工控文章

一、引言

Mastersizer 3000 是英國馬爾文（Malvern Panalytical）公司生產的一款先進激光粒度分析儀。該設備廣泛應用於製藥、化工、材（cái）料、食品等行業，用於（yú）快速、準確測定粉體或乳液的（de）粒徑分布。
在（zài）實際使用過程中，設備的穩定性與可靠性直接關係到實驗結果的準確性。然而，由於其（qí）核心部件（jiàn）包含激光係統、分散（sàn）單元（yuán）、氣動與真空（kōng）模塊，長期運行中可能出現各類硬件或傳感器故障。

本文將（jiāng）結合一台實際案例：在啟動（dòng） Mastersizer 3000 + Aero S 幹粉分散係統 時，出現 “Pression d’air = 0 bar”（空氣壓力為零）以及 “Capteur de niveau de vide insuffisant”（真空水（shuǐ）平不足）的報錯。係統在執行清（qīng）潔（System Clean）操作時失（shī）敗（bài），界麵提示 “A problem has occurred during system clean. Press reset to retry”。
針對這一問題，本文將展開深入分析，從工作原理、故障機理、排查（chá）流（liú）程、維（wéi）修方法到預防性維護，形成完整的技術研究報（bào）告。

二、Mastersizer 3000 及其氣（qì）動係（xì）統原理

2.1 儀器總體架（jià）構

Mastersizer 3000 主要由以下模塊組成：

1. 光學檢測係統：包括激光光源、光路、散射光檢（jiǎn）測器，用於測量粒子散射信號（hào）。

2. 濕法（fǎ）/幹法分散單元：濕法用於液體樣品，幹法（Aero S）用於粉（fěn）體樣（yàng）品。

3. 氣動控製係統：在幹法（fǎ）分（fèn）散中，Venturi 管和壓縮空氣提供顆（kē）粒分散動力。

4. 真空與清潔係統：在樣品切換或（huò）清潔過程中，通過真空吸附與（yǔ）吹掃保證氣路（lù）清潔。

5. 軟件與傳感器監控：實時監控激光強度（dù）、氣壓、真空度、振動器頻率（lǜ）等參數。

2.2 Aero S 幹粉分散模塊工作機理

Aero S 通（tōng）過外接壓縮空氣（推薦 4–6 bar 幹燥無油空氣），使粉末經由 Venturi 分散（sàn）器產生強（qiáng）烈氣流，實現顆粒單分散。

• 氣源壓力傳感器：監控進入係統的（de）實（shí）際空氣壓力。

• 真（zhēn）空泵：在清潔與切換狀態下啟動，用於快速清除樣品殘留。

• 真空傳感器：監控係統內部負壓情況，確保清（qīng）潔有效。

2.3 故障報警機製

當（dāng）係統檢測到：

• 氣源壓力（lì） < 0.5 bar 或傳感器讀數為 0 → 顯示“Pression d’air 0 bar”。

• 真空泵無法建（jiàn）立足夠負壓 → 顯示“Capteur de niveau de vide insuffisant”。

此時係統自動中斷清潔，防止殘留樣品（pǐn）汙染下一（yī）次（cì）測量。

三、故障現象與表現

3.1 故障現象（xiàng）

用戶反饋的主要現象包括：

1. 氣源壓力讀數為零（即使（shǐ）外部已接入壓縮空氣）。

2. 真空水平不足（zú），導致清潔過程無法完成。

3. 每次進入 System Clean，報錯“A problem has occurred during system clean”。

4. 激光與（yǔ）光學係（xì）統工作正（zhèng）常，說明問（wèn）題集中在 氣動/真（zhēn）空部分。

3.2 典型界麵截圖

• Laser：72.97% → 正常。

• Pression d’air：0 bar → 異常（cháng）。

• Capteur de niveau de vide insuffisant → 異常（cháng）。

四、可能原因分析

針對“氣源壓力=0”和“真空不（bú）足”，結合原理（lǐ）可以歸納出以（yǐ）下幾類可能原因：

4.1 外部氣源（yuán）問題

• 外接壓縮空氣壓（yā）力不足（低於 3 bar）。

• 氣源含水、含油，導致內部氣路堵塞。

• 進氣管路未（wèi）接（jiē）好或漏（lòu）氣。

4.2 內部氣路（lù）問題

• Venturi 噴嘴堵塞（sāi）：粉末殘留或油水沉積。

• 氣管破裂/脫落：導致傳感器檢測（cè）不到壓力。

• 電磁閥卡滯：氣流無（wú）法進入。

4.3 真空係（xì）統（tǒng）問題

• 真空泵電機（jī）未啟動（dòng）或損（sǔn）壞。

• 真空泵濾芯堵塞，導（dǎo）致（zhì）抽氣無效。

• 真空管路泄漏。

• 真空（kōng）傳感（gǎn）器（qì）失（shī）靈（líng）。

4.4 傳感器與軟件問題

• 壓力傳感器故障或漂移。

• 真空傳感器失靈，輸出錯（cuò）誤信（xìn）號。

• 控（kòng）製板采（cǎi）集電路（lù）損壞，無法讀（dú）取傳感器（qì）信號。

五、詳細排查流程

為了係統性解決問題，可以按以下步驟逐一檢查：

5.1 外部檢（jiǎn）查

1. 確認外接氣源 ≥ 4 bar。

2. 檢查進氣管是否牢固（gù），接口是（shì）否漏氣。

3. 檢查（chá）是否安裝了幹燥過濾器，確保空氣無水無（wú）油。

5.2 氣動回路檢查

1. 運行“手動 Jet d’air”，觀察是否有氣（qì）流噴出。

2. 若無氣流，拆開（kāi） Venturi 噴嘴，檢查是否（fǒu）有粉末堵塞。

3. 檢（jiǎn）查電磁閥線（xiàn）圈是否通電，是否存在機械卡滯。

5.3 真（zhēn）空係統檢查（chá）

1. 運行（háng）“手動 Clean”命令，聽真空泵是否運轉。

2. 拆下真空管，手感是否有吸力。

3. 檢查真空泵濾芯，是否（fǒu）堵塞。

4. 使（shǐ）用真空表單獨測量（liàng）真空度。

5.4 傳感器與信號檢查

1. 進入軟件“Diagnostics”，查看壓力和真空傳感器原始讀數。

2. 若外部（bù）有壓力但軟件顯示 0 → 壓力傳（chuán）感器損壞。

3. 若真空泵工作但軟件（jiàn）報錯 → 真空傳感（gǎn）器異常。

5.5 控製電路檢（jiǎn）查

1. 檢查氣動控製板供電是否正常。

2. 檢查傳感器接口是否鬆脫。

3. 若傳（chuán）感器更換無效，考慮更換控製板。

六、維修方法與案（àn）例分析

6.1 外部氣源修複

• 調整氣（qì）源壓力至 5 bar，確保穩定。

• 加裝幹燥過濾器，避免水汽導致噴嘴（zuǐ）堵塞。

• 更換破損的進氣管道。

6.2 內部氣路修（xiū）複

• 使（shǐ）用無水酒精或壓縮空氣清理 Venturi 噴嘴。

• 清洗或更換電磁閥。

• 更換老化的氣管。

6.3 真空係統修複

• 拆解真空泵，清理濾芯。

• 若電（diàn）機不轉，更換真空泵總成。

• 檢查真（zhēn）空密封圈，更（gèng）換老化件。

6.4 傳感器更換

• 更換壓力傳感器或真空傳感器。

• 校準（zhǔn）傳感器，確保輸出正確。

6.5 案例總結（jié）

在本文案例中，經（jīng）檢查發現：

• 外部氣源僅有 1.4 bar → 未滿足要求。

• 真空泵（bèng）啟動無聲 → 真空係統（tǒng）異常。
  最終通過更換（huàn）真空泵並重新接入 5 bar 幹燥（zào）氣源，係統恢複（fù）正（zhèng）常。

七、預防與維護建議

1. 氣源管理

• 始終保證外部壓縮空氣 ≥ 4 bar。

• 安裝油水分離器，定期更換濾芯。

2. 定期清潔

• 每次測量後執行係統清潔，避免粉末殘留。

• 定期拆洗 Venturi 噴嘴。

3. 真空泵維護

• 定期（qī）檢（jiǎn）查（chá）濾芯，更（gèng）換周期 6–12 個月（yuè）。

• 若泵噪音增大，應檢查潤（rùn）滑與（yǔ）密封。

4. 傳感器校準

• 每年由（yóu）廠家或第三方計量機構校準壓力和真空傳感器。

5. 軟件監控

• 定期查看 Diagnostics，提早發現傳感（gǎn）器漂移問（wèn）題。

八、結論

本文通過對 Mastersizer 3000 + Aero S 幹粉分散模塊 的故障研究，揭示了“氣源壓力為零”和“真空不足（zú）”兩大核心問題的成因與解（jiě）決路徑。

• 該類故障往（wǎng）往（wǎng）由 外部氣源不足、內部氣路堵塞、真空泵故障或傳感器異常 引（yǐn）起。

• 係統性排查應從 外（wài）部（bù）氣源 → 氣路 → 真空（kōng）泵 → 傳感器 → 控製電路逐步進行。

• 通過實際（jì）維修案例（lì）驗證，恢複氣源壓力並（bìng）更換真空泵，設（shè）備運行恢複正常。

對於實（shí）驗室與工廠用戶來說，建立 定期維護製度、保障氣源質量、及時更換易損件，是避免此類問題的關鍵。
本研究為類似問題的診斷和維修提供了完整（zhěng）的思路和方法論，也可作為後續培訓與標準操（cāo）作流程（SOP）的（de）參考。