Приложение D
(справочное)
D.1 Основы и ограничения
D.1.1 Основы
В случаях, когда требуется классифицировать чистое помещение или чистую зону с очень низкой предельно допустимой концентрацией для данного класса, может использоваться метод последовательного отбора проб, который позволяет уменьшить объем пробы и время отбора проб. Метод последовательного отбора проб определяет интенсивность счета и оценивает вероятность соответствия или несоответствия заданному классу ИСО. Если загрязненность воздуха в отобранной пробе существенно больше или существенно меньше предельной концентрации для заданного класса, то метод последовательного отбора проб может снизить объемы проб и время отбора проб, во многих случаях значительно.
Некоторая экономия может быть достигнута и в случаях, когда концентрация частиц близка к заданному пределу. Метод последовательного отбора проб рекомендуется, в основном, для воздуха класса чистоты 4 ИСО и более чистого. Он может использоваться и для других классов, когда предельное значение концентрации частиц с заданными размерами мало и требуемый объем пробы может быть слишком большим для обнаружения 20 ожидаемых частиц.
Примечание - Более подробная информация по методу последовательного отбора проб дана в руководстве IEST-G-CC1004 [4] или JIS B 9920:2002 [5].
D.1.2 Ограничения на применение метода
На применение метода последовательного отбора проб накладываются следующие принципиальные ограничения:
a) метод может применяться только при ожидаемом числе частиц в одной пробе менее 20 для наибольшего размера частиц (A.4);
b) для каждой пробы следует провести дополнительный контроль и анализ данных, который может быть выполнен с использованием компьютеров;
c) точность определения концентрации частиц ниже, чем при обычном отборе проб, из-за сниженного объема проб.
D.2 Основа метода
Метод основан на сравнении кумулятивного счета частиц в реальном времени и контрольных чисел частиц. Контрольные числа получаются из формул для верхнего и нижнего пределов:
, (D.1)
, (D.2)
где 
- верхний предел для наблюдаемого числа частиц, при превышении которого требования класса чистоты не выполнены;
- нижний предел; если наблюдаемое число частиц меньше этого предела, то требования класса чистоты выполнены;
- ожидаемое число частиц, соответствующее предельному значению для данного класса чистоты (формула (D.5)).
Согласно формуле (A.2) объем одной пробы 
определяют как
, (D.3)
где - минимальный объем одной пробы в точке, л;
- предельно допустимая концентрация частиц в одном метре кубическом (предел класса) для наибольшего заданного порогового размера и данного класса ИСО;
20 - число частиц, которое может быть сосчитано, если концентрация частиц равна пределу класса.
Общее время отбора проб 
равно:
, (D.4)
где - общий объем пробы, л;
- скорость отбора проб счетчиком частиц, л/с.
Ожидаемое число частиц определяется как
, (D.5)
где 
- время отбора проб, с.
На рисунке D.1 дано графическое представление метода последовательного отбора проб. По мере отбора проб в каждой точке текущее наблюдаемое число частиц непрерывно сравнивается с ожидаемым числом частиц в отобранном объеме пробы. Если текущее наблюдаемое число частиц меньше нижнего предела, , соответствующего ожидаемому числу частиц, то воздух в пробе соответствует заданному классу чистоты или заданному пределу и отбор проб прекращается.
Если текущее наблюдаемое число частиц превышает верхний предел , то воздух в пробе не соответствует заданному классу чистоты или заданному пределу и отбор проб прекращается.
Если текущее наблюдаемое число частиц остается между верхним и нижним пределами, то отбор пробы продолжается до тех пор, пока не будет обнаружено 20 частиц или общий объем пробы, 
, не достигнет значения минимального объема одной пробы, , при котором ожидаемое число частиц становится равным 20.
На рисунке D.1 наблюдаемое число частиц, 
, наносится напротив ожидаемого числа частиц, , до тех пор, пока отбор проб не прекращается или наблюдаемое число частиц не достигнет 20.
D.3 Порядок отбора проб
На рисунке D.1 показаны границы по формулам (D.1) и (D.2), сходящиеся при значении 
20, соответствующем времени, требуемому для отбора полной пробы и при котором максимально наблюдаемое число частиц может быть равно 20.
|
x - ожидаемое число частиц ; y - наблюдаемое число частиц ; 1 - счет прекращается, чистота воздуха в пробе не соответствует заданным требованиям (
); 2 - счет продолжается; 3 - счет прекращается, чистота воздуха в пробе соответствует заданным требованиям (
)
Рисунок D.1 - Границы соответствия и несоответствия классу чистоты при использовании метода последовательного отбора проб
Наблюдаемое число частиц наносится напротив ожидаемого числа частиц, при котором концентрация частиц в воздухе равна предельно допустимому значению для данного класса. В течение времени отбора пробы ожидаемое число частиц растет. При 20 время отбора пробы соответствует времени, требуемому для отбора полного объема пробы, если концентрация частиц в пробе равна предельному значению.
Последовательный отбор проб с использованием рисунка D.1 выполняется следующим образом:
1) регистрируется наблюдаемое число частиц в функции времени;
2) вычисляется ожидаемое число частиц по формулам (D.5), (D.2);
3) наблюдаемое число частиц наносится напротив ожидаемого числа частиц, рисунок D.1;
4) наблюдаемое число частиц сравнивается с линиями верхнего и нижнего пределов, рисунок D.1;
5) если наблюдаемое число частиц пересекает верхнюю линию, то отбор проб прекращается и в протоколе указывается, что воздух не соответствует требованиям данного класса;
6) если наблюдаемое число частиц пересекает нижнюю линию, то отбор проб прекращается и воздух соответствует требованиям данного класса;
7) если наблюдаемое число частиц остается между верхней и нижней линиями, то отбор проб продолжается. Если наблюдаемое число частиц равно или менее 20 в конце указанного периода и не пересекает верхней линии, то воздух соответствует заданному классу.
D.4 Примеры последовательного отбора проб
D.4.1 Пример 1
a) Требуется определить соответствие классу чистоты воздуха 3 ИСО (0,1 мкм, 1000 частиц/м
) методом последовательного отбора проб. Проводится наблюдение роста числа частиц и выполняется оценка соответствия или несоответствия чистоты воздуха заданным требованиям.
Примечание - Скорость отбора проб счетчиком частиц равна 0,0283 м/мин (28,3 л/мин или 0,47 л/с).
b) До отбора проб вычисляются предельные величины. Результаты вычислений показаны в таблице D.1.
Сначала вычисляются ожидаемые числа частиц в зависимости от времени отбора проб. Затем определяются верхние и нижние пределы числа частиц по формулам (D.1) и (D.2) или по рисунку D.1.
Таблица D.1 - Верхние и нижние пределы для контрольного числа частиц
Периоды наблюдения при отборе пробы |
Время отбора проб, с |
Общий объем пробы воздуха |
Ожидаемое число частиц |
Верхний предел для наблюдаемого числа частиц |
Нижний предел для наблюдаемого числа частиц |
|
л |
в соответствии с формулой (D.5) |
|
|
|
1-й |
5 |
2,4 |
2,4 |
7 (6,4) |
НП (-1,5) |
2-й |
10 |
4,7 |
4,7 |
9 (8,8) |
0 (0,9) |
3-й |
15 |
7,1 |
7,1 |
12 (11,2) |
3 (3,3) |
4-й |
20 |
9,4 |
9,4 |
14 (13,7) |
5 (5,8) |
5-й |
25 |
11,8 |
11,8 |
17 (16,1) |
8 (8,2) |
6-й |
30 |
14,2 |
14,1 |
19 (18,5) |
10 (10,6) |
7-й |
35 |
16,5 |
16,5 |
20 (21,0) |
13 (13,0) |
8-й |
40 |
18,9 |
18,9 |
20 (23,4) |
15 (15,5) |
9-й |
45 |
21,2 |
21,2 |
21 |
20 |
Примечание - Численные значения в скобках показывают результаты вычислений верхнего и нижнего пределов для наблюдаемого числа частиц до одного десятичного знака. Но поскольку фактические данные являются целыми числами, такие вычисленные значения используются во время оценки как показанные целые числа. | |||||
c) Оценка по методу последовательного отбора проб
Ожидаемое число частиц в первом периоде наблюдений равно 2,4. Воздух не соответствует требованиям, если число наблюдаемых частиц равно или больше 7. Однако если наблюдаемое число частиц в течение этого периода находится в пределах от 0 до 6, то заключение сделать нельзя и отбор пробы следует продолжить. При продолжении отбора пробы общее наблюдаемое число частиц может возрасти. Отбор пробы следует продолжать до достижения заданного значения объема одной пробы либо до пересечения наблюдаемого числа частиц одной из линий или . Если общее наблюдаемое число частиц равно или менее 20 в конце заданного времени отбора проб и не пересекало верхней линии, то чистота воздуха соответствует требованиям класса. Если общее наблюдаемое число частиц равно или меньше округленного в меньшую сторону значения до окончания полного периода отбора проб, то отбор проб прекращается, и чистота воздуха соответствует требованиям класса.
D.4.2 Пример 2
Требуется определить соответствие классу чистоты воздуха 3 ИСО (0,5 мкм, 35 частиц/м) методом последовательного отбора проб. Скорость отбора проб счетчиком частиц, , равна 0,0283 м/мин=0,47 л/с.
Вычисляем объем одной пробы, , согласно формуле (D.3):
л. (D.6)
Вычисляем общее время отбора пробы согласно формуле (D.4). Это наибольшее время, необходимое для оценки в точке отбора пробы. В данном случае время отбора пробы следует сократить.
с = 20,19 мин. (D.7)
Определяем данные для таблицы:
1) вычисляем ожидаемое число частиц согласно формуле (D.5):
. (D.8)
2) вычисляем верхний и нижний пределы для наблюдаемого числа частиц по формулам (D.1) и (D.2);
3) результаты вычислений показаны в таблице D.2 и на рисунке D.2.
Таблица D.2 - Результаты вычислений общего объема пробы, ожидаемого числа частиц, верхнего и нижнего пределов
|
|
Общий объем пробы воздуха, |
Ожидаемое число частиц, |
Пределы |
|
Верхний предел, |
Нижний предел, |
||||
1 |
60 |
28,3 |
1,0 |
5 (5,0) |
НП (-2,9) |
2 |
120 |
56,6 |
2,0 |
7 (6,0) |
НП (-1,9) |
3 |
180 |
84,9 |
3,0 |
8 (7,0) |
НП (-0,9) |
4 |
240 |
113,2 |
4,0 |
9 (8,0) |
0 (0,1) |
5 |
300 |
141,5 |
5,0 |
10 (9,1) |
1 (1,1) |
6 |
360 |
169,8 |
5,9 |
11 (10,1) |
2 (2,2) |
7 |
420 |
198,1 |
6,9 |
12 (11,1) |
3 (3,2) |
8 |
480 |
226,4 |
7,9 |
13 (12,1) |
4 (4,2) |
9 |
540 |
254,7 |
8,9 |
14 (13,1) |
5 (5,2) |
10 |
600 |
283,0 |
9,9 |
15 (14,2) |
6 (6,2) |
11 |
660 |
311,3 |
10,9 |
16 (15,2) |
7 (7,3) |
12 |
720 |
339,6 |
11,9 |
17 (16,2) |
8 (8,3) |
13 |
780 |
367,9 |
12,9 |
18 (17,2) |
9 (9,3) |
14 |
840 |
396,2 |
13,9 |
19 (18,2) |
10 (10,3) |
15 |
900 |
424,5 |
14,9 |
20 (19,3) |
11 (11,3) |
16 |
960 |
452,8 |
15,8 |
20 (20,3) |
12 (12,4) |
17 |
1020 |
481,1 |
16,8 |
20 (21,3) |
13 (13,4) |
18 |
1080 |
509,4 |
17,8 |
20 (22,3) |
14 (14,4) |
19 |
1140 |
537,7 |
18,8 |
20 (23,3) |
15 (15,4) |
20 |
1200 |
566,0 |
19,8 |
20 (24,4) |
16 (16,4) |
20,19 |
1211,5 |
571,429 |
20 |
21 |
20 |
На рисунке D.2 верхний и нижний пределы наблюдаемого числа частиц нанесены напротив времени отбора проб. Каждая вертикальная полоса показывает пределы (верхний и нижний) с интервалами 1 мин.
|
x - время счета, мин; y - предельные значения, числа частиц;
- верхний предел для наблюдаемого числа частиц;
- нижний предел для наблюдаемого числа частиц
Рисунок D.2 - Графическое представление границ соответствия или несоответствия для метода последовательного отбора проб
Следует сравнить общее наблюдаемое число частиц, верхний и нижний пределы и использовать метод по D.3.
а) Случай несоответствия, таблица D.3.
Таблица D.3 - Пример счета частиц по методу последовательного отбора проб
|
|
Ожидаемое число частиц, |
Предел для общего числа наблюдаемых частиц |
Наблюдаемое число частиц в интервале времени |
Общее число наблюдаемых частиц, |
Результат |
|
Верхний предел, |
Нижний предел, |
||||||
1 |
60 |
1,0 |
5 |
НП |
2 |
2 |
Продолжить |
2 |
120 |
2,0 |
7 |
НП |
3 |
5 |
Продолжить |
3 |
180 |
3,0 |
8 |
НП |
1 |
6 |
Продолжить |
4 |
240 |
4,0 |
9 |
0 |
0 |
6 |
Продолжить |
5 |
300 |
5,0 |
10 |
1 |
5 |
11 |
НЕ СООТВЕТСТВУЕТ |
Ожидаемое число частиц в первом периоде наблюдений равно 1,0; общее наблюдаемое число частиц рассматривается как "несоответствие", если оно равно или более 5. Однако если общее наблюдаемое число частиц находится в интервале от 1 до 5, то заключение сделать нельзя и отбор пробы следует продолжить. При продолжении отбора пробы общее наблюдаемое число частиц возрастает. Но заключение сделать легко, поскольку возрастают как ожидаемое число частиц, так и контрольное число частиц. В пятом периоде отбора пробы (
300 с) общее число наблюдаемых частиц равно 11 и оно превышает верхний предел (10 частиц).
Чистота воздуха НЕ СООТВЕТСТВУЕТ заданному классу.
b) Случай соответствия заданному классу чистоты рассмотрен в таблице D.4.
Таблица D.4 - Пример счета частиц при последовательном отборе проб
|
|
Ожидаемое число частиц, |
Предел для общего числа наблюдаемых частиц |
Наблюдаемое число частиц в интервале времени |
Общее число наблюдаемых частиц, |
Результат |
|
Верхний предел, |
Нижний предел, |
||||||
1 |
60 |
1,0 |
5 |
НП |
0 |
0 |
Продолжить |
2 |
120 |
2,0 |
7 |
НП |
0 |
0 |
Продолжить |
3 |
180 |
3,0 |
8 |
НП |
0 |
0 |
Продолжить |
4 |
240 |
4,0 |
9 |
0 |
0 |
0 |
СООТВЕТСТВУЕТ |
Ожидаемое число частиц в первом периоде наблюдений равно 1,0; общее наблюдаемое число частиц рассматривается как "несоответствие", если оно равно или более 5. Однако если общее наблюдаемое число частиц находится в интервале от 0 до 5, то заключение сделать нельзя. В данном примере отбор пробы продолжен, но общее наблюдаемое число частиц не возрастает. В четвертом периоде отбора пробы (240 с) общее число наблюдаемых частиц равно 0 и равно нижнему пределу (0 частиц).
Чистота воздуха СООТВЕТСТВУЕТ заданному классу.
