潔凈室過濾器效率現(xiàn)場測試的實(shí)現(xiàn)

摘 要：在生產(chǎn)和研究等領(lǐng)域內(nèi)需要高級(jí)別的潔凈室。潔凈室依靠高效過濾器來維持室內(nèi)空氣的潔凈，因此過濾器的效率對(duì)潔凈室至關(guān)重要。早期的測試系統(tǒng)往往采用模擬電路，使測試煩瑣、穩(wěn)定性差。介紹一種用單片微機(jī)實(shí)現(xiàn)過濾器效率測試的系統(tǒng)，能在現(xiàn)場對(duì)過濾器效率進(jìn)行測試。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是成本低、精度高、測試準(zhǔn)確、操作簡單。經(jīng)現(xiàn)場測試，測試效果完全達(dá)到使用要求。

關(guān)鍵詞：潔凈室；過濾器效率；測試系統(tǒng)；單片微機(jī)

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：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

在醫(yī)藥、電子、食品、化學(xué)化工、國防等許多生產(chǎn)部門，對(duì)空氣中的塵埃粒子數(shù)有相當(dāng)高的要求，必須達(dá)到某個(gè)潔凈等級(jí)［1］。目前潔凈室保持潔凈的方法是采用鼓風(fēng)機(jī)，使空氣流通，在流通過程中，通過過濾器不斷地過濾流入潔凈室內(nèi)的空氣，從而使?jié)崈羰覂?nèi)的空氣動(dòng)態(tài)地達(dá)到潔凈級(jí)別的要求，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。因此過濾器的過濾效率決定著潔凈室潔凈等級(jí)，一旦過濾器破損，則潔凈室肯定會(huì)被污染，有時(shí)可能因此導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。所以定期對(duì)過濾器逐個(gè)進(jìn)行過濾效率的測試是潔凈室的日常維護(hù)工作之一。采用操作方便、測試準(zhǔn)確的過濾器效率測試儀對(duì)這些部門顯得尤為重要。介紹了一種操作簡單，測試準(zhǔn)確，讀數(shù)清晰的過濾器效率測試系統(tǒng)。

1 設(shè)計(jì)思想

對(duì)空氣過濾效率測試，首先要測試未經(jīng)過濾空氣中（圖1中的“外界空氣”）的塵埃粒子濃度和經(jīng)過過濾后空氣中（圖1中的“潔凈室”）的塵埃粒子濃度。此兩者的比值為塵埃粒子的通過率，用“1”減去通過率，即為過濾效率。如式（1）所示。

目前用于潔凈室潔凈度測試的儀器，基本均采用光散射法原理。光散射法是目前微粒子濃度和顆粒數(shù)測試中應(yīng)用較為廣泛的方法。雖然測試系統(tǒng)構(gòu)造各不相同，但其基本理論均是利用了微粒子的光散射原理。即光源發(fā)出一束光入射到氣流通道，被微粒散射至各個(gè)方向，其各方向散射光強(qiáng)的大小決定于微粒大小及光的波長。如果微粒在其空間上均勻分布，且濃度不高，此時(shí)進(jìn)行光強(qiáng)度測試可發(fā)現(xiàn)在一定方向上的某一立體角內(nèi)接收到的散射光能量與粉塵濃度成正比，這就是光散射法測塵的原理，光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

由于測試系統(tǒng)存在本底噪聲，即在沒有粒子通過時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的白噪聲仍然會(huì)被光電轉(zhuǎn)換器接收，從而有電信號(hào)輸出。另外電路的溫漂等也會(huì)產(chǎn)生噪聲。由于每次測試時(shí)的各種條件都存在著差異，如溫度等，會(huì)使這些噪聲有差異，因此每次測試都應(yīng)進(jìn)行調(diào)零處理。可以把這些噪聲看作一個(gè)常量，用修正因子NE表示。在采樣空氣測試塵埃粒子數(shù)之前，先測試本底NE，并將其記錄下來，對(duì)測試值進(jìn)行修正。式（1）經(jīng)過修正后，如式（2）所示。

通常可將修正因子NE稱為本底。在傳統(tǒng)的測試電路中，這些噪聲是通過模擬電路，如減法電路，在硬件上對(duì)其進(jìn)行處理。由于其調(diào)節(jié)電路復(fù)雜，調(diào)節(jié)程序多，因此很難得到滿意的結(jié)果。本文介紹的測試系統(tǒng)采用了微處理器完成數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示，省去了繁瑣的調(diào)節(jié)過程。測試系統(tǒng)首先測試系統(tǒng)的本底噪聲（NE），然后分別測試未經(jīng)過濾空氣中的塵埃粒子濃度（NF）和測試經(jīng)過濾空氣中的塵埃粒子濃度（NB），最后用式（2）計(jì)算出該過濾器的效率。整個(gè)系統(tǒng)顯示出其智能化特點(diǎn)。

2 硬件系統(tǒng)

測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。系統(tǒng)由Atmel公司的AT89C52微處理器控制。整個(gè)系統(tǒng)包括信號(hào)調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)器、顯示、鍵盤、氣泵驅(qū)動(dòng)等部分組成。

從光學(xué)傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送微處理器AT89C52。為了達(dá)到較高的轉(zhuǎn)換精度，A/D轉(zhuǎn)換器選用7135四位半A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器雖然轉(zhuǎn)換速度較慢，但轉(zhuǎn)換精度高，價(jià)格低廉。而本系統(tǒng)則不需要進(jìn)行高速轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口如圖4所示。為了長時(shí)間保存相關(guān)數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)的本底噪聲（NE），系統(tǒng)擴(kuò)展了8 kB非易失性靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（Nonvolatile SRAM），當(dāng)系統(tǒng)掉電后，其內(nèi)部的電池仍能將數(shù)據(jù)保持。系統(tǒng)采用LED數(shù)碼塊顯示測試結(jié)果，4位LED數(shù)碼塊可以顯示過濾器的過濾效率范圍為0.00%～99.99%，足以滿足使用要求。為了操作簡便，系統(tǒng)僅設(shè)置3個(gè)鍵（測本底、測前級(jí)、測后級(jí)），當(dāng)按下測本底鍵后，系統(tǒng)進(jìn)行本底噪聲測試，系統(tǒng)抽取經(jīng)過濾器過濾后的潔凈空氣進(jìn)行測試，1 min后完成測試，并將結(jié)果存入內(nèi)存，供以后計(jì)算使用。按測前級(jí)鍵后，系統(tǒng)將抽取未經(jīng)過濾的空氣進(jìn)行測試，并即時(shí)顯示測試結(jié)果。按測后級(jí)鍵后，系統(tǒng)將抽取已經(jīng)過濾的空氣進(jìn)行測試，微處理器將測試所得的數(shù)據(jù)用式（2）進(jìn)行計(jì)算，并將過濾效率顯示。當(dāng)過濾效率達(dá)不到設(shè)置的數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)將通過蜂鳴器報(bào)警提示。

3 軟件設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)使用的軟件使用模塊化設(shè)計(jì)，軟件模塊主要分為初始化模塊、鍵處理模塊、顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和測量模塊等。系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，微處理器處理的是隨機(jī)信號(hào)，干擾信號(hào)可被測信號(hào)進(jìn)行處理。采取抗干擾措施，測試系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)中加強(qiáng)抗干擾設(shè)計(jì)外，還在各程序模塊中融入相應(yīng)的抗干擾措施。如顯示模塊中采用重復(fù)刷新技術(shù)，避免了顯示錯(cuò)誤信息。數(shù)據(jù)處理模塊中采用滑動(dòng)平均濾波法處理數(shù)據(jù)。圖5中(a)~(c)分別表示A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)模塊、后級(jí)測量模塊和顯示模塊的程序流程圖。

4 結(jié) 語

以上介紹的過濾器效率測試系統(tǒng)具有成本低、精度高、測試準(zhǔn)確、操作簡單等特點(diǎn)，給潔凈車間現(xiàn)場檢查過濾器的過濾效率帶來極大的方便，同時(shí)該測試系統(tǒng)還可供過濾器生產(chǎn)廠家使用，用于過濾器效率測試。該測試系統(tǒng)經(jīng)蘇州華達(dá)儀器設(shè)備有限公司使用，測試效果優(yōu)良。

參 考 文 獻(xiàn)[HJ*2]

［1］中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部.潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].GB50073-2001.2001.

［2］張春明.100級(jí)潔凈洗衣房的潔凈空調(diào)設(shè)計(jì)[J].潔凈與空調(diào)技術(shù)，2002(4):65-68.

［3］馮樹根.生物安全實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)高效過濾器檢漏方法探討[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2006(2):92-93.

［4］張麗，劉春梅.潔凈區(qū)高效過濾器檢漏測試[J].黑龍江醫(yī)藥，2006，19(2):111-112.

［5］趙擇卿，陸大年，楊定超.光散射技術(shù)[M].北京：紡織工業(yè)出版社，1989.

［6］陳景賢，陳志生.基于AT89S52與PIC16F877A的在線編程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30(13):154-156.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。