空气净化器颗粒物洁净空气量测试设备的对比研究

张横锦 方海林 符颢译 陈妙阳

1. 广东产品质量监督检验研究院 广东广州 510000；

2. 国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 广东广州 510000

1 引言

国家标准GB/T 18801-2015《空气净化器》推荐使用激光尘埃粒子计数器测量并计算得到颗粒物洁净空气量（CADR），而通过颗粒物质量浓度测试仪进行测量和计算颗粒物累积净化量（CCM）[1,2]。受限于检测设备的技术瓶颈，国内科研单位及检测机构往往选择使用进口的激光尘埃粒子计数器以保证测量的准确度，如TSI 3340A，价格高达54万人民币，价格高昂且维护成本高，对企业产品开发和质量控制带来巨大负担[3,4]；而同品牌颗粒物质量浓度测试仪只需要7万人民币左右。因此，有必要探索采用颗粒物质量浓度测试仪进行颗粒物洁净空气量（CADR）测试的可行性，以期为后续标准中采用备选检测设备或为企业质量控制设备的选用提供理论依据。

2 测试设备和材料

激光尘埃粒子计数器使用美国TSI公司生产的3340A型激光气溶胶粒径谱仪（搭配TSI 3302A稀释器），可测量粒径范围为0.09～7.5 μm的颗粒物浓度；颗粒物质量浓度测试仪使用美国TSI公司生产的DUSTTRAK II气溶胶监测仪8530，可检测与PM1、PM2.5、可吸入微粒、PM10或粒分数对应的气溶胶浓度，气溶胶浓度范围0.001～400 mg/m3。这两种设备都是利用光度测量原理进行测量和计算。用雄狮牌香烟（焦油含量8 mg）烟雾作为颗粒物的尘源[5]。采用符合GB/T 18801-2015《空气净化器》附录A要求的30 m3试验舱。

3 测试方法

为确保实验数据的可比性，激光气溶胶粒径谱仪TSI 3340A和气溶胶监测仪TSI 8530同时进行测量，两个取样口并排放置，取样口离墙面55 cm，相对试验舱地面110 cm，避开进出风口。TSI 3340A设置取样周期2 min，取样流量50 ml/min，稀释器100:1，设置取样通道5个，分别为90～100 nm、100～300 nm、300～000 nm、1000～2500 nm、2500～7500 nm。TSI 8530设置取样周期2 min，取样时间1 min，采用10 um粒径选择撞击器。

30 m3试验舱准备：颗粒物（0.3～10μm）背景浓度＜1000个/L，环境温度（25±2）℃，相对湿度（50±5）%，颗粒物初始浓度（6×106～1.2×107）个/L。

4 设备不确定度评定

4.1 A类评定的标准不确定度分量

选择某空气净化器为测试样本，同时使用TSI 8530和TSI 3340A分别进行9次独立重复测试，测试结果见表1。

表1 颗粒物洁净空气量测试结果（单位：m3/h）

用贝塞尔公式计算测量结果[6,7]，如公式（1），进行计算，可得A类评定的标准不确定度分量分别为μA(CADR)TSI8530=6.4 m3/h，μA(CADR)TSI3340A=8.2 m3/h。

式中：

μA(CADR)——A类方法评定的标准不确定度分量；

CADRi——第i次独立测量得到的空气净化器颗粒物洁净空气量；——n次独立测量得到的空气净化器颗粒物洁净空气量；

n——独立测量次数，这里n=9；

图1 TSI 3340A和TSI 8530颗粒物洁净空气量测试值

4.2 B类评定的标准不确定度分量

TSI 3340A的测量不确定度主要来源于粒子计数示值误差和取样流量误差。根据设备供应商出厂计量参数表，粒子计数最大误差为5%，按矩形分布估计，则引入的相对不确定度为：

根据TSI 3340的计量证书，流量示值误差测量结果的扩展不确定度为0.31%，则标准不确定度为μcrel-2=0.155%，

TSI 8530 的测量不确定度主要来源于浓度示值误差。根据计量证书，粒子浓度示值误差测量结果的扩展不确定度为9.6%，则标准不确定度为μcrel-TSI8530=4.8%。

4.3 合成标准不确定度

TSI 3340A的合成标准不确定度为：

TSI 8530的合成标准不确定度为：

4.4 扩展不确定度

取包含因子k=2，则洁净空气量的相对扩展不确定度分别为：

5 测试结果

通过对颗粒物洁净空气量介于50～800 m3/h的样机进行测试，分析TSI 3340A和TSI 8530对不同洁净空气量净化器测试值的偏离程度，两款设备的测试结果如图1所示。

在图1中，根据TSI 3340A测试值不确定度的计算结果标出误差线。颗粒物洁净空气量在50～500 m3/h范围内，TSI 3340A和TSI 8530测试结果绝对值偏离较小，随着洁净空气量的提高，两者测试值偏离程度呈增大趋势。

图2 TSI 8530测试值相对TSI 3340A偏离度

如图2所示，偏离度为（CADRTSI8530-CADRTSI3340A）/CADRTSI3340A的值。由图可见，颗粒物洁净空气量在350 m3/h以下时，偏离度低于3.0%；随着洁净空气量的增加，偏离度呈上升趋势，但均低于9.0%。根据4.4节的测量不确定度计算结果，TSI 8530的相对扩展不确定度为9.8%，洁净空气量较大时产生的误差可能是由于测量不确定度导致，可采取3次测量取平均值的方法减少误差。因此在国家标准GB/T 18801-2015规定的30 m3实验舱颗粒物洁净空气量测试范围（30～800 m3/h）内，TSI 3340A和TSI 8530颗粒物洁净空气量测试值偏离度均在可接受范围内，两者测量值具有较好的一致性。

6 结论

通过对TSI 3340A和TSI 8530测试结果偏离度和不确定度的分析，可知两者测量结果具有高度的一致性。TSI 8530的测量结果与TSI 3340A比较，偏离度小于9%，且TSI 8530的测量不确定度为9.8%，依据国家标准GB/T 18801规定的洁净空气量实测值不小于标称值的90%的要求，TSI 8530可满足测量需求。此外，国家标准GB/T 18801规定的颗粒物背景浓度可考虑采用颗粒物质量浓度表示。综上所述，TSI 8530可作为后续标准中采用的备选测试设备，或者作为企业生产控制的设备。