离心机现有校准方法的探讨

关键词：离心物体运动

离心机是借助离心运动进行工作的一种仪器。离心运动是指物体有远离中心运动的现象, 当物体在做非直线运动时 (非牛顿环境, 例如:圆周运动或转弯运动) , 因物体一定有本身的质量存在, 质量造成的惯性会强迫物体继续朝着运动轨迹的切线方向 (原来那一瞬间前进的直线方向) 前进, 而非顺着接下来转弯过去的方向走。离心机是利用离心力和离心运动, 分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。目前, 离心机已经成为医学检验、制药、化工、石油、食品和污水处理等行业中一种非常重要的在线检测分析仪器。

离心机在工作时, 离心机转子高速旋转产生的强大的离心力, 加快液体中颗粒的沉降速度, 把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。离心机广泛应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等行业, 尤其是在医学检验领域, 离心机大量应用在血液血清学、血型常规检测、红细胞洗涤、微柱凝胶免疫检测实验等场合, 在医学、生物学和药理学等领域用来分离混悬在溶液中的颗粒和分离两种不同密度互不相溶的液体, 在进行DNA检测时也需要利用离心机和有机溶剂等纯化制剂提取DNA/RNA核酸等。据不完全统计, 仅天津地区的离心机数量就超过了2000余台。

离心机的使用参数众多, 离心机的最常用的仪器参数一般是离心机的转速 (单位为转每分钟:r/min) 和相对离心力 (单位为g) 的大小, 此外新型数控离心机一般还有离心时间 (单位为秒或分钟:s或min) 的计量要求, 冷冻离心机则有离心温度 (单位为摄氏度:℃) 的计量要求, 部分沉降离心机还有对沉降系数的计量要求。除了离心机本身的一些参数之外, 还可以对离心机的工作环境 (例如温湿度) 和工作噪声等有一些计量要求。

离心机作为一种广泛存在的仪器, 目前还没有直接的检定规程或校准规范, 因此该仪器缺乏统一的校准方法。

当前, 比较成熟和普遍开展的计量科技领域有:几何量 (长度) 、热工、力学、电磁、无线电、时间频率、声学、光学、化学和电离辐射, 即所谓“十大计量”。按照“十大计量”对离心机所需计量的各个参数进行领域分类, 离心温度计量属于热工计量领域, 离心时间计量属于时间频率计量领域, 离心机转速的计量属于力学计量领域, 离心机的工作噪声属于声学计量领域, 而相对离心力的计量虽然理论上也属于力学计量领域, 但是由于仪器的相对离心力一般可达数百g甚至数千g, 但目前尚无直接针对相对离心力的校准仪器。

离心温度、离心时间、离心转速、工作噪声都可以利用现有标准器进行直接计量, 只有相对离心力是不能做到直接计量的, 一种可行的方法是通过校准离心机的转速来间接得到离心机的相对离心力。

下图是离心机工作的离心力示意图

按离心力的物理原理可知, 绝对离心力F的计算公式为:

相对离心力

其中m为离心质量, r为离心半径, N为离心机的转速, 单位为rpm。

本方法可以从原理上实现离心机的转速到相对离心力之间的转换, 满足医学检验、制药、化工、石油、食品和污水处理等行业中对于相对离心力的计量的要求。

摘要：离心机作为一种非常重要的在线检测分析仪器, 广泛应用于医学检验、制药、化工、石油、食品和污水处理等行业。然而离心机目前还没有直接的检定规程或校准规范, 因此该仪器缺乏统一的校准方法。本文结合多年的实际工作, 对离心机的现有校准方法进行了一些探讨, 希望能推动离心机校准工作的进展。

关键词：离心机,校准,相对离心力