不同顆粒計數模式下過濾效率的對比分析

張萬

(航空工業(新鄉)計測科技有限公司，河南新鄉 453019)

0 引言

過濾效率和過濾比，是過濾器的關鍵技術參數，也是過濾性能試驗的主要測量結果，該結果是通過液體顆粒計數器數據采集、計算得到的。液體顆粒數計數器有累積計數和差分計數兩種不同的模式，試驗時上下游顆粒計數器選用累積計數模式，得到的是累積模式下的測量結果；而上下游顆粒計數器選擇差分計數模式進行試驗，得到的是差分計數模式下的測量結果。在同一個過濾器的試驗中使用不同的計數模式得到的測量結果有何差異，兩種測試結果又有何意義，本文作者對此進行了分析[1-2]。

1 兩種計數模式數學模型的計算

在進行過濾性能試驗時，液體顆粒計數器如果選用累積計數模式，測量的是大于設定粒徑值的所有粒徑的顆粒數量，得到的是大于設定粒徑值的過濾效率或過濾比；而選用差分計數模式測量的是從設定的小粒徑值至設定大粒徑值之間粒徑段的顆粒數量，是采用累積計數模式下設定小粒徑值和設定大粒徑值測量的顆粒數量的差值，得到的是設定的小粒徑值至大粒徑值之間的粒徑段的過濾效率或過濾比。文中利用過濾比公式來推論出過濾效率的關系式。設粒徑值b>a，粒徑a、b的測量數據和計算的過濾比βa和βb采用累積計數模式，粒徑a～b的測量數據和計算的過濾比βa～b使用差分計數模式。下面用圖表說明在兩種顆粒計數模式下，過濾器過濾性能試驗的不同。表1為某個過濾器多次通過試驗的測試結果參數[3-4]。

表1 某過濾器的測試結果參數

按照常用試驗粉末ISO 12103-A3的粒度分布及過濾器的粒徑與過濾比關系，可以得知在同種狀況下單位體積內小粒徑的顆粒數量大于大粒徑的顆粒數量，大粒徑的過濾比一般要大于小粒徑的過濾比，而且粒徑b>a，可以得出表1中部分參數之間的關系，Na,u>Nb,u，Na,d>Nb,d，βb>βa>1[5]。

累積計數模式的過濾比βa、βb分別表示了過濾器對于粒徑值大于a、b固體雜質的凈化過濾能力;差分計數模式的過濾比βa～b體現了過濾器攔截粒徑值為a～b的固體雜質的能力。累積計數模式和差分計數模式的測試結果相比較，是βa>βa～b，或者是βb>βa～b>βa，還是βa～b>βb。下面通過計算來比較它們之間的大小。首先對累積計數模式的過濾比βa和差分計數模式的過濾比βa～b進行比較，公式如下：

又因為βb>βa>1

所以，βb>βa>βa～b。不會出現βb>βa～b>βa、βa～b>βb的狀況。

由過濾效率公式η=1-1/β可知，過濾效率η和過濾比β呈正比關系，所以有：ηb>ηa>ηa～b。

由以上計算公式可以知道，對于同一個試驗，選用差分計數模式測試的過濾效率(過濾比)要低于與之相關累積模式的大粒徑和小粒徑的過濾效率(過濾比)。

2 試驗實例驗證

某燃油過濾器使用ISO 19438:2003進行過濾性能試驗，該試驗的粒徑要求為差分計數模式，要求測試4～6、6～10、10～14 μm(c)等粒徑段的過濾效率。試驗臺配置的在線顆粒計數系統可以同時得到累積計數模式和差分計數模式的測試數據，經過對測量結果的計算整理，累積計數模式的試驗結果和差分計數模式的測試結果分別如表2、表3所示，表中的顆粒數量單位為個/(10 mL)。由于10、14和10～14 μm(c)的過濾效率比較接近，為了方便區分，增加了一位小數[6]。

為了更直觀地比較累積計數模式和差分計數模式的過濾效率，根據表2、表3中測試結果，按照差分計數模式的粒徑和與之相關的累積計數模式的粒徑繪制了時間-效率曲線圖， 組合成為4 、6 和4～6 μm(c)三種粒徑， 6、10和6～10 μm(c)三種粒徑，10、14和10～14 μm(c)三種粒徑的時間效率曲線，分別如圖1、圖2、圖3所示。

表2 累積計數模式的測試結果

表3 差分計數模式的測試結果

圖1 4、6和4～6 μm(c)時間-效率曲線圖 圖2 6、10和6～10 μm(c)時間效率-曲線圖 圖3 10、14和10～14 μm(c)時間-效率曲線圖

可以看出:在相同條件下， 4～6μm(c)的效率低于4μm(c)和6μm(c)的效率，6～10μm(c)的效率低于6μm(c)和10μm(c)的效率，10～14μm(c)的效率低于10μm(c)和14μm(c)的效率。和數學模型的計算結論一致。4μm(c)的過濾效率表示過濾器對所有粒徑大于4μm(c)固體顆粒的攔截過濾能力，包括大于6μm(c)的固體顆粒和4～6μm(c)的固體顆粒。而4～6μm(c)的過濾效率則表征了過濾器攔截粒徑為4～6μm(c)的固體顆粒能力，過濾攔截的固體顆粒是粒徑大于4μm(c)固體顆粒中一部分。其他幾個累積計數模式下和差分計數模式下也具有相同的含義。

3 結論

經過以上分析，同一個過濾性能試驗中，液體自動顆粒計數器選用不同的計數模式會得到不同的測試結果，而且差分計數模式得到的過濾效率小于與之相關的大粒徑、小粒徑的累積計數模式的過濾效率。試驗時，選用不同的顆粒計數模式，對過濾器過濾性能的評價側重點也不同。使用累積計數模式進行試驗時，過濾效率表征的是過濾器攔截大于某個粒徑值的所有固體顆粒的能力，體現了過濾器的總體過濾性能；而使用差分計數模式進行試驗時，所得的過濾效率則表示過濾器攔截某個粒徑區間值的固體顆粒的能力，表明了過濾器過濾特定顆粒的過濾性能。生產廠家或使用方可以根據自己的需要，選擇累積計數模式或差分計數模式進行試驗，得到關注粒徑的過濾效率。