塵埃粒子計(jì)數(shù)器有效的校準(zhǔn)

塵埃粒子計(jì)數(shù)器是一種在潔凈領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的重要儀器，主要用于評(píng)定潔凈室潔凈度等級(jí)，還可用來(lái)檢測(cè)過(guò)濾器的過(guò)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(cè)實(shí)驗(yàn)室等等。塵埃粒子計(jì)數(shù)器是利用光的散射原理對(duì)空氣中的塵埃粒子數(shù)目和粒徑進(jìn)行計(jì)量，工作原理(圖 1)：來(lái)自光源的光線被鏡組聚焦于檢測(cè)區(qū)域，塵埃粒子計(jì)數(shù)器通過(guò)采樣泵使采樣空氣通過(guò)該區(qū)域。當(dāng)一個(gè)塵埃粒子(簡(jiǎn)稱粒子)通過(guò)時(shí)，便把入射光散射一次，產(chǎn)生一個(gè)光脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、甄別，篩選出需要的信號(hào)，再通過(guò)計(jì)數(shù)系統(tǒng)顯示出來(lái)，電脈沖信號(hào)的高度反映粒子的大小，信號(hào)的數(shù)量反映了粒子的個(gè)數(shù)。主要關(guān)注的技術(shù)指標(biāo)就是粒子的大小和個(gè)數(shù)。

　　粒子的大小可以溯源到標(biāo)準(zhǔn)粒子，通常采用聚苯乙烯塑料乳膠小球(PLS：Polymer LatexSuspensions)，可通過(guò)掃描電鏡等進(jìn)行尺寸溯源。但是粒子的個(gè)數(shù)，很難有一個(gè)可靠的量值溯源方式。塵埃粒子計(jì)數(shù)器檢測(cè)到的粒子難以捕集，沒(méi)有有效的方式清點(diǎn)個(gè)數(shù)，也無(wú)法稱重。即使很好的執(zhí)行采樣的每一個(gè)步驟，不同塵埃粒子計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)顯示仍然會(huì)有很大的不同。主要原因是各家塵埃粒子計(jì)數(shù)器在設(shè)計(jì)與性能方面存在差異，所以塵埃粒子計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)一直以來(lái)是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　國(guó)外大量文獻(xiàn)[2-5]提到了計(jì)數(shù)效率這一概念。所謂計(jì)數(shù)效率，即為塵埃粒子計(jì)數(shù)器顯示的粒子數(shù)與從塵埃粒子計(jì)數(shù)器進(jìn)氣口采樣氣溶膠中得到的標(biāo)準(zhǔn)粒子數(shù)的比值。將小可測(cè)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(jì)數(shù)器是凝聚核計(jì)數(shù)器或具有不低于同等性能的類似計(jì)數(shù)器，以 A 類計(jì)數(shù)器為標(biāo)準(zhǔn)即可得到B 類計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)效率，計(jì)數(shù)效率的具體指標(biāo)：塵埃粒子計(jì)數(shù)器對(duì)于小可測(cè)粒徑下計(jì)數(shù)效率應(yīng)子計(jì)數(shù)器的溯源問(wèn)題同樣沒(méi)有解決，僅僅只是大家的默許認(rèn)可，并未能成為基準(zhǔn)。文獻(xiàn)同時(shí)提到了粒徑檔響應(yīng)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)粒子發(fā)生裝置產(chǎn)生適合不同粒徑的標(biāo)準(zhǔn)粒子的實(shí)驗(yàn)用氣溶膠，分析不同粒徑檔對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，做出脈沖頻率曲線，確定不同標(biāo)準(zhǔn)粒子的響應(yīng)電壓。還提到了利用塵埃粒子計(jì)數(shù)器以比較法進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　依據(jù)塵埃粒子計(jì)數(shù)器的量值溯源需求，1988 年制定了 JJG547-88《塵埃粒子計(jì)數(shù)器》，利用多分散標(biāo)準(zhǔn)粒子檢定塵埃粒子計(jì)數(shù)器的粒徑分布準(zhǔn)確性、單分散粒子測(cè)量離散度。該規(guī)程回避了直接對(duì)粒子濃度的檢定，采用分部法，其所有指標(biāo)均為間接值。2008 年經(jīng)過(guò)多年努力修訂了該規(guī)程，變更為 JJF1190-2008《塵埃粒子計(jì)數(shù)器》[7]。該規(guī)范的主要技術(shù)指標(biāo)包括外觀要求、絕緣電阻、電氣強(qiáng)度、自凈時(shí)間、流量誤差、計(jì)時(shí)誤差、重復(fù)性、粒徑分布誤差、粒子濃度示值誤差，覆蓋了該計(jì)量器具的基本性能，同時(shí)也考慮到檢定工作的科學(xué)性和可操作性等因素。該規(guī)范創(chuàng)新提出，用標(biāo)準(zhǔn)粒子發(fā)生裝置產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)粒子氣溶膠，以精密塵埃粒子計(jì)數(shù)器作為標(biāo)準(zhǔn)器，校準(zhǔn)一直以來(lái)回避但又極其重要的指標(biāo)：粒子濃度示值誤差。塵埃粒子計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)的關(guān)鍵是標(biāo)準(zhǔn)粒子發(fā)生裝置、精密塵埃粒子計(jì)數(shù)器以及數(shù)據(jù)處理。

　　20 世紀(jì) 70 年代，我國(guó)研制了國(guó)內(nèi)臺(tái)塵埃粒子計(jì)數(shù)器，開(kāi)始了對(duì)塵埃粒子計(jì)數(shù)器以及校準(zhǔn)方法的研究。1985 年制定了 GB6167.1 ~GB6167.2 - 85《塵埃粒子計(jì)數(shù)器性能實(shí)驗(yàn)方法》，2009 年進(jìn)行修訂[6]。該標(biāo)準(zhǔn)主要參考國(guó)外的相關(guān)文獻(xiàn)，提出了計(jì)數(shù)效率、粒徑響應(yīng)電壓以及比較法。對(duì)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(jì)量檢定部門開(kāi)展量值溯源(首先計(jì)量檢定部門的量值溯源工作是不允許拆卸被校準(zhǔn)設(shè)備的)。

　　塵埃粒子計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)沒(méi)有建立國(guó)家基標(biāo)準(zhǔn)(國(guó)外也未見(jiàn))，因此對(duì)塵埃粒子計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)情況非常特殊，存在很大難度。國(guó)家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范JJF1190-2008《塵埃粒子計(jì)數(shù)器》的實(shí)行，對(duì)保證全國(guó)量值一致性，抑制目前市場(chǎng)放任的局面是有好處的。