生化培養箱維修案例探究

王闖，陳雪君，曹春玲，王浩文，陳梓瑩

（1.廣東省醫療器械質量監督檢驗所，廣東 廣州 510663；2.南方醫科大學南方醫院，廣東 廣州 510515）

生化培養箱配置有加熱器、壓縮機、空氣流通風扇等，具備加熱、制冷功能，可以提供穩定的高溫或低溫環境，控溫精度可以達到0.1℃。因此，其廣泛應用于生物工程、醫療、衛生防疫、農業、畜牧業等領域。生化培養箱在醫療領域普遍應用于病理科、檢驗科、藥學部、感染管理科、實驗室等科室，其在醫療行業的正常運行和科研發展中發揮著重要的作用。本文主要分享一例故障現象為溫度控制失效的維修案例，以期為工程師提供此類維修及維修后質量控制的參考。

1 生化培養箱簡介

1.1 生化培養箱原理

生化培養箱的原理是通過控制一系列環境參數，以模擬微生物或細胞在自然環境中的生長條件。這些參數包括溫度、濕度、氣體組成和氣壓等。生化培養箱由加熱器、壓縮機、循環風扇、溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度控制器、主控制器等構成，其中加熱器、壓縮機和風扇是用來提供恒定的溫度，而溫度傳感器則監測和調節溫度以保證穩定性，濕度傳感器則負責監測并維持適當的濕度水平。對于某些特定的細胞生長環境，CO2濃度控制器可以調節箱內的CO2濃度。對于配置較為完備的生化培養箱還具有UV 燈殺菌功能，這可以減少污染和交叉感染的風險。通過這些環境參數的精確控制，生化培養箱可以為生物學家和醫學研究者提供一個理想的實驗環境，以進行各種實驗研究。

1.2 生化培養箱構成

生化培養箱通常由通風系統、溫度控制系統、濕度控制系統、按鍵輸入系統、照明系統、顯示系統、電源系統、CO2控制系統、UV 殺菌系統、主控制系統、外殼等組成。如圖1 所示，為各個系統之間的連接關系及其核心部件。

圖1 生化培養箱結構框圖

通風系統主要由循環風扇、換氣器及其控制器構成，能夠有效地實現風量和氣流的控制。

溫度控制系統主要由加熱器、壓縮機、循環風扇、溫度傳感器、溫度控制器等組成。當培養箱內溫度高于設定溫度時，控制器控制壓縮機工作，配合通風系統為箱內降溫；當培養箱內溫度低于設定溫度時，控制器控制加熱器工作，配合通風系統為箱內升溫。系統中的循環風扇由單相異步電機驅動，作用是為生化培養箱內部空氣循環提供動力，及保證箱內各個角落的溫濕度均衡。因此，在生化培養箱完成上電自檢后，循環風扇便啟動運行。

濕度控制系統主要由加濕器、濕度傳感器和濕度控制器組成，能夠根據設置值實現對箱內濕度的控制和調節。其中加濕器是濕度控制系統的核心組件之一，用于增加培養箱內的濕度。根據不同的型號和品牌，加濕器可以采用不同的工作原理，如蒸汽、噴水、超聲波等。

按鍵輸入系統和顯示系統可以分別設計，也可以集成在一塊觸摸屏上，主要用于顯示生化培養箱當前溫濕度、設置溫濕度、控制照明開關等。

照明系統用于為生化培養箱內部提供照明，便于使用人員觀察箱內情況和存取樣本。

電源系統主要包含兩個部分，分別為交流電源和直流電源，交流電源用于為加熱器、壓縮機、電機等大功率部件供電，直流電源主要為控制器、顯示器等低功耗單元供電。

CO2控制系統主要包括二氧化碳氣瓶、流量計、壓力表、通氣閥等部件，能夠控制和調節二氧化碳氣體的流量和壓力。

UV 殺菌系統主要由UV 燈及其控制器構成，通?？梢允謩娱_關該系統，或者預先設置好開啟和關閉的時間，然后由系統根據設置自動執行。該系統應當與培養箱箱門聯動，當箱門打開時應關閉UV 燈，以保障使用人員的安全。

主控制系統由中央處理器、存儲器、傳感器和軟件程序等組成，可以對箱內環境參數進行非常準確的監測和控制，由該系統整體協調控制通風系統、溫度控制系統、濕度控制系統、按鍵輸入系統等。

外殼通常采用高質量的鋼材或合金材料制成，具備較強的抗腐蝕性能和耐老化性能。

此外，上述各子系統中溫度控制系統、按鍵輸入系統、顯示系統、電源系統、主控制系統、外殼屬于必備功能，其余系統根據廠家設計或者用戶選配可以自由增減。

2 生化培養箱常見故障

設備的及時維護、維修對于保障醫療機構高效運行具有重要的作用，下面就生化培養箱常見故障展開論述。

溫度不準確：生化培養箱的溫差應非常小，運行穩定后，實際溫度同設定溫度的差異應該小于0.5℃，如果溫度波動較大，可能會影響實驗結果。出現該故障的原因可能是溫度傳感器故障，循環風扇驅動電機故障、控制電路故障等。

溫度無法控制：如果生化培養箱的控制系統出現故障，可能會導致溫度無法維持在所需的水平，故障表現通常為實際溫度長期無法達到設定溫度，且溫度偏差較大。故障原因有控制器故障、壓縮機故障、加熱器故障、循環風扇驅動電機故障等。

濕度問題：生化培養箱內的濕度也應該是可控制的，濕度過高或過低都可能對實驗產生不良影響。故障表現為濕度長期無法達到設定值。故障原因有加濕器故障、濕度傳感器故障、濕度控制器故障等。

警報系統失靈：生化培養箱一般會有警報系統，以提醒用戶設備出現故障或者達到預設限制。如果警報系統失靈，可能會對設備或培養箱內樣本造成損害。

培養箱內部組件損壞：例如，燈泡、加熱器、傳感器等部件的損壞都可能導致培養箱無法正常工作。

不規律的噪音：如果生化培養箱發出異常噪音，可能是由于內部組件運轉不良或者風扇堵塞、設備放置不當、壓縮機故障等問題導致的。

無法設定參數：如果用戶無法正確地設定生化培養箱的參數（如溫度、濕度等），那么，設備就無法按照要求進行工作。產生該故障的原因可能是按鍵老化，觸摸屏故障，線路故障等。

維護提示不工作：許多生化培養箱有自動維護提示功能，如果這個功能失效，可能會導致設備因沒有得到適當維護而損壞。

過濾器堵塞：培養箱的過濾器可能由于沒有及時清理或更換而堵塞，影響設備的正常工作。

3 溫度無法控制故障解決方案

故障現象：生化培養箱正常開機后，設置目標溫度為5℃，但其實際溫度始終近似等于室溫25℃。關機重新啟動設備后，室內墻壁插座的空氣開關跳閘。

故障分析：根據設備降溫故障，初步懷疑壓縮機或其控制電路故障，結合空氣開關跳閘這一現象，進一步懷疑壓縮機存在短路故障。

故障排除：觀察設備外觀，未見明顯故障痕跡。因此，按照初步故障分析結論移除設備外殼，觀察內部元器件。如圖2 所示，在控制電路處發現2μF 的CBB 電容出現明顯燒毀跡象，用萬用表短路檢測檔測試該電容2 個引腳，測試結果顯示未短路。

圖2 CBB 電容損毀照片

下一步，繼續尋找設備短路元器件。觀察發現，電氣部分均連接到一塊控制板上，但是該電氣控制板所連接的信號線纜均未做標識，為了盡快定位故障并且防止接線錯誤引發次生故障，需要對各信號線進行標識，如圖3 所示，用便攜式標簽打印機對信號線進行標識，并在拆機前拍照記錄。

圖3 電氣控制板信號線標識照片

通過對電氣控制板所控制的外圍配件進行逐個檢查，發現當拆除空氣流通風扇驅動電機后空氣開關不再跳閘，設備可以正常啟動，且在箱內溫度高于設定溫度時能正常啟動壓縮機進行降溫；在箱內溫度低于設定溫度時能正常啟動加熱器進行升溫。拆除空氣循環風扇驅動電機外殼，如圖4所示，發現其線纜根部存在燒毀跡象。

圖4 空氣流通風扇驅動電機故障照片

到此，基本可以確定故障元器件為空氣流通風扇驅動電機及其啟動電容，購置上述元器件并進行更換，更換后設備運行正常。

維修后檢測：經過維修后的設備，特別是對于設備性能有較大影響的維修，需要在維修后進行設備性能的質量控制檢測或者進行使用中檢定。維修后質量控制檢測具體操作可為：將經過校準的溫度計放入生化培養箱內部空間中心點，分別設置65℃、50℃、42℃、37℃、30℃、25℃、4℃，共7 個常用檔進行設備修復后性能檢測，測量結果如表1 所示。上述溫度選取的原因為：50 ～65℃為PCR（聚合酶鏈反應）。

表1 生化培養箱性能檢測數據

《YY/T 1641-2018 醫用生化培養箱》規定培養箱的溫度控制誤差應在±1℃以內，這意味著箱內的實際溫度與溫度設定值相比，上下浮動不超過1℃。檢測結果在標準推薦誤差要求內。

4 結語

本文中故障解決方案所涉及的生化培養箱為僅具備基本溫度控制功能的生化培養箱，由于喪失溫度控制這一主要功能，使用科室已經啟動報廢流程，但經檢修，完成了故障定位和修復，并且按照設備維修規定，參考相關醫藥行業標準規定，對維修后的設備進行主要性能的質量控制檢測，檢測通過后再次投入使用。及時開展的自行維修相較委外維修，節約了時間成本，同時也避免了報廢后再次采購的情況發生。此外，在實際維修工作中要本著由簡單到復雜的維修理念，特別是遇到線路拆解的時候，需要做好標識，必要時拍照記錄。從分析故障現象到提出假設，最后驗證假設或推翻假設重新推理，在一次次的PDCA 循環中逐步接近真相，解決問題。