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塵埃粒子計數(shù)器有效的校準
塵埃粒子計數(shù)器是一種在潔凈領(lǐng)域應用廣泛的重要儀器，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驗室等等。塵埃粒子計數(shù)器是利用光的散射原理對空氣中的塵埃粒子數(shù)目和粒徑進行計量，工作原理(圖 1)：來自光源的光線被透視鏡組聚焦于檢測區(qū)域，塵埃粒子計數(shù)器通過采樣泵使采樣空氣通過該區(qū)域。當一個塵埃粒子(簡稱粒子)通過時，便把入射光散射一次，產(chǎn)生一個光脈沖信號，經(jīng)過放大、甄別，篩選出需要的信號，再通過計數(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)量反映了粒子的個數(shù)。主要關(guān)注的技術(shù)指標就是粒子的大小和個數(shù)。
粒子的大小可以溯源到標準粒子，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行尺寸溯源。但是粒子的個數(shù)，很難有一個可靠的量值溯源方式。塵埃粒子計數(shù)器檢測到的粒子難以捕集，沒有有效的方式清點個數(shù)，也無法稱重。即使很好的執(zhí)行采樣的每一個步驟，不同塵埃粒子計數(shù)器的計數(shù)顯示仍然會有很大的不同。主要原因是各家塵埃粒子計數(shù)器在設(shè)計與性能方面存在差異，所以塵埃粒子計數(shù)器的校準一直以來是國內(nèi)外研究的熱點和難點。
國外大量文獻[2-5]提到了計數(shù)效率這一概念。所謂計數(shù)效率，即為塵埃粒子計數(shù)器顯示的粒子數(shù)與從塵埃粒子計數(shù)器進氣口采樣氣溶膠中得到的標準粒子數(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 類粒子計數(shù)器是凝聚核計數(shù)器或具有不低于同等性能的類似計數(shù)器，以 A 類計數(shù)器為標準即可得到B 類計數(shù)器的計數(shù)效率，計數(shù)效率的具體指標：塵埃粒子計數(shù)器對于小可測粒徑下計數(shù)效率應子計數(shù)器的溯源問題同樣沒有解決，僅僅只是大家的默許認可，并未能成為基準。文獻同時提到了粒徑檔響應電壓，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)。用標準粒子發(fā)生裝置產(chǎn)生適合不同粒徑的標準粒子的實驗用氣溶膠，分析不同粒徑檔對應的脈沖信號，做出脈沖頻率曲線，確定不同標準粒子的響應電壓。還提到了利用塵埃粒子計數(shù)器以比較法進行校準。
依據(jù)塵埃粒子計數(shù)器的量值溯源需求，1988 年制定了 JJG547-88《塵埃粒子計數(shù)器》，利用多分散標準粒子檢定塵埃粒子計數(shù)器的粒徑分布準確性、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《塵埃粒子計數(shù)器》[7]。該規(guī)范的主要技術(shù)指標包括外觀要求、絕緣電阻、電氣強度、自凈時間、流量誤差、計時誤差、重復性、粒徑分布誤差、粒子濃度示值誤差，覆蓋了該計量器具的基本性能，同時也考慮到檢定工作的科學性和可操作性等因素。該規(guī)范創(chuàng)新提出，用標準粒子發(fā)生裝置產(chǎn)生標準粒子氣溶膠，以精密塵埃粒子計數(shù)器作為標準器，校準一直以來回避但又極其重要的指標：粒子濃度示值誤差。塵埃粒子計數(shù)器校準的關(guān)鍵是標準粒子發(fā)生裝置、精密塵埃粒子計數(shù)器以及數(shù)據(jù)處理。
20 世紀 70 年代，我國研制了國內(nèi)臺塵埃粒子計數(shù)器，開始了對塵埃粒子計數(shù)器以及校準方法的研究。1985 年制定了 GB6167.1 ~GB6167.2 - 85《塵埃粒子計數(shù)器性能實驗方法》，2009 年進行修訂[6]。該標準主要參考國外的相關(guān)文獻，提出了計數(shù)效率、粒徑響應電壓以及比較法。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，但不適合計量檢定部門開展量值溯源(首先計量檢定部門的量值溯源工作是不允許拆卸被校準設(shè)備的)。
塵埃粒子計數(shù)器的校準沒有建立國家基標準(國外也未見)，因此對塵埃粒子計數(shù)器的校準情況非常特殊，存在很大難度。國家計量校準規(guī)范JJF1190-2008《塵埃粒子計數(shù)器》的實行，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。