DE4313238C2 - Verfahren und Apparatur zur fraktionierenden Messung von Aerosolen - Google Patents
Verfahren und Apparatur zur fraktionierenden Messung von AerosolenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung der Partikelgrößenver
teilung von Aerosolen in einem Gasstrom bei dem der aerosolbeladene Meßgasstrom
durch eine Trennstufenkaskade mit abgestuften Trenngrenzen geleitet wird. Außer
dem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens.
Fraktionierende Messungen von Aerosolen haben in den letzten Jahren eine steigende
Bedeutung erlangt. Unter Aerosolen sind hierbei sowohl Staubpartikel als auch
Tröpfchen und Schmierpartikel vor allem im Größenbereich unterhalb von 10 µm
anzusehen. So sind diese Messungen z. B. unerläßlich, um die Emissionssituation in
Abgasströmen festzustellen. Der Gesetzgeber schreibt in der TA-Luft genau vor,
welche Feinstaubemissionen, ausgedrückt in Konzentrationen, für die einzelnen
Abgasströme noch zulässig sind. Auch für die Auslegung und Überwachung von
Aerosolabscheidern, sei es für Abgas- oder Prozeßströme, sind derartige
fraktionierende Messungen unerläßlich. Dasselbe gilt für die Bewertung von MAK-
Werten, also den maximal zulässigen Konzentrationen am Arbeitsplatz.
Als das bei weitem wichtigste und am häufigsten eingesetzte Meßgerät hat sich der
Kaskadenimpaktor bewährt. Es gibt hiervon mehrere käufliche Ausführungsformen,
die alle nach folgendem Prinzip arbeiten: Das Gerät besteht aus einer Serie von
Düsen mit abnehmenden Durchmessern, durch die ein konstanter Meßgasstrom
gesaugt wird. Hinter den Düsen schlagen sich die mitgeführten Aerosolpartikel nach
Größe getrennt auf Prallplatten nieder, so daß auf den vorderen Stufen die
gröberen Partikel, auf den nachfolgenden Stufen sukzessive die feineren Partikel
abgeschieden werden. Die sogenannte Trenngrenze ist von der Düsenweite und
der Gasgeschwindigkeit in der Düse abhängig. Je enger die Düse und je höher die
Geschwindigkeit, desto kleiner sind die Partikel, die noch abgeschieden werden
können. Die gleiche Düse scheidet daher auch um so besser ab, je höher der
Meßgasstrom ist. Die Größen der abgeschiedenen Aerosolfraktionen sind durch
Eichmessungen bekannt. Zur Auswertung der Messungen müssen jedoch noch die
abgeschiedenen Aerosolmengen bestimmt werden.
Der Nachteil des Verfahrens besteht darin, daß diese Auswertung erst nach der
Messung im Labor erfolgen kann. Die damit verbundenen Arbeiten, seien es
Wägung, chemische Analyse oder dergleichen sind aufwendig, zeit- und arbeits
intensiv. So liegt das Meßergebnis in der Regel erst einige Tage nach der
Probenahme vor. Eine Automatisierung des Meßverfahrens durch den Einsatz von
Elektronik oder ähnlichem ist nicht möglich. Das Verfahren verlangt daher den
Einsatz von geschultem, spezialisiertem Personal.
In der Zeitschrift Rev. Sci. Instrum. 15/4, 516, (1980) wird ein Verfahren zur
Bestimmung der Partikelgrößenverteilung von Aerosolen in einem Gasstrom
beschrieben, bei dem der Aerosol-beladene Meßgasstrom durch einen
elektronischen Kaskadenimpaktor mit abgestuften Trenngrenzen geleitet wird,
wobei an jeder Trennstufe die Abscheiderate des Aerosols und damit eine der
Konzentration des jeweilig abgeschiedenen Aerosolanteils entsprechende Größe in
Form eines Elektometerstroms gemessen wird. Voraussetzung ist dafür, daß das
Aerosol vorher elektrisch aufgeladen wurde.
Ferner ist aus der Zeitschrift Staub - Reinhalt. Luft, Band 37, Nr. 9, 335, (1977) ein
Doppelstufenimpaktor mit einer photoelektrischen Meßautomatik bekannt, bei dem
der Aerosol-beladene Meßgasstrom durch eine Trennstufenkaskade mit
abgestuften Trenngrenzen geleitet wird und an jeder Trennstufe die Dichte des
Partikelniederschlags auf den Prallflächen mittels Lichtextinktion gemessen wird.
Aus JP 2-275342 A in Patent Abstracts of Japan, Section P, Vol. 15 / No. 37,
(1991), p-1159 ist ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der
Konzentration und der Partikelgröße von pulverförmigem Material beschrieben. Das
zu untersuchende pulverförmige Material wird dabei mittels eines Sauggebläses
durch hintereinandergeschaltete Klassierer gefördert, wobei hinter jedem Klassierer
die Menge des abgetrennten Pulveranteils mit Hilfe eines Meßtrichters gemessen
wird. Bei den Klassierern handelt es sich um pneumatische Klassier-Vorrichtungen.
Desweiteren ist in DE 37 37 129 C2 ein Verfahren zur Bestimmung der
Partikelgrößenverteilung von Aerosolen beschrieben, bei dem der Aerosol-beladene
Meßgaßstrom auf ein System von parallel geschalteten Impaktoren aufgeteilt wird,
wobei in einer Impaktorstufe (virtuelle Impaktorstufe) der Feinstaub vom Grobstaub
abgetrennt wird und die Grob- und Feinstaubanteile photometrisch bestimmt
werden.
Um den mit der steigenden Anzahl von benötigten Messungen steigenden Aufwand
von Zeit und Kosten zu limitieren, wurde nach einem neuen, vereinfachten und
automatisierbaren Meßverfahren gesucht. Das Verfahren soll das Meßergebnis
unmittelbar noch am Meßort liefern. Es soll ferner im Gegensatz zu den bisherigen
Verfahren in der Lage sein, zeitlich relativ rasche Änderungen der Aerosolsituation
zu erfassen, d. h. unmittelbar anzuzeigen. Für Überwachungsaufgaben soll es
schließlich auch vollautomatisch bzw. ferngesteuert, d. h. ohne unmittelbare
Bedienung durch Personal, einsetzbar sein.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der
Trennstufenkaskade vor und hinter jeder Trennstufe die Aerosolkonzentrationen
gemessen werden und aus der Differenz der beiden zu einer Trennstufe gehörenden
Meßwerte für benachbarte Trenngrenzen die jeweils abgeschiedene Partikelfraktion
bestimmt wird. Unter "Trenngrenze" ist dabei diejenige Partikelgröße zu verstehen,
die gerade noch von der jeweiligen Trennstufe durchgelassen wird (vergleichbar mit
der Maschenweite eines Siebes), während Partikel mit einem größeren Durchmesser
in dieser Trennstufe abgeschieden werden.
Das bisherige konventionelle Verfahren mit einem Kaskadenimpaktor kann man mit
einer Siebung vergleichen, wobei ein ganzer Siebsatz verwendet wird und wo am
Ende alle Fraktionen gleichzeitig auf den Sieben vorliegen. Das neue Verfahren
ähnelt hingegen einer Siebung, wobei jeweils nur ein Sieb verwendet wird und nicht
der Anteil auf dem Sieb, sondern der durch das Sieb hindurchgehende Anteil
bestimmt wird.
Die Trennung des Aerosols kann man im Prinzip mit jedem beliebigen Trennapparat
bewerkstelligen, also z. B. mit Impaktorstufen, die aus Düse und Prallplatte bestehen.
Es können aber auch Zyklone, Fritten und dergleichen verwandt werden. Wesentlich
hierbei ist aber, daß nicht wie bisher die jeweils abgeschiedene Fraktion gemessen
wird, sondern die hinter dem Trennapparat noch verbleibende Menge des Aerosols.
Eine vorzügliche, schnelle und automatisierbare Meßmöglichkeit für dieses Aerosol
besteht in der Verwendung von Photometern. Gewöhnlich hat man eine Küvette,
durch die man das Aerosol, d. h. den Gasstrom und die darin suspendierten
Aerosolteilchen, hindurchführt. Beim Durchtritt durch diese Küvette wird nun das
Aerosol von einem Lichtstrahl beleuchtet. Die vom Licht getroffenen Aerosolpartikel
streuen das Licht, d. h. ein Teil des Lichtes wird umgelenkt, so daß die Lichtintensität
in Strahlrichtung vermindert, seitlich davon hingegen verstärkt wird. Je nach Photo
meter-Typ wird die Lichtextinktion oder das Streulicht oder beides gemessen. Auf
jeden Fall muß es die Forderung erfüllen, daß das Meßsignal eine eindeutige
Funktion der Partikelanzahl im Meßvolumen, der Partikelgöße und der Partikelart
ist. Der Bewegungszustand der Partikel hat keinen Einfluß auf das Meßergebnis,
daher auch nicht die Durchflußgeschwindigkeit bzw. -menge.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die einzelnen Trennstufen
schrittweise nacheinander in Reihe zugeschaltet und bei jedem Schritt nach der
zuletzt zugeschalteten Trennstufe die Aerosolkonzentration gemessen. Das aerosol
beladene Meßgas strömt also seriell durch die bereits zugeschalteten Trennstufen und
wird dann nach der zuletzt zugeschalteten Trennstufe abgezogen und einem
Meßgerät, vorzugsweise einem Photometer, zur Bestimmung der Aerosolkonzen
tration zugeführt. Bei jedem Schritt wird also die Zahl der ausgenutzten Trennstufen
um 1 erhöht.
Eine weitere vorteilhafte Variante besteht darin, daß die Trenngrenzen von einer oder
von mehreren Trennstufen durch Verändern des Meßgasmengenstromes variiert
werden, wobei der Meßgasmengenstrom jeweils zwecks Einhaltung der
verschiedenen voreingestellten Sollwerte konstant geregelt wird. Auf diese Weise
können die Trenngrenzen beliebig eingestellt werden, so daß eine weitere
Unterteilung in verschiedene Fraktionen möglich ist, ohne die Zahl der Trennstufen
zu erhöhen. In der Praxis bedeutet dies, daß man mit einer geringeren Zahl von
Trennstufen (geringerer apparativer Aufwand) auskommt und trotzdem die gleiche
Meßgenauigkeit erreicht.
Die Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beruht auf einer von dem zu
untersuchenden Aerosol durchströmten Trennstufenkaskade, die erfindungsgemäß
folgende Merkmale aufweist:
- a) Nach jeder Trennstufe führt eine durch ein ferngesteuertes Ventil verschließbare Verbindungsleitung zu einem Sammelrohr.
- b) Stromabwärts vom Sammelrohr ist ein Durchflußphotometer zur Messung der Lichtschwächung und/oder Lichtstreuung durch die jeweils hinter einer ausge wählten Trennstufe verbleibende Aerosolkonzentration angeordnet.
- c) Mit einer rechnergestützen Auswerte- und Steuereinheit werden aus den hinter den Trennstufen gemessenen Photometersignalen die Partikelgrößen verteilung und Gesamtkonzentration des Aerosols bestimmt und die Anwahl der Ventile in den Verbindungsleitungen gesteuert.
Vorteilhaft ist in Reihe mit der Trennstufenkaskade und dem Durchflußphotometer
ein Durchflußregler zur Einstellung und Konstanthaltung eines vorgegebenen Meß
gasmengenstroms geschaltet.
Um den Nullpunkt des Geräts zu überprüfen, ist zweckmäßig eine Referenz- oder
Spülluftquelle vorgesehen, die über ein ferngesteuertes Ventil mit dem Sammelrohr
verbunden werden kann.
Als Trennstufenkaskade hat sich ein Trenndüsensystem (Kaskadenimpaktor) gut
bewährt.
Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:
- - Im Gegensatz zu den bisher angewandten Methoden bei der Bestimmung der Partikelgrößenverteilung mit Hilfe von Trennstufenkaskaden ist eine automatische und unmittelbare Auswertung des Meßergebnisses möglich.
Dadurch ergeben sich ein deutlich verringerter Zeitaufwand sowie eine
Kostenersparnis bei der Durchführung von solchen Messungen.
- - Zuweilen besteht bei Rohrströmungen eine Unsicherheit darüber, ob am Entnahmepunkt des Meßgasstromes eine repräsentative Aerosolverteilung herrscht. Um diese Frage zu beantworten, mußten bisher mehrere Proben entlang dem Rohrquerschnitt entnommen werden. Wegen des damit verbundenen großen Meßaufwandes konnte eine solche Überprüfung jedoch nur in Ausnahmefällen praktiziert werden. Bei Anwendung des erfindungs gemäßen Verfahrens kann die Überprüfung in der Weise stattfinden, daß die Entnahmesonde an verschiedenen Positionen in einer Ebene senkrecht zum Rohrdurchmesser plaziert wird und die Änderung des Meßsignals on-line beobachtet wird.
- - Aufgrund des höheren Automatisierungsgrads können die Messungen auch von weniger gut geschultem Personal durchgeführt werden.
- - Das erfindungsgemäße Meßverfahren (einschließlich der dazugehörigen Apparatur) erschließt neue Anwendungen, wie z. B. die Eichung und Kontrolle von stationär eingebauten Überwachungsphotometern bei abgasführenden Leitungen, die Erfassung von zeitlich veränderlichen Aerosolströmen in Rohrleitungen und die direkte Messung von Aerosolkonzentrationen am Arbeitsplatz.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführugsbeispielen und
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Fließbild der Trennstufenkaskade mit den dazugehörigen
Meß- und Steuereinrichtungen,
Fig. 2 das zu den einzelnen Meßschritten gehörende Photometersignal
als Funktion der Zeit (idealisierter Meßschrieb) und
Fig. 3 eine mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gemessene
Partikelgößenverteilung im Vergleich zu den mit einem her
kömmlichen Kaskadenimpaktor erzielten Meßergebnissen.
Kernstück der Apparatur gemäß Fig. 1 ist ein Kaskadenimpaktor 1 mit fünf
aufeinanderfolgenden Trennstufen 2 1 . . . 2 5. Diese Trennstufen sind in Serie geschal
tet, so daß ein aerosolhaltiger Meßgasstrom 3 der Reihe nach die Trennstufen 2 1 . . . 2 5
durchströmen kann. Eine Trennstufe besteht aus einer Trenndüse, hinter der sich
eine Prallplatte befindet, die vom Düsenstrahl angeblasen wird und auf der sich
jeweils der vorhandene Grobanteil des Aerosols abscheidet. Die Trenngrenzen der
Trennstufen sind dabei so abgestuft, daß die Feinheit der abgeschiedenen Fraktionen
von rechts nach links zunimmt. In der Trennstufe 2 1 wird also die gröbste Fraktion
und in der Trennstufe 2 5 die feinste Fraktion abgeschieden. Beispielsweise können
die Düsenweiten der Trenndüsen von rechts nach links 9,2 mm, 4,8 mm, 3,5 mm,
2,6 mm und 1,4 mm betragen. Die Trenngrenzen hängen aber nicht nur von der
Geometrie der Trenndüsen, sondern auch von dem Meßgasmengenstrom ab, mit dem
der Kaskadenimpaktor 1 beschickt wird. Durch Variation des Meßgasmengenstromes
3 kann man daher die Trenngrenzen gezielt verändern. Hinter jeder Trennstufe 2 1 . . . 2 5
führt eine Verbindungsleitung 4 1 . . . 4 5 zu einem Sammelrohr 5. In jeder Verbin
dungsleitung 4 1 . . . 4 5 ist ein ferngesteuertes Ventil 6 1 . . . 6 5 angeordnet, so daß die
Verbindungsleitungen wahlweise geschlossen werden können. Der aerosolhaltige
Meßgasstrom 3 kann also einmal bereits nach der ersten Trennstufe 2 1, aber auch
nach Durchlaufen beliebig vieler der vorhandenen Trennstufen zum Photometer 8
geleitet werden. Das Sammelrohr 5 steht über die Leitung 7 mit einem Durch
flußphotometer 8 in Verbindung. Das im Sammelrohr 5 eintreffende, aufgrund der
Abscheidung hinsichtlich der Partikelzusammensetzung modifizierte Meßgas wird
durch das Photometer hindurch von einer Pumpe 9 abgesaugt. Zwischen Photometer
8 und Pumpe 9 ist ein Durchflußregler 10 geschaltet, mit dem der Meßgasmengen
strom eingestellt und konstant geregelt wird. Durch Einstellung des Meßgasmengen
stromes können, wie schon erwähnt, die Trenngrenzen der Trennstufen 2 1 . . . 2 5
innerhalb eines bestimmten Bereiches beliebig verändert werden. Das Photometer
signal ist in erster Linie nur von der Menge und Feinheit des vorhandenen Aerosols
abhängig, nicht aber von der Größe des Meßgasmengenstroms. Das Photometer wird
mit Hilfe von Aerosolen mit bekannten Partikelfraktionen vorher geeicht. Nach
Durchführung einer Eichung erhält man Eichkurven als Funktion der Teilchenanzahl,
der Teilchengröße und der Teilchenart.
Über das Ventil 11 kann dem Sammelrohr 5 und dem Photometer 8 aerosolfreie
Außenluft oder ein Referenzgas zur Nullpunktbestimtnung (Basislinie) zugeleitet
werden. Der Meßwert 8 des Photometers (Meßleitung 12) wird einer rechner
gestützten Auswerte- und Steuereinheit 13 zugeführt. Diese Einheit betätigt auch
nach einem vorgegebenen Programm (Steuerleitung 14) die Ventile 6 1 . . . 6 5 und 11
und gibt die Sollwerte für den Durchflußregler 10 vor.
Eine Messung läuft in folgender Weise ab:
Im ersten Meßschritt wird der aerosolbeladene Gasstrom 3 der Trennstufe 2 1 zuge
führt und nach Abschaltung der gröbsten Partikelfraktion über die Verbindungs
leitung 4 1 (Ventil 6 1 offen) dem Sammelrohr 5 und dem Photometer 8 zur Messung
zugeführt. Die Ventile 6 2, 6 3, 6 4 und 6 5 sind dabei geschlossen. Im zweiten Meß
schritt fließt der Meßgasstrom durch die Trennstufen 2 1 und 2 2 durch die Verbin
dungsleitung 42 1 zum Photometer 8; d. h. die Ventile 6 1, 6 3, 6 4 und 6 5 sind geschlossen
und nur das Ventil 6 2 ist geöffnet. Im dritten Meßschritt wird der Meßgasstrom 3
dann durch die drei aufeinanderfolgenden Trennstufen 2 1, 2 2, 2 3 hindurchgeführt und
über die Verbindungsleitung 4 3 dem Photometer 8 zur Messung zugeleitet. Bei jedem
Meßschritt wird also eine weitere Trennstufe hinzugeschaltet und danach der
Messung zugeführt. Bei dieser schrittweisen Zuschaltung werden die Trenngrenzen
von rechts nach links sukzessive in den Feinbereich verschoben. Beim letzten
Meßschritt durchfließt der Meßgasstrom schließlich den gesamten Kaskadenimpaktor
1, bevor er der Messung zugeführt wird. Die gestaffelte Abschaltung - zuerst der
groben und dann der feineren Aerosolpartikel - ist im Hinblick auf eine optimierte
Verfahrensdurchführung wesentlich. Würde man z. B. den Aerosolgasstrom unter
Umgehung der vorgeschalteten Stufen direkt auf die letzte Trennstufe leiten, so
würden wegen der hohen Gasgeschwindigkeiten größere Aerosoltropfen beim
Aufprall auf die Trennplatte zerplatzen und darüber hinaus an der Platte anhaftende
Aerosolteilchen unter Umständen wieder abgeblasen. Dies würde in beiden Fällen zu
systematischen Meßfehlern führen.
Die oben beschriebenen Meßschritte können anhand der Photometerregistrierkurve
gemäß Fig. 2 nochmal verdeutlicht werden. Bei dem verwendeten Photometertyp
erhält man einen Vollausschlag, wenn der gesamte Aerosolstrom durch die
Meßküvette des Photometers strömt (max. möglicher Ausschlag). Dagegen erhält
man die 0- oder Basislinie, wenn aerosolfreie Luft durch das Photometer strömt, so
daß keine Streuung oder Absorption an Partikeln stattfindet. Durch Einschalten der
ersten Trenneinheit fällt der Ausschlag auf einen geringeren Wert; es bildet sich eine
Stufe aus. Die Höhe dieser Stufe ist ein Maß für die Aerosolkonzentration, die durch
die erste Trennstufe 2 1 aus dem Meßgasstrom 3 ausgeschieden wurde. Es handelt
sich dabei um die gröbste Fraktion des Aerosols.
Durch Zuschalten einer weiteren Trenneinheit 2 2 kann nun aus dem Aerosolstrom
eine weitere Größenfraktion ausgeschieden werden. Dies macht sich in der Schreiber
kurve durch einen weiteren Rückgang des Meßsignales bemerkbar; es bildet sich eine
neue, tiefere Stufe aus. Die Stufenhöhe zur ersten Stufe ist nun ein Maß für die
Konzentration jener Aerosolfraktion, die durch die zweite Trennstufe 2 2 aus dem
Meßgasstrom 3 ausgeschieden wurde. Aus der Stufenhöhe läßt sich mit Hilfe der
Eichkurve und des Auswerteprogrammes wiederum die Konzentration der Aerosol
fraktion berechnen.
Wenn auf diese Weise nacheinander alle Trennstufen zugeschaltet werden, erhält
man die in Fig. 2 im ersten Meßzyklus registrierte Stufenkurve mit abnehmender
Signalhöhe. Sofern nach Zuschalten der letzten Trennstufe keine Aerosolpartikel
mehr im Meßgasstrom vorhanden sind, so erreicht die Kurve die Basislinie, da das
Photometer in diesem Fall 0 anzeigt. Für den Fall, daß die Basislinie nicht erreicht
wird, ist die verbleibende Stufenhöhe offensichtlich ein Maß für die Konzentration
der noch im Meßgasstrom verbleibenden, nicht abgeschiedenen Feinfraktion.
Anschließend wird ein zweiter Meßzyklus mit einem doppelt so großen Meßgas
mengenstrom von 10 l/Minute durchgeführt. Durch die Erhöhung des Meßgasstromes
werden die Trenngrenzen der Trennstufen 2 1 . . . 2 5 verschoben, so daß sich eine
andere Stufenfunktion ergibt. Auch hier wird nach der letzten Stufe wieder die
Basislinie erreicht. Auf diese Weise erhält man auch bei der relativ kleinen Anzahl
von nur fünf Trennstufen eine ausreichend große Anzahl von Meßdaten, um so die
Partikelgrößenverteilung des Aerosols zu berechnen. Durch Einstellung verschiedener
Meßgasströme kann man somit eine weitere Unterteilung der Fraktionen und damit
eine höhere Meßgenauigkeit erreichen. Auf diese Weise kommt man mit einer relativ
niedrigen Zahl von Trennstufen aus (geringerer apparativer Aufwand).
In der nachfolgenden Tabelle ist das Auswerteschema der Meßkurve nach Fig. 2
dargestellt. In der ersten Spalte sind die Trenngrenzen durchnumeriert. Die zweite
Spalte gibt die dazugehörigen Partikelgrößen an, die den Trenngrenzen entsprechen.
Die dritte Spalte kennzeichnet die mittleren Partilkelgrößen der Fraktionen. Die zu
diesen Fraktionen gehörenden Photometermeßsignale sind in der vierten Spalte
angegeben. Mit den in der fünften Spalte dargestellten Eichwerten ergeben sich (nach
Division durch K) die in der sechsten Spalte dargestellten Volumenkonzentrationen
des Aerosols in mg/m3. In der siebten Spalte sind die prozentualen Anteile der
Fraktionen angegeben. Durch stufenweises Aufsummieren der Fraktionsanteile ergibt
sich schließlich gemäß Spalte 8 die Summenkurve der Größenverteilung.
In Fig. 3 ist eine solche Summenkurve graphisch dargestellt. Zum Vergleich ist auch
eine Summenkurve eingetragen, die durch Untersuchung des gleichen Aerosols mit
einem herkömmlichen Kaskadenimpaktor gefunden wurde. Im Rahmen der
Meßgenauigkeit ergibt sich eine gute Übereinstimmung.
Mit dem neuen Meßverfahren kann die Bestimmung der Größenverteilung und der
Konzentration von Aerosolen in Abgasströmen wesentlich erleichtert und verkürzt
werden. Im Vergleich zu Messungen mit einem konventionellen Kaskadenimpaktor
ist zum ersten Mal eine automatische und unmittelbare Auswertung des Meßer
gebnisses möglich. Dadurch ergibt sich ein wesentlich geringerer Meßaufwand, sowie
eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis.
Zur weiteren Erläuterung sollen noch einige wichtige technische Anwendungen
beschrieben werden.
In vielen Anlagen sind Photometer zur Überwachung von Abgasströmen, z. B.
hinter Verbrennungsanlagen, vom Gesetzgeber vorgeschrieben. Eine Änderung im
Signal dieser Photometer bedeutet jedoch nicht immer eine Änderung der
Aerosolkonzentration im Abgas, sondern kann auch durch eine Änderung der
Aerosolfeinheit bewirkt worden sein. Durch die fraktionierende Messung mit dem
neuen Gerät läßt sich eine Änderung der Aerosolfeinheit sofort ermitteln.
Bei einer geänderten Fahrweise des Betriebes, z. B. bei Anfahr- oder Störfällen,
kann es zu einer zeitlich veränderlichen Aerosolsituation im Abgas kommen.
Dieser transitive Zustand kann mit den bisherigen Methoden, sei es wegen des
integrierenden Entnahmevorganges und/oder wegen des verspäteten Analysevor
ganges, bisher nicht erfaßt bzw. zeitlich nicht aufgelöst werden. Mit dem neuen
Verfahren sind derartige Messungen ohne Schwierigkeiten möglich.
Durch wechselnde äußere Umstände können hier besonders stark veränderliche
Konzentrationen auftreten. Die bisherigen sammelnden Methoden können nur
zeitliche Mittelwerte liefern (Expositionsbestimmungen nach dem Prinzip der
Dosismessung). Mit dem neuen Gerät können auch zeitliche Spitzenwerte, sofern
sie von Bedeutung sind und eine gewisse Mindestzeit andauern, erfaßt und in so
kurzer Zeit ausgewertet werden, daß Gegenmaßnahmen möglich sind (Alarmaus
lösung und dergleichen).
An kritischen Arbeitsplätzen (z. B. Spritzkabinen und Lackierstationen) können
die neuen Geräte als Überwachungsmonitore installiert, fernbedient und fernüber
wacht werden. Da das Meßergebnis sofort "außen" vorliegt, können auch von dort
bei Bedarf entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.
Claims (9)
1. Verfahren zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung von Aerosolen in einem
Gasstrom, bei dem der aerosolbeladene Meßgasstrom (3) durch eine
Trennstufenkaskade (1) mit abgestuften Trenngrenzen geleitet wird, dadurch
gekennzeichnet, daß vor und hinter jeder Trennstufe (2 n) die Aerosolkonzentrationen
gemessen werden und aus der Differenz der beiden zu einer Trennstufe (2 n)
gehörenden Meßwerte für benachbarte Trenngrenzen die Menge der jeweils
abgeschiedenen Partikelfraktion bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hinter jeder
Trennstufe (2 n) verbleibende Aerosolkonzentration photometrisch gemessen wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen
Trennstufen (2 n) schrittweise nacheinander in Reihe geschaltet werden, wobei das
Meßgas durch die bereits zugeschalteten Trennstufen (2 n) strömt und jeweils nach
der zuletzt zugeschalteten Trennstufe die Aerosolkonzentration gemessen wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trenngrenzen einer oder mehrerer Trennstufen (2 n) durch Verändern des
Meßgasmengenstromes variiert werden.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Meßgasmengenstrom bei vorgewählten Sollwerten konstant geregelt wird.
6. Vorrichtung zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung von Aerosolen in einem
Gasstrom mit einer von dem zu untersuchenden Aerosol durchströmten
Trennstufenkaskade (1), wobei nach jeder Trennstufe (2 1 ... 5) eine durch ein
ferngesteuertes Ventil (6 1 ... 5) verschließbare Verbindungsleitung (4 1 ... 5) zu einem
Sammelrohr (5) führt; wobei stromabwärts vom Sammelrohr (5) ein
Durchflußphotometer (8) zur Messung der Lichtschwächung und/oder Lichtstreuung
durch die jeweils hinter einer ausgewählten Trennstufe (2 n) verbleibende
Aerosolkonzentration angeordnet ist und wobei eine rechnergestützte Auswerte-
und Steuereinheit (13) vorgesehen ist, die aus den hinter den Trennstufen (2 n)
gemessenen Photometersignalen die Partikelgrößenverteilung und Gesamt
konzentration des Aerosols bestimmt und die Anwahl der Ventile (6 n) in den
Verbindungsleitungen (4 n) steuert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der
Trennstufenkaskade (1) und dem Durchflußphotometer (8) ein Durchflußregler (10)
zur Einstellung und Konstanthaltung eines vorgegebenen Meßgasmengenstroms
geschaltet ist.
8. Vorrichtung nach Ansprüchen 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenz-
oder Spülluftquelle vorgesehen ist, die über ein weiteres ferngesteuertes Ventil (11)
mit dem Sammelrohr (5) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn
stufenkaskade (1) aus einem Trenndüsensystem besteht.
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