尘埃粒子计数器的原理与检定

尘埃粒子计数器的原理与检定

摘要:随着世界工业水平的不断提升,对洁净技术及其相关产品的需求也随之水涨船高。尘埃粒子计数器是当前广泛应用的一种洁净度检测器具，而现行的检定规程却有不尽完善之处,无法对尘埃粒子计数器的准确性做出可靠的判断，因而有必要对此进行探究并给出建议。

关键字:尘埃粒子计数器，工作原理，检定规程，缺陷，建议

近年来,我国洁净行业的科研、设计和应用水平得了到一定的发展,涌现出了一批新技术、新产品。在我国成功加入WTO之后,国内整体工业水平得到进一步发展,

国内外经济、科技交流进一步增强,各相关行业对洁净技术与产品的需求也越来越强。而尘埃例子计数器作为重要的洁净度检测器具,其应用也日益广泛、检定要求也日益提高。

所谓尘埃粒子计数器,即是用来测量空气中微粒的数量及其大小的仪器,从而为空气洁净度的评定提供依据。常见的尘埃粒子计数器是光散射式(DAPC),其测量粒径范围为0.1～10μm,此外还有凝聚核式的尘埃粒子计数器(CNC),可测量尺寸更小的尘埃粒子。1目前,光散射式尘埃粒子计数器已占据主流地位,本文将在介绍其基本工作原理、计数偏差原因的基础上,探讨当前检定过程中存在的问题,zui后给出建设性的检定解决方案。

一、工作原理及偏差分析

1.1尘埃粒子计数器的工作原理

光散射式尘埃粒子计数器主要由气路系统、光学系统和信息处理系统等部分组成,其基本工作原理是依据尘埃粒子在白光束或激光束中所产生的光散射现象。*,空气中的微粒在光的照射下会产生散射,而散射光的强度与粒子直径大小成正比,由此我们只要能够检测到散射光的强度就可以判断粒子大小。

图1.尘埃粒子计数的工作原理

如图1所示,采样空气以一定的流量经采样系统的吸气孔进入有稳定光源照射的测量腔(亦即进入光学系统),光线在空气悬浮粒子上发生散射,向前和向内的散射光会聚在光电倍增管之类的光电元件上,转换成了电脉冲信号。利用脉冲峰值与散射光强度成正比、而散射光强度又和粒子直径大小成一定比例的基本原理,尘埃例子计数器就可以通过分析电脉冲信号峰值来选择所需粒径,zui后通过计算选定的脉冲信号数目就可得到大于特定粒径的微粒数量,从而测得一定气体流量下的粒子浓度。

1.2计数偏差原因分析

电脉冲信号是光散射尘埃例子计数器正常工作的基本手段,也是造成计数偏差的重要原因。当有两粒或两粒以上的尘埃同时进入探测区时,仪器只会输出一个增大的信号,而不是真实的尘埃粒子个数相对应脉冲信号。这是因为微粒重叠的结果。此时例子计数器指示的微粒浓度将小于真实浓度,而且会形成一个偏高的大微粒数值。不仅于此,粒子计数其电路处理脉冲信号时也需要一定的反应时间,这也称为计数系统的无效时间(DeadTime)。在无效时间内,如果有微粒穿过探测区域,此时的脉冲仍在记录前一个微粒,这就会导致另一种微粒数的计数漏记,造成损失误差。

此外,尘埃粒子计数器的光学系统、检测系统在使用一段时间后,会产生光源老化、发光效率降低或聚焦错

位、透镜污染等问题,从而影响仪器的检测效率;甚至,尘埃粒子计数器的打印机也会对测定结果产生细微的影响,随着测量次数增加,即打印纸的伸长(每分钟打印一次),仪器上显示出的数值也增加,*次打印的数据可能与不开打印机时的数值基本一样,但从第二次打印后,数值就会增加一倍,逐渐会超过百级上限值。

二、现行检定规程的不足

计数偏差损害了尘埃粒子计数器的准确性,这就要求计量工作者能够对仪器进行准确、可靠的检测。而现行的JJG547-1988《尘埃粒子计数器试行检定规程》虽然对尘埃粒子计数器的测量粒径分布的重复性、测量粒径分布的准确度、单分散粒子的测量离散度作了规定,但对尘埃粒子计数器的准确性,亦即对仪器的计数偏差没有做出任何规定,又没有对该技术参数的检测方法提出任何建议,而准确性恰恰是尘埃粒子计数器的根本计量特性。

JJG547-1988《尘埃粒子计数器试行检定规程》的这一不足,会导致尘埃例子计数器性能检测中出现有悖于客观实际的现象,为此,笔者选择了三台尘埃例子计数器进行了一个简单的比对试验。在同等环境下——标准粒子在雾化器中雾化后进入一个特定的容器,将三台仪器的采样管同时放入该容器中进行采样。按照JJG547-1988《尘埃粒子计数器试行检定规程》同时对三台仪器进行检测,其多分散粒子准确度、单分散粒子离散度、粒子重复性等指标均符合规定要求,即为合格产品。但是其实际的测量数据相差甚大,而此数据是判断洁净度等级的直接依据。

实际测量数据如下表所示

第一台

第二台

第三台

三、提高检定准确性的几点建议

1.引入“采样流量准确度”指标

亦即对采样泵的流量准确度进行检定,求出其测量误差。引入该指标可直接排除因采样量误差引起的计数误差,直接而有效。

具体步骤是:将校准流量计安装在计数器吸气口的进气一端,在粒子计数器工作时间测量进气流量大小。经过预热后,每隔1小时做1次测量,测得在间隔时间中流量的变化,再将测量值与额定流量的变化,再将测量值与额定流量或进气系统中流量计的读数相比较,检验其是否在额定量的±5%之内。

2.引入“计数效率”

所谓计数效率(η)就是粒子计数器显示的粒子浓度(C)与从计数器进气口中得到的标准粒子浓度(C0)的比值。4计数效率可根据以下公式算出:

把zui小可测粒径<0.2μm的粒子计数器归为A类,≥0.2μm的归为B类,A类计数器可称为凝结核计数器或具有不低于同等性能的类似计数器,以A类计数器为标准可得到B类计数器的计数效率,将待检计数器与A类计数器都安装在有混合空气和洁净空气的分配箱上进行检测。

在检测时根据标定计数器上的计数值调整粒子浓度,直到两计数损失都在±5%以下为止,并保证检测时粒子浓度的变化不超过平均粒子浓度的±10%。

3.引入“采样时间准确度”

按被检尘埃粒子计数器操作说明开启仪器,设定计数器采样时间为1min,同时启动被检尘埃粒子计数器和计时秒表,待采样结束时记录采样时间,与标称采样时间1min差值应在1s之间。

尘埃粒子计数器是国家明文规定的计量器具,笔者认为,应进一步了解影响尘埃粒子计数器准确性的各种因素,并在此基础上尽快修改现行检定规程,实现尘埃粒子计数器计数误差的检定,从而提高我国尘埃例子计数器的性能与可靠性。