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无线电电子与电气工程百科全书 医用微型泵及其维修和保养。 无线电电子电气工程百科全书
本文是多年维修和维护一种罕见的医学机电设备经验的成果。 据笔者所知，近30年来，专业媒体从未提及过他们。 首先，让我们来处理术语。 有多家来自不同国家（英国、德国、希腊、意大利）的公司生产用于长期（多个小时）注射药物的专用机电设备。 因此，英国GRASEBY MEDICAL公司的设备被称为注射器驱动器，即注射器驱动器。 注射器驱动。 意大利INFUZA公司的产品称为医用输液系统（医用注射系统）。 希腊公司MICREL的产品被命名为微型泵（micropump）。 在不深入语言学的情况下，我们将此类设备称为微型泵（以下简称MN）。 据作者称，这个术语是最简洁、信息量最大的。 现在简单介绍一下MN的应用。 有许多人类疾病需要持续、持续和长期地将药物注入患者的血液中。 具体地，此类疾病包括地中海贫血。 患有这种疾病时，患者的骨髓无法产生血液的某些组成部分，这会对人的健康产生不利影响，甚至威胁到他的生命。 此类患者需要持续服用含有这些物质的药物。 药物进入血液的过程应该均匀且小剂量，就像在健康的身体中发生的那样。 一次注射可能无法解决问题，反而会产生许多其他问题。 休克剂量使身体超负荷是非常不可取的。 同时，短时间间隔给予小剂量对于患者来说是困难且痛苦的。 另外，人一生都患有这种疾病，患者不可能一直呆在医院里。 为了解决这些问题，MN 被开发出来。 它们是一种微电机形式的机电单元，带有减速齿轮、丝杠和将力传递到一次性注射器活塞的托架。 每隔一段时间，发动机就会启动并以小角度转动丝杠。 托架通过螺母连接到丝杠，推动注射器的柱塞。 有限剂量的药物进入患者的血液。 最引人注目的是，MH可以固定在患者身上，并且可以轻松移动。 例如，患有这种 MN 的孩子可能会去上学，甚至表现出该年龄段的身体活动特征。 注射器通过软管连接到针头。 将针插入皮下并用胶带固定。 通过改变注射器的尺寸，可以将给药的剂量调节在一定限度内。 此外，一些 MN 允许使用开关设置移动托架的多种速度，从而改变工作行程之间的暂停长度。 让我们从希腊公司MICREL的产品开始考虑MH。 它们的外观如图所示。 1（前面第一和第二个）。 它们都被指定为 MP 模型，但作者知道该模型的四个版本。 模型（MP-11，v3.1）的一个特征，如图 2 的前景所示。 XNUMX、充电电池是使用五节镍镉电池。
该型号产品示意图如图3所示。 XNUMX、该方案是作者根据印刷电路板的拓扑结构编写的。 尝试在互联网上查找并联系制造商，但没有给出任何结果。
MP-11 型号的第二个版本（版本 v.5）通过添加可容纳 5 节 AAA 电池的电池仓而组装在高度增加的外壳中。 vXNUMX版本的电路图与之前的版本相同。 该型号的设计特点是使用柔性印刷电路板 (PCB)，在外壳内对折。 导体是通过在 PCB 凹槽中电解生长铜的方法制成的，然后进行烧制。 这解释了导体具有非常高的粘附力。 即使部件拆卸不成功，它们也不会剥落。 奇怪的是，修复MH时，主要工具是刷子。 在与 MN 合作的八年多时间里，需要更换有故障的微电路和晶体管 5-6 次，总共维修次数达数百次。 MH失效的主要原因是微裂纹和污染。 但这种情况根本不利于查找MN无法运行的原因。 参与电子设备维修的人员都清楚找到微裂纹是多么困难，尤其是在导体宽度为 0,1 ... 0,3 mm 的 PCB 上。 实际上，印刷导体的连续性更经常需要电路图。 在此类产品中，微裂纹占失效的 50%。 作者认为，其主要原因是使用灵活的软件。 许多微裂纹恰好出现在其 180 度弯曲附近。 DIP 封装中零件引线的强度超过了印刷导体的强度，这导致印刷导体在接触焊盘附近频繁断裂。 特别是连接到晶体管 Q1 的导体经常被撕裂，并且是从晶体管本身的一侧撕裂。 借助由细漆包线（PEV-2 0,1 ... 0,2 mm）制成的铰接跳线进行复制，通常会恢复 MN 的可操作性。 第二个同样罕见的缺陷是注射器中的内容物泄漏到设备中。 由于药物具有导电性（铁、钾、钠等盐的溶液），其渗透到导体之间会导致产品完全无法使用。 毕竟，所有节点都是使用 CMOS 微电路组装的。 修复此类缺陷的主要工具是一套刷子和刷子。 使用合成刷毛的牙刷非常方便。 强烈建议使用丙酮代替酒精来清洁 PCB。 后者总是含有湿气，这会导致电路泄漏。 找到他们几乎是不可能的。 因此，洗完板子后一定要使用吹风机。 如果不这样做，电路将保持不工作状态，直到水分被去除。 此外，丙酮比酒精能更好地溶解制剂的成分，并且具有更好的杀菌性能。 确实，它的毒性也更大，因此最好在露天进行清洗，并远离明火。 MN修复过程中要特别注意安全问题。 阅读以下内容可能会吓到很多人，但那些决定这样做的人应该知道他们需要什么。 维修 MH 时，最重要的不是使用电流工作时的安全，而是个人和工作场所的卫生。 在处理 MN 时要记住的主要一点是，地中海贫血虽然不具有传染性（它是一种遗传性疾病），但通常与可通过血液传播的疾病（例如肝炎）相关。 因此，遵循以下规则极其重要： - 切勿使用用过的注射器和针头，仅使用新的注射器和针头来检查性能，因为现在它们只需一分钱。 不要吝惜自己的安全； - 拆开MN后，拆下其中的PP（有时需要拆下一颗空心铆钉）、齿轮箱、带丝杠的滑架和止推轴承，以及电池仓的弹簧触点。 使用硬刷，用热水和洗涤剂（人造）皂清洗所有塑料部件和丝杠。 应特别小心地清洗用于连接注射器的织物尼龙搭扣； - 无论PCB表面状况如何，也建议用丙酮清洗； - 如果手部皮肤受损，尤其是手指，切勿修复 MH。 通过它们，感染可以进入您的血液； - 修复时，不要用手触摸脸部（尤其是鼻子、嘴巴和眼睛），因为粘膜更容易受到感染。 不要忘记，不仅您的健康，而且您所爱的人的健康都取决于遵守这些规则。 修理此类产品是不可接受的，例如在餐桌上。 使用使用后必须丢弃的纸或薄膜背衬。 首次使用前请检查电池电压。 它应该在 6...10 V 之间。在较低电压下，内置电源监视器会激活警报。 不推荐交流适配器。 由于电路的输入电阻较大，以及初级和次级绕组之间的电容耦合，CMOS芯片和MOS晶体管的结点存在被击穿的可能性。 工作中的 MN，型号为 MP-11 v.3（具有灵活的 PP），工作原理如下。 当您打开设备时，双色 LED 指示灯的第一次闪烁应为橙色，因为与电源监视器连接的电容器没有时间充电至完整的电池电压。 下一个 LED 闪烁应为绿色。 第 32 次闪烁后，发动机启动并通过变速箱将丝杠转动 60 度。 旋转角度传感器是一个具有三对磁极的环形磁铁，安装在变速箱的输出轴上。 靠近它的是一个带有内置整形器的霍尔传感器 - 施密特触发器。 每次磁场极性发生变化时，它都会产生一个信号来重置计时器。 倒计时再次开始。 如果在 LED 第 32 次闪烁后的几秒钟内，丝杠不转动，警报也会打开，表明注射器已用完并需要更换。 要关闭它，您必须关闭设备的电源。 供电恢复后，重新开始倒计时。 托架的移动速度是固定的 - 5 毫米/小时。 如有必要，可通过调谐电阻 R1 进行调节。 使用微调电阻器 R4 调节流经电机的电流。 它应该足够大以便注射器能够移动，但不能高于某个值。 这是因为，在通过电机的一定电流下，其电枢获得足够的惯性，使变速箱的输出轴旋转超过 60 度。 这导致 MN 的一次工作行程中施用的药物剂量增加。 在 MN MP-11 的机械缺陷中，最常见的是滑架按钮螺纹部分的损坏（图 4）。 按钮本身由热塑性塑料制成，其下部有一个带 M4 螺纹的运转螺母。 为保证滑架能安装在任何位置，螺纹仅在螺母的下半部分上加工，并有一个比丝杠直径宽的窗口。 托架中的按钮本身是弹簧加载的，这确保螺母的螺纹部分压在丝杠上。 当您按下按钮时，它们就会脱离。 同时，拖板能够沿着丝杠自由移动。 这允许注射器与 MN 配对。 在螺母最窄处，塑料横截面不超过 1...2 mm2，这导致其强度较低。 为了修复按钮，建议用硬铝片制作一个零件（图 5），并用热烙铁将其熔化到按钮中，修复后的视图如图 6 所示。 3. 首先，需要在其中钻4-2个直径为5毫米、深度为XNUMX毫米的孔。 孔之间的隔板不需要移除。 它们仍会熔化，多余的塑料将被挤出。 冷却后，必须将其切断并检查螺母和丝杠的垂直度。
如果需要制作新按钮，则需要特别注意按钮背面（不接触注射器）表面的小突起。 乍一看，这个突起似乎没有必要，只会使按钮的制造变得复杂。 事实上，它执行着非常重要的功能。 安装注射器后，不允许螺母向下移动，并且其与丝杠的连接成为永久性的。 这显着减少了螺母的磨损，并在注射器用完时提供必要的制动来制动电机，进而触发警报。 如果没有这个突出部，螺母就会被压离螺钉，它会跳到相邻的螺纹上，最终不会发出警报。 当通过电枢的电流过多时，也会出现类似的情况。 还有另一个版本的 MP-11 v5.2 型号。 它具有相同的主体和机构，但电路（图 7）和 PCB 有所不同。 印刷电路板采用灵活设计，大部分零件采用SMD贴装。 但遗憾的是，她并没有因此而变得更加可靠。 对于拥有这款板子的MN来说，陶瓷贴片电容确实成了一个祸害。 由于其质量低下，并且可能是焊接过程中的偏差，它们经常出现引线断裂的情况。 而且由于它们的电容约为 0,1 μF，因此很难用测试仪检查它们，并且必须并联安装小尺寸的陶瓷电容器。
此类 MN 的另一个系列缺陷是 SOIC-8 封装中集成稳压器的大规模故障。 通过类比上图，我们可以假设它们是相同的 LP-2951（100 mA 低压差稳压器），只是采用 SMD 封装。 该版本设备的操作与上述不同之处仅在于，开机时会进行自检，然后三个红色LED闪烁，并伴有声音信号，并且第三个信号比前两个信号长。 接下来闪烁变为绿色，表示正常运行。 LED 闪烁第 32 次后，发动机也会启动。 该型号的第四个版本也组装在刚性印刷电路板上，特点是安装更加合理。 它是由伊朗 FARAFAN 公司生产的，显然是经过许可的。 不可能画出它的图表，因为...... 只修过一次。 意大利公司 MEDIS（医疗输液系统）的 INFUSA TS 型产品（图 8）具有更高的可靠性，而且一节电池的运行时间更短。 后者是由于使用 6F22 电池（KRON 或 CORUND 的类似物）作为电源。 一般来说，它们的排列原则与前面讨论的原则相同。 该模型的MN图如图9所示。 XNUMX. 仅旋转角度传感器不同。 它是在具有三个突出物的联轴器上实现的，突出物上附有磁铁。 它们附近有一个簧片开关。 当离合器转动时，它发出的信号会重置计时器，并重新开始倒计时。
发动机启动之间的暂停时间可以使用开关 SW3 进行调节，该开关的槽位显示在侧面板 MN 上。 为此，该套件包括一把嵌入 MN 外壳的特殊塑料螺丝刀。 该设备有四种速度 - 50 毫米，持续 6、8、10 和 12 小时。 如果丝杠几秒钟不旋转，则会激活警报。 此类装置的主要缺陷包括注射器的内容物进入MN以及PP导体之间形成泄漏。 要去除它们，需要拆卸设备，用热水和肥皂清洗丝杠的塑料部件，然后用吹风机吹干。 将PP用刷子用丙酮清洗2-3次，并用吹风机吹干。 用于此的丙酮不应含有杂质并且在干燥后产生沉淀或条纹。 必须使用不同的刷子用丙酮和水冲洗。 机构组装完毕后，可用少量医用凡士林润滑丝杠。 装配时应特别注意装置的密封。 它使用硅酮密封剂（最好是白色）进行，包装在 25 ... 100 g 的管中。将其涂抹在半身关节的整个周边。 拧紧螺钉后，去除多余的密封剂。 如果不进行密封，那么进入内部的最初几滴药物就会导致 MN 进入无法操作的状态。 必须特别注意电池盒触点的状况。 通常，由于电化学腐蚀，会形成非常坚固的氧化膜，使电池端子完全绝缘。 应使用细砂纸或锉刀清洁触点。 之后，对它们进行辐照是有用的，但不使用活性助焊剂。 后者只会加速触点的腐蚀。 从英国公司 GRASEBY MEDICAL 的 MH 型号系列中，可以注意到两种 - MS-18 和 MS-26。 它们的外观如图所示。 10. 从外观上看，MS-18 型号的不同之处仅在于没有速度开关。 其方案如图所示。 11. 电容器和二极管的位置名称是有条件给出的，可能与出厂位置名称不一致。 IC1 芯片上组装了器件的 RS 开关触发器，IS2 上组装了时钟发生器和定时器分频器，IS3 上组装了 LED 指示器的脉冲整形器。 后者通过一个电容器连接，该电容器提供其反并联连接的两个红色晶体的短期（几毫秒）交替闪光。 这提高了显示单元的效率。 TR4晶体管上装配有电流发生器，可稳定流经发动机的电流，并减少其速度对电池放电程度的依赖。
我想指出的是，所有描述的 MN 均使用德国制造的 1516E012S L148 微型电动机。 它们的电枢开始旋转的电压为 1...1,5 V，因此，如果没有电流稳定器，它们的旋转速度将高度依赖于电源电压。 这里的“电源”关键元件是n沟道MOS晶体管VN10KM。 由于开关电流储备大，没有观察到任何故障，不幸的是，微动开关却不能这样说。 这些 MN 的旋转传感器特征是使用弹簧加载杠杆微动开关和三凸耳离合器。 离合器安装在变速箱的输出轴上，因此在旋转时，突起会压在连接微动开关 SW2 的杠杆上。 触发后，它会停止发动机并重新启动计时器。 尽管使用了带有镀金触点的高质量微动开关，但其耐用性较低。 寻找合适的替代品非常困难。 因此，重组或许是摆脱困境的一条出路。 幸运的是，SW1和SW3使用了类似的产品。 由于它们切换低电流，因此它们的负载处于活动状态，并且它们的使用频率比 SW2 低得多，因此它们的资源消耗得不会那么快。 弹簧加载杆的移动非常小心，尽量不要损坏微动开关外壳上非常脆弱的塑料突起。 焊接时，不建议使用液体助焊剂。 一旦进入他们的身体，就很难清除。 焊接时应使用最少量的焊料和松香。 这些MN的电路特点是在负电源电路中使用了保护性锗二极管。 除了防止电源电压反极性外，它还可以用作低电流保险丝。 由于锗点二极管的最大电流较小，当这种二极管失效时，会断开MN电源电路。 这种二极管可以用尺寸和特性合适的D9代替。 不建议使用硅二极管，因为它们在开路结上有较大的正向压降。 这会导致电池的利用率较低，而电池的容量本来就很低。 用跳线代替二极管也是不可取的，因为电池仓的设计允许以两种方式安装电池——正负极性和反极性。 如果安装不正确，可能会损坏设备。 按住外壳侧面的按钮五秒钟即可打开仪器电源。 在这种情况下，两个微动开关（SW1和SW3）被激活并且微电机被打开。 五秒钟内，他旋转丝杠。 这对于托架与注射器柱塞的紧密接触是必要的。 之后，曝光倒计时开始，由 LED 周期性闪烁指示。 托架的移动速度为 5 - 4 mm/h，并使用电阻器 RXNUMX 进行设置。 该型号的缺点包括没有喷射结束的声音信号、电源电压低和发动机不停旋转。 任何这些故障都只会导致设备“无声”关闭。 因此，在运行过程中，需要对其运行情况进行持续监控。 上述缺点被开发者在MS-26模型中消除了（图12）。 该器件的“心脏”是带有内置 ROM (9421K x 1) 和 RAM (8 x 64) 的 ETL4N 微处理器。
这使得引入诸如调整滑架速度、注射结束的声音指示以及监控电池电压等服务便利成为可能。 为了调节速度，使用二进制编码器开关 1-2-48。 他们设置了托架移动速度值的最高有效位和最低有效位（以毫米/天为单位）。 它们的插槽显示在设备的侧面。 还有一些窗口可以读取设定的速度值。 振荡器频率由 R9 设置，电机电流由 R5 设置。 丝杠角度传感器是SW3微动开关。 其设计与先前型号中使用的设计类似。 黄色 LED 指示灯的按键组装在 TR5 晶体管上。 TR9晶体管上装配有时间继电器，这是设备开机自检所必需的。 当电池装入电池仓时，TR8 上装配的声音发生器和 B1 压电陶瓷发射器就会打开。 它会发出持续 15...20 秒的连续蜂鸣声，然后平稳地消失。 之后，安装注射器后，按下设备前表面上的按钮并按住它，直到托架靠在注射器柱塞上。 之后，松开按钮，LED 以每 16 秒闪烁一次的周期闪烁（设定速度为 90 毫米/24 小时）。 第四次闪光后，发动机启动并将丝杠转动 60 度。 然后重复该过程。 有两种方法可以禁用此模型： - 从电池仓中取出电池（最可靠的方式）； - 按下 MH 前面板上按钮的右半部分，以便只有右侧微动开关运行并按住它，直到出现连续的声音信号。 之后，释放按钮。 但声音信号继续响起 15 ... 20 秒，音量平稳降至零。 如果声音在释放按钮的同时停止，则重复关机过程，尽量不要按下按钮的左半部分。 该模型的主要缺陷是药物泄漏到PCB表面以及SW3旋转传感器的弹簧杆弹性不足。 第二种情况，当丝杠旋转时，SW3不切换。 由于微处理器安装在插座上，因此可以方便地冲洗 PCB，但在处理它时，必须记住它是 MOS 器件，并保护它免受静电的影响。 复制他的“固件”可能非常有用。 最后，我想对维修后检查MN的可操作性提出一些建议。 长期实践表明，通过闪烁 LED 和定期旋转发动机进行简单检查是完全不够的。 检查必须通过 MV 在接近真实条件下长期连续运行 12...48 小时来进行。 标准电源 - 电池（而非交流适配器）安装在正在测试的 MN 中，以及容量为 5...10 毫升的一次性注射器，充满液体机油（或者在极端情况下，水）被附上。 注射器上安装有最小直径的标准针头。 将针插入干净的空青霉素瓶的橡胶塞中。 这种临时支架模拟人体注射体施加的液压阻力。 如果可能，检查 MN 在振动影响下的运行情况，例如在汽车中。 如果 MN 在这种条件下完美工作至少 12 小时，则可以认为已修复。 测试的最后阶段是注射器中的溶液完全完成的时刻。 在这种情况下，必须在所有 MN 中触发声音警报，除了 GRASEBY MEDICAL 的 MS-18 之外。 后者应该“安静地”关闭。 此阶段最常见的缺陷是丝杠旋转时螺母打滑。 因此，声音警报不会打开。 如果通过稍微拉伸将螺母压到丝杠上的弹簧无法消除缺陷，建议稍微减少通过电机的电流。 但这不应该被滥用。 如果电机电流太低，MN 随后可能无法“应对”满的注射器。 在这种情况下，最好如上所述制作一个新螺母。 负起全部责任来修复 MH，因为人们的健康和福祉取决于他们。 最后我想简单提一下德国BROWN公司的MH。 它们与上述设备有很大不同。 从结构上讲，它们是带有弹簧的手表机构，手动上弦并压缩注射器。 这些装置的机制非常复杂，制表师比无线电业余爱好者更容易维修。 如果没有这方面的足够经验，修复这些产品几乎是不可能的。 但这些设备存在无线电业余爱好者可以修复的故障。 事实上，在这些 MN 中安装了用于发出注射结束声音信号的装置。 它组装在一块小型印刷电路板上，由 3 V AA 锂 AA 电池供电，可确保设备运行数年。 但普通用户无法更换电池，因为电池是焊接在主板上的，而且电池仓根本不存在。 要更换电池，需要拆卸 MH 外壳。 为此，请使用锋利的针或带有真空吸盘的更好的针去除遮盖连接螺钉的四个装饰塞。 这些塞子被如此小心地驱动，乍一看它们似乎是模具推动器留下的痕迹。 因此，通过使用密封剂来密封半体的接缝，确保了 MH 的密封性。 拧下螺丝后，外壳可以自由打开。 遗憾的是，3V 锂电池无法用单节 1,5V 盐电池、碱性电池或碱性电池替代，而且机壳内没有空间安装另一块电池。 因此，作为输出，我们建议使用两个 AG13 尺寸的元件，例如用于激光笔。 所有连接均通过焊接进行。 之后，用胶水或双面胶带固定元件。 当然，这些电池的使用寿命短于标准锂电池，但其低廉的价格和可用性弥补了这一缺点。 作者：谢尔盖·卢斯塔
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