主题：【第八届原创】解析Waters 510泵，带你深入内部识元件学原理

      高效液相色谱分析仪（HPLC），由于色谱柱内的填充物对流动相的阻力很大，需要压力很高的液体输送泵，通常为数十MPa左右（即每平方厘米几百公斤压力），所以，又称高压液相。并且在工作时，应保持流量、压力平稳，使用故障率低、便于更换易损零件，所以对泵的设计、制造要求较高。
      Waters510泵压力0～45MPa，流速0～9.9 mL/min，流速可变值为0.1mL/min。510泵号称不死鸟，可见其质量过硬、经久耐用，口碑比较好。其许多设计在Waters新型号仪器中看得见它的影子。岁月不饶人，公司有好几台510泵更换下来放置在角落。将一台正常的510泵拆开看看内部结构，并作一定分析，绘出部分电路图，测量相关电路参数，供还在使用中的单位和专业人士保养、维修时参考。
由于篇幅较长，阅读目录如下：
一、外貌
二、510泵工作原理
三、拆解及简要分析
1、抽液阀、参比阀
2、泵头
3、泵机械驱动系统
4、脉动阻尼器
5、压力传感器
6、泵电机
7、电气控制箱
8、供电电源
9、主电路板
10、泵电机电源及驱动电路
11、泵驱动脉冲产生电路及泵流速设置电路
12、压力报警电路
四、各单元电路参数
结束语
一、外貌
放在角落的三台510泵：

拆解这一台，仪器各部分名称：

仪器后部：

二、510泵工作原理
510泵工作示意图如下，510泵是恒流往复式并联柱塞泵。首先设置好面板上的流速、压力限制，准备好流动相等工作，当打开机器电源开关后，步进电机带动驱动齿轮及两个非圆齿轮转动，非圆齿轮再带动A、B两个泵头的柱塞杆运动，将流动相抽进泵内并压出，A、B两个泵头压出的流动相经过混合器（或使用参比阀）混合、脉动阻尼器平稳波动、压力传感器测压，然后送入下级。

三、拆解及简要分析
（为了避免遗失，有的零件拆开拍照后，及时装回去了，看起来顺序会有点不协调）
1、抽液阀、参比阀
抽液阀、参比阀结构示意图如下:

拆下抽液阀：



抽液阀常见故障：堵塞，清洗干净即可。
拆下参比阀：


参比阀结构分解图如下：

底部的密封子及连接螺纹：

卸下固定螺栓：

分开阀体：

移开膜片，下面是密封垫片：

膜片中心的金箔层已经脱落，并已经受到腐蚀。看情况膜片用金量还不少呢：


参比阀常见故障：堵塞，膜片和垫片损坏。
2、泵头
警示： 为了避免损坏宝石柱塞杆，拆泵头前应将柱塞杆指示杆（白色）最大限度地缩回泵头内。方法1：慢速转动，待白色指示杆缩回泵头内就切断电源开关；方法2：机器有故障不能转动，卸下电机后（后面有拆解过程阐述），用手拨动驱动齿轮，使白色指示杆缩回泵头。




泵头的结构示意图如下：

拆下左泵头固定螺栓：

慢慢地、小心地移开泵头：

取下的泵头：

泵头背面：

旋下输出单向阀：

这是金属过滤芯：

取出滤芯后，下面的垫片：

输出单向阀零件顺序：

旋下输入单向阀：

输入单向阀零件顺序：

这是红宝石阀球、蓝宝石阀座。阀座口有一圈斜坡，确保与阀球接触紧密，清洗安装时，这一面不要安装反了！

泵头全部零件，左边是输出单向阀零件，右边是输入单向阀零件，中间是泵体：

进一步卸下泵基座：


泵头常见故障：输入阀和输出阀内部的过滤头被堵塞（有晶体颗粒或发霉）；宝石阀杆磨损产生溶剂泄漏；泵垫圈磨损，压力不稳或起不来（一般情况下，拆泵两次以上应更换新垫圈，确保泵运行正常）；使用不当，某些流动相与泵垫圈不协调，造成垫圈被溶解变质。
还有的故障是人为的，比如清洗完后，把输入阀与输出阀的零件装反了，没有流速；装少了零件，流速不正常；或安装不当，宝石阀杆被卡住，不能运行。


3、泵机械驱动系统
机械驱动部分：

510泵机械驱动系统示意图如下：

Waters 510机械驱动系统采用非圆齿轮（其他公司大多数采用凸轮），这是Waters的专利技术，它充分利用两泵头非线性运动产生的加速度变化，进行流量及压力的交叉互补，克服了凸轮设计中的失速问题；并联泵的设计使系统脉动更低、流量均匀；采用了低摩擦轴承和免维护润滑系统；步进电机供电回路有过流检测并控制；机械系统故障率低。
4、脉动阻尼器
Waters510泵采用了并联双泵系统，压力脉动较低，加装脉动阻尼器后，使压力更加平稳。
拆下机箱前板：

脉动阻尼器与压力传感器紧挨在一起：

脉动阻尼器是一个长方体，内部为机械阻尼结构。脉动阻尼器失效后，系统的细小压力波动会上升；脉动阻尼器损坏后，有时还有漏液的现象：

5、压力传感器
Waters510泵使用的是布尔登压力传感器，这与大多数HPLC高压输液泵管路上采用硅扩散式压力传感器的情况不同。
拆下压力传感器后盖螺丝：

金属压力管一头为进、另一头为出，头部折叠呈扁型，安装在小钨灯和两只光敏电阻之间。金属管受到压力作用时，其位置发生变化，使下面的光敏电阻接受到的光线也发生变化：

拆下压力传感器：

中心是一个微调电位器调整孔：

蓝色的方形元件是压力表调零电位器：

小钨灯采用5V直流供电，亮灯的情况：

这是压力表，采用卧式电磁指针仪表：

压力传感器工作原理：压力检测部分电路图如下所示，当传感器的不锈钢细管内部压力发生变化时,不锈钢细管会发生微量的移位,这一位置变动引起两只差分光敏电阻接受到的光量变化，其电阻值发生变化,桥路输出一个差动电压信号，经前级电路处理后,送入压力控制电路（PRES端）和压力表显示电路。该压力传感器的特点是，灵敏度较高,对压力波动特别敏感,但不锈钢细管耐压力变动冲击不够高。当色谱柱的过滤头堵塞时,过高的压力往往会引起不锈钢细管变形，严重时会引发停泵故障。

常见故障：由于小钨灯灯丝烧断，细钢管变形移位，光敏电阻表面有灰尘，出现压力表不能调零、泵无法启动等问题。
（未完，请移步楼下观看！）