塵埃粒子計(jì)數(shù)器是一種在潔凈領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的重要儀器,主要用于評定潔凈室潔凈度等級,還可用來檢測過濾器的過濾效率、潔凈織物的發(fā)塵量。使用的行業(yè)包含電子廠、藥廠、醫(yī)療器械廠以及檢測實(shí)驗(yàn)室等等。塵埃粒子計(jì)數(shù)器是利用光的散射原理對空氣中的塵埃粒子數(shù)目和粒徑進(jìn)行計(jì)量,工作原理:來自光源的光線被鏡組聚焦于檢測區(qū)域,塵埃粒子計(jì)數(shù)器通過采樣泵使采樣空氣通過該區(qū)域。當(dāng)一個(gè)塵埃粒子(簡稱粒子)通過時(shí),便把入射光散射一次,產(chǎn)生一個(gè)光脈沖信號,經(jīng)過放大、甄別,篩選出需要的信號,再通過計(jì)數(shù)系統(tǒng)顯示出來,電脈沖信號的高度反映粒子的大小,信號的數(shù)量反映了粒子的個(gè)數(shù)。主要關(guān)注的技術(shù)指標(biāo)就是粒子的大小和個(gè)數(shù)。
粒子的大小可以溯源到標(biāo)準(zhǔn)粒子,通常采用聚苯乙烯塑料乳膠小球(PLS:Polymer LatexSuspensions),可通過掃描電鏡等進(jìn)行尺寸溯源。但是粒子的個(gè)數(shù),很難有一個(gè)可靠的量值溯源方式。塵埃粒子計(jì)數(shù)器檢測到的粒子難以捕集,沒有有效的方式清點(diǎn)個(gè)數(shù),也無法稱重。即使很好的執(zhí)行采樣的每一個(gè)步驟,不同塵埃粒子計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)顯示仍然會有很大的不同。主要原因是各家塵埃粒子計(jì)數(shù)器在設(shè)計(jì)與性能方面存在差異,所以塵埃粒子計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)一直以來是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
國外大量文獻(xiàn)[2-5]提到了計(jì)數(shù)效率這一概念。所謂計(jì)數(shù)效率,即為塵埃粒子計(jì)數(shù)器顯示的粒子數(shù)與從塵埃粒子計(jì)數(shù)器進(jìn)氣口采樣氣溶膠中得到的標(biāo)準(zhǔn)粒子數(shù)的比值。將小可測粒徑 < 0.2 μm的儀器歸為 A 類,≥ 0.2 μm 的歸為 B 類。A 類粒子計(jì)數(shù)器是凝聚核計(jì)數(shù)器或具有不低于同等性能的類似計(jì)數(shù)器,以 A 類計(jì)數(shù)器為標(biāo)準(zhǔn)即可得到B 類計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)效率,計(jì)數(shù)效率的具體指標(biāo):塵埃粒子計(jì)數(shù)器對于小可測粒徑下計(jì)數(shù)效率應(yīng)子計(jì)數(shù)器的溯源問題同樣沒有解決,僅僅只是大家的默許認(rèn)可,并未能成為基準(zhǔn)。文獻(xiàn)同時(shí)提到了粒徑檔響應(yīng)電壓,該方法需將多通道脈沖幅度分析儀連接到待檢塵埃粒子計(jì)數(shù)器的輸出端(前置放大器的輸出端或主要放大器的輸入端)。用標(biāo)準(zhǔn)粒子發(fā)生裝置產(chǎn)生適合不同粒徑的標(biāo)準(zhǔn)粒子的實(shí)驗(yàn)用氣溶膠,分析不同粒徑檔對應(yīng)的脈沖信號,做出脈沖頻率曲線,確定不同標(biāo)準(zhǔn)粒子的響應(yīng)電壓。還提到了利用塵埃粒子計(jì)數(shù)器以比較法進(jìn)行校準(zhǔn)。
依據(jù)塵埃粒子計(jì)數(shù)器的量值溯源需求,1988 年制定了 JJG547-88《塵埃粒子計(jì)數(shù)器》,利用多分散標(biāo)準(zhǔn)粒子檢定塵埃粒子計(jì)數(shù)器的粒徑分布準(zhǔn)確性、單分散粒子測量離散度。該規(guī)程回避了直接對粒子濃度的檢定,采用分部法,其所有指標(biāo)均為間接值。2008 年經(jīng)過多年努力修訂了該規(guī)程,變更為 JJF1190-2008《塵埃粒子計(jì)數(shù)器》[7]。該規(guī)范的主要技術(shù)指標(biāo)包括外觀要求、絕緣電阻、電氣強(qiáng)度、自凈時(shí)間、流量誤差、計(jì)時(shí)誤差、重復(fù)性、粒徑分布誤差、粒子濃度示值誤差,覆蓋了該計(jì)量器具的基本性能,同時(shí)也考慮到檢定工作的科學(xué)性和可操作性等因素。該規(guī)范創(chuàng)新提出,用標(biāo)準(zhǔn)粒子發(fā)生裝置產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)粒子氣溶膠,以精密塵埃粒子計(jì)數(shù)器作為標(biāo)準(zhǔn)器,校準(zhǔn)一直以來回避但又極其重要的指標(biāo):粒子濃度示值誤差。塵埃粒子計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)的關(guān)鍵是標(biāo)準(zhǔn)粒子發(fā)生裝置、精密塵埃粒子計(jì)數(shù)器以及數(shù)據(jù)處理。
20 世紀(jì) 70 年代,我國研制了國內(nèi)臺塵埃粒子計(jì)數(shù)器,開始了對塵埃粒子計(jì)數(shù)器以及校準(zhǔn)方法的研究。1985 年制定了 GB6167.1 ~GB6167.2 - 85《塵埃粒子計(jì)數(shù)器性能實(shí)驗(yàn)方法》,2009 年進(jìn)行修訂[6]。該標(biāo)準(zhǔn)主要參考國外的相關(guān)文獻(xiàn),提出了計(jì)數(shù)效率、粒徑響應(yīng)電壓以及比較法。對生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品出廠調(diào)試、產(chǎn)品質(zhì)量的提高有著非常積極的意義,但不適合計(jì)量檢定部門開展量值溯源(首先計(jì)量檢定部門的量值溯源工作是不允許拆卸被校準(zhǔn)設(shè)備的)。
塵埃粒子計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)沒有建立國家基標(biāo)準(zhǔn)(國外也未見),因此對塵埃粒子計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)情況非常特殊,存在很大難度。國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范JJF1190-2008《塵埃粒子計(jì)數(shù)器》的實(shí)行,對保證全國量值一致性,抑制目前市場放任的局面是有好處的。