液体粒子监测需要考虑的因素 (234.4 KB)
点击上面的文件，下载带有全部图表的文章。
以下HTML格式文件为文章的快速阅读概览。点击上面的PDF文件查看全部图表。
概述
本文讲述了液体粒子监测的一些基本知识。首先，本文列举了行业目前使用粒子监测仪的一些实例，然后讨论了如何将这些仪器应用于其它领域。本文还讨论了使用光学粒子监测仪（OPC）的优点，以及监测样本体积和监测灵敏度等问题。
粒子监测的优点
在生产过程中，监测液体粒子的目的是为了降低生产成本、提高产量。在许多情况下，人们使用直截了当的方法来达到上述目的。但是，有些行业主要使用劳动密集的方法，而有些行业则在产品完全包装之后才进行清洁度的最终质量分析。
行业经验
人们通过对依赖洁净生产的行业进行调查，分析其最佳粒子监测方法，从而能够掌握许多知识，应用于其它行业。例如，早期的半导体生产商就使用粒子监测仪来决定过滤器的更换频率，从而大大节省成本。由于出错的可能性极大，人们将压力降规格过多地调向保守的一端。
然而，通过同时使用粒子监测仪和其它电子仪器来分析液体质量，人们发现过滤器实际上不需要更换得如此频繁，更换频率可以降低2到3倍。考虑到过滤器的成本，监测设备的投资回报周期可以缩短至一年。目前，制药行业继续采用过滤器压降法来决定过滤器的更换，倾向于产品发货之前进行系统质量检验。
在数据存储行业，公司之间的竞争非常激烈，利润日趋微薄，而生产的内存容量却急剧增加。在此过程中，人们不得不开发相对便宜的、连续过滤的再循环清洁系统，以保证装进硬盘中的每一个元件在每平方厘米的面积中仅含有少数几个大于0.2微米的粒子。在许多情况下，清洁工作是自动化的。汽车工业通常使用积水清洗池。但有报告显示，积水清洗池并没有起到清洗的作用，因为部件在出池时的污染程度比入池前的污染程度还要严重。人们通过目视检查来进行质量保证，或通过喷雾提取和收集从过滤器上清除下来的残渣，并对其进行重力分析，以此来进行质量保证。
当您考虑采用自动粒子监测方案时，不应当只看到监测设备的初期投资，而应当全面评估监测设备能够为您节省的成本。几年前，有一家大型半导体厂采购了几台压缩批量采样器。这些采样器被分发到了两个不同的洁净室，分别由两个经理进行管理。其中一个经理几乎毫无例外地使用采样器来优化每个生产过程中的过滤器选择，而另一个经理则将采样器整合到制程设备之中，用来监测不良的生产状况。根据两个经理的报告，监测设备的投资回报周期都短于六个月。公司将上述做法在全公司内推广，从而节省了大量的资金。
图2：压缩采样器 - 下载带有全部图表的PDF文件
测量基础
人们时常会问：“如何比较光学粒子监测仪和其它的监测方法？”答案是“这要视不同情况而定。”比如说，有许多目测的方法可以测量粒子。自然形成的粒子大都呈不规则形状，那么如何规定粒子的尺寸？
请参考图3，图中所示是最长的尺寸吗？是一个轴上的最长尺寸吗？或是当量面积？对于大部分粒子来说，不同的分析方法会产生略微不同的答案。
光学粒子监测仪（通常简称OPC）的工作原理有二，它要么测量当光通过已知能量密度的定向光源时被粒子遮拦的光量（即光遮拦），要么测量从定向光源散射的光量（即光散射）。人们再将测量的结果同已知尺寸、已知形状、通常为聚苯乙烯乳胶球（PSL）的校准粒子所产生的光量进行比较。换句话说，光学粒子监测仪能够以悬浮在水中的聚苯乙烯乳胶球的等量直径来报告天然粒子的尺寸。
图3：测量粒子尺寸
上述测量方法所得到的结果可能会同其它测量方法所得到的结果略有不同，但上述测量方法是相当可靠的。该方法易于操作，节省人工，其优点是不言而喻。
使用光学粒子监测仪进行粒子监测时，有以下几点需要注意的地方。当在线监测时，应当小心防止任何粒子源污染监测仪中的上游粒子流。监测时，用于在特定地点隔绝闲置的光学粒子监测仪的阀门必须完全打开。应当对光学粒子监测仪中的下游粒子流进行流量控制。
局部打开的阀门会对粒子监测产生以下两个方面的影响：
首先，它们不断捕捉和释放粒子，从而导致粒子监测值过高。大多数阀门在局部打开时，它们同粒子流的接触面积会更大。由于系统中其它阀门的工作而导致的压力骤增能使增大了的接触表面释放出更多的粒子。
其次，根据阀门打开的程度不同，阀门可能会导致压力降低，使样本流中形成气泡。光学粒子监测仪通常无法鉴别气泡，因此粒子监测值会大于实际存在的粒子数量。
进行批量采样时，应当留出足够的时间来清理采样器具，这一点非常重要。正确操作仪器设备也是十分重要的。应当按照设备制造厂的建议进行操作，这样才能保证快速而简便地完成设备的测试。
样本体积和灵敏度
在选择粒子监测仪时，单位时间内监测粒子总数的能力是非常重要的考虑因素。粒子监测系统有限公司（Particle Measuring Systems）已经发表了多篇文章，论述了统计意义重要的原因，本文就不在此重复了。总之，人们应当知道，由于粒子监测仪技术仅仅是接近当前技术的极限，因此仪器所监测的液体的体积要小于流量的100 ％。有些粒子监测仪生产厂家没有在产品规格说明中提到这一差别，因此人们要问这样一个重要问题：“什么是样本体积？”
图4：高灵敏度和高流量的粒子监测仪
如果在实际应用中，要求用高灵敏度的监测仪来监测极洁净液体（要求有监测极小粒子的能力），那就必须考虑监测极少量粒子所需要的时间。在许多超洁净液体监测应用中，监测极少量粒子所需要的时间可能会达几个小时之久。然而，如此长的取样间隔时间使得操作人员无法及时监测到短期粒子污染事件。如果短期粒子污染的监测对用户来说非常重要，用户就不得不考虑降低灵敏度、增加样本量。人们很容易理解，制程粒子污染不会只产生同一种尺寸的粒子。相反，制程粒子污染会按一定比例产生各种尺寸的粒子。因此，灵敏度不那么高的粒子监测仪能够及时监测和报告粒子污染，因为这样的监测仪的取样间隔仅有几分钟。
结论
光学粒子监测仪应用于许多领域。然而，并不是所有的应用领域都能最有效地发挥光学粒子监测仪的优势。行业基准或许能够帮助那些刚刚进入超清洁生产环境的生产厂家，使他们大步向前迈进。
尽管光学粒子监测仪和目测监测技术有所不同，这种不同却不是巨大的，而光学粒子监测仪的高可靠性使它成为用户的优先选择对象。
最后，用户必须考虑监测仪在所需取样间隔内的粒子数量监测能力。如果粒子数不足以用于统计，则应当考虑降低监测仪的灵敏度、增加样本量。
作者
Dwight Beal
粒子监测有限公司（Particle Measuring Systems）
Dwight Beal 是粒子监测有限公司的液体监测设备生产线经理，在应用工程和服务领域拥有25年以上的粒子监测专业经验。
未经版权所有人许可翻印或翻译本文任何章节的行为均为违法。要求许可权或索取其它信息，可联系粒子监测系统公司，电话：1-800-238-1801。
Reproduction or translation of any part of this work without the permission of the copyright owner is unlawful. Requests for permission or further information should be addressed to Particle Measuring Systems, Inc. at 1-800-238-1801.
本网站所载信息未经通知既可能变化。
