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尘埃粒子计数器的组成及各部分功能

     

 

1、光源

  光源是尘埃粒子计数器的关键部件,对仪器的性能影响很大。光源要求稳定性高、寿命长、不受干扰。

  光源有普通光源和激光光源两种。普通光源为碘钨灯,体积大、发热量高、寿命短,开机后需要预热。激光光源为激光器,体积小、稳定性高、寿命长,常与检测腔及光检测器做成一体,组成传感器。常见的激光光源有HeNe激光器、激光二极管

  采用普通光源的尘埃粒子计数器对0.3μm以下的微粒信号响应很低,其信号幅度与计数器本身的噪声幅度相差无几,信号很难从噪声中检测出来。此类仪器虽然标有0.3μm这一通道,但只适于测定大于0.3μm特别是0.5μm以上的微粒。

  由于激光的单色性好,光能量集中稳定,所以采用激光光源的尘埃粒子计数器其传感器有较高的信噪比,此类仪器有些能检测到0.1μm的微粒。

  2、测量腔

  测量腔是进行微粒观测的空间,被采集的空气要从测量腔内穿过。仪器的光学系统使光源经透镜、狭缝照射到测量腔中,形成一个体积约几个立方毫米的光敏感区。当空气中的尘埃通过光敏感区时,会散射出一部分光能量,被与人射光成一角度(90或70)的集光透镜收集,再投射到光检测器上。

  3、光检测器

  光检测器是将散射光能量转换为电信号的光电转换器件。尘埃粒子计数器中最常用的光检测器是光电倍增管和光电二极管。

  光电倍增管把光电子放大几万倍后转换成几个毫伏到几十毫伏的电信号,光谱具有线性好、响应时间快、暗电流小的优点,缺点是体积大。光电倍增管工作时需加上几百伏特的负高压,仪器中有相应的高压产生电路,在对仪器进行调试或校准时应注意安全。

  光电二极管是一种受到光照后能产生电子的半导体元件,具有体积小、外围电路简单的特点,常与检测腔做成一体。

  4、流里监控

  目前国产尘埃粒子计数器常采用转子流量计作流量指示,则仪器的流量调节大多数是直接调节转子流量计上的旋钮,此时仪器的控制电路对流量是没有监控的。进口尘埃粒子计数器通过流量传感器对流量进行监测,通过手动调节或自动反馈调节。

  尘埃粒子计数器的采样流量一般为2.83L/min或28.3L/min(进口仪器常以“立方英尺每分”为单位,标记为0.1cfm或1cfm),主要是为了便于进行符合209E的洁净度的计算。

  大流量的采样(28.3L/min)更能准确地反映空气的洁净状况,但使最大采样浓度降低。

  5、气泵及过滤器

  气泵位于仪器内部,使仪器产生采样流量。气泵要求噪音低、振动小、产生的气流稳定。过滤器应能过滤掉0.3μm以上的微粒,以免从仪器排出的空气对洁净区产生影响。

  6、电路系统

  不同粒径大小的粒子经尘埃粒子计数器的光电系统转换后,会产生不同幅度(电压)的电脉冲信号,粒径越大,脉冲电压越高。信号电压与粒径之间的关系,也叫转换灵敏度。对于给定的尘埃粒子计数器,粒径大小与脉冲电压是一一对应的,例如某台尘埃粒子计数器的转换灵敏度为0.3μm对应69mV,0.5μm对应531mV,1.0μm对应701mV等,若尘埃粒子计数器检测到一个脉冲为100mv,则这个粒子的大小肯定大于0.3μm而小于0.5μm

  尘埃粒子计数器是测量大于等于某一粒径的粒子数量的仪器,其内部电路就是统计大于等于某一电压值的脉冲数量的电路。对于上段中的例子,测量空气中大于等于0.3μm粒子的数量,在电路中就是统计大于等于69mV的脉冲的个数,测量大于等于0.5μm粒子的数量,在电路中就是统计大于等于531mV的脉冲的个数,依此类推。所以仪器对尘埃粒子的测量,主要靠转换灵敏度这个参数。

  另外需要说明的是,每台尘埃粒子计数器的转换灵敏度均不同,在出厂时及以后须定期用标准粒子进行校准,以获得最佳转换灵敏度值。

  电路系统就是完成对脉冲信号的放大、甄别、计数的电路。此外还包括电源、控制、显示、计算、打印等电路。