ISO 21501-4是激光粒子计数器校准的公认标准。在这篇博客文章中，我们将为所有刚接触粒子计数器校准的人士介绍ISO 21501-4标准的基本内容。
为什么需要关注ISO 21501-4？
在悬浮粒子计数器的使用寿命内，您需要对其进行校准维护。广义而言，此类校准意味着更精确计数，从而实现趋势分析和比较。
ISO 21501包含四个部分。ISO 21501-4的标题为“粒径分布测定 – 单粒子光相互作用方法”，专门针对光散射悬浮粒子计数器（LSAPC）。Lasair® III、IsoAir® Pro-E、Airnet® II等均属于LSAPC。
ISO 21501-4 校准要求
ISO 21501-4 标准就以下方面作出了要求：
- 取样取样流速
- 计数效率
- 分辨率
- 误计数率
- 粒径设置
取样流速是多少？
体积流量的标准不确定度应等于或小于5%。
若LSAPC没有流速控制系统，则ISO 21501-4子条款就不适用，但制造商需说明其LSAPC流速的允许限值。流速校准的目的是为了确保在粒子计数时计算体积。ISO 21501-4标准根据测量仪器的类型作出了两种不同的要求：
(1) 带有流量控制系统的仪器
- 将被测装置（UUT）的流量与经校准的参考流量计进行比较
- 合格范围为标称值的±5%
(2) 不带流量控制系统的仪器
- 被测装置（UUT）从经认证的流量系统所设置的流量中进行取样
- 制造商指定其流速的允许限值
什么是粒子计数器的计数效率？
粒子计数器的计数效率是被测装置（UUT）和参考仪器所测得的粒子数据之间的比率。该测试使用两种粒径的校准标准粒子（即聚苯乙烯小球（PSL））：一种接近最小可检测报告的粒径范围，另一种比最小可检测粒径大1.5到2倍。右图展示了聚苯乙烯小球。PMS采用以扫描电迁移率粒径谱仪和冷凝粒子计数器为对象进行校准的通用参考仪器（URI）粒子计数器。
对于粒径接近最小值的校准粒子，其计数效率应为50%±20%。
对于粒径比最小可检测粒径大1.5至2倍的校准粒子，计数效率应为100%±10%。
什么是粒子计数器的分辨率？
分辨率测试验证仪器是否有能力分辨粒径的微小差异。
对于具有制造商规定粒径的校准粒子，其粒径分辨率应等于或小于15%。
为什么粒子计数器的分辨率并不完美？
如左图所示，激光束的强度在中心处最高，并向边缘递减。因此，穿过光束中心的粒子会比穿过光束边缘的同类粒子的粒径更大。高斯曲线（光束图案下方所示）说明了粒子穿过激光束时产生的光散射峰值。若粒子被最均匀且最高强度的光照到，则分辨率就会提高。在仪器设计和研发过程中，PMS通过整合光束成形透镜和镜面镀膜来优化分辨率，这些透镜和镀膜可以产生更一致的粒径，从而获得准确和可重复的结果。
什么是脉冲高度分析器（PHA）？
粒子计数器采用固态光电探测器，将散射光能转化为电信号。这些信号被称为脉冲，是指能量的比例振幅，代表了探测器所看到的粒子或光子。脉冲被发送到PHA，PHA将相对的脉冲振幅与仪器的粒径阈值或粒径堆栈联系起来。每个粒子通道由一个计数堆栈代表，并与其他具有相同振幅的脉冲相加。
什么是粒子计数器的误计数率？
误计数率是在对洁净空气进行采样时，通过测量最小报告粒径范围内粒子数量浓度（单位为每立方米计数）来确定。
无范围限制
零计数测试是对“电气或信号噪声”的测量。
ISO 21501-4规定在进行零计数测试时须满足这些规范：
“当LSAPC被设定为最小可检测粒径，且无粒子空气流向LSAPC时，测到的每立方米粒子数浓度……”
此外，ISO 21501-4标准要求只报告计数率。日本工业标准（JIS）等其他标准未就此作出要求。除了这一要求，PMS粒子计数器的校准还包括一次最终零计数测试，以检查仪器是否在误计数率方面达到约束性限值。虽然标准未就此作出要求，但使用约束性限值将保证仪器性能的更高准确性，并避免在粒子计数时出现错误计数。
什么是粒径设置？
粒径测定误差是针对最小可检测粒径和其他粒径计算的。该测试表明，如果一台仪器能准确测定粒径，那么它也将对粒子进行准确计数。ISO 21501-4要求使用PHA来确定跨越粒径范围的三种不同校准粒子的粒子分布。
在仪器设计过程中，PMS开发了一条粒径测定曲线。该曲线定义了校准点及其相关的阈值电压或数值。该曲线还显示了在仪器的整个采样范围内其他粒子的相关值。
左图显示了“校准前”条件和校准的最终结果之间的阈值/电压值。粒径误差是指仪器报告的粒径范围与计算出的粒径之间的差异。
粒径误差应小于或等于10%
在根据ISO 21501-4校准时，还有其他考虑事项。请阅读美国粒子监测系统公司（PMS）Daniele Pandolfi撰写的白皮书，他是在校准领域具有多年经验的专家。
