轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)是離心機(jī)的核心部分,，由控制、功率驅(qū)動(dòng)和電機(jī)三大要素組成,，主要是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,。在離心機(jī)的發(fā)展進(jìn)程中直流調(diào)速功不可沒,，其主要特點(diǎn)是具有良好的起制動(dòng),、調(diào)速范圍寬,、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,、理論和實(shí)踐都比較成熟等，因此八十年代前在離心機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用較成熟等,，因此八十年代前在離心機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用,，至今仍在應(yīng)用和不斷的改進(jìn)，如改進(jìn)直流電機(jī)銅頭和碳刷的耐磨性,，以延長(zhǎng)電機(jī)的壽命和碳刷的更換周期等,。

    可控硅相控直流調(diào)速是經(jīng)典的直流調(diào)速方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、技術(shù)成熟,，基本滿足離心機(jī)調(diào)速的需求，因此在國(guó)內(nèi)外離心機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用,。其主要缺點(diǎn)是,，整流波形差、電流脈動(dòng)大,、輕負(fù)載時(shí)易出現(xiàn)斷流現(xiàn)象,、為維持直流電機(jī)電流的連續(xù)，需加一笨重的平滑電感,，增加了儀器的體積和重量,。八十年代后,，隨著全控功率器件的發(fā)展，如功率晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管等,，開關(guān)功率變換技術(shù)逐漸在離心機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)中得到應(yīng)用,，如德國(guó) eppendorf 5410和 5402離心機(jī)，這種技術(shù)主要是通過高頻直流斬波,，調(diào)節(jié)脈沖占寬比,，改變輔出電壓，為直流電機(jī)供電,。由于開關(guān)頻率很高,，一般小于50KHZ僅靠電機(jī)自身的電感濾波，即可獲得平滑的直流電流,，克服了可控硅相控直流調(diào)速的缺點(diǎn),，因此轉(zhuǎn)速更平滑，調(diào)速范圍更寬,。

    開關(guān)調(diào)速是簡(jiǎn)單的調(diào)速方案,，甚至十幾個(gè)分立器件或一個(gè)集成塊即可組成一個(gè)系統(tǒng)，所以至今國(guó)內(nèi)某些低價(jià)位的離心機(jī)仍采用這種方案,，其主要缺點(diǎn)是需要手動(dòng)調(diào)速,，不能控制電機(jī)的電流，轉(zhuǎn)速精度和技術(shù)附加值都比較低,。鑒于開環(huán)調(diào)速的局限性,，國(guó)內(nèi)外大部分離心機(jī)普遍采用既有電流反饋又有轉(zhuǎn)速反饋的雙閉環(huán)調(diào)速方案，其主要優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)調(diào)速,、升速快,、轉(zhuǎn)速超調(diào)小、精度高,、限流功能避免電機(jī)過電流損壞,。

    雖然直流調(diào)速歷史、技術(shù)成熟,、但直流電機(jī)機(jī)械整流子換向是其致命的弱點(diǎn),，限制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，整流子帶來干擾,，需要更換碳刷等,，使得早期的超速或高速離心機(jī)不得不采用如齒輪變速的間接提速方案或其它方法，增加了成本和體積,，降低了壽命和可靠性,。七十年代末，國(guó)外超速離心機(jī)中采用變頻調(diào)速技術(shù)，主要通過改變感應(yīng)電機(jī)的供電頻率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,。由于感應(yīng)電機(jī)無需機(jī)械整流子,，不僅免去更換碳刷之煩，而且提高了電機(jī)轉(zhuǎn)速,，甚至十幾萬轉(zhuǎn)的超速離心機(jī),，也能直接驅(qū)動(dòng)，大大簡(jiǎn)化離心機(jī)的結(jié)構(gòu),。變頻調(diào)速的技術(shù)關(guān)鍵：一是全控功率器件的發(fā)展和應(yīng)用,，簡(jiǎn)化了調(diào)速的技術(shù)關(guān)鍵：一是全控功率器件的發(fā)展和應(yīng)用，簡(jiǎn)化了逆變器的主電路,；二是SPWM技術(shù)改進(jìn)了逆變器的性能指標(biāo),；三是控制技術(shù)的發(fā)展，如矢量控制技術(shù)等,，使感應(yīng)電機(jī)的控制性能達(dá)到或超過直流電機(jī)的水平,；四是變頻調(diào)速大規(guī)模集成電路和微處理器大大簡(jiǎn)化了變頻電路，如西門子三相可編程脈寬調(diào)制集成電路SIH4520,、In公司的SX196MC和 TI公司的 TMS 320C240電機(jī)控制單片機(jī)等,，目前變頻調(diào)速可以和直流調(diào)速相媲美。九十年代后,，國(guó)外主要離心機(jī)廠商的全線產(chǎn)品幾乎都采用變頻調(diào)速的技術(shù),，不論超速、高速,，還是低速離心機(jī),，如德國(guó)Heraeus、Hettich等,，我國(guó)也將變頻調(diào)速離心機(jī)列為攻關(guān)計(jì)劃,，部分廠家已經(jīng)推出變頻調(diào)速離心機(jī)，如上海安亭科學(xué)儀器廠,，中科院生物物理所等。根據(jù)交流電機(jī)不同,，變頻調(diào)速也有所區(qū)別,，目前變頻調(diào)速離心機(jī)中所用電機(jī)主要有三種：異步感應(yīng)電機(jī)、無刷直流電機(jī)和可變磁阻電機(jī),。1988年SORVALL應(yīng)用無刷直流電機(jī)推出RC－285亞超速離心機(jī),，Beckman應(yīng)用可變磁阻電機(jī)生產(chǎn)出轉(zhuǎn)速高達(dá)三萬轉(zhuǎn)的Avanti系列離心機(jī)，其起制動(dòng)加減速率比同類離心機(jī)快一倍,，但目前應(yīng)用普及和成熟還是異步感應(yīng)電機(jī),。

2．多功能、自動(dòng)化和微機(jī)控制

    隨著離心機(jī)制造和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，離心機(jī)不僅在調(diào)速技術(shù)方面取得進(jìn)展,，而且在多功能和自動(dòng)化方面也有長(zhǎng)足,，如可變速率起制動(dòng)、程序變速,、直接輸入離心力,、操作程序的存儲(chǔ)和調(diào)用、儀器狀態(tài)的自動(dòng)診斷,、要求盡可能全的顯示離心機(jī)的參數(shù)和狀態(tài)信息,、更加完善的安全保護(hù)功能等，有些功能不僅是錦上添花,，而且直接影響離心效果,，如可變速率起制動(dòng)和程序變速可以改善區(qū)帶離心效果和縮短離心時(shí)間等。早期離心機(jī)控制系統(tǒng)由分立元件組成,，電路復(fù)雜,、成本高、許多功能難以實(shí)現(xiàn),。采用微機(jī)技術(shù)后,，可由軟件替代硬件的功能或完成硬件難以實(shí)現(xiàn)的功能，如離心機(jī)程序控制,、電機(jī)控制等,，不僅大大簡(jiǎn)化硬件的結(jié)構(gòu)，而且多功能,、自動(dòng)化也成為現(xiàn)實(shí),。一般離心機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的核心是單片微機(jī)，硬件系統(tǒng)包括：操作界面,、電機(jī)控制界面,、溫度控制界面、安全防護(hù)監(jiān)控界面,、系統(tǒng)監(jiān)控等,。操作界面管理鍵盤和顯示器，為便干用戶操作和監(jiān)視運(yùn)行參數(shù),，操作界面應(yīng)遵循簡(jiǎn)單扼要,，邏輯性強(qiáng)，參數(shù)一目了然的原則,。德國(guó)Heraeus的Biofugestratos離心機(jī)采用”EasyCon－trol’臊作界面,，顯示和分別處理運(yùn)行參數(shù)，采用認(rèn)可的圖形語言和盡可能少的單一功能操作鍵,；德國(guó)Hettich離心機(jī)僅用三個(gè)鍵即可處理操作參數(shù),；德國(guó)Hermle新款離心機(jī)繼承傳統(tǒng)離心機(jī)的操作特點(diǎn)，仍采用旋鈕調(diào)節(jié)參數(shù)。電機(jī)控制界面的輸入是電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速信號(hào),，輸出是電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制信號(hào),，轉(zhuǎn)速傳感一般有：同軸發(fā)電機(jī)測(cè)速、磁阻測(cè)速,、霍爾器件測(cè)速,、光電投射和折射式測(cè)速，由千光電和霍爾測(cè)速集成度高,、成本低,、可靠和應(yīng)用簡(jiǎn)單，所以日前應(yīng)用較多,。離心機(jī)轉(zhuǎn)頭腔體溫度控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)與普通冰箱大致相同,，但尚未普遍采用的、精度更高變頻壓機(jī)調(diào)溫技術(shù)：也有應(yīng)用半導(dǎo)體（vehier）器件制冷,，但不普遍,；有些離心機(jī)，如德國(guó)HettiCh的16和30F,，為減少電機(jī)熱傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)頭風(fēng)阻產(chǎn)熱對(duì)樣品的影響,，采用風(fēng)冷降溫技術(shù)，風(fēng)冷離心機(jī)的風(fēng)道設(shè)計(jì)是關(guān)鍵,，一般風(fēng)從頂部吸入,，由底部排出，流動(dòng)的氣體將轉(zhuǎn)頭和電機(jī)的熱量帶走,，科學(xué)的風(fēng)道既可以降溫,，也可以減少噪音；有些離心機(jī)控制和顯示轉(zhuǎn)頭內(nèi)樣品的溫度（Sample Temperature）,，而有些是控制和顯示轉(zhuǎn)頭腔體的溫度,，前者需做的實(shí)驗(yàn)，技術(shù)含量高,，更受用戶的歡迎,。安全防護(hù)監(jiān)控界面主要包括：超速、超溫,、轉(zhuǎn)頭不平衡,、轉(zhuǎn)頭識(shí)別和門鎖監(jiān)控等。系統(tǒng)監(jiān)控要監(jiān)制系統(tǒng)自身的狀態(tài),，及時(shí)保護(hù)和給出故障信息，方便維修,。單片微機(jī)選擇集程度高,、及總線在內(nèi)部的單片機(jī)，集程度高可以減少造價(jià)和提高可靠性，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和提高集成度,，內(nèi)部總線通過 Ｉ／Ｏ口與外部隔離,，減輕電磁噪音對(duì)總線的干擾，eppendorf5415C控制系統(tǒng)的核心僅由一個(gè)帶ADC的單片機(jī)（38ADP70）和一個(gè)外圍集成塊（ULN2802A組成,，電路十分簡(jiǎn)單,。

3．注意安全、環(huán)保和標(biāo)準(zhǔn)

    離心機(jī)使用不當(dāng),，如轉(zhuǎn)頭超速,、超載、不平衡等,，都有可能損壞儀器,，甚至炸頭，威脅人身安全,，所以廠商特別注意安全設(shè)計(jì),，上及各國(guó)也制定相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)，如德國(guó)的離心機(jī)意外事故防護(hù)規(guī)范（UVV,， VBG 7Z）,，離心機(jī)和離心管的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DIN 58970，PARTI,，2,，3and4）。機(jī)械安全設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：①門鎖防護(hù)系統(tǒng),，采用機(jī)械和電子雙層門鎖,，要求門鎖關(guān)閉后，離心機(jī)才能啟動(dòng),，電機(jī)停止動(dòng)后,，才可以開蓋g②離心機(jī)腔體和蓋采用堅(jiān)固的裝甲鋼，以防轉(zhuǎn)頭飛逸心轉(zhuǎn)頭的不平衡檢測(cè)至關(guān)重要,，轉(zhuǎn)頭的不平衡會(huì)導(dǎo)致電機(jī)軸產(chǎn)生擺動(dòng),，影響離心機(jī)壽命，嚴(yán)重時(shí),，會(huì)折斷電機(jī)軸,，甚至炸頭。一般通過檢測(cè)電機(jī)軸的擺動(dòng)探知不平衡,，常用的方法有：機(jī)械位置開關(guān),、磁敏電阻（MSR）、超聲測(cè)距,、加速度傳感等,。機(jī)械位置開關(guān)簡(jiǎn)單實(shí)用應(yīng)用廣,，Heraeus的Biofuge Stratos離心機(jī)采用加速度傳感器配以數(shù)據(jù)處理軟件，研制出智能不平衡識(shí)別系統(tǒng),，可以針對(duì)每一種轉(zhuǎn)頭的特定重量,，在離心的全過程進(jìn)行監(jiān)控，一改以往機(jī)械位置不平衡識(shí)別系統(tǒng)需恨據(jù)軸的擺動(dòng)距離,，而且只有在加速階段才管用的缺點(diǎn),，使其在任何速度，甚至在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),，也能探測(cè)到哪怕是試管破裂和樣品外溢而導(dǎo)致的不平衡,；④提高離心機(jī)自身的抗不平衡能力，不僅可以提高離心機(jī)的堅(jiān)固性,，同時(shí)由于轉(zhuǎn)頭操作時(shí),，不需嚴(yán)格的平衡，甚至目視平衡即可,，因而方便了用戶操作,。一般小型離心機(jī)將整個(gè)電機(jī)放在抗震的彈性支架上，如橡膠墊等,，高速離心機(jī)還往往采用揉性軸抗震,。eppendorf5415C將整個(gè)電機(jī)懸掛在橡膠支架上，Heraeus的 Biofuge Statos離心機(jī)采用稱力“Spindie Driver”的抗震驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),，整個(gè)軸放在一個(gè)抗震緩沖容器中,，克服了揉性軸易折、易斷的缺點(diǎn),，因而更結(jié)實(shí),、更耐不平衡、起制動(dòng)更快（約305）,；⑤轉(zhuǎn)頭識(shí)別系統(tǒng)可以自動(dòng)的鑒別轉(zhuǎn)頭,，限制轉(zhuǎn)頭的高轉(zhuǎn)速，有效地防止了用戶的誤操作,。轉(zhuǎn)頭識(shí)別的基本原理是為每一個(gè)轉(zhuǎn)頭設(shè)*的編碼,，或在每一個(gè)轉(zhuǎn)頭底部鑲嵌一定數(shù)量的小磁鐵，用霍爾傳感,，或是采用光電折射環(huán)傳感,，更復(fù)雜的有超聲和無線射頻轉(zhuǎn)頭認(rèn)別，轉(zhuǎn)頭不用運(yùn)轉(zhuǎn)即可識(shí)別,，甚至連轉(zhuǎn)頭蓋是否蓋好都能探知,。

    環(huán)保主要表現(xiàn)在兩方面，一是制冷系統(tǒng)采用無氟制冷劑或半導(dǎo)體（Peltier）制冷,，但目前采用半導(dǎo)體制冷的離心機(jī)尚不多見,；二是降噪音,，一般通常談話聲為60分p，公共氣車行駛聲為70至80分貝,，醫(yī)學(xué)研究表明，70分貝以上的噪音能干擾談話,，造成心煩意亂,，影響工作，甚至引起事故,，根據(jù)我國(guó)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)計(jì)量認(rèn)證技術(shù)考核規(guī)范（fiG102一90）,，測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的噪音不得大于70dBo通常離心機(jī)采月的降噪音措施有：外殼和轉(zhuǎn)動(dòng)頭腔體加吸音涂層；采用堅(jiān)固穩(wěn)重的抗震底座噸機(jī)與機(jī)械框架用彈性減震器隔離,；應(yīng)用無整流子電機(jī)等,。一般經(jīng)減震處理后，離心機(jī)的噪音可以限制在60分貝以內(nèi),。

作為電氣設(shè)備,，離心機(jī)還必須滿足相應(yīng)的電氣安全和電磁兼容性（EMC）標(biāo)準(zhǔn)，如電工委員會(huì)（International Electrotechnical Commission,， IEC）的“IEC醫(yī)用電氣設(shè)備安全通則”,。歐盟的“EN61010－且和61010－2－020”，電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)有歐盟“EN55082－１”等,。我國(guó)也參照標(biāo)準(zhǔn),，制定了適合我國(guó)國(guó)情的電氣安全和電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，“醫(yī)用電氣設(shè)備通用安全要求”及“電動(dòng)工具,、家用電器和類似器具無線電干擾特性的測(cè)量方法和允許值（GM343－84）”等,。安全規(guī)則主要規(guī)定了緣電阻、漏電流,、接地線電阻和接地電阻等四個(gè)指標(biāo),，要求用戶在大修后或定期檢查這四個(gè)指標(biāo)。1996年1月歐盟正式頒布并執(zhí)行電磁兼容性指標(biāo),，規(guī)定凡是通過“EN55082－二”EMC認(rèn)證的設(shè)備,，配發(fā)CE標(biāo)志，并規(guī)定凡帶有CE標(biāo)志的產(chǎn)品,，歐盟各加盟國(guó)應(yīng)準(zhǔn)許過境,，不許留難。電磁標(biāo)準(zhǔn)要求電氣設(shè)備不應(yīng)對(duì)外界產(chǎn)生電磁干擾,，同時(shí)自身也要有抗電磁干擾的能力,。由于離心機(jī)既有產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，又有對(duì)電磁干擾敏感的微機(jī)弱電系統(tǒng),，所以不論是廠家還是用戶都應(yīng)關(guān)注離心機(jī)的電磁兼容性,?？傊x心機(jī)的機(jī)械和電氣Heraeus的highconic足人們對(duì)質(zhì)量和安全日益嚴(yán)格的要求，取得標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的產(chǎn)品可以取得用戶更多的信任,。

4．轉(zhuǎn)頭改進(jìn)和種類增多    

實(shí)驗(yàn)室常用的轉(zhuǎn)頭有：角度頭,、甩平頭、垂直頭,，以及和近年發(fā)展的轉(zhuǎn)頭,，如連續(xù)流頭、淘洗頭,、區(qū)帶頭,、酶標(biāo)板頭、毛細(xì)管頭,、石油測(cè)試頭,、滾筒頭和生物安全頭等，轉(zhuǎn)頭種類增多,，改進(jìn)了離心方法,，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。除種類增多外,，轉(zhuǎn)頭的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)也有很大的進(jìn)展,。轉(zhuǎn)頭的材質(zhì)主要是鋁合金和鈦合金。鋁合金重量輕,、強(qiáng)度高,、造價(jià)低，但抗腐蝕和耐高溫性差,；鈦合金除具有鋁合金的優(yōu)點(diǎn)外,，還可以抗腐蝕和耐高溫性，直接進(jìn)行高壓高溫消毒,，在高溫下工作,。為減輕電機(jī)的負(fù)荷及增加樣品的容量，許多廠家改進(jìn)了轉(zhuǎn)頭的材料和結(jié)構(gòu),，推出超輕轉(zhuǎn)頭：Beckman和Hitachi推出碳纖維轉(zhuǎn)頭,，重量只有鋁合金頭的三分之一； Sorval的系列超輕鋁制頭重量減少一半,； IEC研制出抗腐耐溫的聚丙烯頭,，既可以漂白清洗消毒，也可以直接高壓高溫消毒,；Heraeus的highconic（45度高速角度頭）頭,，采用空腔體結(jié)構(gòu)，在小離心機(jī)中,，負(fù)荷 6 X 50ml樣品,，高速運(yùn)轉(zhuǎn),； eppendorf采用薄鋁合金板，用模具壓成空心角度頭,；Hettich用薄鋼板周邊開槽掛吊藍(lán)的方法,，制成甩平頭。其它方面,，Heraeus改進(jìn)了生物頭的材質(zhì)和結(jié)構(gòu),，解決生物頭高速密封差的缺點(diǎn)，高壓高溫消毒次數(shù)不限,，并經(jīng)過獨(dú)立評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)英國(guó)應(yīng)用微生物研制中心的CAMR測(cè)試。

    轉(zhuǎn)頭在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生離心應(yīng)力,，當(dāng)離心應(yīng)力超過一定的限度后，將引起轉(zhuǎn)頭過早失效,，甚至炸頭,，所以用戶一定要注意轉(zhuǎn)頭的正確使用和妥善保管。轉(zhuǎn)頭使用后,，應(yīng)及時(shí)清洗,，切勿碰撞擦傷，如不慎失落,，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)頭進(jìn)行X光檢查,，確認(rèn)內(nèi)部無創(chuàng)傷后，方可使用,。使用中,，應(yīng)及時(shí)終止超壽命轉(zhuǎn)頭的使用，通常廠家都注明轉(zhuǎn)頭的時(shí)數(shù)和離心次數(shù),，不論哪一個(gè)指標(biāo)先到,，都說明轉(zhuǎn)頭壽命已到。關(guān)干轉(zhuǎn)頭壽命的延長(zhǎng)應(yīng)嚴(yán)格遵循廠家的說明,，一般在下列情況下,，要降低轉(zhuǎn)頭的高轉(zhuǎn)速：①轉(zhuǎn)頭的壽命已到，但轉(zhuǎn)頭保存良好,，按廠家說明降速延長(zhǎng)使用,；②轉(zhuǎn)頭局部損傷或輕微腐蝕；③使用不銹鋼離心管和套管心樣品平均密度超過1.2g/ml時(shí),。