离机是将样品进行分离的仪器，广泛应用干生物医学、石油化工、农业、食品卫生等领域，它利用不同物质在离力场沉淀速度的差异，实现样品的分析分离。离机自问世以来，历经低速、调整、超速的变迁，其进展主要体现在离设备和离技术两方，二者相辅相成。从转速看，实验室离机基本属于低速、速离机的范畴，因此具低速和速离机的技术特点，其结构主要由电机驱动系统、制冷系统、机械系统、转头和系统控制等几部分组成，与落地式离机相比只不过是尺寸和容量小点罢了。河南北弘实验室离机的发展已经模糊了低速、速、微量和大容量离机的界线，众多的转头为科研人员提供相当广泛的应用范围，成为科研实验室机型。
本文将结合国内外流行的实验室离机．着重从功能结构，介绍实验室离机的关键技术及其进展，并希望通过国内外流行机型的技术总结和比较，提供益的型建议。
1、交流变频调速将逐步取代直流调速
转速调节系统是离机的核部分，由控制、功率驱动和电机三大要素组成，主要是控制电机的转速。在离机的发展进程直流调速功不可没，其主要特点是具良的起制动、调速范围宽、结构简单、成本低、理论和实践都比较成熟等，因此八十年代前在离机广泛的应用较成熟等，因此八十年代前在离机广泛的应用，至今仍在应用和不断的进，如进直流电机铜头和碳刷的耐磨性，以延长电机的寿命和碳刷的更换周期等。
可控硅相控直流调速是经典的直流调速方案，结构简单、技术成熟，基本满足离机调速的需求，因此在国内外离机广泛的应用。其主要缺点是，整流波形差、电流脉动大、轻负载时易出现断流现象、为维持直流电机电流的连续，需加笨重的平滑电，增加了仪器的体积和重量。八十年代后，随着控功率器件的发展，如功率晶体管和场应管等，开关功率变换技术逐渐在离机直流调速系统应用，如德国eppendorf5410和5402离机，这种技术主要是通过频直流斩波，调节脉冲占宽比，变辅出电压，为直流电机供电。由于开关频率很，般小于50KHZ仅靠电机自身的电滤波，即可获平滑的直流电流，克服了可控硅相控直流调速的缺点，因此转速更平滑，调速范围更宽。
开环调速是简单的调速方案，甚至十几个分立器件或个集成块即可组成个系统，所以至今国内某些低价位的离机仍采用这种方案，其主要缺点是需要手动调速，不能控制电机的电流，转速精度和技术附加值都比较低。鉴于开环调速的局限性，国内外大部分离机普遍采用既电流反馈又转速反馈的双闭环调速方案，其主要优点是自动调速、升速快、转速超调小、精度、限流功能避免电机过电流损坏。
虽然直流调速历史悠久、技术成熟、但直流电机机械整流子换向是其致命的弱点，限制了电机的转速，整流子带来干扰，需要更换碳刷等，使早期的超速或速离机不不采用如齿轮变速的间接提速方案或其它方法，增加了成本和体积，降低了寿命和可靠性。七十年代末，国外超速离机率先采用变频调速技术，主要通过变应电机的供电频率调节转速。由于应电机无需机械整流子，不仅免去更换碳刷之烦，而且提了电机转速，甚至十几万转的超速离机，也能直接驱动，大大简化离机的结构。
变频调速的技术关键：是控功率器件的发展和应用，简化了调速的技术关键：是控功率器件的发展和应用，简化了逆变器的主电路；二是SPWM技术进了逆变器的性能指标；三是控制技术的发展，如矢量控制技术等，使应电机的控制性能达或超过直流电机的水平；四是变频调速专用大规模集成电路和微处理器大大简化了变频电路，如西门子三相可编程脉宽调制集成电路SIH4520、Intel公司的SX196MC和TI公司的TMS320C240电机控制单片机等，目前变频调速完可以和直流调速相媲美。九十年代后，国外主要离机厂商的线产品几乎都采用变频调速的技术，不论超速、速，还是低速离机，如德国Heraeus、Hettich等，我国也将变频调速离机列为攻关计划，部分厂家已经推出变频调速离机，如上海亭科学仪器厂，科院生物物理所等。根据交流电机不同，变频调速也所区别，目前变频调速离机所用电机主要三种：异步应电机、无刷直流电机和可变磁阻电机。1988年SORVALL应用无刷直流电机推出RC－285亚超速离机，Beckman应用可变磁阻电机生产出转速达三万转的Avanti系列离机，其起制动加减速率比同类离机快倍，但目前应用普及和成熟还是异步应电机。
2、多功能、自动化和微机控制
随着离机制造和应用技术的发展，离机不仅在调速技术方取进展，而且在多功能和自动化方也长足进步，如可变速率起制动、程序变速、直接输入离力、操作程序的存储和调用、仪器状态的自动诊断、要求尽可能的显示离机的参数和状态信息、更加完的保护功能等，些功能不仅是锦上添花，而且直接影响离果，如可变速率起制动和程序变速可以区带离果和缩短离时间等。早期离机控制系统由分立元件组成，电路复杂、成本、许多功能难以实现。采用微机技术后，可由软件替代硬件的功能或完成硬件难以实现的功能，如离机程序控制、电机控制等，不仅大大简化硬件的结构，而且多功能、自动化也成为现实。
般离机微机控制系统的核是单片微机，硬件系统包括：操作界、电机控制界、温度控制界、防护监控界、系统监控等。操作界管理键盘和显示器，为便干用户操作和监视运行参数，操作界应遵循简单扼要，逻辑性强，参数目了然的原则。德国Heraeus的Biofugestratos离机采用”EasyCon－trol’臊作界，显示和分别处理运行参数，采用国际认可的图形语言和尽可能少的单功能操作键；德国Hettich离机仅用三个键即可处理操作参数；德国Hermle新款离机继承传统离机的操作特点，仍采用旋钮调节参数。电机控制界的输入是电机的电流和转速信号，输出是电机转速的控制信号，转速传般：同轴发电机测速、磁阻测速、霍尔器件测速、光电投射和折射式测速，由千光电和霍尔测速集成度、成本低、可靠和应用简单，所以日前应用较多。
离机转头腔体温度控制系统的原理和结构与普通冰箱大致相同，但尚未普遍采用先进的、精度更变频压机调温技术：也应用半导体（vehier）器件制冷，但不普遍；些离机，如德国HettiCh的16和30F，为减少电机热传导和转头风阻产热对样品的影响，采用风冷降温技术，风冷离机的风道设计是关键，般风从顶部吸入，由底部排出，流动的气体将转头和电机的热量带走，科学的风道既可以降温，也可以减少噪音；些离机控制和显示转头内样品的温度（SampleTemperature），而些是控制和显示转头腔体的温度，前者需做大量的实验，技术含量，更受用户的欢迎。防护监控界主要包括：超速、超温、转头不平衡、转头识别和门锁监控等。系统监控要监制系统自身的状态，及时保护和给出故障信息，方便维修。单片微机择集程度、专用及总线在内部的单片机，集程度可以减少造价和提可靠性，专用可以简化设计和提集成度，内部总线通过Ｉ／Ｏ口与外部隔离，减轻电磁噪音对总线的干扰，eppendorf5415C控制系统的核仅由个带ADC的单片机（38ADP70）和个外围集成块（ULN2802A组成，电路十分简单。
3、注意、环保和国际标准
离机使用不当，如转头超速、超载、不平衡等，都可能损坏仪器，甚至炸头，威胁人身，所以厂商特别注意设计，国际上及各国也制定相应的标准，如德国的离机意外事故防护规范（UVV，VBG7Z），离机和离管的工业标准（DIN58970，PARTI，2，3and4）。
机械设计主要包括以下内容：
门锁防护系统，采用机械和电子双层门锁，要求门锁关闭后，离机才能启动，电机停止动后，才可以开盖。
离机腔体和盖采用坚固的装甲钢，以防转头飞逸转头的不平衡检测至关重要，转头的不平衡会导致电机轴产生摆动，影响离机寿命，严重时，会折断电机轴，甚至炸头。般通过检测电机轴的摆动探知不平衡，常用的方法：机械位置开关、磁电阻（MSR）、超声测距、加速度传等。
机械位置开关简单实用应用广，Heraeus的BiofugeStratos离机采用加速度传器配以数据处理软件，研制出智能不平衡识别系统，可以针对每种转头的特定重量，在离的过程进行监控，以往机械位置不平衡识别系统需恨据轴的摆动距离，而且只在加速阶段才管用的缺点，使其在任何速度，甚至在速运转时，也能探测哪怕是试管破裂和样品外溢而导致的不平衡；
提离机自身的抗不平衡能力，不仅可以提离机的坚固性，同时由于转头操作时，不需严格的平衡，甚至目视平衡即可，因而方便了用户操作。般小型离机将整个电机放在抗震的弹性支架上，如橡胶垫等，速离机还往往采用揉性轴抗震。eppendorf5415C将整个电机悬挂在橡胶支架上，Heraeus的BiofugeStatos离机采用称力“SpindieDriver”的抗震驱动系统，整个轴放在个抗震缓冲容器，克服了揉性轴易折、易断的缺点，因而更结实、更耐不平衡、起制动更快（约305）；
转头识别系统可以自动的鉴别转头，限制转头的转速，地防止了用户的误操作。转头识别的基本原理是为每个转头设的编码，或在每个转头底部镶嵌定数量的小磁铁，用霍尔传，或是采用光电折射环传，更复杂的超声和无线射频转头认别，转头不用运转即可识别，甚至连转头盖是否盖都能探知。
环保主要表现在两方，是制冷系统采用无氟制冷剂或半导体（Peltier）制冷，但目前采用半导体制冷的离机尚不多见；二是降噪音，般通常谈话声为60分p，公共气车行驶声为70至80分贝，医学研究表明，70分贝以上的噪音能干扰谈话，造成烦意乱，影响工作，甚至引起事故，根据我国产品质量检验机构计量认证技术考核规范（fiG10290），测试实验室的噪音不大于70dBo通常离机采月的降噪音措施：外壳和转动头腔体加吸音涂层；采用坚固稳重的抗震底座吨机与机械框架用弹性减震器隔离；应用无整流子电机等。般经减震处理后，离机的噪音可以限制在60分贝以内。
作为电气设备，离机还满足相应的电气和电磁兼容性（EMC）标准，如国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）的“IEC医用电气设备通则”。欧盟的“EN61010－且和61010－2－020”，电磁兼容性标准欧盟“EN55082－１”等。我国也参照国际标准，制定了适合我国国情的电气和电磁兼容性标准，“医用电气设备通用要求”及“电动工具、家用电器和类似器具无线电干扰特性的测量方法和允许值（GM343－84）”等。规则主要规定了绝缘电阻、漏电流、接地线电阻和接地电阻等四个指标，要求用户在大修后或定期检查这四个指标。1996年1月欧盟正式颁布并执行电磁兼容性指标，规定凡是通过“EN55082－二”EMC认证的设备，配发CE标志，并规定凡带CE标志的产品，欧盟各加盟国应准许过境，不许留难。电磁标准要求电气设备不应对外界产生电磁干扰，同时自身也要抗电磁干扰的能力。由于离机既产生强电磁干扰的电气传动系统，又对电磁干扰的微机弱电系统，所以不论是厂家还是用户都应关注离机的电磁兼容性。总之离机的机械和电气Heraeus的highconic足人们对质量和日益严格的要求，取标准认证的产品可以取用户更多的信任。
4、转头进和种类增多
实验室常用的转头：角度头、甩平头、垂直头，以及专用和近年发展的转头，如连续流头、淘洗头、区带头、酶标板头、毛细管头、石油测试头、滚筒头和生物头等，转头种类增多，进了离方法，拓宽了应用领域。除种类增多外，转头的材质和结构也很大的进展。转头的材质主要是铝合金和钛合金。铝合金重量轻、强度、造价低，但抗腐蚀和耐温性差；钛合金除具铝合金的优点外，还可以抗腐蚀和耐温性，直接进行压温，在温下工作。为减轻电机的负荷及增加样品的容量，许多厂家进了转头的材料和结构，推出超轻转头：Beckman和Hitachi推出碳纤维转头，重量只铝合金头的三分之；Sorval的系列超轻铝制头重量减少半；IEC研制出抗腐耐温的聚丙烯头，既可以漂白清洗，也可以直接压温；Heraeus的highconic（45度速角度头）头，采用空腔体结构，在小离机，负荷6X50ml样品，速运转；eppendorf采用薄铝合金板，用模具压成空角度头；Hettich用薄钢板周边开槽挂吊蓝的方法，制成甩平头。其它方，Heraeus进了生物头的材质和结构，解决生物头速密封差的缺点，压温数不限，并经过独立评价机构英国应用微生物研制的CAMR测试。
转头在速运转时，内部会产生离应力，当离应力超过定的限度后，将引起转头过早失，甚至炸头，所以用户定要注意转头的正确使用和妥保管。转头使用后，应及时清洗，切勿碰撞擦伤，如不慎失落，应对转头进行X光检查，确认内部无创伤后，方可使用。使用，应及时终止超寿命转头的使用，通常厂家都注明转头的时数和离数，不论哪个指标先，都说明转头寿命已。关干转头寿命的延长应严格遵循厂家的说明，般在下列情况下，要降低转头的转速：①转头的寿命已，但转头保存良，按厂家说明降速延长使用；②转头局部损伤或轻微腐蚀；③使用不锈钢离管和套管样品平均密度超过1.2g/ml时。
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