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    塵埃粒子計數器全粒徑范圍內計數效率的校準_孫帥杰,劉俊杰,邢化朝,袁 珮

    對大粒徑范圍內(大于 1.0 μm)的計數效率校準仍是此領域內國際計量機構研究的熱點之一,如日本計量院開展了單分散氣溶膠發生器的研究,通過對發生器頻率的準確控制,可在 0.5~20 μm 范圍內得到顆
    下載次數:426 瀏覽次數:1220發布時間:2018-03-24 16:39
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    文檔詳情

    空氣中顆粒物污染不僅危害人類健康[1],還是醫藥、電子、航空等行業生產及加工工藝中主要的污染來源,如在電子行業及芯片制造工業中,氣體中微小顆粒物的沉積會造成電氣不良特性甚至更嚴重的破壞,因此準確評價空氣潔凈度已經成為這些行業生產和產品檢測的迫切要求[2]。在我國國家標準 《潔凈廠房設計規范》(GB50073—2013)中就以 0.1~5.0 μm 范圍內各粒徑檔的顆粒數量濃度作為潔凈間等級的劃分標準。目前主要用于空氣潔凈度測量的商業儀器為塵埃粒子計數器,又稱激光粒子計數器(optical particle counter,OPC)[3]。塵埃粒子計數器以光散射[4]為測量基礎,即當被測氣溶膠經儀器進樣系統并以恒定流速通過光敏感區時,會發生顆粒的光散射現象并產生散射信號,且該光散射信號強弱及數量與氣溶膠中顆粒粒徑和數量密切相關[5-6]通過對該信號的光電轉化、放大及檢測[7],再利用軟件及顯示單元可得到單位體積中的粒子數量,即粒子數量濃度。塵埃粒子計數器可測量粒徑范圍為 0.1~10 μm 的顆粒數量濃度,有效滿足對潔凈度的監測。塵埃粒子計數器作為光學設備,由于使用過程中存在透鏡污染、光源老化聚焦偏移等問題,使得該儀器在出廠及使用過程中均需要進行計量校準,其中計數效率[8]則是塵埃粒子計數器的最重要的計量性能指標。目前對于塵埃粒子計數器計數效率的校準,國際上遵循塵埃粒子計數器 (OPC)-凝結核粒子計數器(CPC)-氣溶膠靜電計(FCAE)的逐級溯源方法,即通過凝結核粒子計數器(CPC)實現對塵埃粒子計數器測量結果的校準,校準后的測量結果可溯源至國際基本單位——電流[9-10]。由于 FCAE 的最大粒徑測量值不超過 1 μm,因此上述方法只能滿足塵埃粒子計數器小粒徑范圍內(小于 1.0 μm) 的計數效率校準。而對大粒徑范圍內(大于 1.0 μm)的計數效率校準仍是此領域內國際計量機構研究的熱點之一,如日本計量院開展了單分散氣溶膠發生器的研究,通過對發生器頻率的準確控制,可在 0.5~20 μm 范圍內得到顆粒濃度可控的氣溶膠源[11]。由于我國尚未建立可溯源的塵埃粒子計數器家計量標準裝置,因此無法滿足對塵埃粒子計數器全量程范圍的顆粒計數效率的校準需求。本文中開展了對塵埃粒子計數器計數效率的校準技術研究,分別采用國際公認方法、光學顯微鏡計數方法實現對塵埃粒子計數器小粒徑范圍(≤1.0 μm)、大粒徑范圍內(>1.0 μm)計數效率的校準,為有效評價塵埃粒子計數器的計數效率提供可靠的計量標準和技術支撐。1 校準裝置的搭建1.1 小粒徑范圍內的校準裝置采用國際公認的 OPC-CPC-FCAE的逐級溯源方法,開展了塵埃粒子計數器校準裝置的研制,在該校準方法中以CPC 作為塵埃粒子計數器的量值傳遞標準。CPC 計數效率需使用氣溶膠顆粒數量度的最高計量標準計量標準——氣溶膠靜電計進行校準,因此中國計量科學研究院開展氣溶膠靜電計校準方法 [12] 和 CPC校準技術研究[13],建立微小電流(100 f A)校準、消除顆粒多電荷效應等技術方法,從而得到可用于校準塵埃粒子計數器的上級標準,并得到 CPC 的顆粒計數效率ηs=98.4 %。在上述工作基礎上,本文中開展了塵埃粒子計數器校準技術研究及裝置搭建。

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