控制II類生物安全柜中的氣流

在20世紀(jì)70年代末和80年代初，電子空氣速度傳感器的增加的可用性和降低的成本使得基于傳感器的反饋回路成為生物安全柜制造商的可行的解決方案。

基于傳感器的反饋環(huán)路

在20世紀(jì)70年代末和80年代初，電子空氣速度傳感器的增加的可用性和降低的成本使得基于傳感器的反饋回路成為生物安全柜制造商的可行的解決方案。這些機(jī)柜中的**個使用氣流傳感器，特別是熱（熱線）風(fēng)速計(jì)，連續(xù)測量工作區(qū)域中單個點(diǎn)的向下流速度。通過反饋回路將速度報告給生物安全柜的速度控制器。隨著下流速度由于過濾器負(fù)載而下降，速度控制器增加鼓風(fēng)機(jī)速度以將速度返回到其標(biāo)稱設(shè)定點(diǎn)。

該技術(shù)的**大優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時氣流監(jiān)測和生物安全柜中的氣流顯示。然而，這個設(shè)計(jì)有缺點(diǎn)。熱風(fēng)速計(jì)由通過電流的小線構(gòu)成。

通過線材的空氣與空氣的速度成比例地冷卻，并且所得到的溫度差被轉(zhuǎn)換為電壓。電壓被發(fā)送到控制器，其**將電壓解釋為空氣速度。每個傳感器元件對變化的速度做出不同的響應(yīng)。因此，**使用其*的傳感器校準(zhǔn)控制器，或者**使用帶有提供標(biāo)準(zhǔn)輸出的積分補(bǔ)償電路的校準(zhǔn)傳感器。更換可能很昂貴，需要經(jīng)過培訓(xùn)的認(rèn)證機(jī)構(gòu)，并在維修完成后重新認(rèn)證設(shè)備。

凈化器邏輯BSCPurifier®Logic®生物安全柜是使用無傳感器氣流控制的生物安全柜的一個示例。LABCONCO這項(xiàng)技術(shù)的**顯著的缺點(diǎn)是在傳感器的缺乏準(zhǔn)確性。在生物安全柜中使用的典型的熱風(fēng)速計(jì)傳感器具有+/- 10％的精度，這允許相當(dāng)大量的波動。**后，傳感器本身需要每年進(jìn)行重新校準(zhǔn)以補(bǔ)償機(jī)柜中變化的氣流模式以及傳感器隨時間的“漂移”。

當(dāng)**引入設(shè)計(jì)時，用于維持生物安全柜性能的熱風(fēng)速計(jì)相對于**初使用的手動調(diào)節(jié)的速度控制是巨大的改進(jìn)。然而，其固有的缺點(diǎn)已導(dǎo)致制造商尋求更加魯棒和可靠的方法，以在HEPA過濾器負(fù)載時自動補(bǔ)償變化的氣流。

無傳感器氣流控制

2007年，Labconco解決了與使用傳感器監(jiān)測和自動調(diào)整電機(jī)速度以補(bǔ)償過濾器負(fù)載相關(guān)的固有問題。Purifier®Logic®生物安全柜開發(fā)的一個目標(biāo)是采用更好，更高效的電機(jī)技術(shù)。為此，安裝了直流（DC）電子換向電動機(jī)（ECM）來代替常規(guī)交流（AC）**分相電容器（PSC）電動機(jī)。

ECM提供了優(yōu)于早期PSC技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn)。其固有的效率提供了50％或更多的能量節(jié)省，而其堅(jiān)固的設(shè)計(jì)提供的運(yùn)行壽命大約是PSC電機(jī)的三倍。ECM的冷卻器操作使生物安全柜的工作環(huán)境中的空氣溫度的增加**小化，從而提高用戶的舒適性。微處理器感測和控制電機(jī)速度和扭矩允許電機(jī)的編程，以將恒定的空氣體積輸送到生物安全柜，即使HEPA過濾器負(fù)載改變。

恒定氣流曲線（CAP）技術(shù)

Labconco開發(fā)了“教導(dǎo)”ECM以提供恒定氣流量，恒定氣流曲線（CAP）的過程。為了對ECM進(jìn)行編程以保持標(biāo)稱氣流，工程師在各種不同的氣流和HEPA過濾器壓差下記錄了每個尺寸機(jī)柜的速度和扭矩要求。速度，扭矩和氣流數(shù)據(jù)使用由Regal Beloit提供的軟件處理以產(chǎn)生ECM的*性能曲線（圖1）。

ECM監(jiān)視器圖

圖1.該圖說明了ECM電機(jī)如何保持恒定的氣流。CAP（紅色）線表示保持恒定體積為800立方英尺每分鐘（CFM）所需的電動機(jī)扭矩和速度。該線被編程到電動機(jī)中作為在表征過程期間產(chǎn)生的一系列常數(shù)。綠色虛線表示生物安全柜中的起始過濾器壓力。當(dāng)HEPA過濾器負(fù)載時，新壓力將表示為藍(lán)色虛線。生物安全柜在“A”點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，直到過濾器負(fù)載。然后鼓風(fēng)機(jī)加速到點(diǎn)“B”，這是壓力增加和氣流減少的結(jié)果。這種速度的增加（被稱為“自補(bǔ)償”）發(fā)生在任何類型的電動機(jī)上（參見“自補(bǔ)償鼓風(fēng)機(jī)”邊欄以進(jìn)一步討論）。與將保持在點(diǎn)“B”的PSC電動機(jī)不同，ECM檢查其速度和扭矩。因?yàn)辄c(diǎn)B不在CAP線上，所以ECM將其速度和扭矩增加到點(diǎn)“C”，“D”和**終“E”，直到其速度和扭矩回落到紅線上。LABCONCO通過該過程，CAP技術(shù)已經(jīng)解決了先前遇到的氣流監(jiān)測問題。如上所述，熱風(fēng)速計(jì)需要常規(guī)校準(zhǔn)。使用CAP技術(shù)，沒有重新校準(zhǔn)或更換的傳感器。因此，已經(jīng)消除了用于這些氣流監(jiān)測裝置的維護(hù)和設(shè)備更換成本。此外，這種堅(jiān)固的設(shè)計(jì)不易受可能困擾基于熱風(fēng)速計(jì)的系統(tǒng)的溫度和濕度波動。這種設(shè)計(jì)的**有利的優(yōu)點(diǎn)或許是其固有的精度。在Labconco公司進(jìn)行的測試表明，隨著HEPA過濾器負(fù)載，氣流維持在僅1**2％的變化。圖2顯示了來自該研究的代表性數(shù)據(jù)樣品。

結(jié)論

在過去40年中已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步，以在生物安全柜中保持恒定的氣流。簡單的斬波電路和差壓計(jì)已經(jīng)讓位給基于傳感器的控制系統(tǒng)。這些反過來，現(xiàn)在正在被無傳感器微處理器電機(jī)系統(tǒng)取代，即使在機(jī)柜的HEPA過濾負(fù)載時，它們也能夠保持**的氣流量。一個無傳感器系統(tǒng)使用CAP技術(shù)，其具有十倍精度和可靠性的優(yōu)點(diǎn)，并且消除了氣流傳感器的周期性重新校準(zhǔn)以確保適當(dāng)?shù)臍饬鳌?/span>

測試結(jié)果從NSF**際的凈化器邏輯類型A2生物安全柜

圖2.該圖說明了NSF**際公司對凈化器邏輯類型A2生物安全柜的實(shí)際測試結(jié)果，該生物安全柜由具有CAP技術(shù)的ECM和由PSC電機(jī)供電的生物安全柜提供。在NSF / ANSI標(biāo)準(zhǔn)編號49中定義的電動機(jī)/鼓風(fēng)機(jī)性能測試中，測量新的生物安全柜的由鼓風(fēng)機(jī)排出的空氣的總體積。然后限制機(jī)柜的前格柵以模擬HEPA過濾器上的額外50％的負(fù)載。再次測量空氣的總體積并與初始值進(jìn)行比較。在所示的圖中，使用CAP技術(shù)的凈化器邏輯生物安全柜的容量從784降**778 CFM，損失0.7％（由紅線表示）。具有PSC電動機(jī)的生物安全柜損失約60CFM，或8％（由藍(lán)色虛線表示）。這些結(jié)果表明，凈化器邏輯生物安全柜維持氣流的十倍于PSC供電的生物安全柜的精度。