不同颗粒计数模式下过滤效率的对比分析

张万

(航空工业(新乡)计测科技有限公司，河南新乡 453019)

0 引言

过滤效率和过滤比，是过滤器的关键技术参数，也是过滤性能试验的主要测量结果，该结果是通过液体颗粒计数器数据采集、计算得到的。液体颗粒数计数器有累积计数和差分计数两种不同的模式，试验时上下游颗粒计数器选用累积计数模式，得到的是累积模式下的测量结果；而上下游颗粒计数器选择差分计数模式进行试验，得到的是差分计数模式下的测量结果。在同一个过滤器的试验中使用不同的计数模式得到的测量结果有何差异，两种测试结果又有何意义，本文作者对此进行了分析[1-2]。

1 两种计数模式数学模型的计算

在进行过滤性能试验时，液体颗粒计数器如果选用累积计数模式，测量的是大于设定粒径值的所有粒径的颗粒数量，得到的是大于设定粒径值的过滤效率或过滤比；而选用差分计数模式测量的是从设定的小粒径值至设定大粒径值之间粒径段的颗粒数量，是采用累积计数模式下设定小粒径值和设定大粒径值测量的颗粒数量的差值，得到的是设定的小粒径值至大粒径值之间的粒径段的过滤效率或过滤比。文中利用过滤比公式来推论出过滤效率的关系式。设粒径值b>a，粒径a、b的测量数据和计算的过滤比βa和βb采用累积计数模式，粒径a～b的测量数据和计算的过滤比βa～b使用差分计数模式。下面用图表说明在两种颗粒计数模式下，过滤器过滤性能试验的不同。表1为某个过滤器多次通过试验的测试结果参数[3-4]。

表1 某过滤器的测试结果参数

按照常用试验粉末ISO 12103-A3的粒度分布及过滤器的粒径与过滤比关系，可以得知在同种状况下单位体积内小粒径的颗粒数量大于大粒径的颗粒数量，大粒径的过滤比一般要大于小粒径的过滤比，而且粒径b>a，可以得出表1中部分参数之间的关系，Na,u>Nb,u，Na,d>Nb,d，βb>βa>1[5]。

累积计数模式的过滤比βa、βb分别表示了过滤器对于粒径值大于a、b固体杂质的净化过滤能力;差分计数模式的过滤比βa～b体现了过滤器拦截粒径值为a～b的固体杂质的能力。累积计数模式和差分计数模式的测试结果相比较，是βa>βa～b，或者是βb>βa～b>βa，还是βa～b>βb。下面通过计算来比较它们之间的大小。首先对累积计数模式的过滤比βa和差分计数模式的过滤比βa～b进行比较，公式如下：

又因为βb>βa>1

所以，βb>βa>βa～b。不会出现βb>βa～b>βa、βa～b>βb的状况。

由过滤效率公式η=1-1/β可知，过滤效率η和过滤比β呈正比关系，所以有：ηb>ηa>ηa～b。

由以上计算公式可以知道，对于同一个试验，选用差分计数模式测试的过滤效率(过滤比)要低于与之相关累积模式的大粒径和小粒径的过滤效率(过滤比)。

2 试验实例验证

某燃油过滤器使用ISO 19438:2003进行过滤性能试验，该试验的粒径要求为差分计数模式，要求测试4～6、6～10、10～14 μm(c)等粒径段的过滤效率。试验台配置的在线颗粒计数系统可以同时得到累积计数模式和差分计数模式的测试数据，经过对测量结果的计算整理，累积计数模式的试验结果和差分计数模式的测试结果分别如表2、表3所示，表中的颗粒数量单位为个/(10 mL)。由于10、14和10～14 μm(c)的过滤效率比较接近，为了方便区分，增加了一位小数[6]。

为了更直观地比较累积计数模式和差分计数模式的过滤效率，根据表2、表3中测试结果，按照差分计数模式的粒径和与之相关的累积计数模式的粒径绘制了时间-效率曲线图， 组合成为4 、6 和4～6 μm(c)三种粒径， 6、10和6～10 μm(c)三种粒径，10、14和10～14 μm(c)三种粒径的时间效率曲线，分别如图1、图2、图3所示。

表2 累积计数模式的测试结果

表3 差分计数模式的测试结果

图1 4、6和4～6 μm(c)时间-效率曲线图 图2 6、10和6～10 μm(c)时间效率-曲线图 图3 10、14和10～14 μm(c)时间-效率曲线图

可以看出:在相同条件下， 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。和数学模型的计算结论一致。4μm(c)的过滤效率表示过滤器对所有粒径大于4μm(c)固体颗粒的拦截过滤能力，包括大于6μm(c)的固体颗粒和4～6μm(c)的固体颗粒。而4～6μm(c)的过滤效率则表征了过滤器拦截粒径为4～6μm(c)的固体颗粒能力，过滤拦截的固体颗粒是粒径大于4μm(c)固体颗粒中一部分。其他几个累积计数模式下和差分计数模式下也具有相同的含义。

3 结论

经过以上分析，同一个过滤性能试验中，液体自动颗粒计数器选用不同的计数模式会得到不同的测试结果，而且差分计数模式得到的过滤效率小于与之相关的大粒径、小粒径的累积计数模式的过滤效率。试验时，选用不同的颗粒计数模式，对过滤器过滤性能的评价侧重点也不同。使用累积计数模式进行试验时，过滤效率表征的是过滤器拦截大于某个粒径值的所有固体颗粒的能力，体现了过滤器的总体过滤性能；而使用差分计数模式进行试验时，所得的过滤效率则表示过滤器拦截某个粒径区间值的固体颗粒的能力，表明了过滤器过滤特定颗粒的过滤性能。生产厂家或使用方可以根据自己的需要，选择累积计数模式或差分计数模式进行试验，得到关注粒径的过滤效率。