[发明专利]生物安全柜风速测量监控装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物安全柜技术领域，具体涉及一种生物安全柜风速测量监控装置。

背景技术

生物安全柜是防止操作过程中含有危害性或未知生物气溶胶散逸的空气净化安全装置，该装置能够将工作区已被污染的空气通过专门的过滤通道过滤，避免对人和环境造成危害，是一种安全的微生物专用设备，可应用于生物实验室、医疗卫生、生物制药等相关行业，对改善工艺条件，保护操作者的身体健康均有良好效果。

一般的生物安全柜通过离心风机从前窗操作口向内吸入的负压气流用以保护人员的安全；经高效过滤器过滤的下降气流用以保护产品的安全和交叉污染；污染气流经高效过滤器过滤是为了保护环境不受污染。生物安全柜对前窗流入气流的流速和柜内下降气流的流速有严格的要求，不能过低也不能过高，否则不能起到保护人员和实验样品的作用。按照国家标准生物安全柜都应该配备有风速测量装置，当测量到流入或者下降风速过低或者过高及时报警。由于热式原理风速测量电路对微小风速敏感、测量精度较高、无运动部件、抗振动、响应时间短，因此多数情况下生物安全柜采用热式原理风速测量电路。但缺点是易受外界环境因素影响发生零点漂移和测量误差。

现有的风速测量电路都只采用一个加热单元，该加热单元加热到高于环境温度的某一个值，当气流通过该加热单元以后产生热量损耗，通过计算热量损耗程度来测量气流的流速。但是单独的加热单元容易受到温度、湿度、压力、器件老化等效应的综合影响下而使得测量出的风速偏离实际风速，可能导致当实际风速过低或者过高时未能发出报警信号，用户可能处于不安全的状态下。

发明内容

本发明的首要目的就在于克服现有生物安全柜在风速测量上所存在的不足，从而提供一种生物安全柜风速测量监控装置，该生物安全柜风速测量监控装置增加了生物安全柜运行时的安全系数，除了在测量风速异常时及时发出报警信号，当监测风速测量电路本身发生测量不准确的情况，主控单元能够及时通知用户系统存在安全风险，防止发生未知的危险情况，比如操作人员受到污染气流的威胁，或者实验样品被污染气流所污染影响实验结果。

本发明的生物安全柜风速测量监控装置，包括若干个风速测量单元、主控单元和警报单元，所述主控单元分别与若干个风速测量单元和警报单元电连接。

所述风速测量单元有n个，且n大于等于两个；由n个风速测量单元组成的模块阵列同时监测安全柜风速。

所述风速测量单元包括由依次连接的驱动单元、加热单元和信号处理系统组成，所述主控单元分别与驱动单元和信号处理系统电连接。所述风速测量单元采用热学原理，通过检测气流引起的加热单元表面温度变化或者消耗电功率的变化，由King公式Q=（A+B*V^0.5)*Δt计算风速值，其中Q为热量，A，B为常数，V为风速，Δt为加热单元温度与环境温度之间的温度差。

所述加热单元包括热敏元件，所述热敏元件为铂膜或者铂丝电阻。

所述风速测量单元包括依次连接的差压信号采集单元、差压测量单元和压力信号处理系统，

所述压力信号处理系统的输入端和输出端分别与差压测量单元和主控单元连接，所述差压测量单元为压力敏感元件，所述压力敏感元件为半导体压阻压力传感器。该差压测量单元是将气流流过差压信号采集单元产生的压力信号转变为电信号经过压力信号处理系统放大处理后由主控单元进行AD采样后计算。所述风速测量单元为压差测量原理，其风速测量原理为差压信号采集单元测得气流全压和静压，通过其后连接的差压测量单元和信号处理系统得到其差压值。根据伯努力方程V＝K√2P／ρ计算，其中V为测量风速(m/s)，K为常数，P为测得的差压(Pa)，ρ流体密度(kg/m3)。该测量方式在低风速时灵敏度上低于热式原理的风速测量单元，但优点是能够测量平均风速，不容易受某个点气流波动的影响。

当所述风速测量单元损坏或者受到环境影响漂移，主控单元比较风速测量单元的第一信号平均值和第二风速测量单元至第n风速测量单元信号平均值得到差分值与校准值比较的差值在一个时间周期内连续超过阈值，以此判断当前测量的风速结果不准确，通过警报单元发出报警信号提示使用者；

所述阈值为所述差值50%~150%；

所述校准值为校准时第一信号的平均值减去其余2～n信号的平均值后求得的差分值。

所述信号处理系统包括差值放大电路和滤波电路。

所述主控单元所包含的微控制器是通过外部单独或者内部集成的AD转换电路接收每个信号处理系统的信号，同时发出控制信号给驱动单元来产生驱动信号，驱动信号控制加热单元上的温度值。