塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)的(de)原理(li)及(ji)組(zu)成

　　1、介紹(shao)
 

　　目(mu)前使用激(ji)光(guang)塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)的(de)用戶越(yue)來(lai)越(yue)多，廣(guang)泛(fan)應用於藥(yao)、電(dian)子(zi)、精密(mi)機(ji)械、彩(cai)管(guan)制(zhi)造(zao)、微(wei)生(sheng)物等(deng)行(xing)業(ye)中(zhong)，實(shi)現對各種潔凈等(deng)級(ji)的工作(zuo)臺(tai)、凈(jing)化(hua)室、凈化(hua)車(che)間(jian)的(de)凈化(hua)效果、潔凈進行監(jian)控(kong)，以確(que)保產(chan)品的(de)質(zhi)量。激光(guang)塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)是(shi)用來(lai)測量空氣(qi)中(zhong)塵埃(ai)微(wei)粒(li)的數量及粒(li)徑分布(bu)的(de)儀器(qi)，從(cong)而為空氣(qi)潔凈度的評(ping)定(ding)依(yi)據(ju)。常(chang)見的是(shi)光散(san)射式(shi)(DAPC)的(de)，測量粒徑(jing)範圍(wei) 0.1-10μm，此外還有(you)凝(ning)聚核式(shi)的(de)(CNC)，可測量尺寸(cun)更小的(de)塵埃(ai)粒(li)子(zi)。本(ben)文將(jiang)介紹(shao)光(guang)散射式(shi)激(ji)光塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)。
 

　　2、工作(zuo)原理(li)
 

　　基(ji)本(ben)原理(li)是(shi)光(guang)學(xue)傳(chuan)感器(qi)的(de)探測激光經塵埃(ai)粒(li)子(zi)散射後(hou)被光敏元件接收並(bing)產生脈(mai)沖信號，該脈(mai)沖信號被輸(shu)出(chu)並(bing)放(fang)大，然後(hou)進(jin)行數字信號(hao)處理(li)，通(tong)過(guo)與(yu)標準(zhun)粒子(zi)信號進(jin)行比(bi)較，將(jiang)對比(bi)結果用不同的(de)參數(shu)表(biao)示(shi)出(chu)來(lai)。空氣(qi)中(zhong)的(de)微(wei)粒在(zai)光(guang)的照(zhao)射下(xia)會(hui)發生(sheng)散(san)射，這種現(xian)象叫(jiao)光(guang)散(san)射。光(guang)散射和(he)微粒(li)大小、光(guang)波(bo)、微(wei)粒折(zhe)射率(lv)及微(wei)粒對光(guang)的(de)吸收特性(xing)等(deng)因(yin)素(su)有(you)關(guan)。但是就散(san)射光(guang)強(qiang)度(du)和微(wei)粒大(da)小而(er)言(yan)，有(you)壹(yi)個(ge)基(ji)本(ben)規律(lv)，就是(shi)微粒(li)散射光(guang)的強(qiang)度(du)隨(sui)微粒的(de)表(biao)面(mian)積增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)大(da)。這樣(yang)只(zhi)要測定(ding)散(san)射光(guang)的強(qiang)度(du)就可推(tui)知(zhi)微(wei)粒(li)的大小，實(shi)際(ji)上(shang)，每(mei)個(ge)粒子產(chan)生(sheng)的散射光(guang)強(qiang)度(du)很弱(ruo)，是(shi)壹(yi)個(ge)很(hen)小的(de)光脈(mai)沖，需要通過光電(dian)轉(zhuan)換器(qi)的(de)放(fang)大作(zuo)用，把(ba)光(guang)脈(mai)沖轉(zhuan)化(hua)為信(xin)號(hao)幅度(du)較大的電(dian)脈(mai)沖，然後(hou)再經過電(dian)子(zi)線(xian)路(lu)的(de)進(jin)壹(yi)步(bu)放(fang)大和(he)甄別(bie)，從(cong)而(er)完成對大(da)量電(dian)脈(mai)沖的計(ji)數(shu)工作(zuo)。此(ci)時，電(dian)脈(mai)沖數量對應(ying)於微(wei)粒的(de)個(ge)數，電(dian)脈(mai)沖的幅度對應(ying)於微(wei)粒的(de)大(da)小。這就(jiu)是(shi)光散(san)射式(shi)激(ji)光塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)的(de)基本(ben)原理(li)。
 

　　3、激(ji)光(guang)塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)的(de)組(zu)成
 

　　3.1光源(yuan)
 

　　光(guang)源是關(guan)鍵部件，對儀器(qi)的(de)性(xing)能(neng)影響(xiang)很大。光源要求穩定(ding)性(xing)高、壽命(ming)長、不受幹擾(rao)。光(guang)源(yuan)有(you)普通(tong)光(guang)源(yuan)和激光(guang)光源(yuan)兩(liang)種。普通(tong)光(guang)源(yuan)為碘鎢(wu)燈(deng)，體(ti)積大、發熱(re)量高、壽命(ming)短(duan)，開(kai)機(ji)後(hou)需(xu)要預熱。激光光(guang)源(yuan)為激(ji)光(guang)器(qi)，體(ti)積小、穩(wen)定(ding)性(xing)高、壽命(ming)長，常(chang)與(yu)檢測腔及光(guang)檢測器(qi)做(zuo)成壹(yi)體(ti)，組(zu)成傳感器(qi)。常(chang)見的激(ji)光光(guang)源(yuan)有(you)He-Ne激(ji)光器(qi)、激(ji)光二管。采(cai)用普通(tong)光(guang)源(yuan)的激光(guang)塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)對0.3μm以(yi)下(xia)的微粒信號(hao)響(xiang)應很低，其(qi)信(xin)號(hao)幅(fu)度(du)與(yu)計(ji)數(shu)器(qi)本(ben)身的(de)噪聲(sheng)幅度相(xiang)差(cha)無幾(ji)，信(xin)號很(hen)難從噪聲(sheng)中(zhong)檢測出來(lai)。此類儀器(qi)雖然標有(you)0.3μm這壹(yi)通(tong)道，但只適(shi)於測定(ding)大(da)於0.3μm特(te)別(bie)是(shi)0.5μm以(yi)上(shang)的(de)微(wei)粒(li)。由於激(ji)光的(de)單(dan)色(se)性(xing)好，光(guang)能(neng)量集(ji)中(zhong)穩(wen)定(ding)，所(suo)以采(cai)用激(ji)光(guang)光源(yuan)的(de)激光(guang)塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)其(qi)傳(chuan)感器(qi)有(you)較高的信噪比(bi)，此類儀器(qi)有(you)些能檢測到0.1μm的(de)微(wei)粒(li)。
 

　　3.2 測量腔
 

　　測量腔是(shi)進行(xing)微(wei)粒(li)觀測的空間(jian)，被采(cai)集(ji)的空氣(qi)要從測量腔內(nei)穿(chuan)過。儀器(qi)的(de)光學(xue)系(xi)統(tong)使光(guang)源(yuan)經透鏡、狹縫照(zhao)射到測量腔中(zhong)，形(xing)成壹(yi)個(ge)體(ti)積約幾個立方(fang)毫米(mi)的光(guang)敏感區。當空氣(qi)中(zhong)的(de)塵埃(ai)通(tong)過(guo)光敏感區時，會(hui)散射出(chu)壹(yi)部分光能(neng)量，被與(yu)入(ru)射光(guang)成壹(yi)角度(du)(90度(du)或70度(du))的集(ji)光透(tou)鏡收集(ji)，再投(tou)射到光(guang)檢測器(qi)上(shang)。
 

　　3.3 光(guang)檢測器(qi)
 

　　光(guang)檢測器(qi)是(shi)將(jiang)散射光(guang)能量轉(zhuan)換為電(dian)信(xin)號(hao)的(de)光(guang)電(dian)轉(zhuan)換器(qi)件(jian)。激光塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)中(zhong)常(chang)用的(de)光(guang)檢測器(qi)是(shi)光電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)和(he)光(guang)電(dian)二(er)管(guan)。光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)把(ba)光(guang)電(dian)子(zi)放(fang)大幾(ji)萬倍後(hou)轉(zhuan)換成幾個(ge)毫(hao)伏到幾(ji)十(shi)毫(hao)伏(fu)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)，具(ju)有(you)光譜(pu)線(xian)性(xing)好、響(xiang)應時間(jian)快(kuai)、暗電(dian)流(liu)小的(de)優點，缺(que)點是(shi)體(ti)積大。光電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)工作(zuo)時需加(jia)上(shang)幾(ji)百(bai)伏(fu)特(te)的負高壓，儀器(qi)中(zhong)有(you)相(xiang)應的(de)高壓產生(sheng)電(dian)路(lu)，在(zai)對儀器(qi)進(jin)行調(tiao)試(shi)或(huo)校(xiao)準(zhun)時應註(zhu)意(yi)安(an)全。光電(dian)二(er)管(guan)是(shi)壹(yi)種受(shou)到光(guang)照(zhao)後(hou)能(neng)產生電(dian)子(zi)的(de)半導(dao)體(ti)元件，具(ju)有體(ti)積小、外圍(wei)電(dian)路(lu)簡單(dan)的(de)特(te)點(dian)，常(chang)與(yu)檢測腔做成壹(yi)體(ti)。
 

　　3.4流(liu)量監(jian)控(kong)
 

　　采(cai)樣(yang)流(liu)量壹(yi)般為2.83L/min或(huo)28.3L/min，儀器(qi)常(chang)標(biao)識為0.1cfm(立方(fang)英(ying)尺(chi)每(mei)分鐘)或(huo)1cfm，主(zhu)要是為了(le)便於進(jin)行符合Fed-Std-209E的(de)潔凈度的計(ji)算。大流(liu)量的采(cai)樣(yang)(28.3L/min)更能地反映(ying)空氣(qi)的潔凈狀況，但使大(da)采(cai)樣(yang)濃度(du)降(jiang)低。
 

　　3.5氣泵(beng)及(ji)過濾(lv)器(qi)
 

　　氣(qi)泵(beng)位於內(nei)部，氣泵(beng)使儀器(qi)產(chan)生采(cai)樣(yang)流(liu)量。氣泵(beng)要求噪音低、振(zhen)動(dong)小、產(chan)生的氣(qi)流(liu)穩(wen)定(ding)。過(guo)濾(lv)器(qi)應(ying)能過濾(lv)掉0.3μm以(yi)上(shang)的(de)微(wei)粒(li)，以(yi)免從儀器(qi)排出(chu)的(de)空氣(qi)對潔凈區產生(sheng)影響(xiang)。
 

　　3.6電(dian)路(lu)系(xi)統(tong)
 

　　不同粒(li)徑大(da)小的(de)粒子經光電(dian)系(xi)統(tong)轉(zhuan)換後(hou)，會(hui)產生(sheng)不同幅(fu)度(電(dian)壓)的電(dian)脈(mai)沖信號，粒徑(jing)越(yue)大，脈(mai)沖電(dian)壓越(yue)高。信號電(dian)壓與(yu)粒徑(jing)之間(jian)的(de)關系(xi)，也(ye)叫(jiao)轉(zhuan)換靈(ling)敏度。對於給定(ding)的(de)激光塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)，粒(li)徑大小與(yu)脈(mai)沖電(dian)壓是壹(yi)壹(yi)對應(ying)的(de)，例(li)如(ru)某臺(tai)激(ji)光塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)的(de)轉(zhuan)換靈(ling)敏度為0.3μm對應(ying)69mv，0.5μm對應(ying) 531mv，1.0μm對應(ying)701mv等(deng)，若(ruo)檢測到壹(yi)個(ge)脈(mai)沖為100mv，則這個(ge)粒(li)子的(de)大小肯(ken)定(ding)大(da)於0.3μm而(er)小於0.5μm。激(ji)光塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)是(shi)測量大於等(deng)於某壹(yi)粒(li)徑(jing)的(de)粒(li)子數量的儀器(qi)，其(qi)內(nei)部電(dian)路(lu)就(jiu)是(shi)統(tong)計(ji)大(da)於等(deng)於某壹(yi)電(dian)壓值的脈(mai)沖數量的電(dian)路(lu)。對於上(shang)段(duan)中(zhong)的(de)例(li)子(zi)，測量空氣(qi)中(zhong)大(da)於等(deng)於 0.3μm粒(li)子的(de)數(shu)量，在電(dian)路(lu)中(zhong)就(jiu)是(shi)統(tong)計(ji)大(da)於等(deng)於69mv的(de)脈(mai)沖的個數，測量大於等(deng)於0.5μm粒(li)子的(de)數(shu)量，在電(dian)路(lu)中(zhong)就(jiu)是(shi)統(tong)計(ji)大(da)於等(deng)於531mv的(de)脈(mai)沖的個數，依(yi)此類推(tui)。所以(yi)儀器(qi)對塵埃(ai)粒(li)子(zi)的測量，主要靠轉(zhuan)換靈(ling)敏度這個(ge)參(can)數。
 

　　另(ling)外需要說明的是，每(mei)臺(tai)激光塵埃(ai)粒(li)子(zi)計(ji)數(shu)器(qi)的(de)轉(zhuan)換靈(ling)敏度均不同，在(zai)出廠(chang)時及以(yi)後(hou)須定(ding)期(qi)用標(biao)準(zhun)粒子(zi)進(jin)行校(xiao)準(zhun)，以(yi)獲(huo)得轉(zhuan)換靈(ling)敏度值。電(dian)路(lu)系(xi)統(tong)就是(shi)完(wan)成對脈(mai)沖信號的放(fang)大、甄別(bie)、計(ji)數(shu)的電(dian)路(lu)。此(ci)外還包(bao)括(kuo)電(dian)源(yuan)、控(kong)制(zhi)、顯示(shi)、計(ji)算、打印等(deng)電(dian)路(lu)。
 

　　4、註(zhu)意(yi)事(shi)項.
 

　　1)、當入(ru)口(kou)管被蓋住或被堵(du)塞(sai)，不要啟動(dong)計(ji)數(shu)儀
 

　　2)、應該在(zai)潔凈環境下(xia)使用，以(yi)防(fang)止對激(ji)光(guang)傳感器(qi)的(de)損傷(shang)
 

　　3)、不要測有可能(neng)產(chan)生反應(ying)的(de)混合(he)氣(qi)體(ti)(如(ru)氫(qing)氣和(he)氧氣)。這此(ci)氣(qi)體(ti)也可能(neng)在(zai)計(ji)數(shu)器(qi)內(nei)產生。測這些氣體(ti)需與(yu)為取(qu)得更(geng)多的信(xin)息(xi)。
 

　　4)、沒(mei)有(you)高壓減壓設備(如(ru)高壓擴(kuo)散器(qi))不要取樣壓縮空氣(qi)，所有(you)的(de)顆(ke)粒計(ji)數(shu)儀被設計(ji)用於在(zai)壹(yi)個(ge)大(da)氣(qi)壓下(xia)操作(zuo)。
 

　　5)、水(shui)，溶(rong)液(ye)或(huo)其(qi)它(ta)液(ye)體(ti)都不能從(cong)入(ru)口(kou)管進(jin)入(ru)傳感器(qi)。
 

　　6)、顆(ke)粒計(ji)數(shu)儀主要用來(lai)測試(shi)凈(jing)化(hua)車(che)間(jian)幹凈的(de)環境，當測的地方(fang)有松(song)散顆(ke)粒的(de)材(cai)質(zhi)，灰(hui)塵源(yuan)，噴(pen)霧(wu)處時，須少保持距管至(zhi)少十二(er)英(ying)寸(cun)遠(yuan)。以免(mian)以(yi)上(shang)的(de)顆(ke)粒及(ji)液(ye)體(ti)汙染(ran)傳(chuan)感器(qi)及(ji)管路(lu)。
 

　　7)、取(qu)樣(yang)時，僻免取(qu)樣從(cong)計(ji)數(shu)器(qi)本(ben)身排出(chu)來(lai)的或(huo)被計(ji)數(shu)器(qi)出(chu)來(lai)的氣(qi)體(ti)所汙染(ran)的(de)氣體(ti)。
 

　　8)、在連(lian)接外置打印機(ji)或(huo)連(lian)接外接溫濕(shi)度傳(chuan)感器(qi)時，需先關掉(diao)計(ji)數(shu)器(qi)；當執(zhi)行(xing)打印操(cao)作(zuo)時，打印機(ji)上(shang)須有(you)打印紙，否則會(hui)損傷(shang)打(da)印頭(tou)。