大流量尘埃粒子计数器理论研究与系统开发

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随着社会经济的不断发展,人们对空气中悬浮微观粒子的危害认知越来越清晰,例如芯片产业、医疗卫生业、食品加工业、传统制造业等产业对生产车间的悬浮粒子浓度有严苛的标准。不同洁净等级的洁净室与洁净区的运用层出不穷。尘埃粒子计数器作为检测洁净室或洁净区洁净度的专用仪器,得到了越来越多的运用。其利用光照射在微观粒子上,发生散射现象,散射光强度与微观粒子的直径六次方正相关的一般规律,对洁净室与洁净区粒子粒径进行分级。使用光电转换器件,将散射光信号转换成幅值不同的脉冲信号,对幅值相近的脉冲信号计数即可得到相应粒径的粒子浓度。目前,洁净室与洁净区正朝着面积更大、洁净等级更高的方向发展,大流量尘埃粒子计数器有着广阔的应用场景。本文对大流量激光式尘埃粒子计数器进行了硬件设计与软件开发,应用南京雷奥仪器生产公司100LPM(L/min)粒子计数传感器设计信号采集与处理电路,实现了八个粒径通道(0.3μm、0.5μm、0.7μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、7.0μm、10.0μm)的粒子粒径分级与计数。采用状态机进行软件开发框架设计,使用定时器ETR与外部中断组合计数方式对八通道粒子脉冲信号计数,选择迪文串口屏与炜煌热敏打印机实现人机交互界面,应用轻量型键值数据库Easyflash,对历史数据进行增、删、查等操作。为实现流量的精确控制,本文使用软件滤波处理模拟压差信号,采用PID算法实现100L/min流量的闭环调节。为了实现不同洁净室与洁净区的洁净等级评估,加入了多种评估标准,优化了置信上限(Upper Confidence Limits,UCL)计算方法。测试结果显示,本文设计的大流量尘埃粒子计数器,可以测量八个粒径通道的粒子浓度。仪器的自净时间为五分钟;流量误差为2%;仪器稳定运行时,重复误差为1%;低浓度0.5μm粒子浓度示值误差为-2%,高浓度0.5μm粒子浓度示值误差为-8%;0.5μm粒子粒径分布合理;均符合《中华人民共和国国家计量检定规程JJF 1190-2008》中的规定。
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