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          塵埃粒子計(jì)數(shù)器的原理及組成

          更新時(shí)間:2019-01-15      點(diǎn)擊次數(shù):3238

           

                  目前使用激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的用戶(hù)越來(lái)越多,激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器廣泛應(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(duì)各種潔凈等級(jí)的工作

           

          臺(tái)、凈化室、凈化車(chē)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(lái)測(cè)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(píng)定依據(jù)。常見(jiàn)的激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器是光散射式(DAPC)的,測(cè)量

           

          粒徑范圍 0.1-10μm,此外還有凝聚核式的激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器(CNC),可測(cè)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、激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的工作原理

           

            激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器基本原理是光學(xué)傳感器的探測(cè)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(hào),該脈沖信號(hào)被輸出并放大,然后進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理,

           

          通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)粒子信號(hào)進(jìn)行比較,將對(duì)比結(jié)果用不同的參數(shù)表示出來(lái)。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、微

           

          粒折射率及微粒對(duì)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(cè)

           

          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(guò)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(guò)電子線路的進(jìn)一步放大和甄別,從而完成對(duì)大量電脈沖

           

          的計(jì)數(shù)工作。此時(shí),電脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)于微粒的個(gè)數(shù),電脈沖的幅度對(duì)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

           

            光源是激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的關(guān)鍵部件,對(duì)儀器的性能影響很大。光源要求穩(wěn)

           

          定性高、壽命長(zhǎng)、不受干擾。激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的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(kāi)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(zhǎng),常與檢測(cè)腔及光檢測(cè)器做成一體,組成傳

           

          感器。常見(jiàn)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(duì)0.3μm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(wú)幾,信號(hào)很難從噪聲中檢測(cè)出來(lái)。此類(lèi)儀器雖然標(biāo)有0.3μm這一通道,但只

           

          適于測(cè)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(lèi)儀

           

          器有些能檢測(cè)到0.1μm的微粒。

           

            3.2 測(cè)量腔

           

            測(cè)量腔是進(jìn)行微粒觀測(cè)的空間,被采集的空氣要從測(cè)量腔內(nèi)穿過(guò)。儀器的光學(xué)

           

          系統(tǒng)使光源經(jīng)透鏡、狹縫照射到測(cè)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(guò)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度或70度)的集光透鏡收集,再投射到光檢測(cè)器上。

           

            3.3 光檢測(cè)器

           

            光檢測(cè)器是將散射光能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)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(cè)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(wàn)倍后轉(zhuǎn)換成幾個(gè)毫伏到幾十毫伏的電信號(hào),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(duì)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(jiǎn)單的特點(diǎn),常與檢測(cè)腔做成一體。

           

            3.4流量監(jiān)控

           

            激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的采樣流量一般為2.83L/min或28.3L/min,儀器常標(biāo)

           

          識(shí)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(guò)濾器

           

            氣泵位于激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器內(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(guò)濾器應(yīng)能過(guò)濾掉0.3μm以上的微粒,以免從儀器

           

          排出的空氣對(duì)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)激光塵埃粒子計(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(duì)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(duì)應(yīng)的,例如某臺(tái)激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換靈敏度為0.3μm對(duì)應(yīng)69mv,0.5μm

           

          對(duì)應(yīng) 531mv,1.0μm對(duì)應(yīng)701mv等,若激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器檢測(cè)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(cè)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(duì)于上段中的例子,測(cè)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(cè)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(lèi)推。所以?xún)x器對(duì)塵埃

           

          粒子的測(cè)量,主要靠轉(zhuǎn)換靈敏度這個(gè)參數(shù)。

           

           

           

            另外需要說(shuō)明的是,每臺(tái)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(duì)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。

           

           

           

            4、應(yīng)用激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器的注意事項(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)、激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器應(yīng)該在潔凈環(huán)境下使用,以防止對(duì)激光傳感器的損

           

           

           

           

            3)、不要測(cè)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(cè)這些氣體需與為取得更多的信息。

           

           

           

            4)、沒(méi)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(lái)測(cè)試凈化車(chē)間干凈的環(huán)境,當(dāng)測(cè)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(lái)的或被計(jì)數(shù)器出來(lái)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(huì)損傷打印頭。

           

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