尘埃粒子计数器的原理和使用

M ETROLO GY TEST TECHNOLO GY &V ERIFICA TION 计量测试与检定

尘埃粒子计数器的原理和使用

陈成新, 李名兆

(深圳市计量质量检测研究院, 广东深圳　518055)

[摘　要]文章介绍了光散射尘埃粒子计数器的工作原理、仪器组成和使用方法, 使读者能对尘埃粒子计数器有初步

的了解, 便于计量部门开展校准工作, 也为用户正确选择和使用仪器提供参考。

[关键词]粒子; 计数器; 原理

[中图分类号]TH 93　　　[文献标识码]B 　　　[文章编号]1002-1183(2004) 06-0033-03

Principle and operation of dust particle counter

CHEN Cheng 2xin , L I Ming 2zhao

(Shenzhen Institute of Metrology and Quality , , Abstract :This paper presents the measurement of dust particle counter 1It pro 2vide the basis for choosing and using dust counter it for maintain and calibration 1K ey w ords :particle ; 　　, 广泛应用于医药、电子、精密机械、彩管制造、微生物等行业中, 实现对各种洁净等级的工作台、净化室、净化车间的净化效果、洁净级别进行监控, 以确保产品的质量。

尘埃粒子计数器是用来测量空气中微粒的数量及大小的仪器, 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 ) 的, 测量μm , 此外还有凝聚核式的尘埃粒粒径范围011～10

子计数器(CNC ) , 可测量尺寸更小的尘埃粒子。本文将介绍光散射式尘埃粒子计数器。

冲的计数工作。此时, 电脉冲数量对应于微粒的个数, 电脉冲的幅度对应于微粒的大小。

图1表示了尘埃粒子计数器的具体工作原理:来自光源的光线被透镜组1聚焦于测量腔内, 当空气中的每一个粒子快速地通过测量腔时, 便把入射光散射一次, 形成一个光脉冲信号。这一光信号经过透镜组2被送到光检测器, 正比地转换成电脉冲信号, 再经过仪器电子线路的放大、甄别, 拣出需要的信号, 通过计数系统显示出来。

需要指出的是, 虽然仪器称为“计数器”, 但是仪器分辨微粒大小的能力更为重要。因为电脉冲的计数很简单

, 而判断粒子的大小非常重要。

1　仪器的工作原理

空气中的微粒在光的照射下会发生散射, 这种现象叫光散射。光散射和微粒大小、光波波长、微粒折射率及微粒对光的吸收特性等因素有关。但是就散射光强度和微粒大小而言,

有一个基本规律, 就是微粒散射光的强度随微粒的表面积增加而增大。这样只要测定散射光的强度就可推知微粒的大小, 就是光散射式粒子计数器的基本原理。

实际上, 每个粒子产生的散射光强度很弱, 是一个很小的光脉冲, 需要通过光电转换器的放大作用, 把光脉冲转化为信号幅度较大的电脉冲, 然后再经过电子线路的进一步放大和甄别, 从而完成对大量电脉

2　仪器的组成及各部分功能

仪器的组成及相互关系如图2所示。

　[收稿日期]2004-03-01; [修订日期]2004-03-10

　[作者简介]陈成新(1968-) , 男, 天津人, 工程师, 毕业于天津大学, 现从事现代分析仪器的计量检测工作。工业计量　2004年第14卷第6期

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211　光源

光源是尘埃粒子计数器的关键部件, 对仪器的性能影响很大。光源要求稳定性高、寿命长、不受干扰。

光源有普通光源和激光光源两种。普通光源为碘钨灯, 体积大、发热量高、寿命短, 开机后需要预热。激光光源为激光器, 体积小、稳定性高、寿命长, 常与检测腔及光检测器做成一体, 组成传感器。常见的激光光源有HeNe 激光器、激光二极管。

m 13的微粒信号响应很低, 声幅度相差无几, 。此类

, 但只适于测定大于仪器虽然标有013

μm 特别是015μm 以上的微粒。013

由于激光的单色性好, 光能量集中稳定, 所以采用激光光源的尘埃粒子计数器其传感器有较高的信噪

μm 的微粒。比, 此类仪器有些能检测到011212　测量腔[1]

目前国产尘埃粒子计数器常采用转子流量计作流

量指示, 则仪器的流量调节大多数是直接调节转子流量计上的旋钮, 此时仪器的控制电路对流量是没有监控的。进口尘埃粒子计数器通过流量传感器对流量进行监测, 通过手动调节或自动反馈调节。

尘埃粒子计数器的采样流量一般为2183L/min 或2813L/min (进口仪器常以“立方英尺每分”为单位, 标记为011cfm 或1cfm ) , 主要是为了便于进行符合Fed -Std -209E 的洁净度的计算。

大流量的采样(2813L/min ) 更能准确地反映空气的洁净状况, 但使最大采样浓度降低。215　气泵及过滤器

气泵位于仪器内部, 。气泵。过滤器应能

3

1不同粒径大小的粒子经尘埃粒子计数器的光电系统转换后, 会产生不同幅度(电压) 的电脉冲信号, 粒径越大, 脉冲电压越高。信号电压与粒径之间的关系, 也叫转换灵敏度。对于给定的尘埃粒子计数器, 粒径大小与脉冲电压是一一对应的, 例如某台尘埃粒

μm 对应69mV , 015μm 子计数器的转换灵敏度为013

μm 对应701mV 等, 若尘埃粒子计对应531mV , 110

数器检测到一个脉冲为100mV , 则这个粒子的大小μm 而小于015μm 。肯定大于013

尘埃粒子计数器是测量大于等于某一粒径的粒子数量的仪器, 其内部电路就是统计大于等于某一电压

值的脉冲数量的电路。对于上段中的例子, 测量空气

μm 粒子的数量, 在电路中就是统计中大于等于01

3

μm 大于等于69mV 的脉冲的个数, 测量大于等于015粒子的数量, 在电路中就是统计大于等于531mV 的

脉冲的个数, 依此类推。所以仪器对尘埃粒子的测量, 主要靠转换灵敏度这个参数。

另外需要说明的是, 每台尘埃粒子计数器的转换灵敏度均不同, 在出厂时及以后须定期用标准粒子进行校准, 以获得最佳转换灵敏度值。

电路系统就是完成对脉冲信号的放大、甄别、计数的电路。此外还包括电源、控制、显示、计算、打印等电路。

测量腔是进行微粒观测的空间, 被采集的空气要从测量腔内穿过。仪器的光学系统使光源经透镜、狭缝照射到测量腔中, 形成一个体积约几个立方毫米的光敏感区。当空气中的尘埃通过光敏感区时, 会散射

) 出一部分光能量, 被与入射光成一角度(90°或70°的集光透镜收集, 再投射到光检测器上。213　光检测器

光检测器是将散射光能量转换为电信号的光电转换器件。尘埃粒子计数器中最常用的光检测器是光电倍增管和光电二极管。

光电倍增管把光电子放大几万倍后转换成几个毫伏到几十毫伏的电信号, 光谱具有线性好、响应时间快、暗电流小的优点, 缺点是体积大。光电倍增管工作时需加上几百伏特的负高压, 仪器中有相应的高压产生电路, 在对仪器进行调试或校准时应注意安全。

光电二极管是一种受到光照后能产生电子的半导体元件, 具有体积小、外围电路简单的特点, 常与检测腔做成一体。214　流量监控

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3　仪器的使用及技术要求

尘埃粒子计数器的测量值有两种表示方式:总计

(cumulative ) 方式和分计方式(differential ) 。总计方式指测量值为大于等于该粒径的粒子数, 分计方式指

Industrial Measurement 2004　V ol 114N o 16

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测量值为大于等于该粒径同时又小于下一相邻粒径的粒子数。

仪器在开始采样前应先自净, 以确保仪器内部无残留粒子。采样时一定要用等动能取样头, 并注意采样管不要堵塞、弯死, 采样管不要太长。

仪器禁止抽取高浓度粒子的气体(如较脏的空气) 及含有水气、油气、腐蚀性气体进入仪器, 否则将污染仪器气路、光路器件, 甚至造成永久损坏。按照国家计量检定规程要求, 仪器的自净时间应小于20min , 测量准确度应小于40%, 测量重复性应小于20%。

尘埃粒子计数器是国家规定的计量器具, 需按计量检定规程每年定期校准。因为尘埃粒子计数器在使用一段时间后, 其光学系统及检测系统都会发生变化, 如光源老化、发光效率降低或聚焦错位、透镜被污染, 从而使整机的转换灵敏度变化。尘埃粒子计数器的校准, 就是对仪器各方面进行调整, 以获得最佳工作状态。

[参考文献]

[1]许仲麟. 空气洁净技术原理[M ].北京:中国建筑工业

出版社, 2003.

[2]JJ G 547-1988, 尘埃粒子计数器计量检定规程[S].

[编辑:邓茂焕]

4　关于校准

[2]

(常州　213004)

[摘　要], 计算起来非常复杂。为迅速、准确地得到结果, 推

导了计算公式并编成程序。当计算时仅需输入3个参数, 就能立即得到容积表。

[关键词]标准封头; 椭球顶; 容积表

[中图分类号]TB 93　　　[文献标识码]B 　　　[文章编号]1002-1183(2004) 06-0035-02

C alculation program of cubage list for horizontal meter

pot with ellipsoid cop

CHEN Guo 2rong

(Changzhou Peak Chemical Industry Co. Ltd , Changzhou 213004, China )

Abstract :The calculation of cubage list for horizontal metal pot with ellipsoid cop involves many formulas with signs , and com 2puting is very complicated. For get the result accurately and quickly , it has been to deduce to the formula and weave program. In computing , input three parameters , then the cubage list can be got immediately. K ey w ords :Standard close over ; ellipsoid cop ; cubage list

　　卧式金属罐广泛应用于石油工业、化学工业、商业和国际贸易中。其容积表的编制非常麻烦, 耗时费力。卧式金属罐由圆筒和二端的封头组成, 常用的封头由半椭球和一段直边组成, 又可称半椭球顶。椭球可由椭圆旋转而来。设椭圆的长半圆为a , 短半轴为b , 以短轴为轴旋转π弧度, 则形成一个椭球, 长轴的轨迹同时形成以a 为半径的圆平面, 沿该圆平面将椭球一切为二, 即产生二个与椭球顶中的半椭球一样的半椭球。长半轴a 等于D /2。

卧式金属罐的结构如图1所示, 图中D 和L 1分

别为圆筒的内径和长度, L 2为半椭球顶的直边长度, h 为椭球体的高, 亦为前述的短半轴b 。标准封头的

h 等于D/4, 即短半轴b 与长半轴a 之比为1∶2

。

　[收稿日期]2004-01-13; [修订日期]2004-02-03

　[作者简介]陈国荣(1956-) , 男, 江苏常州人, 工程师, 毕业于南京东南大学, 从事计量技术和自动控制方面的研究工作。工业计量　2004年第14卷第6期

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