全自动生化分析仪纯水机分析

刘长水，李婕， 崔雯

北京京煤集团总医院 a.医学工程部；b.检验科， 北京 102300

全自动生化分析仪纯水机分析

刘长水a，李婕b， 崔雯b

北京京煤集团总医院 a.医学工程部；b.检验科， 北京 102300

本文以日立全自动生化分析仪为例，对配套纯水机的作用、结构及工作原理做了较为详细的分析。同时介绍了该类纯水机的维护保养及常见故障的检修方法，对纯水机的正常运行和使用发挥了保障作用。

全自动生化分析仪；纯水机；原理分析

全自动生化分析仪是具有微机控制、机电、光学一体化的仪器，由计算机、电极、试剂、比色、样品输送、管路清洗等系统组成。其中管路清洗系统主要是在每做完一个测试项后，利用蒸馏水或去离子水对生化仪的加样针、试剂针和反应槽以及所有与其连接的管路进行冲洗和清洗，以确保下一个测试项的准确度，因此蒸馏水在全自动生化仪中起到很重要的作用[1,2]。

1 纯水机的作用

图 1 日立7180生化仪内部蒸馏水冲洗及供排水管路示意图

由于目前各医院使用的全自动生化仪测试速度快，测试项目多，测试量大，加之每做一个测试项都要进行管路冲洗，因此对蒸馏水的需求量很大。以日立7180全自动生化仪为例，虽然在生化仪内部装有一个10L容量的蒸馏水箱，但因仪器使用的蒸馏水或去离子水的量大（40L/800Tests），所以要求连接一个产水量在50L/h以上、电导度< 1μs/ cm的纯水机。日立7180生化仪内部蒸馏水冲洗及供排水管路示意图如图1所示。

目前许多医院装备的日立生化仪都是配套使用杭州天创净水设备有限公司生产的TCH-RO系列的纯水机，该系列纯水机是专为检验科及实验分析室等用水要求高、而用水量少的特点开发的产品，参照了进口全自动生化分析仪的水质要求设计。

根据生产厂家提供的技术手册标明，TCH-RO系列纯水机的技术参数及性能指标如下：

进水水质：城市自来水，要求水质符合GB-57492规定。

供电要求：交流220V，50Hz。

耗电功率：0.7kW。

操作压力：1.0～1.2 MPa。

最大操作压力：1.4 MPa。

产水量： 40L/h、70L/h、150L/h (25℃)。

产水水质：≥10MΩ·cm (或≤0.1μs/ cm)。

离子交换树脂造水量：15000L (原水含量 < 100ppm)。

2 TCH-RO系列纯水机的结构与作用

TCH-RO系列的纯水机为了保证出水的纯净度（电导度< 1μs/ cm），采用了反渗透的制水方式，其整机结构流程图如图2所示。

图 2 TCH-RO系列纯水机结构流程示意图

2.1 原水泵

用于给原水（自来水）加压。

2.2 预处理部分

由1#过滤器（粗过滤器20μm滤芯）、2#过滤器（活性炭过滤器）、3#过滤器（精密过滤器5μm滤芯）组成。其中1#过滤器主要是过滤原水中较粗大的杂质。而2#活性炭过滤器，是利用活性炭的微孔结构可以提供非常大的表面积，吸附原水中的可溶性有机物、活性氯和氯胺、致热源、色素等，活性炭过滤器是水处理系统前处理的一个重要组成部分。3#过滤器属于精密过滤器，使用5μm的滤芯，除了过滤原水中的细小杂质外，还有另外一个作用，就是可以过滤活性炭可能释放出的微粒子（fines），以避免微粒子对下游设备的堵塞和对反渗膜的破坏。

2.3 电磁阀

在工作时与原水泵同时动作，原水泵运转，电磁阀打开，使经过预处理的原水进入高压泵。

2.4 高压泵

为反渗膜提供正常工作所需要的压力。

2.5 反渗膜

反渗透系统进行水的纯化是基于分子筛和离子排斥的原理，反渗膜是一种半透膜，可以阻挡分子量>300的溶解性无机物、有机物、细菌、内毒素、病毒和颗粒，可以排斥90%～95%的双价离子和95%～99%的单价离子。

2.5.1 渗透与渗透压。渗透是指两种不同浓度的液体，被半透膜分开，低浓度液体中的溶剂向高浓度一侧移动，促使着移动的力量叫渗透压。

2.5.2 反渗透。在高浓度溶液一侧施加外力超过渗透压时，溶剂就会反向从高浓度一侧移向低浓度一侧，这个过程称为反渗透。

水处理系统的反渗透装置就是根据这一原理设计的，利用高压泵加压迫使水通过反渗膜。

2.5.3 纯水和浓缩水。加了高压的水进入反渗透装置后，在通过反渗膜时被分成两部分：透过反渗膜的水称为反渗水（即纯水），另外一部分不经过反渗膜而被排斥掉，称为浓缩水，浓缩水中含有90%～99%的无机物和有机物[3]。

2.6 流量计

用于指示纯水机的制水流量，单位为LPH（即L/h）。

2.7 离子交换器

离子交换器（树脂混床）的作用主要是通过阴阳离子交换，去除水中溶解的无机物，从而生产出高质量和高电阻率的纯净水。

2.8 微孔过滤器

对生成的反渗水做进一步的微细过滤，提高纯净水的纯净度。

2.9 电阻传感器和电阻显示器

用于实时监测和数字显示生成的纯净水的电阻值。电阻率（或电导率）是纯水机出水的重要检测指标，是对水中杂质含量的一个综合评估指标。电导率的值越小（电阻率的值越大）越好，说明水中的杂质少，制出的水纯净度高[4]。

2.10 水箱

用于储存纯水机产生的纯净水。水箱内安装有高低水位传感器，用以控制纯水机的制水过程。当水箱内水位低于设定的低水位时，纯水机自动启动进行制水；当水位到达设定的高水位时，纯水机自动停止制水。

2.11 压力表

纯水机装有三块压力表，分别显示原水出口压力、高压泵入口压力和高压泵出口压力。

3 TCH-RO系列纯水机工作原理分析

该系列纯水机控制工作电路原理图如图3所示。由主电路、控制电路和手动/自动控制转换电路组成。

图 3 纯水机控制电路原理图

3.1 主电路

由接触器KM1 、KM2的常开接点分别控制原水泵和高压泵电源的通断。

3.2 控制电路

包括原水泵控制电路和高压泵控制电路，分别控制原水泵和高压泵的启动和停止。

3.2.1 原水泵控制电路。由原水泵启动按键开关AN1、原水泵控制接触器KM1、电磁阀、指示灯等部件组成。

启动原水泵时，按下原水泵启动按键开关AN1，开关闭合，原水泵控制接触器KM1通过高水位控制继电器KA2的常闭接点得电吸合，原水泵运转。KM1吸合后其常开接点闭合自锁，保持KM1的吸合状态，同时电磁阀和指示灯也随之得电吸合和点亮。自来水通过原水泵的运转加压，经过预处理单元（即1#、2#、3#过滤器）和电磁阀进入高压泵。

3.2.2 高压泵控制电路。由高压泵启动按键开关AN2、高压泵控制接触器KM2、原水压力开关、指示灯、电阻表等部件组成。其中原水压力开关是为了保护高压泵而设计，当原水压力低于设定的压力值时，压力开关处于断开状态，避免因原水压力太低，流量小而造成高压泵的损坏。在原水压力正常时，按下高压泵启动按键开关AN2，开关闭合，高压泵控制接触器KM2通过原水压力开关的闭合接点和高水位控制继电器KA2的常闭接点得电吸合，高压泵运转。KM2吸合后其常开接点闭合自锁，保持KM2的吸合状态，同时电阻表和指示灯也随之得电工作和点亮。原水通过高压泵的运转加压，进入反渗膜内进行反渗透制水。

在制水过程中，经过反渗膜制成的反渗水（即纯水），通过混床树脂的离子交换，微细过滤器的再次过滤，进一步提高了纯水的纯净度，存入水箱内。

另一部分未经过反渗膜的浓缩水，则通过浓缩水排放阀被排入回收管路中，进行回收再利用。

3.2.3 手动/自动控制转换电路。该系列纯水机可进行手动控制制水，也可进行自动控制制水，通过手动/自动转换开关S2进行转换。当转换开关S2处于断开位置时，此时纯水机为手动控制制水功能；而当转换开关S2处于闭合位置时，则为自动控制制水功能。

在自动控制制水时，自动控制指示灯点亮。当水箱内水位低于设定的低水位时，低水位开关闭合，低水位控制继电器KA1得电吸合，其常开接点KA1-1、KA1-2闭合，继而使得原水泵控制接触器KM1和高压泵控制接触器KM2得电吸合，原水泵和高压泵运转，纯水机开始制水。

随着制水时间的延长，水箱内的水位逐渐升高，当水位高于设定的高水位时，高水位开关闭合，高水位控制继电器KA2得电吸合，其常闭接点KA2-1、KA2-2断开，使得原水泵控制接触器KM1和高压泵控制接触器KM2掉电释放，原水泵和高压泵停止运转。周而复始，进行自动控制制水过程。

4 纯水机的维护保养

良好的维护保养是避免发生不必要的故障，确保纯水机工作正常，延长设备使用寿命的前提。因此，做好纯水机的日常维护是确保其产出合格纯净水的必要条件。

4.1 每天检查和记录纯水机的各个工作参数

工作参数包括自来水压力、原水泵和高压泵的工作压力、流量、电阻率等。发现异常及时通知医工部技术人员给予检修。

4.2 定期检查和更换滤芯

由于预处理部分的滤芯担负自来水中杂质的滤过作用，运行一段时间后，滤芯会被杂质堵塞。纯水机在运行中，如发现原水压力表与高压泵进口压力表指示的压力差大于0.06MPa (0.6kgf/cm2)时，则提示滤芯被堵塞，应更换相同规格的滤芯（1#为20μm；3#为5μm）。

2#滤芯为活性炭滤芯，一般为使用3个月后更换1次。

4.3 树脂混床

工作中，当纯水机的出水水质降低，电阻值变小达不到要求时（即电导率≥1μs/cm或电阻率≤1MΩ·cm），需要进行更换。该纯水机的树脂混床为4支树脂柱一体化设计，不能拆开，属一次性更换。

4.4 注意事项

(1)如自来水停水或水压不足时（未开机时原水压力表指示在0.05MPa以下），不能强行手动开机。

(2)高压泵控制电路中安装有低压保护器，当高压泵进口压力表显示的压力值小于0.03MPa时，高压泵处于被保护状态，无论是手动控制还是自动控制状态，高压泵均不能启动。此时应重点检查自来水水压、过滤器进出口压力差和原水泵的工作情况。

5 相同故障现象不同故障原因

在实际工作中，一旦纯水机发生故障，不能正常供水时，都会引起生化仪停止工作，并显示“31-1 Stop Water Reservoir Level Too Low ”的报警信息和报警音响。虽然生化仪表现得故障现象相同，但发生故障的原因各异。现列举3例不同原因引起的故障分析情况。

故障现象1：纯水机原水泵运转正常，但高压泵不工作，不能制水。

故障原因分析：首先查看原水出口压力表和高压泵入口压力表，显示的压力值正常，且二者差值不大，在规定的范围内。将纯水机工作模式置于手动控制方式，按下高压泵启动按键，高压泵不动作。参照图3所示的纯水机电路原理图分析，造成高压泵不动作的因素有以下几种可能：

(1)高压泵本身损坏；

(2)高压泵供电回路电路中存在开路情况；

(3)高压泵控制器件损坏。

经细致检查，高压泵及所有控制器件均完好无损，唯高压泵供电控制回路中低压保护器的接点处于开路状态，致使高压泵不能得电运转。在供水管路压力正常情况下，低压保护器的接点应在闭合状态，只有当管路中压力低于设定值时，才断开接点，起到保护高压泵的作用。结合图2纯水机水路流程图分析，原水泵运转正常、压力表显示的压力正常，但高压泵低压保护器动作，说明进入高压泵的水压太低。考虑为电磁阀未正常动作，造成阀体两端管路压力不平衡所致。引起故障的原因有两个可能：① 电磁阀供电回路存在故障，造成电磁阀缺电未能吸合；② 电磁阀本身损坏。

经查，电磁阀供电回路正常，线圈两端随原水泵的启动，存在220V电压，排出了供电回路的问题。进一步检查电磁阀，发现电磁阀线圈总成部位外壳破裂损坏，测量线圈直流电阻呈断路状态（阻值无穷大），见图4所示。更换相同规格的线圈总成后，纯水机工作转为正常。

图 4 损坏的电磁阀线圈

从图2所示纯水机水路流程图中可以看出，由于纯水机的高压泵入口压力表置于电磁阀的进水端，电磁阀有无损坏对压力表的压力显示影响不大，所以单从压力表显示的压力观察未能发现电磁阀的故障问题。若该压力表接在电磁阀的出水端，一旦电磁阀损坏造成出水压力下降，则可以迅速判断故障部位。

故障现象2：纯水机制水正常，水箱水位到达高水位时纯水机自动停机。

故障原因分析：生化仪在工作中，通过机器内部的控制信号来控制纯水的供应。当内部蒸馏水罐内的水位降低后，生化仪发出控制信号，使连接生化仪和纯水机储水箱的加压泵运转，向生化仪供水；待生化仪内部蒸馏水罐注满纯水后，生化仪则发出停止加压泵工作的信号。生化仪与纯水机连接示意图如图5所示。鉴于生化仪报警，而纯水机工作正常，结合图5示意图分析，发生这一故障的原因大致有以下几种可能：

图 5 生化仪与纯水机连接示意图

(1)纯水机与生化仪连接的供水管路存在堵塞；

(2)生化仪内部蒸馏水罐水位传感器失灵；

(3)生化仪控制纯水机供水信号线断路；

(4)供水控制单元部件（增加泵、控制继电器）损坏。

根据以上分析，对有关部位进行详细检查，最终发现是供水控制单元中的控制继电器的线圈与生化仪供水控制信号线开路所致。重新将控制信号线与继电器线圈连接紧密后故障排除。

故障现象3：纯水机原水泵运转正常，但高压泵无法启动，不能正常制水。

在手动控制模式下按动高压泵启动按键，高压泵启动后立即停止运转，无法正常启动；而在自动控制模式下时，高压泵频繁发生“启动-停止-启动-停止”现象。

故障原因分析：根据纯水机工作时表现的现象分析，造成高压泵不能正常启动的原因有以下几种可能：

(1)高压泵线圈存在局部短路，启动后运转电流过大，引起过热保护；

(2)高压泵启动运转控制回路部件损坏。

经对高压泵及控制电路的检查，未发现存在异常问题。再进一步仔细检查，发现原水泵运转时，原水出口压力和高压泵入口压力显示正常，但在启动高压泵后，高压泵入口压力迅速下降，大大低于原水出口压力，同时高压泵停止运转。上述分析可见，引起此种现象的原因，主要是滤芯堵塞所致，由于滤芯堵塞，造成水流量减少，在高压泵未启动时，勉强维持管路压力。一但高压泵启动，在高压泵前的管路中形成负压，使管路压力下降，引起压力开关保护动作，高压泵停止运转[6]。

6 小结

纯水机制水是一个系统工程，要对其进行良好的维护和保养。要熟悉其水路流程、电路结构和工作原理，熟悉各个仪表的正常示值范围，随时观察设备的工作状态，以确保其正常的制水工作。

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[2] 钱国华.大型医院实验室建设的探讨[J].中国医疗设备,2009, 24(2):86-87.

[3] 王质刚.血液净化设备工程与临床[M].北京:人民军医出版社,2006: 215-217.

[4] 赵作宁,薛小红.血液透析用水——水处理系统的监测[J].中国医疗设备,2009,24(5):98-99.

[5] 麻益鹏.关于血透水处理机的维护保养和修理[J].中国医疗设备,2009,24(6):110-111.

[6] 姜远海,彭明辰.临床医学工程技术[M].北京:科学出版社, 2009.

[7] 陶长龙,姜义兵.Fresenius 4008B血透机常见故障的分析与体会[J].医疗装备,2009(4):75-77.

[8] 胡敩劼,禹保卫.反渗透技术的基本原理及发展趋势[J].化工之友, 2007(9):16-17.

[9] 崔宁.家用全自动逆渗透纯水机水质处理效果分析[J].江苏预防医学,2009(2):51-52.

Analysis on the Structure and Principle of Pure Water Equipment of Automatic Biochemical Analyzer

LIU Chang-shuia, LI Jieb, CUI Wenb
a.Medical Engineering Department;b. Clinical Laboratory,Beijing Jingmei Group General Hospital, Beijing 102300, China

TH789

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.10.010

1674-1633(2010)10-0027-04

2010-03-22

2010-09-20

作者邮箱：liuchangshui@sina.com

Abstract:This paper analyzes on the structure and principle of pure water equipment of HITACHI automatic biochemical analyzer, and introduces the method of maintenance and troubleshooting.

Key words:automatic biochemical analyzer; pure water equipment;principle analysis