智能安全型超级工作台监测HEPA滤膜失效报警的...（一）
智能安全型超级工作台监测HEPA滤膜失效报警的创新原理
超净工作台是生命科学、生物化学、医药卫生、农业科研、食品生产、环境监测等研究、应用领域相关实验室主要的，能提供局部洁净空气的净化设备之一。其工作原理为，室内空气经过预过滤器进入静压箱，再经过高效空气过滤器（以下简称HEPA滤膜）以去除各种尘埃粒子或气溶胶，最后在操作区内形成高度洁净的单向空气流及避免外部气流诱入的正压气流环境。
一、一个被忽视的令人忧虑的生物技术隐患
随着现代生物技术的发展，生物安全性问题已引起生物界广大科技工作者的密切关注。超净工作台是开展生物技术研究必不可少的，应用最为广泛的基础设备之一，但它的生物安全性和有效性却受到其关键部件HEPA滤膜有效性的严重挑战。目前，在国内大量使用的超净工作台，由于在产品设计环节中缺乏对关键部件HEPA滤膜使用寿命进行有效监测的考虑，导致实验人员难以直观的对HEPA滤膜有效性作出准确判断，以至造成实验数据不准、实验样品被污染或实验项目屡试屡败等严重后果。目前，在国内大量的生物实验室、高等院校、科研院所及生物制药企业等研究应用领域内，较为普遍的，不同程度的存在着HEPA滤膜超期服役、失效使用的问题，一方面超净工作台的安全性和有效性问题相当突出，但另一方面，这一令人忧虑的生物技术的有效性问题却成了隐中之患被许多人所忽略了。
二、这是一个没有被充分认识的设计缺陷
目前，在国内市场上所见的超净工作台，其电器控制基本上都类似于电风扇的控制原理，即由一个风机，一个多抽头的变压器，再加上一个多档调速开关所组成的控制系统。超净工作台运行时，仅有控制面板上风速档位的提示，而没有任何涉及HEPA滤膜的运行状态的提示。尽管也有一些制造厂家意识到向实验人员在线提示HEPA滤膜运行状态的重要性，在产品设计中采取了一定的措施。如在超净工作台的静压箱内安装一根压力探管，以此对静压箱内的压力变化进行测量，然后用指针式压力表的红绿区间或采用数字式的压力表在显示器上显示静压箱内的压力变化，以初始压力等同于HEPA滤膜的初始阻力，用压力的增大来等同于HEPA滤膜阻力的增大。并以设计的压力极限值作为分析依据，对HEPA滤膜的剩余使用寿命作出判断，并向实验人员发出相关警示。
但实验证明，这一方法并不具有真实性。因为超净工作台中的风速、风量、压力、阻力的变化是一个相互作用、相互影响的关联系统，比如，变换风速档位改变风量，风速也会发生变化，压力随之跟着变化。所以，设备所显示的压力变化实际上并没有真正反映出HEPA滤膜阻力的变化，进而，所作出的有关HEPA滤膜的运行状态的判断同样是不准确和不具有参考价值的。国内不少实验人员为了弥补对设备对HEPA滤膜的运行状态无法判断的缺陷，便采取频繁更换HEPA滤膜的措施来提高超净工作台净化功能的有效性。但这种既费钱又费力的操作根本难以坚持，而且，何时更换HEPA滤膜也很难掌握。所以，在HEPA滤膜已经失效但实验人员无法察觉的情况下仍在使用着设备，这就是当前我国生物实验室使用超净工作台的真实情况。
国际上生产超净工作台的品牌企业很多，有美国的LABCONCO公司、澳大利亚的FRUAN公司、意大利的BIOAIR公司、新加坡的ESCO公司和日本的SANYO公司等等，这些国际一线品牌公司在如何保证产品运行过程中的HEPA滤膜的完好性方面均作出了一定的考虑，但其技术措施不尽相同。如有的增加了高性能的风速传感器，将HEPA滤膜的寿命通过风速下限值的对比在指示器上显示出来，用户通过报警灯来预知更换HEPA滤膜的时间；有的安装了特别的压力表来显示静压箱内的压力，在所有时间内监视HEPA滤膜的工作状况。在维持恒定洁净空气流方面，仅从工作线路的电压稳定方面增加了补偿措施，但在HEPA滤膜阻力增加的情况下，仍能维持工作区恒定气流方面并未提出明确的解决方案。
三、“恒风速”技术有效化解了这一隐患
（一）、创新思路的酝酿
针对上述存在的问题，ZHICHENG公司成立了由公司科研人员组成的研发小组。对超净工作台进行技术创新和技术攻关。小组人员提出了研制开发一种能对HEPA滤膜进行实时检测，当其出现失效、破损等异常情况时，能准确、及时发出预警和报警信号的升级版超净工作台的技术构想，还把项目产品命名为“ZHJH-C型智能安全型超净工作台”。
ZHICHENG公司研发团队围绕如何解决超净工作台有效使用、安全使用的问题，提出了总体的设计方案，即超净工作台的设计要给使用者提供一种人性化的、安全可靠的操作环境，超净工作台的运行参数能一目了然，HEPA滤膜的工作状态能实现在线测量、在线监控和在线报警。
ZHICHENG公司科研人员经过实验研究得出结论，当HEPA滤膜的实测阻力达到初始阻力两倍时，意味着HEPA滤膜已经失效需要更换。其判断依据是，当HEPA滤膜阻力增大时，超净工作台安装有HEPA滤膜的静压箱的压力会同步增大，其对大气压的压差也同步上升。如果，测得的压差达到初始压差两倍时，也意味着HEPA滤膜的阻力已经达到初始阻力的两倍。所以，测压差可等同于测阻力。项目产品对HEPA滤膜阻力的实时检测完全可以通过对其净压室压差的测量来完成。但实验发现，压差的变化除了与阻力有关外，还与风速和风量的大小有关。在HEPA滤膜阻力一定的情况下，风量大，其压差也会随之增大。所以，检测HEPA滤膜的阻力还需要一个恒定的风速。但风速的大小除了与阻力有关外，还与风机的功率大小、电源电压的波动状况有关，所以，还需要研究一种能稳定风速的“恒风速”新型电路。
通过实验，ZHICHENG公司科研人员确立了一个具体的技术方案，即：
研究开发一种能测量微差压的新型硅电阻力平衡式微差压变送器，以解决对微差压的精确测量。
研究开发一种能对微风速进行测量的新型热球式热平衡微风速变送器，以解决对微风速的精确测量。
研究开发一套能对微风速进行精确控制的电子线路，使得风速能根据需要进行设定，风速调节系统自动将风速控制在设定的风速值，以便在工作区内形成一个稳定的空气流，为压差的测量奠定稳定的测量条件。
研究探索HEPA滤膜失效预警点、失效报警点和破损报警点的参数依据，经过反复实验论证，ZHICHENG公司科研人员认为：
当HEPA滤膜阻力增加至两倍初试阻力值的95%时,设备发出失效预警信号。
当HEPA滤膜阻力增加到初始阻力两倍时，设备发出失效报警信号。
当HEPA滤膜阻力减少到上次运行时的阻力95%时,意味着HEPA滤膜已经破损,设备发出破损报警信号。
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技术原理
