一篇文章，助您讀懂塵埃粒子計數器
發布時間：2019-10-08瀏覽次數：1509返回列表
一篇文章，助您讀懂塵埃粒子計數器。塵埃粒子計數器可廣泛應用于為各省市藥檢所、血液中心、防疫站、疾控中心、質量監督所等機構、電子行業、制藥車間、半導體、光學或機械加工、塑膠、噴漆、醫院、環保、檢驗所等生產企業和科研部門。是用于測量潔凈環境中單位體積內塵埃粒子數和粒徑分布的儀器。
一、塵埃粒子計數器的工作原理
空氣中的微粒在光的照射下會發生散射，這種現象叫光散射。光散射和微粒大小、光波波長、微粒折射率及微粒對光的吸收特性等因素有關。但是就散射光強度和微粒大小而言，有一個基本規律，就是微粒散射光的強度隨微粒的表面積增加而增大。這樣只要測定散射光的強度就可推知微粒的大小，就是光散射式粒子計數器的基本原理。實際上，每個粒子產生的散射光強度很弱，是一個很小的光脈沖，需要通過光電轉換器的放大作用，把光脈沖轉化為信號幅度較大的電脈沖，然后再經過電子線路的進一步放大和甄別，從而完成對大量電脈沖的計數工作。此時，電脈沖數量對應于微粒的個數，電脈沖的幅度對應于微粒的大小。
需要指出的是，雖然儀器稱為“計數器”，但是儀器分辨微粒大小的能力為重要。因為電脈沖的計數很簡單，而判斷粒子的大小非常重要。
二、實際購買塵埃粒子計數器時應注意的問題
在粒子計數器的選購中，現有粒子計數器型號種類繁多。用戶先應選擇滿足使用需求的粒子計數器，其次才是粒子計數器的價格問題。目前市場產品以臺式和便攜式粒子計數器為主，按光源則是白光和激光粒子計數器的較量；性能上又是國產與進口粒子計數器的拼殺。
臺式和便攜式粒子計數器在流量和度，以及產品技術和器件上存在較大差異，但便攜式替代臺式的趨勢越發明顯，流量問題使便攜式無法和臺式相提并論。
白光和激光粒子計數器主要存在測試度和產品性能的大差異，必然導致價格的優劣。前者較之后者度差，性能欠佳，光源使用壽命不長；但卻以低的價格深受客戶歡迎。國產與進口粒子計數器價格差異較大，產品性能相距較遠。
三、塵埃粒子計數器的組成及各部分功能
1、光源
光源是塵埃粒子計數器的關鍵部件，對儀器的性能影響很大。光源要求穩定性高、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、發熱量高、壽命短，開機后需要預熱。激光光源為激光器，體積小、穩定性高、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ＨｅＮｅ激光器、激光二管采用普通光源的塵埃粒子計數器對０．３［ｃｍ以下的微粒信號響應很低，其信號幅度與計數器本身的噪聲幅度相差無幾，信號很難從噪聲中檢測出來。此類儀器雖然標有０．３Ｋｍ這一通道，但只適于測定大于０．３ｐｍ特別是０．５［Ｌｍ以上的微粒。
由于激光的單色性好，光能量集中穩定，所以采用激光光源的塵埃粒子計數器其傳感器有較高的信噪比，此類儀器有些能檢測到０．ｌ［ＣＭ的微粒。
2、氣泵及過濾器
氣泵位于儀器內部，使儀器產生采樣流量。氣泵要求噪音低、振動小、產生的氣流穩定。過濾器應能過濾掉０．３ｆｔｍ以上的微粒，以免從儀器排出的空氣對潔凈區產生影響。
3、流里監控
目前國產塵埃粒子計數器常采用轉子流量計作流量指示，則儀器的流量調節大多數是直接調節轉子流量計上的旋鈕，此時儀器的控制電路對流量是沒有監控的。進口塵埃粒子計數器通過流量傳感器對流量進行監測，通過手動調節或自動反饋調節。
塵埃粒子計數器的采樣流量一般為２．８３Ｌ／ｍｉｎ或２８．３Ｌ／ｍｉｎ（進口儀器常以“立方英尺每分”為單位，標記為０．ｌｃｆｍ或ｌｃｆｍ），主要是為了便于進行符合Ｆｅｄ一Ｓｔｄ一２０９Ｅ的潔凈度的計算。大流量的采樣（２８．３Ｌ／ｍｉｎ）能地反映空氣的潔凈狀況，但使zui大采樣濃度降低。
4、測且腔
測量腔是進行微粒觀測的空間，被采集的空氣要從測量腔內穿過。儀器的光學系統使光源經透鏡、狹縫照射到測量腔中，形成一個體積約幾個立方毫米的光敏感區。當空氣中的塵埃通過光敏感區時，會散射出一部分光能量，被與人射光成一角度（９００或７００）的集光透鏡收集，再投射到光檢測器上。
5、光檢測器
光檢測器是將散射光能量轉換為電信號的光電轉換器件。塵埃粒子計數器中zui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換成幾個毫伏到幾十毫伏的電信號，光譜具有線性好、響應時間快、暗電流小的優點，缺點是體積大。光電倍增管工作時需加上幾百伏特的負高壓，儀器中有相應的高壓產生電路，在對儀器進行調試或校準時應注意安。
光電二管是一種受到光照后能產生電子的半導體元件，具有體積小、外圍電路簡單的特點，常與檢測腔做成一體。
6、電路系統
不同粒徑大小的粒子經塵埃粒子計數器的光電系統轉換后，會產生不同幅度（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系，也叫轉換靈敏度。對于給定的塵埃粒子計數器，粒徑大小與脈沖電壓是一一對應的，例如某臺塵埃粒子計數器的轉換靈敏度為０．３［ｔｍ對應６９ｍＶ，０．５ｔＬｍ對應５３１ｍＶ，１．０１
ｉｍ對應７０１ｍＶ等，若塵埃粒子計數器檢測到一個脈沖為１００ｍｖ，則這個粒子的大小肯定大于０．３ｆｍ而小于０．５ｒＬｍｏ塵埃粒子計數器是測量大于等于某一粒徑的粒子數量的儀器，其內部電路就是統計大于等于某一電壓值的脈沖數量的電路。對于上段中的例子，測量空氣中大于等于０．３１ｍ粒子的數量，在電路中就是統計大于等于６９ｍＶ的脈沖的個數，測量大于等于０．５ｔｒ．ｍ粒子的數量，在電路中就是統計大于等于５３１ｍＶ的脈沖的個數，依此類推。所以儀器對塵埃粒子的測量，主要靠轉換靈敏度這個參數。
另外需要說明的是，每臺塵埃粒子計數器的轉換靈敏度均不同，在出廠時及以后須定期用標準粒子進行校準，以獲得zui佳轉換靈敏度值。
電路系統就是完成對脈沖信號的放大、甄別、計數的電路。此外還包括電源、控制、顯示、計算、打印等電路。
四、塵埃粒子計數器的正確操作
１、準備操作
⑴打開電源開關，按“確認”鍵將屏幕調至圖（四）測量界面，觀看電池符號，若電池電量不足，則將電源適配器插入“電源插座”，給電池充電，同時儀器也可正常操作使用。
⑵開機預熱1分鐘左右。
⑶過濾器自凈口與采樣口相連，按“確認”兩次進入測量界面，打開“采樣”，使儀器自凈清零。
２、操作步驟
將采樣頭接在“采樣口”處。
在參數設置界面下按 “▲”“▼”及“確認“鍵，設定所需工作參數。
若數據庫清零，將光標移至數據清零處，按“▲”令數字由“0”改成“5”然后按“確認”鍵，數字變成“9”即可。若不修改工作參數，直接按“確認”鍵進入測量界面。
按“確認”鍵進入測量界面后，按“采樣”鍵，打開泵源進行采樣測試，采集數據。若采樣結果理想，則按“確認”鍵，令液晶屏下方“Rec”為ON，存貯采樣數據，否則就按“確認”鍵，令“Rec”為OFF。按“模式”鍵，轉換顯示方式。按“▲”“▼”鍵，在*、第三狀態可翻動觀察以前某周期采樣記錄。再按“采樣”鍵，則為關。在測試界面時，若需改變工作參數，按“退出”鍵退回到參數設置狀態進行。
五、粒子計數器的使用注意事項
1、水，溶液或其它液體都不能從入口管進入傳感器。
2、粒子計數器主要用來測試凈化車間干凈的環境，當測的地方有松散顆粒的材質，灰塵源，噴霧處時，須zui少保持距進口管至少十二英寸遠。以免以上的顆粒及液體污染傳感器及管路。
3、當入口管被蓋住或被堵塞，不要啟動計數儀
4、應該在潔凈環境下使用，以防止對激光傳感器的損傷
5、取樣時，避免取樣從計數器本身排出來的氣體所污染的氣體。
6、在連接外置打印機或連接外接溫濕度傳感器時，需先關掉計數器;當執行打印操作時，打印機上須有打印紙，否則會損傷打印頭。
7、在搬運時，應輕搬輕放，少受振動、沖擊。特別是對于臺式的粒子計數器，加要小心，以免損壞內部元件。
8、禁止抽取含有油污、腐蝕性物質的氣體，也不要測有可能產生反應的混合氣體(如氫氣和氧氣)。這些氣體也可能在計數器內產生爆炸。測這些氣體需與廠家聯系為取得多的信息。
9、沒有高壓減壓設備(如高壓擴散器)不要取樣壓縮空氣，所有的計數器被設計用于在一個大氣壓下操作。儀器的工作位置和采樣口應處于同一氣壓和同一溫濕度環境下，儀器正常工作。
一、塵埃粒子計數器的工作原理
空氣中的微粒在光的照射下會發生散射，這種現象叫光散射。光散射和微粒大小、光波波長、微粒折射率及微粒對光的吸收特性等因素有關。但是就散射光強度和微粒大小而言，有一個基本規律，就是微粒散射光的強度隨微粒的表面積增加而增大。這樣只要測定散射光的強度就可推知微粒的大小，就是光散射式粒子計數器的基本原理。實際上，每個粒子產生的散射光強度很弱，是一個很小的光脈沖，需要通過光電轉換器的放大作用，把光脈沖轉化為信號幅度較大的電脈沖，然后再經過電子線路的進一步放大和甄別，從而完成對大量電脈沖的計數工作。此時，電脈沖數量對應于微粒的個數，電脈沖的幅度對應于微粒的大小。
需要指出的是，雖然儀器稱為“計數器”，但是儀器分辨微粒大小的能力為重要。因為電脈沖的計數很簡單，而判斷粒子的大小非常重要。
二、實際購買塵埃粒子計數器時應注意的問題
在粒子計數器的選購中，現有粒子計數器型號種類繁多。用戶先應選擇滿足使用需求的粒子計數器，其次才是粒子計數器的價格問題。目前市場產品以臺式和便攜式粒子計數器為主，按光源則是白光和激光粒子計數器的較量；性能上又是國產與進口粒子計數器的拼殺。
臺式和便攜式粒子計數器在流量和度，以及產品技術和器件上存在較大差異，但便攜式替代臺式的趨勢越發明顯，流量問題使便攜式無法和臺式相提并論。
白光和激光粒子計數器主要存在測試度和產品性能的大差異，必然導致價格的優劣。前者較之后者度差，性能欠佳，光源使用壽命不長；但卻以低的價格深受客戶歡迎。國產與進口粒子計數器價格差異較大，產品性能相距較遠。
三、塵埃粒子計數器的組成及各部分功能
1、光源
光源是塵埃粒子計數器的關鍵部件，對儀器的性能影響很大。光源要求穩定性高、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、發熱量高、壽命短，開機后需要預熱。激光光源為激光器，體積小、穩定性高、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ＨｅＮｅ激光器、激光二管采用普通光源的塵埃粒子計數器對０．３［ｃｍ以下的微粒信號響應很低，其信號幅度與計數器本身的噪聲幅度相差無幾，信號很難從噪聲中檢測出來。此類儀器雖然標有０．３Ｋｍ這一通道，但只適于測定大于０．３ｐｍ特別是０．５［Ｌｍ以上的微粒。
由于激光的單色性好，光能量集中穩定，所以采用激光光源的塵埃粒子計數器其傳感器有較高的信噪比，此類儀器有些能檢測到０．ｌ［ＣＭ的微粒。
2、氣泵及過濾器
氣泵位于儀器內部，使儀器產生采樣流量。氣泵要求噪音低、振動小、產生的氣流穩定。過濾器應能過濾掉０．３ｆｔｍ以上的微粒，以免從儀器排出的空氣對潔凈區產生影響。
3、流里監控
目前國產塵埃粒子計數器常采用轉子流量計作流量指示，則儀器的流量調節大多數是直接調節轉子流量計上的旋鈕，此時儀器的控制電路對流量是沒有監控的。進口塵埃粒子計數器通過流量傳感器對流量進行監測，通過手動調節或自動反饋調節。
塵埃粒子計數器的采樣流量一般為２．８３Ｌ／ｍｉｎ或２８．３Ｌ／ｍｉｎ（進口儀器常以“立方英尺每分”為單位，標記為０．ｌｃｆｍ或ｌｃｆｍ），主要是為了便于進行符合Ｆｅｄ一Ｓｔｄ一２０９Ｅ的潔凈度的計算。大流量的采樣（２８．３Ｌ／ｍｉｎ）能地反映空氣的潔凈狀況，但使zui大采樣濃度降低。
4、測且腔
測量腔是進行微粒觀測的空間，被采集的空氣要從測量腔內穿過。儀器的光學系統使光源經透鏡、狹縫照射到測量腔中，形成一個體積約幾個立方毫米的光敏感區。當空氣中的塵埃通過光敏感區時，會散射出一部分光能量，被與人射光成一角度（９００或７００）的集光透鏡收集，再投射到光檢測器上。
5、光檢測器
光檢測器是將散射光能量轉換為電信號的光電轉換器件。塵埃粒子計數器中zui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換成幾個毫伏到幾十毫伏的電信號，光譜具有線性好、響應時間快、暗電流小的優點，缺點是體積大。光電倍增管工作時需加上幾百伏特的負高壓，儀器中有相應的高壓產生電路，在對儀器進行調試或校準時應注意安。
光電二管是一種受到光照后能產生電子的半導體元件，具有體積小、外圍電路簡單的特點，常與檢測腔做成一體。
6、電路系統
不同粒徑大小的粒子經塵埃粒子計數器的光電系統轉換后，會產生不同幅度（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系，也叫轉換靈敏度。對于給定的塵埃粒子計數器，粒徑大小與脈沖電壓是一一對應的，例如某臺塵埃粒子計數器的轉換靈敏度為０．３［ｔｍ對應６９ｍＶ，０．５ｔＬｍ對應５３１ｍＶ，１．０１
ｉｍ對應７０１ｍＶ等，若塵埃粒子計數器檢測到一個脈沖為１００ｍｖ，則這個粒子的大小肯定大于０．３ｆｍ而小于０．５ｒＬｍｏ塵埃粒子計數器是測量大于等于某一粒徑的粒子數量的儀器，其內部電路就是統計大于等于某一電壓值的脈沖數量的電路。對于上段中的例子，測量空氣中大于等于０．３１ｍ粒子的數量，在電路中就是統計大于等于６９ｍＶ的脈沖的個數，測量大于等于０．５ｔｒ．ｍ粒子的數量，在電路中就是統計大于等于５３１ｍＶ的脈沖的個數，依此類推。所以儀器對塵埃粒子的測量，主要靠轉換靈敏度這個參數。
另外需要說明的是，每臺塵埃粒子計數器的轉換靈敏度均不同，在出廠時及以后須定期用標準粒子進行校準，以獲得zui佳轉換靈敏度值。
電路系統就是完成對脈沖信號的放大、甄別、計數的電路。此外還包括電源、控制、顯示、計算、打印等電路。
四、塵埃粒子計數器的正確操作
１、準備操作
⑴打開電源開關，按“確認”鍵將屏幕調至圖（四）測量界面，觀看電池符號，若電池電量不足，則將電源適配器插入“電源插座”，給電池充電，同時儀器也可正常操作使用。
⑵開機預熱1分鐘左右。
⑶過濾器自凈口與采樣口相連，按“確認”兩次進入測量界面，打開“采樣”，使儀器自凈清零。
２、操作步驟
將采樣頭接在“采樣口”處。
在參數設置界面下按 “▲”“▼”及“確認“鍵，設定所需工作參數。
若數據庫清零，將光標移至數據清零處，按“▲”令數字由“0”改成“5”然后按“確認”鍵，數字變成“9”即可。若不修改工作參數，直接按“確認”鍵進入測量界面。
按“確認”鍵進入測量界面后，按“采樣”鍵，打開泵源進行采樣測試，采集數據。若采樣結果理想，則按“確認”鍵，令液晶屏下方“Rec”為ON，存貯采樣數據，否則就按“確認”鍵，令“Rec”為OFF。按“模式”鍵，轉換顯示方式。按“▲”“▼”鍵，在*、第三狀態可翻動觀察以前某周期采樣記錄。再按“采樣”鍵，則為關。在測試界面時，若需改變工作參數，按“退出”鍵退回到參數設置狀態進行。
五、粒子計數器的使用注意事項
1、水，溶液或其它液體都不能從入口管進入傳感器。
2、粒子計數器主要用來測試凈化車間干凈的環境，當測的地方有松散顆粒的材質，灰塵源，噴霧處時，須zui少保持距進口管至少十二英寸遠。以免以上的顆粒及液體污染傳感器及管路。
3、當入口管被蓋住或被堵塞，不要啟動計數儀
4、應該在潔凈環境下使用，以防止對激光傳感器的損傷
5、取樣時，避免取樣從計數器本身排出來的氣體所污染的氣體。
6、在連接外置打印機或連接外接溫濕度傳感器時，需先關掉計數器;當執行打印操作時，打印機上須有打印紙，否則會損傷打印頭。
7、在搬運時，應輕搬輕放，少受振動、沖擊。特別是對于臺式的粒子計數器，加要小心，以免損壞內部元件。
8、禁止抽取含有油污、腐蝕性物質的氣體，也不要測有可能產生反應的混合氣體(如氫氣和氧氣)。這些氣體也可能在計數器內產生爆炸。測這些氣體需與廠家聯系為取得多的信息。
9、沒有高壓減壓設備(如高壓擴散器)不要取樣壓縮空氣，所有的計數器被設計用于在一個大氣壓下操作。儀器的工作位置和采樣口應處于同一氣壓和同一溫濕度環境下，儀器正常工作。
