應用方案：德保直線(xiàn)絲桿步進(jìn)電機在生化分析儀上的應用

一、應用背景

生化分析儀是醫療機構進(jìn)行臨床診斷和生命科學(xué)、生化研究等研究機構進(jìn)行科研所必需儀器之一，主要用于測定人體液中各種常規生化指標。 隨著(zhù)現代科技的不斷進(jìn)步，醫療器械的發(fā)展也越來(lái)越高科技化。生化分析儀也由手工操作進(jìn)入全自動(dòng)化階段。

全自動(dòng)生化分析儀具有精確加樣和自動(dòng)裝載的功能，具有精度高、重復性好、功能齊全、測試項目多等特點(diǎn)，其快速、簡(jiǎn)便、微量等特點(diǎn)尤為突出。在藥劑加注上，有別于傳統步進(jìn)電機驅動(dòng)方式，直線(xiàn)步進(jìn)電機在全自動(dòng)生化儀上應用得越來(lái)越廣泛。

在全自動(dòng)生化儀中，取樣功能是通過(guò)其加樣系統來(lái)實(shí)現的，加樣系統的精度在很大程度上決定了整個(gè)儀器的精度。加樣系統一般由“懸臂機構+驅動(dòng)機構”組成，傳動(dòng)機構與懸臂機構相連，從而實(shí)現自動(dòng)加樣取樣功能。傳統的驅動(dòng)機構一般采用“旋轉步進(jìn)電機+傳動(dòng)機構”組成。

傳統的傳動(dòng)機構一般包括同步帶、齒輪齒條，滾珠絲桿。同步帶、齒輪齒條精度不高，噪音比較大，最關(guān)鍵的是壽命無(wú)法保證;滾珠絲桿精度較高、壽命較長(cháng)，但其體積大，成本高，對機構調校水平要求高。

圖1 直線(xiàn)絲杠電機與傳統步進(jìn)的機械傳動(dòng)結構比較

直線(xiàn)絲杠步進(jìn)在電機內部實(shí)現旋轉運動(dòng)到直線(xiàn)運動(dòng)的轉換，使懸臂機構與電機直接連接，使得機構盡量精巧。同時(shí)，無(wú)須中間傳動(dòng)環(huán)節使其能夠做到更高精度，更高效率以及更高壽命。

二、生化分析儀加樣系統主要結構及工藝

全自動(dòng)生化分析儀的加樣系統的主要由以下的三大部分組成的，如下所示：

可放置小型樣品杯或試管。

第二部分、試劑室(倉)

不同的全自動(dòng)生化分析儀試劑室可容納的試劑盒數量不同，一般可容納20多種試劑。有的試劑室帶有冷藏裝置，帶有條形碼識別裝置的試劑室試劑可以任意放置試劑盒位置。

第三部分、取樣裝置

有的全自動(dòng)生化分析儀取樣本和取試劑公用同一采樣針，由內部的分流閥控制取樣本和取試劑;有的全自動(dòng)生化分析儀有兩套取樣裝置，分別取樣本和取試劑。采樣針前端有液面傳感器防止空吸或采樣針外壁液體掛淋，采樣臂中有預溫裝置。

三、漢德保直線(xiàn)絲杠步進(jìn)系統

漢德保的混合式直線(xiàn)絲杠步進(jìn)電機采用高效率傳動(dòng)螺紋設計和獨有的軸承技術(shù)，電機在傳動(dòng)效率、可靠性、承載力和壽命上優(yōu)于市場(chǎng)上的同類(lèi)產(chǎn)品，比常用的金屬螺母結構設計更是優(yōu)勢明顯，壽命上至少提高10倍以上。適合空間有限，對電機性能和可靠性要求較高，定位精密，運動(dòng)快速和長(cháng)壽命的場(chǎng)合。

漢德保目前上市的產(chǎn)品有：20mm系列、28mm系列、35mm系列、42mm系列、57mm系列、86mm系列兩相混合式直線(xiàn)步進(jìn)電機。產(chǎn)品涵蓋28種不同的步長(cháng)，從0.00006英寸(0.001524mm)到0.005英寸(0.127mm)微步，可提供均勻精細的分辨率。每種機座號有三種結構可選：貫通軸式、外部驅動(dòng)式、固定軸式。

●高精度，定位精度可達0.1μm

直線(xiàn)絲桿步進(jìn)電機因傳動(dòng)機構簡(jiǎn)單減少了插補滯后的問(wèn)題，定位精度、重復精度、絕對精度，通都會(huì )較“旋轉伺服電機 & 滾珠絲杠”高，且容易實(shí)現。直線(xiàn)絲桿步進(jìn)電機定位精度可達0.1μm,“旋轉伺服電機 滾珠絲杠”最高達到2~5μm。

●高速度，最高可達300m/min

從速度上和加速度的對比上，直線(xiàn)絲桿步進(jìn)電機具有相當大的優(yōu)勢，直線(xiàn)絲桿步進(jìn)電機速度可達300m/min，加速度10g;滾珠絲杠速度為120m/min，加速度為1.5g。而且直線(xiàn)絲桿步進(jìn)電機在成功解決發(fā)熱問(wèn)題后速度還會(huì )進(jìn)一步提高，而“旋轉伺服電機 & 滾珠絲杠”在速度上卻受到限制很難再提高較多。

●高壽命，維護簡(jiǎn)單

直線(xiàn)絲桿步進(jìn)電機因運動(dòng)部件和固定部件間有安裝間隙，無(wú)接觸，不會(huì )因動(dòng)子的高速往復運動(dòng)而磨損，長(cháng)間使用對運動(dòng)定位精度無(wú)變化，適合高精度的場(chǎng)合。滾珠絲杠則無(wú)法在高速往復運動(dòng)中保證精度，因高速摩擦，會(huì )造成絲杠螺母的磨損，影響運動(dòng)的精度要求，對高精度的需求場(chǎng)合無(wú)法滿(mǎn)足。

四、現場(chǎng)調試結果

某型號生化分析儀的基本參數如下：

·可同時(shí)檢測77個(gè)比色項目，3個(gè)電解質(zhì)項目(選配ISE)

·90個(gè)日?？捎脴颖疚缓?0個(gè)冷藏試劑位，自動(dòng)條碼掃描

·全息凹面平像場(chǎng)光柵后分光，集束式光路，反應全過(guò)程監測

·反應杯采用“固體直熱”溫控技術(shù)，自動(dòng)8階溫水清洗

·自動(dòng)等量、增量、減量及前稀釋樣本重測和酶線(xiàn)性拓展功能

  漢德保公司的配置方案如下：

直線(xiàn)絲杠電機基本參數如下：

現場(chǎng)測試證明，取樣速度和精度比傳統步進(jìn)高出30%以上。

五、結語(yǔ)

漢德保直線(xiàn)絲杠步進(jìn)電機在生化分析儀的取樣系統上的應用，使其結構簡(jiǎn)單、有效，提升了國產(chǎn)生化分析儀整體質(zhì)量和檔次，與國內外同類(lèi)產(chǎn)品的競爭中處于有利地位。