专利名称：一种带流量控制及循环空气过滤器寿命监控的生物安全柜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种带流量控制及循环空气过滤器寿命监控的生物安全柜，可用于各种微生物的隔离，属于生物安全柜技术领域。
背景技术：
目前，生物安全柜风速流量控制方式主要有3种第一种是通过用户自己调节风机电压，达到生物安全柜风速调节的目的。其流量风速的控制主要凭用户自身的操作经验，一般如不通过仪器测量，用户无法知道确切的风速、负压数据。
第二种是在第一种生物安全柜的风机控制方式基础上在前面板上增加了负压指示仪表，通过前面板上调压装置手动调节风机电压，如图1所示，使负压指示表达到预定值，利用负压和风速的对应关系可调节适当的风速。该方法虽然解决了风速控制的问题，但仍需人工操作调节，并且没有自动、实时的循环空气(HEPA)过滤器寿命监控及完善的不安全报警能力。
第三种方式是通过风机和循环空气过滤器本身固有的压力特性曲线，通过两者的合理匹配达到输出控制风速的目的，通过正压传感器测量风机和过滤器之间的压力来判断循环空气过滤器的寿命，当压力超过一定值则认为HEPA过滤器使用寿命将要结束，同时将原来固定的风机电压提升为另一个预设的较高电压。该方法对风机、过滤器的配对选择要求较高。虽然整个使用过程中，用户不需调节风速，但是在正常使用过程中由于只有一个固定电压，实际风速会随使用时间的变化而不断降低，并且当风速不足时无完善的报警措施。
发明内容
本实用新型的目的是发明一种自动控制生物安全柜风速流量，监测HEPA或超高效循环空气过滤器(ULPA)寿命，并且在流量及过滤不符合安全要求时自动实时报警的一种带流量控制及过滤器寿命监控的生物安全柜。
为实现以上目的，本实用新型的技术方案是提供一种带流量控制及循环空气过滤器寿命监控的生物安全柜，由底部支架、箱体、工作腔、玻璃门、前面板、风机、排气过滤器、门电机、循环空气过滤器、照明光源、紫外灯、液气管道接口、可拆卸预过滤器、脚踏开关接口、空气流道、负压表、调压装置组成，其特征在于，舍去负压表、调压装置，在空气流道的内壁上置有传感器，在前面板下端置有控制面板，在控制面板的后面置有线路板及相应软件。
本实用新型采用压差式流量计测流量原理，使用微压差传感器监测安全柜内部负压，利用空气流量产生的压差同风速、流量的对应关系，通过计算机计算并控制风机转速，使安全柜垂直风速达到安全标准值，一般约为0.4米/秒，随着市电电源的变化，循环空气过滤器的阻塞等情况的发生，如果在风机电源一定的情况下，垂直风速将发生对应改变，微压差传感器的压差也将发生相应的改变，此改变被计算机所测量，计算机将根据预设的参数对风机进行调节，达到保持风速不变的目的。
本实用新型的优点是能自动控制安全柜风速流量的同时，监测循环空气过滤器寿命，显示过滤器的寿命指示，负压的实时状态，在系统处于不安全时及时报警。风速控制稳定且精度高于传统方式，可以在确保安全使用安全柜的基础上，充分利用循环空气过滤器的全程寿命，延长了循环空气过滤器的实际使用时间。
图1为原生物安全柜前面板示意图；图2为生物安全柜结构示意图；图3为生物安全柜侧剖视图；图4为生物安全柜的电路原理图；图5为生物安全柜的面板操作示意图；图6为生物安全柜的显示界面示意图；图7为生物安全柜控制软件流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例如图2、3所示，为生物安全柜结构示意图，由底部支架1、箱体2、工作腔3、玻璃门4、前面板5、控制面板6、风机7、排气过滤器8、门电机9、循环空气过滤器10、照明光源11、紫外灯12、液气管道接口13、可拆卸预过滤器14、脚踏开关接口15、空气流道16、传感器19组成，箱体2置于底部支架1上，箱体2里面为工作腔3，箱体2外置有玻璃门4，前面板5置于玻璃门4上面，在前面板5下端置有控制面板6，在控制面板6的后面置有线路板及相应软件，风机7置于前面板5的后部，风机7的上端置有排气过滤器8，门电机9置于前面板5的后上端，循环空气过滤器10置于工作腔3的上端，照明光源11置于前面板5的左侧，紫外灯12置于玻璃门4的内侧，液气管道接口13置于工作腔3的左侧，工作腔3后部置有空气流道16，在空气流道16的内壁上置有传感器19，在空气流道16的下部置有可拆卸预过滤器14，脚踏开关接口15置于玻璃门4的下端。
如图4所示，为生物安全柜的电路原理图，由10个金属膜电阻R1-R10、5块集成块IC1-IC5、一个蜂鸣器B1、一个桥堆BR1、一个晶振X1、9个电容C1-C9、一个电感L1、两个光耦M1-M2、两个传感器P1-P2、一个可控硅TR1、一个可调电位器VR1、一个二极管D1组成。
P1传感器通过由R1、C1、D1组成的滤波保护电路输入AD转换集成电路IC1；通过VR1调节IC1的REF-低端参考电压，使传感器的有效输出被AD转换器有效利用，达到提高分辨率的目的；C3、C4对集成电路进行电源退耦处理，C2对REF-参考电压进行滤波处理。
微控制器IC2从IC1读取安全柜的流量压差值ΔP后，进行软件抗干扰滤波处理，计算出稳定的ΔP值，然后从EEPROMIC3中取出预定负压值同ΔP比较，计算出相对输出的风机电压值。IC3除能够存储状态、数据外，还可以作为上电复位和WATCHDOG实用，增加系统可靠性。
根据ΔP的大小变化调节风机电压。调压的方式为MCU控制的可控硅导通角方式，即交流电源通过BR1全波整流，通过R3和M1在IC4A/1的输入端形成隔离的交流过零信号，通过IC4A的反向输入MCU IC2的外部中断输入口。当MCU IC2检测到交流过零信号后，根据计算出的电压值，在IC2第13脚输出相应时间间隔的FANS信号，通过光耦隔离后输出至由可控硅TR1、R7、R8R9组成的可控硅过零电压调节电路，而R10、C8、C9组成电源滤波抗干扰、保护电路，因为驱动的交流风机功率大，又是感性负载，所以还要串联电感L1确保电路稳定性。
安全柜开机后即记录工作累计时间，并且将时间存储于EEPROM IC3中，微控制器根据输入的ΔP值同预设的负压P值比较，可以判断出流量的大小，如果流量过大则增加风机电压，反之则减小，但是如果当风机电压超过预设的电压上下限，或者ΔP值的变化超过预设的电压上下限时，微控制器将通过P3.1口由IC5A、R5、B1组成的蜂鸣器报警。同时通过LCD显示报警状态。
通过P2连接LCD和键盘模块，微控制器计算出的HEPA或ULPA过滤器寿命，负压值、仪器累计使用时间、系统状态都将在LCD上显示，通过面板上的操作按键，可以设定系统状态和功能。所有的报警都将在LCD显示界面显示。
如图5所示，为生物安全柜的面板操作示意图，控制面板6的板面由电源总开关20、静音键21、键入键22、选择键23、显示液晶屏24组成，电源总开关20在控制面板6的右侧，液晶显示屏24在控制面板6的左侧，静音键21、键入键22并排置于电源总开关20的左侧，选择键23置于液晶显示屏24的右侧，静音键21用于消除报警声音，输入键22用于确认方向键的选择，选择键23用于在显示液晶屏上进行选择。
如图6所示，为生物安全柜的显示界面示意图，液晶显示屏24能显示出玻璃门、日光灯、风机、UV灯、脚踏开关的开或关，实时监控生物安全柜运行状态和循环空气过滤器使用寿命，在用户界面显示负压、循环空气过滤器寿命指示及生物安全柜状态，在生物安全柜处于不安全时报警提示。
一般由于循环空气过滤器在使用过程中逐渐堵塞，循环空气过滤器的风阻会不断增加，计算机对风机的调节功率也会不断增加，而此功率调节参数和安全柜累计使用时间同循环空气过滤器剩余使用寿命成反比例关系。因此，计算机可依据流量压差值、功率调节参数和安全柜累计使用时间计算出循环空气过滤器寿命指示条，并在LCD显示界面上显示，供用户参考。
当风机功率调节参数达到最大值，同时流量低于正常值，使风速小于约0.3米/秒时，系统将报警提示循环空气过滤器使用寿命结束，提示用户更换。如果计算机记录的生物安全柜累计使用时间超过循环空气过滤器规定的累计使用时间，系统也将报警提示循环空气过滤器使用寿命结束。
在生物安全柜正常使用时，由于计算机不断对流量压差和风机功率进行监控，因此当这些数据发生突然的改变时，计算机即可做出相应的判断，并且实时报警，维护用户的安全。
本实用新型使用了灵敏的微压差流量传感器，循环空气一般量程为0-125Pa或0-250Pa，通过计算机对传感器进行温度校正，抗干扰去抖动算法的处理，可以确保比传统指针式压差传感器有更好的控制精度。
如图7所示，为生物安全柜控制软件流程图，程序开始读传感器19测量的信号，ΔP＝P1-P2同风流量成正比，一般在风速0.4米/秒时，ΔP约等于-75Pa，并根据安全柜的型号大小不同而不同，通过风机电压驱动电路输出风机的控制电压到风机，对风机功率进行控制，增加或减少风机电压，风流量将相应变大或变小，则传感器19的信号也将变大或变小，计算机通过监测传感器19的输出信号，可实时地调节风机到预定的风速，并且做相应的故障监控报警处理。
权利要求1.一种带流量控制及循环空气过滤器寿命监控的生物安全柜，由底部支架(1)、箱体(2)、工作腔(3)、玻璃门(4)、前面板(5)、风机(7)、排气过滤器(8)、门电机(9)、循环空气过滤器(10)、照明光源(11)、紫外灯(12)、液气管道接口(13)、可拆卸预过滤器(14)、脚踏开关接口(15)、空气流道(16)、负压表(17)、调压装置(18)组成，其特征在于，舍去负压表(17)、调压装置(18)，在空气流道的内壁上置有传感器(19)，在前面板(5)下端置有控制面板(6)，在控制面板(6)的后面置有线路板及相应软件。
2.根据权利要求1所述的一种带流量控制及循环空气过滤器寿命监控的生物安全柜，其特征在于，所述的线路板由10个金属膜电阻R1-R10、5块集成块IC1-IC5、一个蜂鸣器B1、一个桥堆BR1、一个晶振X1、9个电容C1-C9、一个电感L1、两个光耦M1-M2、两个传感器P1-P2、一个可控硅TR1、一个可调电位器VR1、一个二极管D1组成，P1传感器通过由R1、C1、D1组成的滤波保护电路输入AD转换集成电路IC1；通过VR1调节IC1的REF-低端参考电压；C3、C4对集成电路进行电源退耦处理，C2对REF-参考电压进行滤波处理，微控制器IC2从IC1读取安全柜的流量压差值ΔP后，进行软件抗干扰滤波处理，计算出稳定的ΔP值，然后从EEPROM IC3中取出预定负压值同ΔP比较，计算出相对输出的风机电压值，IC3能够存储状态、数据，根据ΔP的大小变化调节风机电压，电源通过BR1全波整流，通过R3和M1在IC4A/1的输入端形成隔离的交流过零信号，通过IC4A的反向输入MCU IC2的外部中断输入口，在IC2第13脚输出相应时间间隔的FANS信号，通过光耦隔离后输出至由可控硅TR1、R7、R8R9组成的可控硅过零电压调节电路，而R10、C8、C9组成电源滤波抗干扰、安全柜开机后即记录工作累计时间，并且将时间存储于EEPROM IC3中，微控制器将通过P3.1口由IC5A、R5、B1组成的蜂鸣器报警连接显示屏，通过P2连接LCD显示屏和键盘模块。
专利摘要本实用新型涉及一种带流量控制及循环空气过滤器寿命监控的生物安全柜，由底部支架、箱体、工作腔、玻璃门、前面板、风机、排气过滤器、门电机、循环空气过滤器、照明光源、紫外灯、液气管道接口、可拆卸预过滤器、脚踏开关接口、空气流道、负压表、调压装置组成，其特征在于，舍去负压表、调压装置，在空气流道的内壁上置有传感器，在前面板下端置有控制面板，在控制面板的后面置有线路板及相应软件。本实用新型的优点是能自动控制安全柜风速流量的同时，监测循环空气过滤器寿命，显示过滤器的寿命指示，负压的实时状态，在系统处于不安全时及时报警，充分利用循环空气过滤器的全程寿命，延长了循环空气过滤器的实际使用时间。
文档编号B01L1/00GK2684924SQ200320122690
公开日2005年3月16日 申请日期2003年12月19日 优先权日2003年12月19日
发明者吴峻, 钱卫华, 曹诚, 张发源 申请人:上海力申科学仪器有限公司