目前塵埃粒子計(jì)數(shù)器的用戶越來越多,，廣泛應(yīng)用于醫(yī)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(jí)的工作臺(tái)、凈化室,、凈化車間的凈化效果,、潔凈級(jí)別進(jìn)行監(jiān)控，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量,。

塵埃粒子計(jì)數(shù)器是用來測量空氣中微粒的數(shù)量及大小的儀器,，從而為空氣潔凈度的評(píng)定提供依據(jù)。常見的塵埃粒子計(jì)數(shù)器是光散射式(DAPC)的，測量粒徑范圍0．1～10t~m,，此外還有凝聚核式的塵埃粒子計(jì)數(shù)器(CNC),，可測量尺寸更小的塵埃粒子。本文將介紹光散射式塵埃粒子計(jì)數(shù)器,。

1 儀器的工作原理

空氣中的微粒在光的照射下會(huì)發(fā)生散射,，這種現(xiàn)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(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,，就是光散射式粒子計(jì)數(shù)器的基本原理,。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(hào)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。

圖1表示了塵埃粒子計(jì)數(shù)器的具體工作原理：來

自光源的光線被透鏡組1聚焦于測量腔內(nèi),，當(dāng)空氣中

的每一個(gè)粒子快速地通過測量腔時(shí),，便把入射光散射

一次，形成一個(gè)光脈沖信號(hào),。這一光信號(hào)經(jīng)過透鏡組

2被送到光檢測器,，正比地轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，再經(jīng)過儀器電子線路的放大,、甄別,，揀出需要的信號(hào),，通過計(jì)數(shù)系統(tǒng)顯示出來,。

需要指出的是，雖然儀器稱為“計(jì)數(shù)器”,，但是儀器分辨微粒大小的能力更為重要,。因?yàn)殡娒}沖的計(jì)數(shù)很簡單，而判斷粒子的大小非常重要,。

2 儀器的組成及各部分功能

儀器的組成及相互關(guān)系如圖2所示,。

2．1 光源

光源是塵埃粒子計(jì)數(shù)器的關(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i貝0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,、激光二極管,。

采用普通光源的塵埃粒子計(jì)數(shù)器對0．3 m以下的微粒信號(hào)響應(yīng)很低，其信號(hào)幅度與計(jì)數(shù)器本身的噪聲幅度相差無幾,，信號(hào)很難從噪聲中檢測出來,。此類儀器雖然標(biāo)有0．3 m這一通道，但只適于測定大于

0．3 m特別是0．5 m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0．1 m的微粒,。

2．2 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(huì)散射出一部分光能量，被與入射光成一角度(90,?；?/span>70。)的集光透鏡收集，再投射到光檢測器上,。

2．3 光檢測器

光檢測器是將散射光能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換器件,。塵埃粒子計(jì)數(shù)器中常用的光檢測器是光電

倍增管和光電二極管。

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(hào),，光譜具有線性好,、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,。光電二極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。

2．4 流量監(jiān)控

目前國產(chǎn)塵埃粒子計(jì)數(shù)器常采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)作流量指示,，則儀器的流量調(diào)節(jié)大多數(shù)是直接調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)上的旋鈕,，此時(shí)儀器的控制電路對流量是沒有監(jiān)控的。

進(jìn)口塵埃粒子計(jì)數(shù)器通過流量傳感器對流量進(jìn)行監(jiān)測,，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)或自動(dòng)反饋調(diào)節(jié),。

塵埃粒子計(jì)數(shù)器的采樣流量一般為2．83L／min或28．3L／min(進(jìn)口儀器常以“立方英尺每分”為單位，標(biāo)記為0．1cfm或1cfm),，主要是為了便于進(jìn)行符合Fed—Std一209E的潔凈度的計(jì)算,。

大流量的采樣(28．3L／min)更能準(zhǔn)確地反映空氣的潔凈狀況，但使大采樣濃度降低,。

2．5 氣泵及過濾器

氣泵位于儀器內(nèi)部,，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0．3ttm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,。

2．6 電路系統(tǒng)

不同粒徑大小的粒子經(jīng)塵埃粒子計(jì)數(shù)器的光電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后，會(huì)產(chǎn)生不同幅度(電壓)的電脈沖信號(hào),，粒徑越大,，脈沖電壓越高。信號(hào)電壓與粒徑之間的關(guān)系,，也叫轉(zhuǎn)換靈敏度,。對于給定的塵埃粒子計(jì)數(shù)器，粒徑大小與脈沖電壓是一一對應(yīng)的,，例如某臺(tái)塵埃粒子計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換靈敏度為0．3tLm對應(yīng)69mV,，0．5 m對應(yīng)531mV，1．Ottm對應(yīng)701mV等,，若塵埃粒子計(jì)數(shù)器檢測到一個(gè)脈沖為lOOmV,，則這個(gè)粒子的大小肯定大于0．3ttm而小于0．5 m。

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0．3ttm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0．5ttm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(tái)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(hào)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,。

3 儀器的使用及技術(shù)要求

塵埃粒子計(jì)數(shù)器的,、鋇0量值有兩種表示方式：總計(jì)(cumulative)方式和分計(jì)方式(differentia1)?？傆?jì)方式指測量值為大于等于該粒徑的粒子數(shù),，分計(jì)方式指測量值為大于等于該粒徑同時(shí)又小于下一相鄰粒徑的粒子數(shù)。

儀器在開始采樣前應(yīng)先自凈,，以確保儀器內(nèi)部無殘留粒子,。采樣時(shí)一定要用等動(dòng)能取樣頭，并注意采樣管不要堵塞,、彎死,，采樣管不要太長,。儀器禁止抽取高濃度粒子的氣體(如較臟的空氣)及含有水氣、油氣,、腐蝕性氣體進(jìn)入儀器,，否則將污染儀器氣路、光路器件,，甚至造成久損壞,。按照國家計(jì)量檢定規(guī)程要求，儀器的自凈時(shí)間應(yīng)小于20min,，測量準(zhǔn)確度應(yīng)小于40％ ,，測量重復(fù)性應(yīng)小于20％。

4 關(guān)于校準(zhǔn)

塵埃粒子計(jì)數(shù)器是國家規(guī)定的計(jì)量器具,，需按計(jì)量檢定規(guī)程每年定期校準(zhǔn),。因?yàn)閴m埃粒子計(jì)數(shù)器在使用一段時(shí)間后，其光學(xué)系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)都會(huì)發(fā)生變化,，如光源老化,、發(fā)光效率降低或聚焦錯(cuò)位、透鏡被污染,，從而使整機(jī)的轉(zhuǎn)換靈敏度變化,。塵埃粒子計(jì)數(shù)

器的校準(zhǔn)，就是對儀器各方面進(jìn)行調(diào)整,，以獲得

工作狀態(tài),。