CN87211803U - 速度可调的旋转培养装置 - Google Patents

Abstract

速度可调的旋转培养装置，用于细菌、病毒及组织培养，与已有的培养机相比，它增加了一个特别设计的电子驱动线路，使转盘转速由固定的一种变为在6转/小时～120转/小时范围内连续可调，不仅能进行贴壁培养，还能进行旋浮培养。而且由于去掉了原有的齿轮减速机构，因此消除了噪声。另外在转盘的孔口上增加了弹性卡圈，能可靠地夹持培养瓶，使其轴线保持水平，提高了培养效果的均匀性。

Description

速度可调的旋转培养装置

本实用新型属医疗及医学科研仪器。

旋转培养装置用于医疗等单位的细菌、病毒及细胞组织的旋转培养。已有的旋转培养装置为一由机架、电机、齿轮副、转盘构成的简单装置。它由市电直接驱动电机，电机通过齿轮传动副带动转盘旋转，从而使插在转盘上的培养瓶中的液体运动，产生预期的培养效果。这种装置，例如北京西城区医疗器械厂生产的XZ602型旋转培养装置，只有一种转速，不能适应不同培养目的、不同培养物，不同培养阶段对转速的不同要求。另外，为保持插在转盘孔中的培养瓶不掉落，这种装置的转盘必须倾斜。这样，培养瓶轴线便不能处于水平位置，瓶中沿轴线方向各处的培养液深度不一，对培养效果均匀一致性有影响。

本实用新型的目的就是为了改进以上的缺点，而设计的一种速度可调的旋转培养装置。

本实用新型的特征在于增加了一个电子驱动线路以驱动电机并调节其转速；还在转盘的孔口上增加了弹性卡圈，以可靠地夹持培养瓶，使其轴线保持水平。

附图1是该电子驱动线路的方框图。附图2为方框图中各对应点的信号波形图。在图1中，〔Ⅰ〕是振荡器，W是振荡器内部的电位器，〔Ⅱ〕是反相器，〔Ⅲ〕是由两个触发器构成的分频移相器，〔Ⅳ〕是功率放大器。整个线路的工作原理是，振荡器〔Ⅰ〕用来产生连续的方波信号P1；反相器〔Ⅱ〕将P1反相，得连续的方波信号P2；分频移相器〔Ⅲ〕受P1，P2触发，产生两个频率为P1、P2的二分之一，相位差为 的连续方波信号P3、P4；功率放大器〔Ⅳ〕将P3、P4放大、合成，在端A、B、O输出一个相位差为 (π)/2 的两相电源μA、μB。μA、μB分别接至电动机的主、副绕组，驱动电机运转。据同步电机的关系式n＝ (60f)/(P) （其中，n为电机转子转速，f为电源频率，P为电机绕组极对数），通过电位器W旋钮改变两相电源频率f，即可调节电机转速n。另外，据电机原理，当电机主、副绕组中电流相位差为 (π)/2 时，电机内产生园形旋转磁场，电机工作状态最佳。故μA、μB的相位差定为 (π)/2 。

图3是作为图1的实施例给出的驱动线路原理图。下面对照图1、图2，叙述图3电路的构成和作用。

整个驱动电路的电源由市电～220V经变压器By变压后得到。变压器By有一个初级线圈L1和四个次级线圈L2～L5。L2输出24V交流电压，经桥式整流二极管D1～D4，滤波电容C1、C2及三端集成稳压块IC3构成＋24V直流稳压电源，供对电压纹波系数有一定要求的振荡器部分、反相部分及分频移相部分的电路使用。L3、L4均输出50V交流电压，经由桥式整流二极管D5～D8、滤波电容C4及桥式整流二极管D9～D12、滤波电容C5，分别构成＋70V直流电源和－70V直流电源，这两个正负对称电源合在一起供对电压纹波系数要求不高的功率放大器使用。L5输出6V交流电压，供指示灯ZD使用。

“振荡器”由四个与非门（1）～（4）及电阻R0～R6，电位器W、电容器C3构成。本实施例中IC1为市售8与非门集成块5G605，振荡器利用了其中的4个与非门。这是一个典型的多谐振荡回路，能产生连续的、空占比为1的方波信号P1，由与非门（4）整形后输出，送到反相器及分频移相器。P1的频率可通过拨动波段开关K选用R1～R6中的不同电阻及旋转电位器W进行分档连续调节。

这种振荡器起振可靠，频率稳定，特别是频率可调范围宽，能满足大范围调速的需要。所产生的方波空占比为1，保证后面的分频移相器的移相精确。

“反相器”在图3中由与非门（5）构成。本实施例利用了八反相器集成块5G605中多余的与非门中一个门构成。反相器将振荡器产生的方波信号P1反相，得到连续的方波信号P2，P2送至分频移相器。

“分频移相器”在图3中由IC2中的两个触发器（（6）、（7）构成IC2为集成电路块5G621，本实施例利用了它的两个D触发器。其中，D触发器（6）的Q端与D端相连，实际上是一个双稳计数触发电路。将P1作为触发信号加到触发器（6）的CP端，于是（6）不断翻转，其Q端输出连续的方波信号P3、P3的频率f3为P1频率f1的二分之一。将P3作为控制信号，P2作为触发信号分别加到D触发器（7）的D端和CP端，于是（7）不断翻转，其Q端输出连续方波信号P4、P4的频率f4为f2频率的二分之一。由上述可知P3、P4的频率相同，f3＝f4。又由于P1、P2相位差兀，故由它们触发得到的翻转信号P3、P4的相位差。P3、P4送至功率放大器放大。

这种分频移相器利用了两个触发信号相位相反及触发器翻转信号的周期为触发信号周期的两倍这两个因素的结合进行 (π)/2 移相，线路简单，移相精确。并且，将触发器（6）的翻转信号P3作为控制信号直接加到触发器（7）的D端，这样P3、P4的相序就能可靠固定。即便受到很强的干扰也不会改变。

“功率放大器”为两套相同的复合互补对称式功率放大电路，由BG1～BG12，R7～R10组成。其中，BG1和R7，BG2和R8分别构成两个射随器，形成两套功放电路的两个输入级；R9和BG3、R10和BG4分别构成两套功放电路的两个推动级；BG5、BG7、BG9、BG11及BG6、BG8、BG10、BG12分别构成两套典型的复合互补对称式功放级。将P3、P4自触发器（6）、（7）的两个Q端取出，分别加到两套功放电路的输入端，即BG1、BG2的基极上，经放大，合成，得到一个相位差为 (π)/2 ，且频率连续可调的两相电源μA、μB。由A端和B端输出，O端为公共端。μA、μB的波形与P3、P4反相，见图2波形图。μA、μB接至单相电机的主副绕组，驱动电机并控制其转速。

该放大器以射随器作为输入级，输入阻抗高，能满足D触发器对其负载电阻值的要求（1MΩ以上）。推动级工作在开关状态，复合互补对称式功放级工作在近似开关状态，故管子功率消耗低、工作效率高。

电动机M采用TD－1型同步电机，消耗功率为10W，额定电流为0.1A，绕组极对数为2，电源频率50HZ时，电机转子转速为1500转／分，机内齿轮减速箱减速比为1：1500，输出转速为1转／分。

下面给出驱动电路主要参数的计算或估算及一些元器件的选用。

1）振荡器方波信号P1的频率f1

同步电机有关系式

n＝ (60f)/(P) （转／分） （1）

其中，n为电机转子转速，单位：转／分；f为电源频率，单位为Hz，P为电机绕组极对数。

设电机内部齿轮减速机构减速比为m，则电机输出轴转速N由（1）知

N＝ (60f)/(P) m（转／分） （2）

由上文原理叙述部分知两相电源的频率f与振荡器振荡频率f1的关系为

f＝ 1/2 f1 （Hz） （3）

由式（1）、（2）、（3）得

f＝ (P)/(30m) N （Hz） （4）

TD－1型单相同步电机，其m＝1：1500，P＝2代入式（4）得

f1＝100N（Hz）        （5）

ii）电阻R0～R6及电位器W阻值的确定振荡器的周期为

T1＝1.4（R0＋Rn）C3（6）

其中，n＝1，2，3，4，5，6

取R0＝10KΩ，C3＝0.22μF，由（5）、（6）式得

Rn＝32.5 1/(N) －10（KΩ） （7）

据实际使用情况，为能迅速准确地调到所需转速，将转速分为六个档，利用波段开关切换R1～R6中不同的电阻实现，档与档之间的转速利用串入的电位器W连续调节得到。下表列出了Ⅰ～Ⅵ六个转速档次的转速及其对应的Rn值等

速    度    档    次        Ⅰ        Ⅱ        Ⅲ        Ⅳ        Ⅴ        Ⅵ

转速N（转／分）        2        0.5        0.25        0.167  0.125  0.10

频率f1（Hz）        200        50        25        16.7        12.5        10

阻值Rn（KΩ）        6.25        55        120        185        250    315

电位器W用来获得档与档之间的任意转速，其阻值应为任意相邻两档电阻R_n＋1与Rn的阻值之差。观察上表可知，除R2与R1的阻值之差略小外，其余差值皆为65KΩ，故选电位器W阻值为65KΩ。

iii）电阻R9（R10），R7（R8）的阻值估算

R9为BG3的负载电阻，其阻值的大小，一方面应使BG3的饱和电流不致过大，以减轻BG3的管耗，降低对BG3的Icm的要求；另一方面，在BG3截止时，应使Ib5在R9上的压降不致过大，例如不超过2V，以尽量减小BG5、BG9的功耗，提高输出电压，电机每个绕组的电流为0.05A，取β＝50～100，则当R9在30～50KΩ范围内取值可满足要求。

R7为BG1的电压串联负反馈电阻，其阻值一方面应使作为输入级的BG1输入电阻足够大，以满足D触发器对其负载阻值大小的要求（1MΩ以上）；另一方面，应能使BG3有足够大的Ib而充分饱和。取β1＝50～100，R7在25～100KΩ范围内取值可满足要求。

iv）一些元器件的选用

三端集成稳压块IC3，其负载电流只有20毫安左右，可选用W7824三端固定稳压块；

与非门（1）～（5）即IC1选用8与非门集成块5G605；

两个D触发器（6）、（7）即IC2选用双触发器集成块5G621；

BG1，BG2要求BVcee ≥30V，β＝50～100；BG3～BG8要求BVcee≥｜180｜V，β＝50～100，IcM≥｜10｜mA；

BG9～BG12要求BVcee≥180V，β＝50～100，IcM≥50mA。

由此驱动电路通过改变电流频率实现对电机的调速，同时始终保持电机主副绕组中电流相位差恒为 (π)/2 ，使电机工作在最佳状态，故整个调速范围内，电机转速精确稳定，不随负载大小而波动。这是一般利用降低电源电压，牺牲电机功率及转矩、增大转差率来实现降速的方法所不能达到的。

附图4是本实用新型实施例的总体结构示意图。图中，（1）是立柱，（2）是底座，（3）是电子驱动线路板，（4）是由三块金属薄板构成的转盘，外面两层布有若干不同规格的孔口，靠近电机的那层金属薄板起限定培养瓶位置的作用，无孔口，（5）是培养瓶，（6）是卡圈，嵌于转盘上各孔口中，（7）是轴承座，电机与转盘轴在轴承座内通过销子直接偶合，（8）是电机，（9）是孔口，（10）是电源开关，（11）是波段开关，用作速度档选择开关，（12）是电位器旋钮，用以精调转速。电子驱动线路驱动电机，通过波段开关和电位器旋钮选择和精调转速，电机带动转盘旋转，使水平插在卡圈内的培养瓶产生一个绕自身轴线的分运动。瓶内液体从而运动，实现预定的培养效果。

图5是卡圈（6）的结构示意图。卡圈外侧有一圈槽（13）嵌入转盘上的孔口（9）的边缘。内侧上有几个（4～8个）突出物（14），用以卡住培养瓶，松紧程度以使夹持可靠且装卸方便为宜。材料选用橡胶，或其它弹性材料。

本实用新型的旋转培养装置与已有技术相比，由于增加了电子驱动线路转盘转速由固定一种变为在较大范围（6转／小时～120转／小时）内连续可调，且精确稳定，使这种装置能便利地获得更满意的培养效果，同时还扩大了该种装置的通用性，不但能进行转速较慢（6～15转／小时）的贴壁培养，还能进行转速较快（60～120转／小时）的旋浮培养，一机两用。由于采用了电子调速，省去了原有的齿轮减速机构，消除了噪声。另外由于在转盘孔口上增加了弹性卡圈，使培养瓶轴线能保持水平位置，提高了培养效果的均匀一致性。

Claims (7)

1、速度可调的旋转培养装置，由机架、电机和转盘构成，其特征在于电机是靠由振荡器，反相器、分频移相器和功率放大器组成的电子驱动线路驱动，速度连续可调；转盘孔口上加装了弹性卡圈，以便保持培养瓶轴线处于水平位置。

2、根据权利要求1所述的培养装置，其特征在于驱动线路的振荡器由与非门（1）～（4），电阻R0～R6，电位器W、电容器C3构成；

3、根据权利要求1所述的培养装置，其特征在于电子驱动线路中的反相器由与非门（5）完成。

4、根据权利要求1所述的培养装置，其特征在于电子驱动线路中的分频移相器由两个D触发器（6）、（7）完成，其中一个D触发器（6）接成双稳计数触发回路，其Q端或Q端与另一D触发器（7）的D端相连。

5、根据权利要求1所述的培养装置，其特征在于电子驱动线路中的功率放大器由BG1～BG12，R7～R10构成的两套复合互补对称式功放电路完成。

6、根据权利要求1所述的培养装置，其特征在于电机选用单相同步电机。

7、根据权利要求1所述的培养装置，其特征在于转盘孔口上的卡圈是采用橡胶或其它弹性材料制成，其外围有一圈槽，以嵌入孔口边缘，其内周上做有几个小凸出物，以夹持培养瓶。

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