子系统中温度控制系统、按键输入系统、显示系统、电源系统、主控制系统、外壳属于必备功能，其余系统根据厂家设计或者用户选配可以自由增减。

2 生化培养箱常见故障

设备的及时维护、维修对于保障医疗机构高效运行具有重要的作用，下面就生化培养箱常见故障展开论述。

温度不准确：生化培养箱的温差应非常小，运行稳定后，实际温度同设定温度的差异应该小于0.5℃，如果温度波动较大，可能会影响实验结果。出现该故障的原因可能是温度传感器故障，循环风扇驱动电机故障、控制电路故障等。

温度无法控制：如果生化培养箱的控制系统出现故障，可能会导致温度无法维持在所需的水平，故障表现通常为实际温度长期无法达到设定温度，且温度偏差较大。故障原因有控制器故障、压缩机故障、加热器故障、循环风扇驱动电机故障等。

湿度问题：生化培养箱内的湿度也应该是可控制的，湿度过高或过低都可能对实验产生不良影响。故障表现为湿度长期无法达到设定值。故障原因有加湿器故障、湿度传感器故障、湿度控制器故障等。

警报系统失灵：生化培养箱一般会有警报系统，以提醒用户设备出现故障或者达到预设限制。如果警报系统失灵，可能会对设备或培养箱内样本造成损害。

培养箱内部组件损坏：例如，灯泡、加热器、传感器等部件的损坏都可能导致培养箱无法正常工作。

不规律的噪音：如果生化培养箱发出异常噪音，可能是由于内部组件运转不良或者风扇堵塞、设备放置不当、压缩机故障等问题导致的。

无法设定参数：如果用户无法正确地设定生化培养箱的参数（如温度、湿度等），那么，设备就无法按照要求进行工作。产生该故障的原因可能是按键老化，触摸屏故障，线路故障等。

维护提示不工作：许多生化培养箱有自动维护提示功能，如果这个功能失效，可能会导致设备因没有得到适当维护而损坏。

过滤器堵塞：培养箱的过滤器可能由于没有及时清理或更换而堵塞，影响设备的正常工作。

3 温度无法控制故障解决方案

故障现象：生化培养箱正常开机后，设置目标温度为5℃，但其实际温度始终近似等于室温25℃。关机重新启动设备后，室内墙壁插座的空气开关跳闸。

故障分析：根据设备降温故障，初步怀疑压缩机或其控制电路故障，结合空气开关跳闸这一现象，进一步怀疑压缩机存在短路故障。

故障排除：观察设备外观，未见明显故障痕迹。因此，按照初步故障分析结论移除设备外壳，观察内部元器件。如图2 所示，在控制电路处发现2μF 的CBB 电容出现明显烧毁迹象，用万用表短路检测档测试该电容2 个引脚，测试结果显示未短路。

图2 CBB 电容损毁照片

下一步，继续寻找设备短路元器件。观察发现，电气部分均连接到一块控制板上，但是该电气控制板所连接的信号线缆均未做标识，为了尽快定位故障并且防止接线错误引发次生故障，需要对各信号线进行标识，如图3 所示，用便携式标签打印机对信号线进行标识，并在拆机前拍照记录。

图3 电气控制板信号线标识照片

通过对电气控制板所控制的外围配件进行逐个检查，发现当拆除空气流通风扇驱动电机后空气开关不再跳闸，设备可以正常启动，且在箱内温度高于设定温度时能正常启动压缩机进行降温；在箱内温度低于设定温度时能正常启动加热器进行升温。拆除空气循环风扇驱动电机外壳，如图4所示，发现其线缆根部存在烧毁迹象。

图4 空气流通风扇驱动电机故障照片

到此，基本可以确定故障元器件为空气流通风扇驱动电机及其启动电容，购置上述元器件并进行更换，更换后设备运行正常。

维修后检测：经过维修后的设备，特别是对于设备性能有较大影响的维修，需要在维修后进行设备性能的质量控制检测或者进行使用中检定。维修后质量控制检测具体操作可为：将经过校准的温度计放入生化培养箱内部空间中心点，分别设置65℃、50℃、42℃、37℃、30℃、25℃、4℃，共7 个常用档进行设备修复后性能检测，测量结果如表1 所示。上述温度选取的原因为：50 ～65℃为PCR（聚合酶链反应）。

表1 生化培养箱性能检测数据

《YY/T 1641-2018 医用生化培养箱》规定培养箱的温度控制误差应在±1℃以内，这意味着箱内的实际温度与温度设定值相比，上下浮动不超过1℃。检测结果在标准推荐误差要求内。

4 结语

本文中故障解决方案所涉及的生化培养箱为仅具备基本温度控制功能的生化培养箱，由于丧失温度控制这一主要功能，使用科室已经启动报废流程，但经检修，完成了故障定位和修复，并且按照设备维修规定，参考相关医药行业标准规定，对维修后的设备进行主要性能的质量控制检测，检测通过后再次投入使用。及时开展的自行维修相较委外维修，节约了时间成本，同时也避免了报废后再次采购的情况发生。此外，在实际维修工作中要本着由简单到复杂的维修理念，特别是遇到线路拆解的时候，需要做好标识，必要时拍照记录。从分析故障现象到提出假设，最后验证假设或推翻假设重新推理，在一次次的PDCA 循环中逐步接近真相，解决问题。