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控制II类生物安全柜中的气流​

时间:2021-09-08 点击:989次

控制II类生物安全柜中的气流

 

 

 

20世纪70年代末和80年代初,电子空气速度传感器的增加的可用性和降低的成本使得基于传感器的反馈回路成为生物安全柜制造商的可行的解决方案。

基于传感器的反馈环路

 

20世纪70年代末和80年代初,电子空气速度传感器的增加的可用性和降低的成本使得基于传感器的反馈回路成为生物安全柜制造商的可行的解决方案。这些机柜中的**个使用气流传感器,特别是热(热线)风速计,连续测量工作区域中单个点的向下流速度。通过反馈回路将速度报告给生物安全柜的速度控制器。随着下流速度由于过滤器负载而下降,速度控制器增加鼓风机速度以将速度返回到其标称设定点。

 

该技术的**大优点是实时气流监测和生物安全柜中的气流显示。然而,这个设计有缺点。热风速计由通过电流的小线构成。

 

通过线材的空气与空气的速度成比例地冷却,并且所得到的温度差被转换为电压。电压被发送到控制器,其**将电压解释为空气速度。每个传感器元件对变化的速度做出不同的响应。因此,**使用其*的传感器校准控制器,或者**使用带有提供标准输出的积分补偿电路的校准传感器。更换可能很昂贵,需要经过培训的认证机构,并在维修完成后重新认证设备。

 

净化器逻辑BSCPurifier®Logic®生物安全柜是使用无传感器气流控制的生物安全柜的一个示例。LABCONCO这项技术的**显著的缺点是在传感器的缺乏准确性。在生物安全柜中使用的典型的热风速计传感器具有+/- 10%的精度,这允许相当大量的波动。**后,传感器本身需要每年进行重新校准以补偿机柜中变化的气流模式以及传感器随时间的“漂移”。

 

**引入设计时,用于维持生物安全柜性能的热风速计相对于**初使用的手动调节的速度控制是巨大的改进。然而,其固有的缺点已导致制造商寻求更加鲁棒和可靠的方法,以在HEPA过滤器负载时自动补偿变化的气流。

 

无传感器气流控制

 

2007年,Labconco解决了与使用传感器监测和自动调整电机速度以补偿过滤器负载相关的固有问题。Purifier®Logic®生物安全柜开发的一个目标是采用更好,更高效的电机技术。为此,安装了直流(DC)电子换向电动机(ECM)来代替常规交流(AC**分相电容器(PSC)电动机。

 

ECM提供了优于早期PSC技术的许多优点。其固有的效率提供了50%或更多的能量节省,而其坚固的设计提供的运行寿命大约是PSC电机的三倍。ECM的冷却器操作使生物安全柜的工作环境中的空气温度的增加**小化,从而提高用户的舒适性。微处理器感测和控制电机速度和扭矩允许电机的编程,以将恒定的空气体积输送到生物安全柜,即使HEPA过滤器负载改变。

 

恒定气流曲线(CAP)技术

 

Labconco开发了“教导”ECM以提供恒定气流量,恒定气流曲线(CAP)的过程。为了对ECM进行编程以保持标称气流,工程师在各种不同的气流和HEPA过滤器压差下记录了每个尺寸机柜的速度和扭矩要求。速度,扭矩和气流数据使用由Regal Beloit提供的软件处理以产生ECM的*性能曲线(图1)。

 

ECM监视器图

1.该图说明了ECM电机如何保持恒定的气流。CAP(红色)线表示保持恒定体积为800立方英尺每分钟(CFM)所需的电动机扭矩和速度。该线被编程到电动机中作为在表征过程期间产生的一系列常数。绿色虚线表示生物安全柜中的起始过滤器压力。当HEPA过滤器负载时,新压力将表示为蓝色虚线。生物安全柜在“A”点稳定运行,直到过滤器负载。然后鼓风机加速到点“B”,这是压力增加和气流减少的结果。这种速度的增加(被称为“自补偿”)发生在任何类型的电动机上(参见“自补偿鼓风机”边栏以进一步讨论)。与将保持在点“B”的PSC电动机不同,ECM检查其速度和扭矩。因为点B不在CAP线上,所以ECM将其速度和扭矩增加到点“C”,“D”和**终“E”,直到其速度和扭矩回落到红线上。LABCONCO通过该过程,CAP技术已经解决了先前遇到的气流监测问题。如上所述,热风速计需要常规校准。使用CAP技术,没有重新校准或更换的传感器。因此,已经消除了用于这些气流监测装置的维护和设备更换成本。此外,这种坚固的设计不易受可能困扰基于热风速计的系统的温度和湿度波动。这种设计的**有利的优点或许是其固有的精度。在Labconco公司进行的测试表明,随着HEPA过滤器负载,气流维持在仅1**2%的变化。图2显示了来自该研究的代表性数据样品。

 

结论

 

在过去40年中已经取得了显着的进步,以在生物安全柜中保持恒定的气流。简单的斩波电路和差压计已经让位给基于传感器的控制系统。这些反过来,现在正在被无传感器微处理器电机系统取代,即使在机柜的HEPA过滤负载时,它们也能够保持**的气流量。一个无传感器系统使用CAP技术,其具有十倍精度和可靠性的优点,并且消除了气流传感器的周期性重新校准以确保适当的气流。

 

测试结果从NSF**际的净化器逻辑类型A2生物安全柜

2.该图说明了NSF**际公司对净化器逻辑类型A2生物安全柜的实际测试结果,该生物安全柜由具有CAP技术的ECM和由PSC电机供电的生物安全柜提供。在NSF / ANSI标准编号49中定义的电动机/鼓风机性能测试中,测量新的生物安全柜的由鼓风机排出的空气的总体积。然后限制机柜的前格栅以模拟HEPA过滤器上的额外50%的负载。再次测量空气的总体积并与初始值进行比较。在所示的图中,使用CAP技术的净化器逻辑生物安全柜的容量从784**778 CFM,损失0.7%(由红线表示)。具有PSC电动机的生物安全柜损失约60CFM,或8%(由蓝色虚线表示)。这些结果表明,净化器逻辑生物安全柜维持气流的十倍于PSC供电的生物安全柜的精度。

 

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