Hướng Dẫn Đơn Giản Về Cách Máy Đếm Hạt Tiểu Phân Hoạt Động

Máy đếm hạt tiểu phân trong không khí được thiết kế để nhanh chóng đếm và xác định kích thước các hạt ô nhiễm trong không khí phòng sạch và các môi trường kiểm soát khác.

Người dùng thường xem đây là thiết bị chỉ cần nhấn nút và kết quả chính xác sẽ được thu thập.

Tuy nhiên, khi đo lường những thứ nhỏ bé, quan trọng là phải biết về công nghệ bên trong thiết bị để hiểu về tầm quan trọng của dữ liệu được tạo ra, đặt hoạt động của máy đếm hạt trong bối cảnh, và nhận thức được lợi ích và giới hạn của nó.

Không có phép đo nào là tuyệt đối - tất cả đều tương đối so với kỹ thuật đo lường được sử dụng.

Ví dụ, nếu chúng ta đo lường hạt bằng kính hiển vi điện tử quét, không ngạc nhiên khi thu được kết quả hơi khác biệt. Chúng ta thậm chí có thể nhận được kết quả rất khác biệt ở những kích cỡ nhất định, bởi vì công nghệ đặc biệt đó tạo ra phản ứng khác với máy đếm hạt.

Các Loại Hạt Hạt tồn tại trong một phạm vi rộng lớn về kích thước, hình dạng và thành phần; ví dụ, bên trong một phòng sạch chúng ta có thể đo lường vảy da, mảnh silicon hoặc kim loại nhỏ, hoặc bào tử nấm. Nguồn gốc của chúng có thể rất đa dạng.

Kích Thước Hạt Kích thước của hạt được đo bằng micromet (tức là micron), tương đương với một phần triệu của mét (hoặc một phần nghìn của milimet). Các cơ sở bán dẫn hiện đại đo lường bằng nanomet, tương đương 10^-9 mét (hoặc một phần triệu của milimet). Tuy nhiên, nhiều người đọc có thể quan tâm hơn đến các hạt 0.5 và 5 micron liên quan đến ngành dược phẩm, chăm sóc sức khỏe và công nghiệp thiết bị y tế.

Để đặt kích thước vào quan điểm, hạt có thể nhìn thấy nằm ở khoảng 50 micron (ví dụ, một sợi tóc con người là từ 50 đến 150 micron), các hạt không nhìn thấy như vi khuẩn ở đâu đó từ dưới 1 đến 15 micron, và bào tử thực vật và phấn hoa nằm giữa có thể nhìn thấy và không thể nhìn thấy ở khoảng từ 10 đến 100 micron.

Hầu hết các hạt có cấu trúc không đồng nhất, và điều này đặt ra câu hỏi: Kích thước được xác định như thế nào? Nếu bạn hỏi những người làm việc trong ngành công nghiệp, một số sẽ nói dựa vào chiều dài lớn nhất, người khác là thể tích, và một số người là kích thước lỗ tương đương mà một hạt có thể đi qua.

Có thể có rất nhiều câu trả lời khác nhau và có lẽ công bằng khi nói rằng không ai trong số họ là sai, miễn là họ được xác định rõ ràng.

Máy đếm hạt xác định kích thước hạt bằng cách so sánh phản ứng tín hiệu được tạo ra bởi hạt ô nhiễm với kích thước tương đương của một hạt cầu latex. Người dùng thường nhìn vào phân phối kích thước và số lượng được báo cáo bởi một thiết bị và xem dữ liệu này như là tuyệt đối mà không nhận ra rằng có một số biến số hoạt động, tức là các tính chất vật lý, chỉ số khúc xạ, hướng, v.v. Tất cả đều góp phần vào kích thước được chỉ ra, và do đó là kênh kích thước mà hạt được đếm.

Tiêu Chuẩn Hiệu Chuẩn Sử Dụng Hạt Cầu Latex

Máy đếm hạt tiểu phân được hiệu chuẩn về kích thước bằng cách lấy mẫu các hạt cầu polystyrene latex monodispersed (tức là cùng một kích thước) được phun sương vào dòng không khí được lọc bởi HEPA/ULPA. Thiết bị được điều chỉnh cho mỗi kích thước hạt thử nghiệm được sử dụng và một đường cong hiệu chuẩn được tạo ra trong thiết bị.

Phản ứng kích thước từ các hạt môi trường được tham chiếu bởi thiết bị như tương đương với một hạt cầu latex hoàn hảo và được đếm trong một phạm vi kích thước hoặc kênh cụ thể. Kết quả là, bất kỳ sai lệch kích thước nào cũng có thể ảnh hưởng không chỉ đến kích thước được nói đến mà còn cả kênh kích thước mà hạt được phân bổ, ảnh hưởng đến phân phối số lượng.

Cách Máy Đếm Hạt Hoạt Động

Tất cả các máy đếm hạt không khí phòng sạch thông thường, bất kể nhà sản xuất của chúng, đều dựa trên nguyên lý tán sắc ánh sáng. Cơ bản, điều này có nghĩa là chúng sử dụng một nguồn sáng rất sáng để chiếu sáng các hạt. Ngày nay nguồn sáng này là một diode laser, trong khi trước đây là laser khí và bóng đèn halogen ‘ánh sáng trắng’.

Nguồn sáng rất sáng này chiếu qua một khối quang học. Trong khối quang học có gương và một hoặc nhiều cảm biến ánh sáng. Không khí mẫu được hút qua tia laser bằng một máy bơm chân không nhỏ. Khi các hạt trong không khí đi qua tia laser, ánh sáng laser tương tác với hạt và bị tán sắc. Thuật ngữ ‘tán sắc’ có nghĩa là ánh sáng trải qua một sự thay đổi hướng. Sự thay đổi này xảy ra theo mọi hướng: Phía trước, phía sau và sang hai bên. Dưới đây là sơ đồ về cách một hạt mẫu được đọc.

SƠ ĐỒ MÁY ĐẾM HẠT

Electrical signal to sizing circuitry: tín hiệu điện đến mạch đo kích thước

Photodetector : cảm biến 

contamination particle : Hạt tiểu phân ô nhiễm

Các hình dạng sò hình elip trong sơ đồ là gương. Trong máy đếm hạt, chúng được mạ bạc sao cho bề mặt phản xạ ở bên trong. Khi ánh sáng tán sắc, nó được thu bởi những gương này, nơi tập trung ánh sáng tán sắc vào một hoặc nhiều cảm biến ánh sáng.

Cảm biến ánh sáng chuyển đổi từng cú nổ ánh sáng năng lượng từ mỗi hạt thành một xung năng lượng điện. Bằng cách đo chiều cao của tín hiệu và tham chiếu nó với đường cong hiệu chuẩn, chúng ta có thể xác định kích thước của hạt, và bằng cách đếm số lượng xung, chúng ta có thể xác định số lượng hạt. Vì vậy, từ điểm đó, việc phân bổ số lượng hạt vào các kênh kích thước là tương đối đơn giản.

Tán sắc ánh sáng là một thuật ngữ chung và bao gồm nhiều hiện tượng vật lý khác nhau. Tán sắc gồm:

1. 1- ÁNH SÁNG PHẢN CHIẾU - khi ánh sáng đập vào hạt và bị chuyển hướng góc.
2. 2- ÁNH SÁNG KHÚC XẠ - khi ánh sáng đi qua hạt và hướng đi của nó bị thay đổi.
3. 3- ÁNH SÁNG GẤP KHÚC - khi ánh sáng đi gần hạt và bị uốn quanh nó.

Cũng có thể có một mức độ hấp thụ khi một phần năng lượng ánh sáng được giữ lại bởi hạt, và trong một số trường hợp, các hiệu ứng như phát quang có thể xảy ra từ một số loại hạt. Vì vậy, tán sắc là sự kết hợp của nhiều tính chất vật lý liên quan đến ánh sáng, và sự tương tác của ánh sáng và hạt. Sự tương tác của ánh sáng và hạt phụ thuộc vào thành phần hạt, chỉ số khúc xạ của nó, và sự khác biệt giữa hạt đó và môi trường xung quanh, (tức là không khí).

Trong hoạt động, thiết bị so sánh phản ứng mà nó nhận được từ tín hiệu hạt với đường cong hiệu chuẩn tạo ra từ hạt cầu latex. Điều thiết bị thực sự làm là so sánh phản ứng từ sự tương tác của hạt đó và ánh sáng laser, sau đó liên hệ nó với hạt cầu latex lý tưởng trong môi trường không khí. Người dùng nên nhận thức rằng các hạt có phản ứng tán sắc khác nhau sẽ được xác định kích thước nhỏ hơn hoặc lớn hơn so với tiêu chuẩn latex.

Ví dụ, một hạt silicon có độ phản chiếu cao so với tiêu chuẩn latex, và sẽ tán sắc rất nhiều ánh sáng. Một hạt vật liệu này sẽ được xác định kích thước lớn so với tiêu chuẩn. Một hạt hấp thụ ánh sáng hoặc không tán sắc nhiều ánh sáng, chẳng hạn như hạt được tạo ra từ nguồn nhiệt, sẽ được xác định kích thước nhỏ so với tiêu chuẩn latex. Do đó, chúng ta không đang nhìn vào những giá trị tuyệt đối ở đây. Những khác biệt kích thước này so với tiêu chuẩn latex có thể phân loại hạt vào các kênh kích thước lớn hơn hoặc nhỏ hơn.

Hướng mà hạt mẫu di chuyển khi đi qua tia laser cũng sẽ ảnh hưởng đến cách nó được xác định kích thước. Trong một ví dụ cực đoan, nếu chúng ta lấy mẫu một hạt hình thanh trải dài toàn bộ chiều dài qua tia laser, ánh sáng sẽ đập vào diện tích bề mặt lớn nhất và tán sắc một lượng ánh sáng tương đối lớn. Nếu nó chỉ lộ một đầu tròn, diện tích cắt ngang nhỏ hơn sẽ khiến nó được xác định kích thước là hạt nhỏ.

Kết luận

Những gì máy đếm hạt làm rất tốt là cho phép người dùng lấy mẫu tức thời và có được chỉ số thời gian thực rất tốt về tải trọng hạt trong một phòng hoặc xung quanh một quy trình quan trọng. Các phương pháp thay thế, như sử dụng bộ lọc, máy bơm, hoặc kính hiển vi, đều mất thời gian, chủ quan và đòi hỏi nhiều công sức.

Máy đếm hạt tiểu phân đã và tiếp tục đóng vai trò quan trọng và có ích trong việc phát triển, vận hành và tiến bộ của môi trường sản xuất phòng sạch. Chúng nhanh chóng, rõ ràng và không chủ quan, và các thiết bị hiện đại giờ đây rất ổn định, mạnh mẽ và dễ sử dụng. Bằng cách sử dụng các nguyên lý khoa học về tán sắc ánh sáng và so sánh với một tiêu chuẩn hiệu chuẩn, các thiết bị này đảm bảo dữ liệu lặp lại, đáng tin cậy.