Máy đếm hạt là gì ? Máy đếm hạt tiểu phân ( aerosol) - máy đếm hạt chất lỏng - Máy đếm hạt rắn

• Máy đếm hạt là một thiết bị được thiết kế để sử dụng cho việc đo lường, theo dõi và chẩn đoán ô nhiễm các hạt của bất kỳ chất nào trong một thể tích môi trường nhất định như không khí, nước hoặc các hóa chất khác. Chúng cũng được sử dụng để phát hiện ô nhiễm hạt trong môi trường sạch hoặc trên các bề mặt có trong môi trường được kiểm soát.
• Máy đếm hạt được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như dược phẩm, thiết bị y tế, linh kiện điện tử và các công nghệ công nghiệp khác. Chúng được sử dụng để hỗ trợ thực hành sản xuất sạch. Chúng hoạt động trên cả ba phương tiện và được phân loại thành máy đếm hạt aerosol, máy đếm hạt chất lỏng và máy đếm hạt rắn.
• Máy đếm hạt được sử dụng trong nhiều ứng dụng hỗ trợ thực hành sản xuất sạch, các ngành công nghiệp bao gồm: linh kiện và lắp ráp điện tử, sản phẩm dược phẩm và thiết bị y tế, và công nghệ công nghiệp như dầu khí.

Công nghệ 

Sơ đồ máy đếm hạt

Máy đếm hạt hoạt động chủ yếu bằng cách sử dụng các nguyên tắc tán xạ ánh sáng, mặc dù các công nghệ khác cũng có thể được sử dụng. Sự tán xạ ánh sáng bởi các hạt sử dụng thiết bị bao gồm nguồn sáng cường độ cao (laser), dòng phương tiện được kiểm soát (không khí, khí hoặc chất lỏng) và máy dò thu thập ánh sáng có độ nhạy cao (máy dò ảnh).

Máy đếm hạt quang học laser sử dụng năm hệ thống chính:

1. Laze và quang học: Laze hoạt động trên một bước sóng duy nhất, vì vậy nguồn sáng phù hợp với công suất đầu ra không đổi để chiếu sáng vùng lấy mẫu hạt.
2. Dòng chảy được kiểm soát: Khối lượng xem là một buồng nhỏ được chiếu sáng bằng tia laser. Môi trường mẫu (không khí, chất lỏng hoặc khí) được hút vào thể tích xem, tia laze đi qua môi trường, các hạt tán xạ (phản xạ) ánh sáng và bộ tách sóng quang đo các nguồn sáng tán xạ (các hạt).
3. Bộ tách sóng quang : Bộ tách sóng quang là một thiết bị điện nhạy cảm với ánh sáng và khi các hạt tán xạ ánh sáng, bộ tách sóng quang sẽ quan sát tia sáng và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện hoặc xung. Một bộ khuếch đại chuyển đổi các xung thành điện áp điều khiển tỷ lệ.
4. Máy phân tích độ cao xung (PHA) : Các xung từ bộ tách sóng quang được gửi đến máy phân tích độ cao xung (PHA). PHA kiểm tra độ lớn của xung và đặt giá trị của nó vào một kênh định cỡ thích hợp, được gọi là các thùng. Các thùng chứa dữ liệu về từng xung và dữ liệu này tương quan với kích thước hạt.
5. Hộp đen : Hộp đen, hoặc mạch hỗ trợ, xem xét số lượng xung trong mỗi ngăn và chuyển đổi thông tin thành dữ liệu hạt.

Sự che khuất ánh sáng bởi các hạt hoạt động theo nguyên tắc trong đó sự hiện diện của các hạt chặn một số ánh sáng từ bộ tách sóng quang, thường thông qua sự hấp thụ hoặc tán xạ ánh sáng . Bộ tách sóng quang ghi lại độ che khuất của ánh sáng và chuyển tín hiệu này thành tín hiệu điện, tín hiệu này sau đó được tương quan với một hạt có kích thước cụ thể bằng cách sử dụng PHA như với mô tả tán xạ ở trên.

Việc đếm hạt bằng hình ảnh trực tiếp sử dụng máy ảnh có độ phân giải cao và nguồn sáng để phát hiện các hạt. Các đơn vị đo kích thước hạt dựa trên tầm nhìn thu được hình ảnh hai chiều được phần mềm máy tính phân tích để có được phép đo kích thước hạt, hình ảnh có thể được giữ lại và phát lại để phân tích bổ sung

Nhiễu xạ laser sử dụng nguyên tắc góc nhiễu xạ tăng khi kích thước hạt giảm, phương pháp này được sử dụng để đo kích thước trong khoảng từ 0,1 đến 3.000μm. Nhiễu xạ laser đo sự phân bố kích thước hạt theo nồng độ dưới dạng phần trăm hoặc theo khối lượng của mẫu hạt phân tán.

Bộ đếm là một thiết bị để đếm và định cỡ các hạt lơ lửng trong chất điện phân . Nó thường được sử dụng cho các hạt tế bào. Nguyên tắc Coulter và bộ đếm Coulter dựa trên nó, là thuật ngữ thương mại cho kỹ thuật được gọi là cảm biến xung điện trở hoặc cảm biến vùng điện.

Phương pháp phát hiện 

Sơ đồ máy đếm hạt dựa trên tầm nhìn

Có một số phương pháp được sử dụng để phát hiện và đo kích thước hạt hoặc phân bố kích thước — chặn ánh sáng (che khuất), tán xạ ánh sáng, nguyên tắc Coulter và chụp ảnh trực tiếp. Một nguồn sáng cường độ cao được sử dụng để chiếu sáng hạt khi nó đi qua buồng phát hiện.

Phương pháp máy đếm hạt quang học chặn ánh sáng thường hữu ích để phát hiện và định cỡ các hạt có kích thước lớn hơn 1 micromet và dựa trên lượng ánh sáng mà một hạt chặn lại khi đi qua khu vực phát hiện của máy đếm hạt. Loại kỹ thuật này cho phép đo lường độ phân giải cao và đáng tin cậy.

Nếu sử dụng tán xạ ánh sáng, thì ánh sáng chuyển hướng sẽ được phát hiện bởi máy dò ảnh. Phương pháp tán xạ ánh sáng có khả năng phát hiện các hạt có kích thước nhỏ hơn. Kỹ thuật này dựa trên lượng ánh sáng bị lệch bởi một hạt đi qua khu vực phát hiện của máy đếm hạt. Sự lệch hướng này được gọi là tán xạ ánh sáng. Độ nhạy phát hiện điển hình của phương pháp tán xạ ánh sáng là 0,05 micromet hoặc lớn hơn. Tuy nhiên, việc sử dụng kỹ thuật bộ đếm hạt nhân ngưng tụ (CNC) sẽ cho phép độ nhạy phát hiện cao hơn ở các kích thước hạt trong phạm vi nanomet. Một ứng dụng điển hình là giám sát nước siêu tinh khiết trong các cơ sở chế tạo chất bán dẫn.

Nếu sử dụng tính năng chặn ánh sáng (che khuất) thì hiện tượng mất ánh sáng sẽ được phát hiện. Biên độ của ánh sáng tán xạ hoặc ánh sáng bị chặn được đo và hạt được đếm và lập bảng thành các thùng đếm tiêu chuẩn. Phương pháp chặn ánh sáng được chỉ định cho máy đếm hạt được sử dụng để đếm trong chất lỏng thủy lực và bôi trơn. Máy đếm hạt được sử dụng ở đây để đo độ nhiễm bẩn của dầu thủy lực và do đó cho phép người dùng bảo trì hệ thống thủy lực của họ, giảm sự cố, lên lịch bảo trì trong thời gian không hoạt động hoặc làm việc chậm, theo dõi hiệu suất của bộ lọc, v.v. Máy đếm hạt được sử dụng cho mục đích này thường sử dụng ISO Tiêu chuẩn 4406:1999 làm tiêu chuẩn báo cáo và ISO 11171 làm tiêu chuẩn hiệu chuẩn. Những người khác cũng đang được sử dụng là NAS 1638 và người kế nhiệm của nó là SAE AS4059D.

Nếu sử dụng hình ảnh trực tiếp, đèn halogen sẽ chiếu sáng các hạt từ phía sau trong ô trong khi máy ảnh có độ phân giải cao, độ phóng đại cao ghi lại các hạt đi qua. Video đã ghi sau đó được phân tích bằng phần mềm máy tính để đo các thuộc tính hạt. Việc đếm hạt bằng hình ảnh trực tiếp sử dụng máy ảnh có độ phân giải cao và ánh sáng để phát hiện các hạt. Các đơn vị đo kích thước hạt dựa trên tầm nhìn thu được hình ảnh hai chiều được phân tích bằng phần mềm máy tính để có được phép đo kích thước hạt trong cả phòng thí nghiệm và trực tuyến. Cùng với kích thước hạt, phân tích màu sắc và hình dạng cũng có thể được xác định. Hình ảnh trực tiếp là một kỹ thuật sử dụng ánh sáng phát ra từ tia laser làm nguồn để chiếu sáng một tế bào nơi các hạt đi qua. Kỹ thuật này không đo ánh sáng bị chặn bởi các hạt, mà là đo diện tích của các hạt hoạt động giống như kính hiển vi tự động. Một diode laser xung đóng băng chuyển động của hạt. Ánh sáng truyền qua chất lỏng được chụp ảnh trên một máy ảnh điện tử với hệ thống quang học lấy nét macro. Các hạt trong mẫu sẽ chặn ánh sáng và các bóng thu được sẽ được chụp vào chip máy ảnh kỹ thuật số.

Các ứng dụng của máy đếm hạt được chia thành ba loại chính:  

-Máy đếm hạt tiểu phân 

Máy đếm hạt tiểu phân / máy đếm hạt sol khí được sử dụng để xác định chất lượng không khí bằng cách đếm và định cỡ số lượng hạt trong không khí. Thông tin này rất hữu ích trong việc xác định số lượng hạt bên trong tòa nhà hoặc trong không khí xung quanh. Nó cũng hữu ích trong việc hiểu mức độ sạch sẽ trong môi trường được kiểm soát. Máy đếm hạt sol khí trong môi trường được kiểm soát phổ biến được sử dụng trong phòng sạch . Phòng sạch được sử dụng rộng rãi trong chế tạo thiết bị bán dẫn, công nghệ sinh học, dược phẩm, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác rất nhạy cảm với ô nhiễm môi trường. Phòng sạch đã xác định giới hạn số lượng hạt. Máy đếm hạt sol khí được sử dụng để kiểm tra và phân loại phòng sạch nhằm đảm bảo hiệu suất của phòng đạt tiêu chuẩn phân loại phòng sạch cụ thể. 

Một số tiêu chuẩn tồn tại để phân loại phòng sạch. Phân loại được nhắc đến thường xuyên nhất là từ Hoa Kỳ. Mặc dù có nguồn gốc từ Hoa Kỳ, Tiêu chuẩn Liên bang tiêu chuẩn 209E là tiêu chuẩn đầu tiên và thường được nhắc đến nhiều nhất. Tiêu chuẩn này đã được thay thế vào năm 1999 bằng một tiêu chuẩn quốc tế, nhưng Tiêu chuẩn Liên bang 209E ngày nay vẫn là tiêu chuẩn được tham khảo rộng rãi nhất trên thế giới.

Có một số công cụ đọc trực tiếp để đo lượng phát thải hạt aerosol. CPC và máy định cỡ hạt di động vi sai, bao gồm máy định cỡ hạt di động quét và máy định cỡ hạt di động nhanh, có thể đo nồng độ sol khí; bộ sạc khuếch tán và bộ va chạm điện áp suất thấp có thể đo diện tích bề mặt; bộ lấy mẫu tĩnh chọn lọc kích thước và cân vi lượng dao động phần tử thuôn nhọn có thể đo khối lượng. ^[1]

Đối với phòng sạch, tiêu chuẩn thay thế là ISO 14644 -1 và nhằm thay thế hoàn toàn Tiêu chuẩn Liên bang 209E. Tiêu chuẩn ISO này có thể được tìm thấy thông qua tổ chức phi lợi nhuận, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (IEST). Mỗi tiêu chuẩn này đại diện cho số lượng hạt tối đa cho phép trong một đơn vị không khí. Đơn vị điển hình là feet khối hoặc mét khối. Số lượng hạt luôn được liệt kê là tích lũy.

• Máy đếm hạt trong không khí hoặc trong không khí chủ yếu được sử dụng trong ngành dược phẩm để xác định chất lượng không khí bằng cách đếm và định cỡ số lượng hạt trong không khí. 
• Các loại máy đếm hạt bao gồm máy đếm hạt lỏng, máy đếm hạt laser hoặc quang học, máy đếm hạt từ xa, máy đếm hạt đa tạp, máy đếm hạt cầm tay, v.v

2-Máy đếm hạt trong chất lỏng (dung dịch)

Máy đếm hạt chất lỏng được sử dụng để xác định chất lượng của chất lỏng đi qua chúng. Kích thước và số lượng hạt có thể xác định xem chất lỏng có đủ sạch để sử dụng cho ứng dụng được thiết kế hay không. Máy đếm hạt chất lỏng có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng nước uống hoặc dung dịch tẩy rửa, hoặc độ sạch của thiết bị phát điện, bộ phận sản xuất hoặc thuốc tiêm .

Máy đếm hạt chất lỏng cũng được sử dụng để xác định mức độ sạch của chất lỏng thủy lực và nhiều hệ thống khác bao gồm (động cơ, bánh răng và máy nén), lý do là 75-80% sự cố thủy lực có thể là do nhiễm bẩn. Có nhiều loại khác nhau, được lắp đặt trên thiết bị, được vận hành trong phòng thí nghiệm như một phần của chương trình phân tích dầu . ^[2] hoặc các thiết bị di động có thể được vận chuyển đến địa điểm, ví dụ : công trường xây dựng và sau đó được sử dụng trên máy, ví dụ:, một máy ủi, để xác định độ sạch của chất lỏng. Bằng cách xác định và giám sát các mức này, đồng thời tuân theo chương trình bảo trì chủ động hoặc dự đoán, người dùng có thể giảm thiểu sự cố thủy lực, tăng thời gian hoạt động và tính khả dụng của máy, đồng thời giảm mức tiêu thụ dầu. Chúng cũng có thể được sử dụng để đảm bảo rằng chất lỏng thủy lực đã được làm sạch bằng cách sử dụng quá trình lọc, đến mức độ sạch có thể chấp nhận được hoặc mục tiêu. Có nhiều tiêu chuẩn khác nhau được sử dụng trong ngành thủy lực, trong đó ISO 4406:1999, NAS1638 và SAE AS 4059 có lẽ là phổ biến nhất.

Độ sạch của dầu thủy lực điển hình đối với iso 4406 là 20/18/15. 

3- Máy đếm hạt rắn 

Máy đếm hạt rắn được sử dụng để đo các hạt khô cho các ứng dụng công nghiệp khác nhau. Một ứng dụng như vậy có thể là để phát hiện kích thước hạt đến từ máy nghiền đá trong mỏ khai thác. Sàng là dụng cụ tiêu chuẩn được sử dụng để đo kích thước hạt khô. Các hệ thống dựa trên tầm nhìn cũng được sử dụng để đo kích thước hạt khô. Với một hệ thống dựa trên tầm nhìn, việc định cỡ hạt nhanh chóng và hiệu quả có thể được thực hiện một cách dễ dàng và có độ chính xác cao.

Các loại chuyên dụng 

Máy đếm hạt từ xa 

Máy đếm hạt nhỏ được sử dụng để theo dõi một vị trí cố định thường là bên trong phòng sạch hoặc môi trường thu nhỏ để theo dõi liên tục mức hạt. Các bộ đếm nhỏ hơn này thường không có màn hình cục bộ và được kết nối với mạng gồm các bộ đếm hạt khác và các loại cảm biến khác để theo dõi hiệu suất tổng thể của phòng sạch. Mạng cảm biến này thường được kết nối với hệ thống giám sát cơ sở (FMS), hệ thống thu thập dữ liệu hoặc bộ điều khiển logic khả trình .

Hệ thống dựa trên máy tính này có thể tích hợp vào cơ sở dữ liệu, báo động và có thể có khả năng gửi e-mail để thông báo cho cơ sở hoặc nhân viên xử lý khi các điều kiện bên trong phòng sạch vượt quá giới hạn môi trường được xác định trước. Máy đếm hạt từ xa c&oacut