塵埃粒子計(jì)數(shù)器的原理及組成

　　1、介紹
 

　　目前使用激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的用戶越來越多，廣泛應(yīng)用于藥、電子、精密機(jī)械、彩管制造、微生物等行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)對各種潔凈等級的工作臺、凈化室、凈化車間的凈化效果、潔凈進(jìn)行監(jiān)控，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器是用來測量空氣中塵埃微粒的數(shù)量及粒徑分布的儀器，從而為空氣潔凈度的評定依據(jù)。常見的是光散射式(DAPC)的，測量粒徑范圍 0.1-10μm，此外還有凝聚核式的(CNC)，可測量尺寸更小的塵埃粒子。本文將介紹光散射式激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器。
 

　　2、工作原理
 

　　基本原理是光學(xué)傳感器的探測激光經(jīng)塵埃粒子散射后被光敏元件接收并產(chǎn)生脈沖信號，該脈沖信號被輸出并放大，然后進(jìn)行數(shù)字信號處理，通過與標(biāo)準(zhǔn)粒子信號進(jìn)行比較，將對比結(jié)果用不同的參數(shù)表示出來。空氣中的微粒在光的照射下會發(fā)生散射，這種現(xiàn)象叫光散射。光散射和微粒大小、光波、微粒折射率及微粒對光的吸收特性等因素有關(guān)。但是就散射光強(qiáng)度和微粒大小而言，有一個(gè)基本規(guī)律，就是微粒散射光的強(qiáng)度隨微粒的表面積增加而增大。這樣只要測定散射光的強(qiáng)度就可推知微粒的大小，實(shí)際上，每個(gè)粒子產(chǎn)生的散射光強(qiáng)度很弱，是一個(gè)很小的光脈沖，需要通過光電轉(zhuǎn)換器的放大作用，把光脈沖轉(zhuǎn)化為信號幅度較大的電脈沖，然后再經(jīng)過電子線路的進(jìn)一步放大和甄別，從而完成對大量電脈沖的計(jì)數(shù)工作。此時(shí)，電脈沖數(shù)量對應(yīng)于微粒的個(gè)數(shù)，電脈沖的幅度對應(yīng)于微粒的大小。這就是光散射式激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的基本原理。
 

　　3、激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的組成
 

　　3.1光源
 

　　光源是關(guān)鍵部件，對儀器的性能影響很大。光源要求穩(wěn)定性高、壽命長、不受干擾。光源有普通光源和激光光源兩種。普通光源為碘鎢燈，體積大、發(fā)熱量高、壽命短，開機(jī)后需要預(yù)熱。激光光源為激光器，體積小、穩(wěn)定性高、壽命長，常與檢測腔及光檢測器做成一體，組成傳感器。常見的激光光源有He-Ne激光器、激光二管。采用普通光源的激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器對0.3μm以下的微粒信號響應(yīng)很低，其信號幅度與計(jì)數(shù)器本身的噪聲幅度相差無幾，信號很難從噪聲中檢測出來。此類儀器雖然標(biāo)有0.3μm這一通道，但只適于測定大于0.3μm特別是0.5μm以上的微粒。由于激光的單色性好，光能量集中穩(wěn)定，所以采用激光光源的激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器其傳感器有較高的信噪比，此類儀器有些能檢測到0.1μm的微粒。
 

　　3.2 測量腔
 

　　測量腔是進(jìn)行微粒觀測的空間，被采集的空氣要從測量腔內(nèi)穿過。儀器的光學(xué)系統(tǒng)使光源經(jīng)透鏡、狹縫照射到測量腔中，形成一個(gè)體積約幾個(gè)立方毫米的光敏感區(qū)。當(dāng)空氣中的塵埃通過光敏感區(qū)時(shí)，會散射出一部分光能量，被與入射光成一角度(90度或70度)的集光透鏡收集，再投射到光檢測器上。
 

　　3.3 光檢測器
 

　　光檢測器是將散射光能量轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換器件。激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器中常用的光檢測器是光電倍增管和光電二管。光電倍增管把光電子放大幾萬倍后轉(zhuǎn)換成幾個(gè)毫伏到幾十毫伏的電信號，具有光譜線性好、響應(yīng)時(shí)間快、暗電流小的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是體積大。光電倍增管工作時(shí)需加上幾百伏特的負(fù)高壓，儀器中有相應(yīng)的高壓產(chǎn)生電路，在對儀器進(jìn)行調(diào)試或校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)注意安全。光電二管是一種受到光照后能產(chǎn)生電子的半導(dǎo)體元件，具有體積小、外圍電路簡單的特點(diǎn)，常與檢測腔做成一體。
 

　　3.4流量監(jiān)控
 

　　采樣流量一般為2.83L/min或28.3L/min，儀器常標(biāo)識為0.1cfm(立方英尺每分鐘)或1cfm，主要是為了便于進(jìn)行符合Fed-Std-209E的潔凈度的計(jì)算。大流量的采樣(28.3L/min)更能地反映空氣的潔凈狀況，但使大采樣濃度降低。
 

　　3.5氣泵及過濾器
 

　　氣泵位于內(nèi)部，氣泵使儀器產(chǎn)生采樣流量。氣泵要求噪音低、振動(dòng)小、產(chǎn)生的氣流穩(wěn)定。過濾器應(yīng)能過濾掉0.3μm以上的微粒，以免從儀器排出的空氣對潔凈區(qū)產(chǎn)生影響。
 

　　3.6電路系統(tǒng)
 

　　不同粒徑大小的粒子經(jīng)光電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后，會產(chǎn)生不同幅度(電壓)的電脈沖信號，粒徑越大，脈沖電壓越高。信號電壓與粒徑之間的關(guān)系，也叫轉(zhuǎn)換靈敏度。對于給定的激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器，粒徑大小與脈沖電壓是一一對應(yīng)的，例如某臺激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換靈敏度為0.3μm對應(yīng)69mv，0.5μm對應(yīng) 531mv，1.0μm對應(yīng)701mv等，若檢測到一個(gè)脈沖為100mv，則這個(gè)粒子的大小肯定大于0.3μm而小于0.5μm。激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器是測量大于等于某一粒徑的粒子數(shù)量的儀器，其內(nèi)部電路就是統(tǒng)計(jì)大于等于某一電壓值的脈沖數(shù)量的電路。對于上段中的例子，測量空氣中大于等于 0.3μm粒子的數(shù)量，在電路中就是統(tǒng)計(jì)大于等于69mv的脈沖的個(gè)數(shù)，測量大于等于0.5μm粒子的數(shù)量，在電路中就是統(tǒng)計(jì)大于等于531mv的脈沖的個(gè)數(shù)，依此類推。所以儀器對塵埃粒子的測量，主要靠轉(zhuǎn)換靈敏度這個(gè)參數(shù)。
 

　　另外需要說明的是，每臺激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換靈敏度均不同，在出廠時(shí)及以后須定期用標(biāo)準(zhǔn)粒子進(jìn)行校準(zhǔn)，以獲得轉(zhuǎn)換靈敏度值。電路系統(tǒng)就是完成對脈沖信號的放大、甄別、計(jì)數(shù)的電路。此外還包括電源、控制、顯示、計(jì)算、打印等電路。
 

　　4、注意事項(xiàng).
 

　　1)、當(dāng)入口管被蓋住或被堵塞，不要啟動(dòng)計(jì)數(shù)儀
 

　　2)、應(yīng)該在潔凈環(huán)境下使用，以防止對激光傳感器的損傷
 

　　3)、不要測有可能產(chǎn)生反應(yīng)的混合氣體(如氫氣和氧氣)。這此氣體也可能在計(jì)數(shù)器內(nèi)產(chǎn)生。測這些氣體需與為取得更多的信息。
 

　　4)、沒有高壓減壓設(shè)備(如高壓擴(kuò)散器)不要取樣壓縮空氣，所有的顆粒計(jì)數(shù)儀被設(shè)計(jì)用于在一個(gè)大氣壓下操作。
 

　　5)、水，溶液或其它液體都不能從入口管進(jìn)入傳感器。
 

　　6)、顆粒計(jì)數(shù)儀主要用來測試凈化車間干凈的環(huán)境，當(dāng)測的地方有松散顆粒的材質(zhì)，灰塵源，噴霧處時(shí)，須少保持距管至少十二英寸遠(yuǎn)。以免以上的顆粒及液體污染傳感器及管路。
 

　　7)、取樣時(shí)，僻免取樣從計(jì)數(shù)器本身排出來的或被計(jì)數(shù)器出來的氣體所污染的氣體。
 

　　8)、在連接外置打印機(jī)或連接外接溫濕度傳感器時(shí)，需先關(guān)掉計(jì)數(shù)器；當(dāng)執(zhí)行打印操作時(shí)，打印機(jī)上須有打印紙，否則會損傷打印頭。