控制II類(lèi)生物安全柜中的氣流

在20世紀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。這些機柜中的**個(gè)使用氣流傳感器，特別是熱（熱線(xiàn)）風(fēng)速計，連續測量工作區域中單個(gè)點(diǎn)的向下流速度。通過(guò)反饋回路將速度報告給生物安全柜的速度控制器。隨著(zhù)下流速度由于過(guò)濾器負載而下降，速度控制器增加鼓風(fēng)機速度以將速度返回到其標稱(chēng)設定點(diǎn)。

該技術(shù)的**大優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)氣流監測和生物安全柜中的氣流顯示。然而，這個(gè)設計有缺點(diǎn)。熱風(fēng)速計由通過(guò)電流的小線(xiàn)構成。

通過(guò)線(xiàn)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(gè)傳感器元件對變化的速度做出不同的響應。因此，**使用其*的傳感器校準控制器，或者**使用帶有提供標準輸出的積分補償電路的校準傳感器。更換可能很昂貴，需要經(jīng)過(guò)培訓的認證機構，并在維修完成后重新認證設備。

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

當**引入設計時(shí)，用于維持生物安全柜性能的熱風(fēng)速計相對于**初使用的手動(dòng)調節的速度控制是巨大的改進(jìn)。然而，其固有的缺點(diǎn)已導致制造商尋求更加魯棒和可靠的方法，以在HEPA過(guò)濾器負載時(shí)自動(dòng)補償變化的氣流。

無(wú)傳感器氣流控制

2007年，Labconco解決了與使用傳感器監測和自動(dòng)調整電機速度以補償過(guò)濾器負載相關(guān)的固有問(wèn)題。Purifier®Logic®生物安全柜開(kāi)發(fā)的一個(gè)目標是采用更好，更高效的電機技術(shù)。為此，安裝了直流（DC）電子換向電動(dòng)機（ECM）來(lái)代替常規交流（AC）**分相電容器（PSC）電動(dòng)機。

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％或更多的能量節省，而其堅固的設計提供的運行壽命大約是PSC電機的三倍。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(hù)的舒適性。微處理器感測和控制電機速度和扭矩允許電機的編程，以將恒定的空氣體積輸送到生物安全柜，即使HEPA過(guò)濾器負載改變。

恒定氣流曲線(xiàn)（CAP）技術(shù)

Labconco開(kāi)發(fā)了“教導”ECM以提供恒定氣流量，恒定氣流曲線(xiàn)（CAP）的過(guò)程。為了對ECM進(jìn)行編程以保持標稱(chēng)氣流，工程師在各種不同的氣流和HEPA過(guò)濾器壓差下記錄了每個(gè)尺寸機柜的速度和扭矩要求。速度，扭矩和氣流數據使用由Regal Beloit提供的軟件處理以產(chǎn)生ECM的*性能曲線(xiàn)（圖1）。

ECM監視器圖

圖1.該圖說(shuō)明了ECM電機如何保持恒定的氣流。CAP（紅色）線(xiàn)表示保持恒定體積為800立方英尺每分鐘（CFM）所需的電動(dòng)機扭矩和速度。該線(xiàn)被編程到電動(dòng)機中作為在表征過(guò)程期間產(chǎn)生的一系列常數。綠色虛線(xiàn)表示生物安全柜中的起始過(guò)濾器壓力。當HEPA過(guò)濾器負載時(shí)，新壓力將表示為藍色虛線(xiàn)。生物安全柜在“A”點(diǎn)穩定運行，直到過(guò)濾器負載。然后鼓風(fēng)機加速到點(diǎn)“B”，這是壓力增加和氣流減少的結果。這種速度的增加（被稱(chēng)為“自補償”）發(fā)生在任何類(lèi)型的電動(dòng)機上（參見(jiàn)“自補償鼓風(fēng)機”邊欄以進(jìn)一步討論）。與將保持在點(diǎn)“B”的PSC電動(dòng)機不同，ECM檢查其速度和扭矩。因為點(diǎn)B不在CAP線(xiàn)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(xiàn)上。LABCONCO通過(guò)該過(guò)程，CAP技術(shù)已經(jīng)解決了先前遇到的氣流監測問(wèn)題。如上所述，熱風(fēng)速計需要常規校準。使用CAP技術(shù)，沒(méi)有重新校準或更換的傳感器。因此，已經(jīng)消除了用于這些氣流監測裝置的維護和設備更換成本。此外，這種堅固的設計不易受可能困擾基于熱風(fēng)速計的系統的溫度和濕度波動(dòng)。這種設計的**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(zhù)HEPA過(guò)濾器負載，氣流維持在僅1**2％的變化。圖2顯示了來(lái)自該研究的代表性數據樣品。

結論

在過(guò)去40年中已經(jīng)取得了顯著(zhù)的進(jìn)步，以在生物安全柜中保持恒定的氣流。簡(jiǎn)單的斬波電路和差壓計已經(jīng)讓位給基于傳感器的控制系統。這些反過(guò)來(lái)，現在正在被無(wú)傳感器微處理器電機系統取代，即使在機柜的HEPA過(guò)濾負載時(shí)，它們也能夠保持**的氣流量。一個(gè)無(wú)傳感器系統使用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以確保適當的氣流。

測試結果從NSF**際的凈化器邏輯類(lèi)型A2生物安全柜

圖2.該圖說(shuō)明了NSF**際公司對凈化器邏輯類(lèi)型A2生物安全柜的實(shí)際測試結果，該生物安全柜由具有CAP技術(shù)的ECM和由PSC電機供電的生物安全柜提供。在NSF / ANSI標準編號49中定義的電動(dòng)機/鼓風(fēng)機性能測試中，測量新的生物安全柜的由鼓風(fēng)機排出的空氣的總體積。然后限制機柜的前格柵以模擬HEPA過(guò)濾器上的額外50％的負載。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(xiàn)表示）。具有PSC電動(dòng)機的生物安全柜損失約60CFM，或8％（由藍色虛線(xiàn)表示）。這些結果表明，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。