压力蒸汽灭菌器课设.doc

过程控制系统课程设计（论文）第一章 绪论压力蒸汽灭菌技术是目前全世界公认的最可靠的灭菌技术之一，广泛地应用在医疗卫生和工农业各领域。压力蒸汽灭菌温度高，灭菌效果可靠，易于掌握和控制，因此在灭菌技术高速发展的今天，这一经典灭菌方法在消毒灭菌领域仍占有重要地位。蒸汽灭菌是对耐热、耐湿物品进行灭菌的常用方法，该灭菌方法可杀灭所有微生物，包括芽孢。蒸汽是一种无色、无味、无毒的无害气体，生产成本低，获取方法简单，温度高、穿透力强，是一种灭菌效果好、无污染的灭菌方法。因此，所有可行的灭菌方法中蒸汽灭菌是用最广泛、效果最可靠的方法口。压力蒸汽灭菌器以蒸汽作为灭菌因子，在灭菌器内不存在冷空气的条件下，充入纯蒸汽并施加压力可提高蒸汽的温度，当蒸汽与物品充分接触时放出潜热加热物品达到杀灭微生物的目的。1880年Charles Chamberland研制出压力蒸汽灭菌器，1881年，Koch进行了117湿热和干热的比较，指出细菌的耐热性在有无蒸汽存在的条件下差别很大，同年进行了在水蒸汽饱和与不饱和的情况下灭菌效果的研究。Kinyoun(1888)提出，在用压力蒸汽灭菌器灭菌时，若能在通蒸汽前设法排出灭菌器内的空气,使其接近于真空，则灭菌易于成功，此称为预真空压力蒸汽灭菌器。1897年，Kinyoun研制了夹层压力蒸汽灭菌器，用蒸汽充满夹层保持高湿，加之预真空，使消毒物品易于干燥。Underwood(1915)设想在压力蒸汽灭菌器上安装气管，蒸汽进入灭菌器时，遇到物品后热被吸收，蒸汽的比重随温度下降而增加，饱和蒸汽通过灭菌器上部时，温度低的蒸汽因比重关系随之移至下部，如在消毒器底部装上排气管，则较重的蒸汽或水可被引出，有利于蒸汽的流通。Kinyoun将此设想应用于实际，此后对压力蒸汽灭菌器作了进一步的改进，至1933年Underwood完成了今天所用压力蒸汽灭菌器的基本结构。近年来，压力蒸汽灭菌又有很大发展，主要表现在脉动真空和预真空压力蒸汽灭菌器的发展，自动化控灭菌器是利用压力饱和蒸汽对物品进行迅速而可靠的消毒灭菌设备，适用于医疗卫生事业、科研、农业等单位，可以对医疗器械、敷料、玻璃器皿、溶液培养基等进行消毒灭菌。压力蒸汽灭菌器以其灭菌速度快、灭菌成本低等特点广泛应用于实验室、医疗卫生领域和工业灭菌。下排气式压力蒸汽灭菌器在欧美等发达国家只作为消毒使用而不用于灭菌，其理由是在蒸汽置换冷空气时具有不彻底性和灭菌内室的上下层温差过大等缺点，不能保证所灭菌的器材都达到灭菌要求。国内大型综型医院目前很少使用下排气式压力蒸汽灭菌器，仅用于液体和玻璃器皿类器材的灭菌。预真空式压力蒸汽灭菌器在国内大中型医疗机构使用较多，尤其是三级甲等医院将其作为必备灭菌设备。压力蒸汽灭菌技术虽然具有灭菌速度快、穿透力强和效果可靠等优点，但灭菌效果受灭菌蒸汽压力、灭菌时间、灭菌物品的包装、灭菌物品的摆放和灭菌器的加热速度等因素的影响。下排气式压力蒸汽灭菌器虽然温度恒定，但灭菌室内的压力受大气压的影响， 影响灭菌效果。预真空压力蒸汽灭菌器有抽真空的过程，能使灭菌室内的压力达到负压的状态，但如果达不到相应温度或温度过高也将影响灭菌效果。故需按要求对其进行监测，证明设定的灭菌工艺应能保证被灭菌物品在灭菌后微生物存活率低于百万分之一，即灭菌保证水平达到，以保证灭菌效果。 第二章 方案设计2.1概述灭菌器是利用压力饱和蒸汽对物品进行迅速而可靠的消毒灭菌设备，适用于医疗卫生事业、科研、农业等单位，可以对医疗器械、敷料、玻璃器皿、溶液培养基等进行消毒灭菌。我们要对灭菌器的温度、压力、灭菌时间进行控制。2.2 系统的方案论证2.2.1 单片机芯片型号选择AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部 RAM，32 个 IO 口线，两个 16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。所以选AT89C51来做为单片机的型号。2.2.2 显示模块选择本设计要求用液晶显示液晶显示器件有以下特点：低压微功耗；平板型结构；被动显示（不怕光冲刷、无眩光，不刺激人眼）；显示信息量大（像素小）；易于彩色化（一般使用滤色法和干涉法，使其在色谱上得到准确的复现）；无电磁辐射和 X射线（利于信息保密，对人体安全）；长寿命（液晶背光寿命有限，不过可更换背光部分）液晶屏的选型包括LCD 类型、品牌与价格、供货、分辨率与尺寸、温度与亮度、接口方式等关键指标。常见液晶分为以下几类：段式、字符型和图形点阵。段式液晶的每字为 8 段组成，即 8字和一点，只能显示数字和部分字母，如要显示其他少量字符、汉字，需要厂家将所要显示的内容固化在指定的位置。字符型液晶用于显示字符和数字的，也可用上述方法显示少量字符、汉字。这里我们用1602液晶显示屏2.2.3温度传感器的选择温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从200到2000。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。RTD精度极高且具有中等线性度。它们特别稳定，并有许多种配置。但它们的最高工作温度只能达到400左右。它们也有很大的TC，且价格昂贵(是热电偶的410倍)，并且需要一个外部参考源。模拟输出IC温度传感器具有很高的线性度 (如果配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出)、低成本、高精度(大约1%)、小尺寸和高分辨率。它们的不足之处在于温度范围有限(+55+150)，并且需要一个外部参考源。数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢(100 ms数量级)。虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。与热敏电阻、RTD和热电偶传感器相比，IC温度传感器具有很高的线性，低系统成本，集成复杂的功能，能够提供一个数字输出，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量。综上所述，本次试验选择热电偶为温度传感器。热电偶传感器的型号WRB- R的铂铑13-铂热电偶，测温范围为0-1600，基本偏差0.25%t。2.2.4压力传感器的选择压力传感器的种类繁多，其性能也有较大的差异，在实际应用中，应根据具体的使用场合、条件和要求，选择较为适用的传感器，做到经济、合理。压力传感器的主要性能参数：额定压力范围是满足标准规定值的压力范围。也就是在最高和最低温度之间，传感器输出符合规定工作特性的压力范围。在实际应用时传感器所测压力在该范围之内。最大压力范围是指传感器能长时间承受的最大压力，且不引起输出特性永久性改变。特别是半导体压力传感器，为提高线性和温度特性，一般都大幅度减小额定压力范围。因此，即使在额定压力以上连续使用也不会被损坏。一般最大压力是额定压力最高值的倍。损坏压力是指能够加工在传感器上且不使传感器元件或传感器外壳损坏的最大压力。线性度是指在工作压力范围内，传感器输出与压力之间直线关系的最大偏离。为在室温下及工作压力范围内，从最小工作压力和最大工作压力趋近某一压力时，传感器输出之差。压力传感器的温度范围分为补偿温度范围和工作温度范围。补偿温度范围是由于施加了温度补偿，精度进入额定范围内的温度范围。工作温度范围是保证压力传感器能正常工作的温度范围。所选压力传感器的型号为JYB-K P系列防护型压力传感器。2.2.5调节阀的选择在现代化工厂的自动控制中，调节阀起着十分重要的作用，这些工厂的生产取决于流动着的液体和气体的正确分配和控制。这些控制无论是能量的交换、压力的降低或者是简单的容器加料，都需要某些最终控制元件去完成。最终控制元件可以认为是自动控制的“体力”。在调节器的低能量级和执行流动流体控制所需的高能级功能之间，最终控制元件完成了必要的功率放大作用。蒸汽调节阀就是以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，并借助于电气阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节，接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的：流量、压力、温度等各种工艺参数。气动调节阀的特点就是控制简单，反应快速，且本质安全，不需另外再采取防爆措施。构造特点是构造形式:专角型或Z-型；结构尺寸：阀座直径28200mm；排放能力：KV值8800m3/h；特征曲线：线性/等比例；阀体：锻造，材料和管接头按客户技术要求生产；蒸汽筛：为安全闭锁功能时配备, 筛孔径为3mm；喷射水：出口后接工作蒸汽喷射；节流：可调不可调；传动方式：液压，气动；渗透值：可达到DIN 3230 渗透值1及ANSI/FCI 70-2 V级；安装方式：直立，横放或悬挂。本次课设选择ZZYP-16-64B型蒸汽调节阀。 2.3系统整体方框图由课程设计任务书上所给的要求可以画出系统方框图。系统方框图图下图所示：温度传感器压力传感器转换电路AT89S51按键控制电路加热丝驱动电路电磁阀驱动电路1602液晶显示图2.3.1系统方框图第三章 硬件设计3.2 复位电路复位电路如图3.2所示。图3.2.1单片机复位电路图当开关闭合时，通过电阻和电容形成回路，使RST端产生高电平。开关闭合的时间决定了复位时间。3.3液晶显示电路液晶显示屏的功能相当与普通计算机显卡+监视器的功能，里面有一个显示缓冲区，CPU将需要显示的内容传送到显示缓冲区后，由显示屏内部的扫描与驱动不见完成显示任务。显示缓冲区分为文本显示缓冲区与图形显示缓冲区，对于ASC字符，传送到文本显示缓冲区；对于图形，以点阵模式传送到图形显示缓冲区。图3.3.1液晶显示电路图3.4报警电路3.5A/D转换电路3.6按键电路第四章 软件设计总结综上所述，压力蒸汽灭菌器的应用非常广泛，国内外对如何正确使用灭菌器，正确掌握灭菌监测方法，总结了大量的理论与经验，确保了灭菌质量达标，但实际使用过程中仍存在大量问题，要正确、规范的使用灭菌器还需进一步努力落实各项标准和规范。 参考文献2 周航慈,朱兆优,李跃忠,智能仪器原理与设计M.北京航空航天大学出版社,20052 王晓明,胡晓柏,电动机