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尘埃粒子计数器全粒径范围内计数效率的校准_孙帅杰,刘俊杰,邢化朝,袁 珮

对大粒径范围内(大于 1.0 μm)的计数效率校准仍是此领域内国际计量机构研究的热点之一,如日本计量院开展了单分散气溶胶发生器的研究,通过对发生器频率的准确控制,可在 0.5~20 μm 范围内得到颗
下载次数:698 浏览次数:2199发布时间:2018-03-24 16:39
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空气中颗粒物污染不仅危害人类健康[1],还是医药、电子、航空等行业生产及加工工艺中主要的污染来源,如在电子行业及芯片制造工业中,气体中微小颗粒物的沉积会造成电气不良特性甚至更严重的破坏,因此准确评价空气洁净度已经成为这些行业生产和产品检测的迫切要求[2]。在我国国家标准 《洁净厂房设计规范》(GB50073—2013)中就以 0.1~5.0 μm 范围内各粒径档的颗粒数量浓度作为洁净间等级的划分标准。目前主要用于空气洁净度测量的商业仪器为尘埃粒子计数器,又称激光粒子计数器(optical particle counter,OPC)[3]。尘埃粒子计数器以光散射[4]为测量基础,即当被测气溶胶经仪器进样系统并以恒定流速通过光敏感区时,会发生颗粒的光散射现象并产生散射信号,且该光散射信号强弱及数量与气溶胶中颗粒粒径和数量密切相关[5-6]通过对该信号的光电转化、放大及检测[7],再利用软件及显示单元可得到单位体积中的粒子数量,即粒子数量浓度。尘埃粒子计数器可测量粒径范围为 0.1~10 μm 的颗粒数量浓度,有效满足对洁净度的监测。尘埃粒子计数器作为光学设备,由于使用过程中存在透镜污染、光源老化聚焦偏移等问题,使得该仪器在出厂及使用过程中均需要进行计量校准,其中计数效率[8]则是尘埃粒子计数器的最重要的计量性能指标。目前对于尘埃粒子计数器计数效率的校准,国际上遵循尘埃粒子计数器 (OPC)-凝结核粒子计数器(CPC)-气溶胶静电计(FCAE)的逐级溯源方法,即通过凝结核粒子计数器(CPC)实现对尘埃粒子计数器测量结果的校准,校准后的测量结果可溯源至国际基本单位——电流[9-10]。由于 FCAE 的最大粒径测量值不超过 1 μm,因此上述方法只能满足尘埃粒子计数器小粒径范围内(小于 1.0 μm) 的计数效率校准。而对大粒径范围内(大于 1.0 μm)的计数效率校准仍是此领域内国际计量机构研究的热点之一,如日本计量院开展了单分散气溶胶发生器的研究,通过对发生器频率的准确控制,可在 0.5~20 μm 范围内得到颗粒浓度可控的气溶胶源[11]。由于我国尚未建立可溯源的尘埃粒子计数器家计量标准装置,因此无法满足对尘埃粒子计数器全量程范围的颗粒计数效率的校准需求。本文中开展了对尘埃粒子计数器计数效率的校准技术研究,分别采用国际公认方法、光学显微镜计数方法实现对尘埃粒子计数器小粒径范围(≤1.0 μm)、大粒径范围内(>1.0 μm)计数效率的校准,为有效评价尘埃粒子计数器的计数效率提供可靠的计量标准和技术支撑。1 校准装置的搭建1.1 小粒径范围内的校准装置采用国际公认的 OPC-CPC-FCAE的逐级溯源方法,开展了尘埃粒子计数器校准装置的研制,在该校准方法中以CPC 作为尘埃粒子计数器的量值传递标准。CPC 计数效率需使用气溶胶颗粒数量度的最高计量标准计量标准——气溶胶静电计进行校准,因此中国计量科学研究院开展气溶胶静电计校准方法 [12] 和 CPC校准技术研究[13],建立微小电流(100 f A)校准、消除颗粒多电荷效应等技术方法,从而得到可用于校准尘埃粒子计数器的上级标准,并得到 CPC 的颗粒计数效率ηs=98.4 %。在上述工作基础上,本文中开展了尘埃粒子计数器校准技术研究及装置搭建。

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