工控文章

一、引言

Mastersizer 3000 是英国马尔文（Malvern Panalytical）公司生产的一款先进激光粒度分析仪。该设备广泛应用于制药、化工、材料、食品等行业，用于快速、准确测定粉体或乳液的粒径分布。
在实际使用过程中，设备的稳定性与可靠性直接关系到实验结果的准确性。然而，由于其核心部件包含激光系统、分散单元、气动与真空模块，长期运行中可能出现各类硬件或传感器故障。

本文将结合一台实际案例：在启动 Mastersizer 3000 + Aero S 干粉分散系统 时，出现 “Pression d’air = 0 bar”（空气压力为零）以及 “Capteur de niveau de vide insuffisant”（真空水平不足）的报错。系统在执行清洁（System Clean）操作时失败，界面提示 “A problem has occurred during system clean. Press reset to retry”。
针对这一问题，本文将展开深入分析，从工作原理、故障机理、排查流程、维修方法到预防性维护，形成完整的技术研究报告。

二、Mastersizer 3000 及其气动系统原理

2.1 仪器总体架构

Mastersizer 3000 主要由以下模块组成：

1. 光学检测系统：包括激光光源、光路、散射光检测器，用于测量粒子散射信号。

2. 湿法/干法分散单元：湿法用于液体样品，干法（Aero S）用于粉体样品。

3. 气动控制系统：在干法分散中，Venturi 管和压缩空气提供颗粒分散动力。

4. 真空与清洁系统：在样品切换或清洁过程中，通过真空吸附与吹扫保证气路清洁。

5. 软件与传感器监控：实时监控激光强度、气压、真空度、振动器频率等参数。

2.2 Aero S 干粉分散模块工作机理

Aero S 通过外接压缩空气（推荐 4–6 bar 干燥无油空气），使粉末经由 Venturi 分散器产生强烈气流，实现颗粒单分散。

• 气源压力传感器：监控进入系统的实际空气压力。

• 真空泵：在清洁与切换状态下启动，用于快速清除样品残留。

• 真空传感器：监控系统内部负压情况，确保清洁有效。

2.3 故障报警机制

当系统检测到：

• 气源压力 < 0.5 bar 或传感器读数为 0 → 显示“Pression d’air 0 bar”。

• 真空泵无法建立足够负压 → 显示“Capteur de niveau de vide insuffisant”。

此时系统自动中断清洁，防止残留样品污染下一次测量。

三、故障现象与表现

3.1 故障现象

用户反馈的主要现象包括：

1. 气源压力读数为零（即使外部已接入压缩空气）。

2. 真空水平不足，导致清洁过程无法完成。

3. 每次进入 System Clean，报错“A problem has occurred during system clean”。

4. 激光与光学系统工作正常，说明问题集中在 气动/真空部分。

3.2 典型界面截图

• Laser：72.97% → 正常。

• Pression d’air：0 bar → 异常。

• Capteur de niveau de vide insuffisant → 异常。

四、可能原因分析

针对“气源压力=0”和“真空不足”，结合原理可以归纳出以下几类可能原因：

4.1 外部气源问题

• 外接压缩空气压力不足（低于 3 bar）。

• 气源含水、含油，导致内部气路堵塞。

• 进气管路未接好或漏气。

4.2 内部气路问题

• Venturi 喷嘴堵塞：粉末残留或油水沉积。

• 气管破裂/脱落：导致传感器检测不到压力。

• 电磁阀卡滞：气流无法进入。

4.3 真空系统问题

• 真空泵电机未启动或损坏。

• 真空泵滤芯堵塞，导致抽气无效。

• 真空管路泄漏。

• 真空传感器失灵。

4.4 传感器与软件问题

• 压力传感器故障或漂移。

• 真空传感器失灵，输出错误信号。

• 控制板采集电路损坏，无法读取传感器信号。

五、详细排查流程

为了系统性解决问题，可以按以下步骤逐一检查：

5.1 外部检查

1. 确认外接气源 ≥ 4 bar。

2. 检查进气管是否牢固，接口是否漏气。

3. 检查是否安装了干燥过滤器，确保空气无水无油。

5.2 气动回路检查

1. 运行“手动 Jet d’air”，观察是否有气流喷出。

2. 若无气流，拆开 Venturi 喷嘴，检查是否有粉末堵塞。

3. 检查电磁阀线圈是否通电，是否存在机械卡滞。

5.3 真空系统检查

1. 运行“手动 Clean”命令，听真空泵是否运转。

2. 拆下真空管，手感是否有吸力。

3. 检查真空泵滤芯，是否堵塞。

4. 使用真空表单独测量真空度。

5.4 传感器与信号检查

1. 进入软件“Diagnostics”，查看压力和真空传感器原始读数。

2. 若外部有压力但软件显示 0 → 压力传感器损坏。

3. 若真空泵工作但软件报错 → 真空传感器异常。

5.5 控制电路检查

1. 检查气动控制板供电是否正常。

2. 检查传感器接口是否松脱。

3. 若传感器更换无效，考虑更换控制板。

六、维修方法与案例分析

6.1 外部气源修复

• 调整气源压力至 5 bar，确保稳定。

• 加装干燥过滤器，避免水汽导致喷嘴堵塞。

• 更换破损的进气管道。

6.2 内部气路修复

• 使用无水酒精或压缩空气清理 Venturi 喷嘴。

• 清洗或更换电磁阀。

• 更换老化的气管。

6.3 真空系统修复

• 拆解真空泵，清理滤芯。

• 若电机不转，更换真空泵总成。

• 检查真空密封圈，更换老化件。

6.4 传感器更换

• 更换压力传感器或真空传感器。

• 校准传感器，确保输出正确。

6.5 案例总结

在本文案例中，经检查发现：

• 外部气源仅有 1.4 bar → 未满足要求。

• 真空泵启动无声 → 真空系统异常。
  最终通过更换真空泵并重新接入 5 bar 干燥气源，系统恢复正常。

七、预防与维护建议

1. 气源管理

• 始终保证外部压缩空气 ≥ 4 bar。

• 安装油水分离器，定期更换滤芯。

2. 定期清洁

• 每次测量后执行系统清洁，避免粉末残留。

• 定期拆洗 Venturi 喷嘴。

3. 真空泵维护

• 定期检查滤芯，更换周期 6–12 个月。

• 若泵噪音增大，应检查润滑与密封。

4. 传感器校准

• 每年由厂家或第三方计量机构校准压力和真空传感器。

5. 软件监控

• 定期查看 Diagnostics，提早发现传感器漂移问题。

八、结论

本文通过对 Mastersizer 3000 + Aero S 干粉分散模块 的故障研究，揭示了“气源压力为零”和“真空不足”两大核心问题的成因与解决路径。

• 该类故障往往由 外部气源不足、内部气路堵塞、真空泵故障或传感器异常 引起。

• 系统性排查应从 外部气源 → 气路 → 真空泵 → 传感器 → 控制电路逐步进行。

• 通过实际维修案例验证，恢复气源压力并更换真空泵，设备运行恢复正常。

对于实验室与工厂用户来说，建立 定期维护制度、保障气源质量、及时更换易损件，是避免此类问题的关键。
本研究为类似问题的诊断和维修提供了完整的思路和方法论，也可作为后续培训与标准操作流程（SOP）的参考。