凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)規(guī)范

1凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)規(guī)范ISO15900:2009氣溶膠顆粒粒徑分布的測量差分電遷移法(Determinationofparticlesizedistribution—DifferentialelectricalmobilityanalysisfoISO/DIS27891氣溶膠顆粒數(shù)量濃度凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)(Aerosolparticlenumberconcentration—Calibrationofcondensationparticlecounters)凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3.2差分電遷移分離器differentialelectricalmo可根據(jù)電遷移率對氣溶膠顆粒選擇和分離，并得到單3.3法拉第杯氣溶膠靜電計(jì)Faraday-cupaerosolelectrometer(FCAE)3.4顆粒數(shù)量濃度particlenumb凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器(英文全稱CondensationParticleCounters,本規(guī)范中簡稱CPC)主要由飽和腔、冷凝腔、光學(xué)檢測器(激光束、棱鏡、檢測腔、檢測器)及流量控制系統(tǒng)四部分組成。圖1是CPC的結(jié)構(gòu)簡圖。CPC的工作原理為：當(dāng)氣溶膠通過飽和腔和冷凝腔體時(shí)，由于工作液過飽和蒸汽在顆粒表面的凝結(jié)，顆粒粒徑會相應(yīng)增大，2圖1CPC的結(jié)構(gòu)簡圖CPC的計(jì)量特性見表1,性能指標(biāo)供校準(zhǔn)時(shí)參考。表1CPC的計(jì)量特性零點(diǎn)流量示值誤差6.1.1環(huán)境溫度：(18～30)℃6.1.2相對濕度：20%～80%;6.1.3實(shí)驗(yàn)室潔凈度：不低于10000級的潔凈室或潔凈區(qū)；6.2.1凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)裝置：顆粒濃度范圍(50～10000)個(gè)/cm3,顆粒濃度校準(zhǔn)結(jié)果不確定度優(yōu)于3.5%(k=2),原理及組成參見附錄A。6.2.2粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：應(yīng)使用國家有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，平均粒徑應(yīng)在(80～120)nm范圍內(nèi)，平均粒徑相對不確定度不超過10%(k=2)。6.2.3皂膜流量計(jì)：測量范圍(50～5000)mL/min,準(zhǔn)確度等級不低于1.5級。37校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)項(xiàng)目可根據(jù)被校儀器的預(yù)期用途選擇使用。對校準(zhǔn)規(guī)范的偏離，應(yīng)在校準(zhǔn)證書將高效過濾器(對不小于0.1μm顆粒的過濾效率優(yōu)于99.99%)連接到CPC的氣溶膠入口處，并連續(xù)運(yùn)行5min以上。之后記錄30次的測量值C?。根據(jù)公式(1)計(jì)算平均值C。作為CPC的零點(diǎn)。C?！狢PC的零點(diǎn)，個(gè)/cm3;C?,——第i次測量值，個(gè)/cm3。7.2流量示值誤差7.2.1對于流量可調(diào)的CPC,在流量范圍的1/3和2/3附近選取2個(gè)流量值作為校準(zhǔn)點(diǎn)，對于流量固定的CPC,選取該流量值作為校準(zhǔn)點(diǎn)。7.2.2將皂膜流量計(jì)連接到CPC的入口處，讀取皂膜流量計(jì)的3次測量值，并計(jì)算其平均值Q?。根據(jù)公式(2)計(jì)算CPC的采樣流量誤差，取絕對值最大的△。為流量示值誤差?！鱝——流量誤差；Q?——CPC流量設(shè)定值，mL/min;Q?——皂膜流量計(jì)的3次測量平均值，mL/min。7.3流量穩(wěn)定性7.3.1對于流量可調(diào)的CPC,選取中間流量附近值作為校準(zhǔn)點(diǎn)，對于流量固定的CPC,選取該流量值作為校準(zhǔn)點(diǎn)。7.3.2將皂膜流量計(jì)連接到CPC的入口處，儀器穩(wěn)定后記錄皂膜流量計(jì)讀數(shù)，然后在不調(diào)節(jié)流量的情況下連續(xù)運(yùn)行15min,每3min記錄皂膜流量計(jì)讀數(shù)，共6次，按照公式中：Qmx——流量測量值中的最大值，mL/min;Qmin——流量測量值中的最小值，mL/min;Q?——流量測量平均值，mL/min。47.4.1按照附錄A連接校準(zhǔn)裝置。使用氣溶膠發(fā)生器將粒度標(biāo)準(zhǔn)燥器、氣溶膠中和器和差分電遷移分離器后得到單分散氣溶標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度、調(diào)節(jié)潔凈壓縮空氣和氣溶膠發(fā)生器流量，將顆粒濃度控制在7000個(gè)/cm3附近。(200～400)個(gè)/cm3、(500～1000)個(gè)/cm3、(2000～3000)個(gè)/cm3和(6000~7000)個(gè)/cm3范圍內(nèi)。在每種濃度下，記錄30s內(nèi)的CPC和FCAE的測量結(jié)果，共計(jì)3次，計(jì)算3次測量結(jié)果的平均值Ccrc和CFCAE。7.4.3按照公式(4)計(jì)算得到不同濃度下凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器的顆粒計(jì)數(shù)效率。Ccec——CPC的3次測量結(jié)果平均值，個(gè)/cm3;CrcAE——FCAE的3次測量結(jié)果平均值，個(gè)/cm3;7.5.1按照7.4.1方法，將差分電遷移分離器出口的顆粒濃度控制在7000個(gè)/cm37.5.2待CPC穩(wěn)定后，計(jì)算CPC在10s內(nèi)的測量平均值，記作C;。重復(fù)上述測量10次，按公式(5)計(jì)算得到顆粒數(shù)量濃度測量重復(fù)性。C顆粒數(shù)量濃度10次測量平均值，個(gè)/cm3;5b)實(shí)驗(yàn)室名稱和地址；c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)；d)校準(zhǔn)證書編號、頁碼及總頁數(shù)的標(biāo)識；e)客戶名稱和地址；f)被校儀器的制造單位、名稱、型號及編號；g)校準(zhǔn)單位校準(zhǔn)專用章；h)校準(zhǔn)日期；i)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范名稱及代號；j)本次校準(zhǔn)所用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和主要測量設(shè)備名稱、型號、準(zhǔn)確度等級或不確定度或最大允許誤差、儀器編號、證書編號及有效期；k)校準(zhǔn)時(shí)的環(huán)境溫度、相對濕度；1)校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度；m)對校準(zhǔn)規(guī)范偏離的說明(若有);n)復(fù)校時(shí)間間隔的建議；o)“校準(zhǔn)證書”的校準(zhǔn)人、核驗(yàn)人、批準(zhǔn)人簽名及簽發(fā)日期；p)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校儀器本次測量有效的聲明q)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn)，部分復(fù)制證書或報(bào)告無效的聲明。9復(fù)校時(shí)間間隔CPC的復(fù)校時(shí)間間隔建議為1年。由于復(fù)校時(shí)間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸因素所決定的，因此，送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔。6凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)裝置本規(guī)范中，通過與已校準(zhǔn)FCAE的比對，完成對CPC計(jì)數(shù)效率的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)裝置主要包括氣溶膠發(fā)生器、差分電遷移分離器、氣溶膠稀釋器、FCAE等，如圖A.1電遷該校準(zhǔn)裝置的工作原理為：經(jīng)高效過濾器過濾的潔凈壓縮空氣進(jìn)入氣溶膠發(fā)生器后，將裝置中的單分散聚苯乙烯乳膠標(biāo)準(zhǔn)粒子霧化。產(chǎn)生達(dá)到玻耳茲曼電荷平衡，再經(jīng)過差分電遷移分離器，最終產(chǎn)生表散氣溶膠粒子。通過稀釋、補(bǔ)充潔凈空氣、抽氣等技術(shù)手段使得測量值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較(7.4.3中的公式4),從而實(shí)現(xiàn)對CPC計(jì)數(shù)效率的校準(zhǔn)。凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)裝置：顆粒濃度校準(zhǔn)范圍(50～10000)個(gè)/cm3,顆粒濃度校準(zhǔn)不確定度優(yōu)于3.5%(k=2)。其中各主要性能指標(biāo)分別列于A.2.1～A.2.7。采用噴霧原理，可將粒徑在(50～150)nm范圍內(nèi)的聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)顆粒霧化；且氣溶膠顆粒濃度穩(wěn)定可調(diào)，最高發(fā)生濃度應(yīng)不低于40000個(gè)/cm3,5min內(nèi)的穩(wěn)定性優(yōu)于1%。7最大流量至少為100L/min,且粒徑不小于0.1μm的顆粒數(shù)量應(yīng)不超過10/L。最大流量至少為3L/min,干燥后的氣溶膠相對濕度應(yīng)不高于40%。在(50～500)nm范圍內(nèi)可根據(jù)氣溶膠顆粒電遷移率對其選擇和分離，并得到幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差(GSD)小于1.1的單分散樣品。校準(zhǔn)證書中，氣溶膠中攜帶p個(gè)電荷(p=1,2,3)顆粒百分比的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度優(yōu)于0.7%。應(yīng)至少具有2個(gè)氣流通道。校準(zhǔn)證書中，各通道顆粒濃度偏差的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度優(yōu)于0.9%。稀釋比在(2～100)倍范圍內(nèi)可調(diào)。校準(zhǔn)證書中，稀釋比的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度優(yōu)于0.8%。可測量(3000～8000)個(gè)/cm3范圍內(nèi)的顆粒數(shù)量濃度。校準(zhǔn)證書中，F(xiàn)CAE計(jì)數(shù)效率的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度優(yōu)于1.0%。8顆粒計(jì)數(shù)效率校準(zhǔn)的不確定度評定實(shí)例B.1校準(zhǔn)方法簡述及測量模型按本規(guī)范7.4進(jìn)行儀器顆粒計(jì)數(shù)效率的校準(zhǔn)。按公式(B.1)計(jì)算儀器的計(jì)數(shù)Ccpc1min內(nèi)CPC的測量平均值，個(gè)/cm3;CrcAE——1min內(nèi)FCAE的測量平均值，個(gè)/cm3;β——?dú)馊苣z分流器的通道偏差，無量綱量；f——?dú)馊苣z稀釋器稀釋比例，無量綱量；7gcAE——FCAE的計(jì)數(shù)效率，無量綱量；,——?dú)馊苣z顆粒中攜帶p個(gè)電荷顆粒的分?jǐn)?shù)，無量綱量；P顆粒所帶的電荷數(shù)，無量綱量。B.2不確定度計(jì)算公式從公式(B.1)可以看出，影響測量結(jié)果不確定度的因素主要有：CPC測量結(jié)果、FCAE測量結(jié)果、氣溶膠分流器通道偏差、氣溶膠稀釋器稀釋比例、FCAE的計(jì)數(shù)效率、多電荷效應(yīng)修正。不確定度計(jì)算公式可由公式(B.1)導(dǎo)出。u?(ncr)=√u2(Ccrc)+u:(β)+u(f)+u:(Crae)+u?(ηecne其中：u?(φ)為多電荷效應(yīng)引入的相對不確定度。B.3不確定度分量的評定與計(jì)算B.3.1CPC測量結(jié)果Ccpc引入的不確定度分量由本規(guī)范7.4.2部分，CPC的測量結(jié)果為3次測量結(jié)果的平均值，測量結(jié)果見表B.1CPC的測量結(jié)果123測量結(jié)果個(gè)/個(gè)(cm3)B.3.2氣溶膠分流器偏差β引入的不確定度經(jīng)國家法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，氣溶膠分流器的通道偏差β為0.9995,相對標(biāo)準(zhǔn)9不確定度ur(β)=0.86%。B.3.3稀釋因子f引入的不確定度經(jīng)國家法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，在(2～100)倍稀釋比范圍內(nèi)，稀釋因子的相對標(biāo)由本規(guī)范7.4.2,FCAE的測量結(jié)果為3次測量結(jié)果的平均值，測量結(jié)果見表B.2。123測量結(jié)果/(個(gè)/cm3)經(jīng)國家法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，在(10～20)fA范圍內(nèi)[對應(yīng)的粒子濃度范圍約為(3700～7400)個(gè)/cm3]FCAE的計(jì)數(shù)效率ηcAE為99.01%,校準(zhǔn)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)國家法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，多電荷效應(yīng)校準(zhǔn)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u;(φ)此次校準(zhǔn)結(jié)果的相對不確定度U,(ηcrc)=3.0%,k=2。凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)原始記錄儀器型號制造廠儀器編號校準(zhǔn)時(shí)室內(nèi)溫度℃校準(zhǔn)時(shí)室內(nèi)相對濕度校準(zhǔn)用名稱生產(chǎn)廠家儀器型號儀器編號證書編號粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1.零點(diǎn)2.流量示值誤差示值誤差4.顆粒計(jì)數(shù)效率測量點(diǎn)測量值(個(gè)/cm3)CPC的計(jì)數(shù)效率ηcp12345FCAE的計(jì)數(shù)效率ηFCAE=,氣溶膠分流器通道的偏差β=.氣溶膠顆粒中攜帶p個(gè)電荷顆粒的百分比。:?=,φ2=,φ3=。5.顆粒計(jì)數(shù)重復(fù)性單位：個(gè)/cm3 附錄D校準(zhǔn)證