洁净室过滤器效率现场测试的实现

摘 要：在生产和研究等领域内需要高级别的洁净室。洁净室依靠高效过滤器来维持室内空气的洁净,因此过滤器的效率对洁净室至关重要。早期的测试系统往往采用模拟电路,使测试烦琐、稳定性差。介绍一种用单片微机实现过滤器效率测试的系统,能在现场对过滤器效率进行测试。该系统的特点是成本低、精度高、测试准确、操作简单。经现场测试,测试效果完全达到使用要求。

关键词：洁净室；过滤器效率；测试系统；单片微机

中图分类号：TP274 文献标识码：B 文章编号：1004-373X(2008)02-175-02

Implementation of Live Measurement of Filters′ Efficiency in Classification Area

MA Lixing,ZOU Lixin,JI Jingjing,JIANG Xinghui,SUN Ping

(Physics Science and Technology Institute,Soochow University,Suzhou,215006,China)[HJ1*3][HJ]

[HJ*2]Abstract：The classification area is required in many instances such as manufacture,study and so on.Efficient filters are used to keep the air pure in the classification area,so the efficiency of the filters is concerned to the classification area.Analog circuits are used in early testing systems,which makes the tests troublesome and insecure.A system of measurement of filters efficiency,which is controlled by microprocessor is introduced.The system can test the efficiency of filter live.Characteristics of the system are low cost,high precision,exact mensuration and easy operation.The system has been used in a classification workshop,and the results are satisfied to the requirement of using.

Keywords：classification;filter efficiency;testing system;single chip computer

在医药、电子、食品、化学化工、国防等许多生产部门,对空气中的尘埃粒子数有相当高的要求,必须达到某个洁净等级［1］。目前洁净室保持洁净的方法是采用鼓风机,使空气流通,在流通过程中,通过过滤器不断地过滤流入洁净室内的空气,从而使洁净室内的空气动态地达到洁净级别的要求,其结构如图1所示。因此过滤器的过滤效率决定着洁净室洁净等级,一旦过滤器破损,则洁净室肯定会被污染,有时可能因此导致严重的事故。所以定期对过滤器逐个进行过滤效率的测试是洁净室的日常维护工作之一。采用操作方便、测试准确的过滤器效率测试仪对这些部门显得尤为重要。介绍了一种操作简单,测试准确,读数清晰的过滤器效率测试系统。

1 设计思想

对空气过滤效率测试,首先要测试未经过滤空气中（图1中的“外界空气”）的尘埃粒子浓度和经过过滤后空气中（图1中的“洁净室”）的尘埃粒子浓度。此两者的比值为尘埃粒子的通过率,用“1”减去通过率,即为过滤效率。如式（1）所示。

目前用于洁净室洁净度测试的仪器,基本均采用光散射法原理。光散射法是目前微粒子浓度和颗粒数测试中应用较为广泛的方法。虽然测试系统构造各不相同,但其基本理论均是利用了微粒子的光散射原理。即光源发出一束光入射到气流通道,被微粒散射至各个方向,其各方向散射光强的大小决定于微粒大小及光的波长。如果微粒在其空间上均匀分布,且浓度不高,此时进行光强度测试可发现在一定方向上的某一立体角内接收到的散射光能量与粉尘浓度成正比,这就是光散射法测尘的原理,光学系统结构框图如图2所示。

由于测试系统存在本底噪声,即在没有粒子通过时,光学系统本身产生的白噪声仍然会被光电转换器接收,从而有电信号输出。另外电路的温漂等也会产生噪声。由于每次测试时的各种条件都存在着差异,如温度等,会使这些噪声有差异,因此每次测试都应进行调零处理。可以把这些噪声看作一个常量,用修正因子NE表示。在采样空气测试尘埃粒子数之前,先测试本底NE,Р⒔其记录下来,对测试值进行修正。式（1）经过修正后,如式（2）所示。

通常可将修正因子NE称为本底。在传ね车牟馐缘缏分,这些噪声是通过模拟电路,如减法电路,在硬件上对其进行处理。由于其调节电路复杂,调节程序多,因此很难得到满意的结果。本文介绍的测试系统采用了微处理器完成数据的采集、处理、显示,省去了繁琐的调节过程。测试系统首先测试系统的本底噪声（NE）,然后分别测试未经过滤空气中的尘埃粒子浓度（NF）和测试经过滤空气中的尘埃粒子浓度（NB）,ё詈笥檬剑2）计算出该过滤器的效率。整个系统显示出其智能化特点。

2 硬件系统

测试系统的硬件结构框图如图3所示。系统由Atmel公司的AT89C52微处理器控制。整个系统包括信号调理及A/D转换、存储器、显示、键盘、气泵驱动等部分组成。

从光学传感器输出的信号经前置放大器放大后,由A/D转换器将模拟信号转换成数字信号,送微处理器AT89C52。为了达到较高的转换精度,A/D转换器选用7135四位半A/D转换器,该A/D转换器虽然转换速度较慢,但转换精度高,价格低廉。而本系统则不需要进行高速转换。A/D转换器与微处理器的接口如图4所示。为了长时间保存相关数据,如系统的本底噪声（NEВ,系统扩展了8 kB非易失性静态数据存储器（Nonvolatile SRAM）,当系统掉电后,其内部的电池仍能将数据保持。系统采用LED数码块显示测试结果,4位LED数码块可以显示过滤器的过滤效率范围为0.00%～99.99%,足以满足使用要求。为了操作简便,系统仅设置3个键（测本底、测前级、测后级）,当按下测本底键后,系统进行本底噪声测试,系统抽取经过滤器过滤后的洁净空气进行测试,1 min后完成测试,并将结果存入内存,供以后计算使用。按测前级键后,系统将抽取未经过滤的空气进行测试,并即时显示测试结果。按测后级键后,系统将抽取已经过滤的空气进行测试,微处理器将测试所得的数据用式（2）进行计算,并将过滤效率显示。当过滤效率达不到设置的数据时,系统将通过蜂鸣器报警提示。

3 软件设计

测试系统使用的软件使用模块化设计,软件模块主要分为初始化模块、键处理模块、显示模块、A/D转换模块、数据处理模块和测量模块等。系统是一个实时监测系统,微处理器处理的是随机信号,干扰信号可被测信号进行处理。采取抗干扰措施,测试系统在硬件设计中加强抗干扰设计外,还在各程序模块中融入相应的抗干扰措施。如显示模块中采用重复刷新技术,避免了显示错误信息。数据处理模块中采用滑动平均滤波法处理数据。图5中(a)~(c)分别表示A/D转换中断服务模块、后级测量模块和显示模块的程序流程图。

4 结 语

以上介绍的过滤器效率测试系统具有成本低、精度高、测试准确、操作简单等特点,给洁净车间现场检查过滤器的过滤效率带来极大的方便,同时该测试系统还可供过滤器生产厂家使用,用于过滤器效率测试。该测试系统经苏州华达仪器设备有限公司使用,测试效果优良。

参 考 文 献[HJ*2]

［1］中华人民共和国信息产业部.洁净厂房设计规范[S].GB50073-2001.2001.

［2］张春明.100级洁净洗衣房的洁净空调设计[J].洁净与空调技术,2002(4):65-68.

［3］冯树根.生物安全实验室排风高效过滤器检漏方法探讨[J].建筑热能通风空调,2006(2):92-93.

［4］张丽,刘春梅.洁净区高效过滤器检漏测试[J].黑龙江医药,2006,19(2):111-112.

［5］赵择卿,陆大年,杨定超.光散射技术[M].北京：纺织工业出版社,1989.

［6］陈景贤,陈志生.基于AT89S52与PIC16F877A的在线编程控制系统的设计[J].现代电子技术,2007,30(13):154-156.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。