DE102011082069A1

DE102011082069A1 - Verfahren zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers

Info

Publication number: DE102011082069A1
Application number: DE201110082069
Authority: DE
Inventors: Norbert Derenda
Original assignee: COMDE COMP MESTECHNIK DESIGN und ENTWICKLUNGS GmbH; Comde Computer Meßtechnik Design und Entwicklungs GmbH
Current assignee: COMDE COMP MESTECHNIK DESIGN und ENTWICKLUNGS GmbH; Comde Computer Meßtechnik Design und Entwicklungs GmbH
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-02-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers, das einen Messraum (M), eine aktivierbare Lichtquelle (1) zum Aussenden von optischer Strahlung (L) und wenigstens einen Detektor (2) zum Empfangen elektromagnetischer Wellen (S), die durch Streuung der von der Lichtquelle (1) ausgesandten optischen Strahlung innerhalb des Messraum (M) erzeugt werden, aufweist. Mittels des Detektors (2) ist hierbei wenigstens eine Messgröße – üblicherweise eine Spannung – erfassbar, die durch an dem Detektor (2) empfangene elektromagnetische Wellen (S) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers.
Streulichtphotometer werden immer häufiger in den unterschiedlichsten Applikationen eingesetzt. Insbesondere die Aerosolstreulichtphotometrie ist ein bekanntes und verbreitetes Verfahren zur Messung der Konzentration von Aerosolen. Insbesondere wird das Verfahren zur Messung der Außenluftkonzentration des sogenannten Feinstaubs verwendet.
Das zugrundeliegende Messverfahren basiert im Prinzip auf der Detektion des Streulichts aller bestrahlten Partikel, die sich in einem durch den Strahlengang definierten Messraum befinden. Die Intensität des Streulichts ist proportional zur Aerosolkonzentration im Messraum. Das Streulicht aller Schwebstaubpartikel, die sich in diesem Messraum befinden, wird von einem Detektor erfasst. Über den Detektor steht dann – ein üblicherweise verstärktes – Spannungssignal zur Verfügung. Dieses Spannungssignal ist direkt proportional zur Massenkonzentration des Schwebstaubes im Messraum.
Die Kalibrierung von Geräten mit einer Streulichtsensorik, die in der Lage sind Schwebstaubkonzentrationen bzw. Konzentrationen von Aerosolen zu messen, stellt hierbei ein grundsätzliches Problem dar. Eine definierte Schwebstaubkonzentration reproduzierbar zu generieren, ist bislang nur im Labor mit großem Aufwand möglich. Möchte man eine Kalibrierung in-situ durchführen bzw. überprüfen wären die erforderlichen Maßnahmen derzeit wirtschaftlich und technisch nicht darstellbar.
Als Alternative ist es bekannt eine Streuscheibe zu verwenden, die in periodischen Zeitabständen in den Messraum gefahren wird. Die Streuscheibe hat einen unveränderlichen Streuquerschnitt und kann somit als interner Gerätestandard dienen. Die Streuscheibentechnik erhöht allerdings in erheblichem Umfang die technische Komplexität des an sich sehr einfachen Streulichtsensors, der vorteilhafterweise keine bewegliche Teile besitzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und effizientes Verfahren zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers bereitzustellen.
Die Aufgabe wird sowohl mit dem Verfahren des Anspruchs 1 als auch mit dem Verfahren des Anspruchs 4 gelöst.
Mit beiden Verfahren wird die Kalibrierung eines Streulichtphotometers erreicht, das einen Messraum, eine aktivierbare Lichtquelle zum Aussenden von optischer Strahlung und wenigstens einen Detektor zum Empfangen elektromagnetischer Wellen, die durch Streuung der von der Lichtquelle ausgesandten optischen Strahlung innerhalb des Messraum erzeugt werden, aufweist. Mittels des Detektors ist hierbei wenigstens eine Messgröße – üblicherweise eine Spannung – erfassbar, die durch an dem Detektor empfangene elektromagnetische Wellen erzeugt wird.
Gemäß dem Verfahren des Anspruchs 1 weist ein erfindungsgemäßes Verfahren die folgenden Schritte auf:

– Einbringen eines partikelfreien gasförmigen Fluids in den Messraum des Streulichtphotometers,
– Erfassen wenigstens eines Messwertes für die Messgröße an dem Detektor nach Aktivierung der Lichtquelle und
– Vergleich des erfassten Messwertes mit einem Kalibrierwert, der für dasselbe partikelfreie gasförmige Fluid hinterlegt ist, d.h. z.B. zuvor in einem Speicher des Streulichtphotometers abgelegt wurde.

Bei der Streuung von Licht unterscheidet man zwei wesentliche Effekte:

– Rayleigh-Streuung; hier sind die Streuzentren sehr klein gegenüber der Wellenlänge der verwendeten Lichtes (Atome oder einzelne Moleküle)
– Mie-Streuung; hier sind Streuzentren in der Größenordnung der Wellenlänge des verwendeten Lichtes (Partikel, Aerosole)

Erfindungsgemäß wird zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers, insbesondere eines Streulichtphotometers, das zur Bestimmung einer Aerosolkonzentration die Mie-Streuung nutzt, vorgeschlagen, dass in den Messraum des Streulichtphotometers anstelle von Luft, die eine verifizierte Partikelkonzentration aufweist, ein geeignetes partikelfreies reines Gas (unter konditionierten physikalischen Bedingungen) eingebracht wird bzw. der Messraum hiervon durchströmt wird.
Dabei wird die Rayleighstreuung an Molekülen ausgenutzt. Streulichtphotometer, die für das Messen der Feinstaub-Massenkonzentration eingesetzt werden, nutzen für die Messungen nur die Mie-Streuung. Ein Streulichtphotometer kann aber auch, mit Hilfe geeigneter Maßnahmen, die Rayleigh Strahlung messen. Diese ist linear abhängig von den unterschiedlichen Molekulargewichten der verwendeten Gase.
Dementsprechend kann nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Überprüfung der Kalibrierung eines solchen Streulichtphotometers ein – z.B. unter Laborbedingungen erfasster – Kalibrierwert für das partikelfreie Gas hinterlegt werden und bei einer nachfolgenden Kalibrierung eines (neuen) Streulichtphotometers überprüft werden, ob eine aktuell gemessener MessgrößeMesswert, z. B. eine Spannung, bei in den Messraum eingebrachteneingebrachtem, identischen Fluid mit dieser diesem Kalibierwert übereinstimmt oder zumindest innerhalb eines als zulässig erachteten Toleranzbereiches liegt.
Anstelle von definiertem Staub kann somit z.B. ein reines, staubfreies bzw. partikelfreies Gas durch das Streulichtphotometer fließen. Das Photometer misst dann die Rayleigh-Strahlung, die in diesem Bereich (Wellenlänge groß gegenüber Gasmolekülen) vom Molekulargewicht des Gases abhängt. Eine Messgröße, die an dem Detektor aufgrund der Rayleigh-Strahlung erzeugt wird, ist somit repräsentativ für die derzeitige Kalibrierung des Streulichtphotometers. So lassen sich bspw. reproduzierbar Intensitäten (Spannungen) an dem Detektor messen und somit Aussagen über die Funktion bzw. Kalibrierung des Streulichtphotometers tätigen.
Vorzugsweise werden mehrere unterschiedliche partikelfreie gasförmige Fluide bzw. Gase eingesetzt und damit mehrere voneinander unterschiedliche Kalibrierwerte herangezogen, um eine Kalibrierung des Streulichtphotometers vorzunehmen und/oder eine solche Kalibrierung zu einem späteren Zeitpunkt zu überprüfen. Die partikelfreien Gase werden dabei nacheinander in den Messraum eingebracht, so dass keine Gasmischungen auftreten, sondern jeweils ein Messwert für das einzelne partikelfreie Gas zum Vergleich mit dem jeweiligen Kalibierwert erfasst wird.
Die Differenzen der gemessenen Spannungswerte für die unterschiedlichen Gase bestimmen die Empfindlichkeit des Sensors und stellen die Kalibrierwerte dar.
Zwar ist es grundsätzlich denkbar, auch anhand von definierten Gasmischungen und sich ergebender Rayleigh-Streuung mindestens einen Messwert zu erfassen. Zur Vergleichbarkeit mit dem hinterlegten Kalibierwert wäre es aber erforderlich, dass die verwendete Gasmischung dieselben Mischungsanteile aufweist wie bei der Bestimmung des Kalibierwertes. Dies kann – außer bei der Verwendung von gereinigter, partikelfreier Umgebungsluft – nur mit größerem Aufwand sichergestellt werden. Daher wird jeweils die Verwendung eines reinen Gases zum Erfassen des einen Messwertes oder wenigstens eines von zwei Messwerten bevorzugt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers die folgenden Schritte auf:

– Einbringen eines ersten partikelfreien gasförmigen Fluids in den Messraum des Streulichtphotometers,
– Erfassen wenigstens eines ersten Messwertes für die Messgröße für das erste Fluid an dem Detektor nach Aktivierung der Lichtquelle,
– Einbringen eines von dem ersten Fluid unterschiedlichen zweiten partikelfreien gasförmigen Fluids in den Messraum des Streulichtphotometers,
– Erfassen wenigstens eines zweiten Messwertes für das zweite Fluid an dem Detektor nach Aktivierung der Lichtquelle,
– Berechnung eines Referenzmesswertes aus den Differenzen der ersten und zweiten Messwerten und
– Vergleich des berechneten Referenzmesswertes mit einem Kalibrierwert, der für dieselben Fluide berechnet und hinterlegt ist.

Hier erfolgt somit ein Vergleich eines berechneten Referenzmesswertes, der aus zwei (Referenz-)Messungen an zwei voneinander unterschiedlichen partikelfreien Gasen bestimmt wurde, mit einem einzelnen Kalibrierwert, der z.B. unter Laborbedingungen, für dieselben Fluide berechnet und gespeichert wurde.
Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend eine beispielhafte Ausführungsvariante erläutert werden.
Die Kalibrierung eines Streulichtphotometers wird hierbei folgendermaßen durchgeführt:
Umgebungsluft besteht zu ca. 78% aus Stickstoff, ca. 21% aus Sauerstoff, ca. 0,9% aus Argon und ca. 0,04% Kohlenstoffdioxyd. Hieraus ergibt sich ein Molekulargewicht von ca. 29 g/mol der Luft. Reinigt man die Umgebungsluft mit Hilfe eines Filters und lässt diese partikelfreie Luft durch das Streulichtphotometer strömen so wird ein Spannungswert X in mV, als Messwert, mittels des Detektors angezeigt. Diese Spannung lässt sich in zwei Teilspannungen zerlegen:

1. Teilspannung der Eigenstreuung des Photometers (da z. B. Lichtfallen innerhalb des Messraums nie perfekt dimensioniert werden können),
2. Teilspannung der Rayleigh-Streuung (verursacht durch das Molekulargewicht der Umgebungsluft).

In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Photometer von einem reinen Gas, z.B. Xenon oder Helium, durchströmt, den Messwert kann man wieder in die Komponenten Eigen- und Rayleigh-Streuung zerlegen.
Durch Differenzbildung der Messwerte kompensiert sich die konstante Eigenstreuung des Photometers. Die sich ergebende Differenz ist ein Wert, der direkt abhängig ist vom Molekulargewicht des verwendeten Gases. Hat das verwendete Gas ein höheres Molekulargewicht als Luft (29 g/mol) z.B. Xenon (54 g/mol) so wird die Differenz positiv sein, bei kleinerem Molekulargewicht z.B. Helium (4 g/mol) wird die Differenz negativ sein. Bei Vakuum wird nur die Eigenstreuung des Photometers gemessen.
Durch diese Art der Vorgehensweise kann das Photometer reproduzierbar definierte Streuung messen und zuverlässig mit Werten von vorausgehenden Messungen (z.B. Kalibrierung bei der Produktion) verglichen werden.
Mit den erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es folglich, mit einfachen Mitteln, bei Streulichtphotometern im Einsatz, die Kalibrierung zu kontrollieren und damit ihre Funktionsfähigkeit zu dokumentieren.
Vorteilhaft wird sich in einer bevorzugten Ausführungsvariante die Rayleigh-Streuung an partikelfreien Gasen zur Kalibrierung des Streulichtphotometers zunutze gemacht, während das Streulichtphotometer im Gebrauch dafür ausgelegt und eingesetzt ist, die Konzentration von Aerosolen, also insbesondere die Massenkonzentration von Schwebeteilchen in dem zu messsenden Gas, auf Basis der Mie-Streuung zu messen. Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der Erfindung sind auch durch die Unteransprüche gegeben.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden darüber hinaus bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
Hierbei zeigen:
1 schematisch den Aufbau eines Streulichtphotometers;
2 ein Ablaufschema eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt, bei dem einzelne Messwerte jeweils mit einem jeweiligen hinterlegten Kalibierwert verglichen werden;
3 ein weiteres Ablaufschema eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt, bei dem aus zwei Messwerten ein Referenzmesswert berechnet und mit einem hinterlegten Kalibierwert verglichen wird.
Mit der 1 ist ferner schematisch der Aufbau eines Streulichtphotometers gezeigt, in dessen Messraum M eine Lichtquelle 1 und ein hierzu um etwa 90° versetzter Detektor 2 angeordnet sind.
Der Lichtquelle 1 und dem Detektor 2 liegt jeweils eine Lichtfalle 3a bzw. 3b gegenüber, die jeweils einfallendes Licht bzw. elektromagnetische Strahlung absorbiert, um die Messung der an einem Partikel P innerhalb des Messraums M gestreuten elektromagnetischen (Mie-)Strahlung S nicht durch zusätzliche Reflektionen der von der Lichtquelle 1 ausgesandten optischen Strahlung L zu beeinflussen.
Das Streulicht aller (Schwebstaub-)Partikel P, die sich in dem Messraum M befinden, wird unter einem Winkel φ von dem Detektor 2 erfasst, so dass an diesem nach einer Verstärkung ein korrespondierendes Spannungssignal als Messgröße zur Verfügung steht. Dieses Signal ist direkt proportional zur Massenkonzentration der Partikel P im Messraum M.
Zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers der 1 sowie zur Überprüfung einer vorhergehenden Kalibrierung können nun die beiden erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, bei denen jeweils mindestens ein partikelfreies Gas in den Messraum M eingebracht wird und ein sich an dem Detektor 2 ergebender oder, z. B. in einer elektronischen Auswerteeinheit, berechneter (Referenz-)Messwert mit einem zuvor hinterlegten, erfassten oder berechneten Kalibierwert verglichen wird. Bei diesen Verfahren wird jeweils die Rayleigh-Streuung an wenigstens einem partikelfreien Gas (z.B. gereinigter Luft oder einem reinen Gas) mittels eines Streulichtphotometers genutzt, das im gewöhnlichen Betrieb für das Messen einer Feinstaub-Massenkonzentration auf Basis der Mie-Streuung vorgesehen ist.
Die 2 zeigt ein erstes Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers gemäß der 1 bzw. zur Überprüfung einer Kalibrierung eines derartigen Streulichtphotometers, das bereits seit einiger Zeit im Einsatz ist. Hierbei wird in einem ersten Schritt A1 zunächst partikelfreies Gas, z. B. gefilterte, partikelfreie Luft mit einem Molekulargewicht von ca. 29 g/mol oder reines Xenon-Gas mit einem Molekulargewicht von ca. 54 g/mol, in den Messraum M des Streulichtphotometers eingebracht bzw. der Messraum M wird von diesem Gas durchströmt.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt A2 wird die Lichtquelle 1 aktiviert, so dass in einem Verfahrensschritt A3 die durch Rayleigh-Streuung erzeugten elektromagnetischen Wellen S an dem Detektor 2 auftreffen. Dabei kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass die Lichtquelle 1 bereits aktiv ist, wenn das Gas in den Messraum eingebracht wird, und nicht erst anschließend gesondert aktiviert werden muss.
Die am Detektor 2 auftreffenden elektromagnetischen Wellen S erzeugen in bekannter Weise ein gegebenenfalls verstärktes Spannungssignal mit einem bestimmten Spannungswert in mV der als Messwert W1 erfasst und gespeichert wird. Der Messwert W1 ist dabei ein Maß für die gemessene Rayleigh-Strahlung, die abhängig von dem Molekulargewicht des verwendeten partikelfreien Gases ist.
Der Messwert W1 kann demgemäß in einer Auswerteeinheit, die in dem Streulichtphotometer vorgesehen oder mit diesem gekoppelt ist, ausgewertet und mit einem Kalibrierwert K1 verglichen werden, der für dasselbe partikelfreie Gas als Referenz hinterlegt ist. Stimmt der Messwert W1 mit dem Kalibrierwert K1 überein oder weicht zumindest nicht um einen Wert von dem Kalibrierwert K1 ab, der größer ist als eine zugelassene Toleranzabweichung X₀, arbeitet das Streulichtphotometer noch insoweit zufriedenstellend und bedarf keiner neuen Justierung oder einer Reparatur.
Um die fehlerfreie Funktion des Streulichtphotometers bzw. die korrekte Kalibrierung des Streulichtphotometers zuverlässiger bewerten zu können, wird eine abschließende Erfolgsmeldung E über eine korrekte Kalibrierung vorliegend nur ausgegeben, sofern auch bei einem nachfolgenden Vergleich eines weiteren Messwertes W2 mit einem weiteren Kalibrierwert K2 für ein anderes, ein unterschiedliches Molekulargewicht aufweisendes Gas keine oder nur eine als zulässig erachtete Abweichung von diesem weiteren Kalibrierwert K2 festgestellt wird. Hierfür wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt A4, nachdem in dem Messraum M das erste Gas nicht mehr vorliegt, ein zweites partikelfreies Gas, wie z. B. Helium-Gas mit einem Molekulargewicht von ca. 4 g/mol, in den Messraum M eingebracht.
In einem darauf folgenden Verfahrensschritt A5 wird dann (erneut) die zuvor gegebenenfalls abgeschaltete Lichtquelle 1 aktiviert, so dass in dem weiteren Verfahrensschritt A6 ein weiterer, zweiter Messwert W2 an dem Detektor 2 erfasst und gespeichert werden kann. Auch dieser Messwert W2 wird mit einem für das zweite Gas hinterlegten Kalibrierwert K2 verglichen und überprüft, ob der Messwert W2 und der Kalibrierwert K2 miteinander übereinstimmen oder der Messwert W2 zumindest nicht um einen Wert von dem Kalibrierwert K2 abweicht, der größer ist als eine zugelassene Toleranzabweichung X₁.
In dem Ausführungsbeispiel der 2 wird erst dann auf eine korrekte Kalibrierung des Streulichtphotometers geschlossen und eine Erfolgsmeldung E an einer Anzeigeneinheit ausgegeben, wenn sowohl der erste Messwert W1 mit dem ersten Kalibrierwert K1 übereinstimmt bzw. in einem zulässigen Toleranzbereich um den ersten Kalibrierwert K1 liegt als auch der zweite Messwert W2 mit dem zweiten Kalibrierwert K2 übereinstimmt bzw. in einem zulässigen Toleranzbereich um den zweiten Kalibrierwert K2 liegt.
Erfüllt einer der Messwerte W1, W2 das entsprechende geforderte Kriterium nicht, wird eine Fehlermeldung F1 oder F2 ausgegeben. Mit einer Fehlermeldung F1 oder F2 wird somit angezeigt, dass die derzeitige Kalibrierung des Streulichtphotometers nicht zufriedenstellend ist und das Streulichtphotometer folglich nicht korrekt arbeitet.
In der 3 wird ein weiteres Ablaufschema eines alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Bei diesem wird auf Basis zweier gemessener Messwerte W1 und W2 in einem Verfahrensschritt A7 einen Referenzmesswert R_1/2 berechnet. Dabei wird ein Messwert W1 oder W2 für eines von zwei in den Messraum M nacheinander eingebrachten Gasen erfasst, die unterschiedliche Molekulargewichte aufweisen.
So wird beispielsweise der erste Messwert W1 für gereinigte, partikelfreie Luft mit ca. 29 g/mol erfasst und gespeichert (Verfahrensschritte A1 bis A3). Der zweite Messwert W2 wird beispielsweise für ein reines Gas, wie z. B. Xenon-Gas mit einem Molekulargewicht von ca. 54 g/mol oder für Helium-Gas mit einem Molekulargewicht von ca. 4 g/mol gemessen und gespeichert (Verfahrensschritte A4 bis A6). In dem Verfahrensschritt A7 wird dann der zweite Messwert W2 von dem ersten Messwert W1 subtrahiert, um den Referenzmesswert R_1/2 zu ermitteln. Da bei jeder Messung für ein partikelfreies Gas die an dem Detektor 2 gemessene Spannung einerseits in die Eigenstreuung des Streulichtphotometers und andererseits in die Rayleigh-Streuung unterteilt werden kann, wird durch die Differenzbildung zur Berechnung des Referenzmesswertes R_1/2 die Eigenstreuung des Streulichtphotometers kompensiert, die in beiden Messwerten W1 und W2 enthalten ist.
Der Referenzmesswert R_1/2 wird mit einem Kalibrierwert K_1/2 verglichen, der für die Kombination zweier Messwerte für dieselben Gase miteinander in einer Referenzmessung berechnet und in einem Speicher hinterlegt wurde. Zur Kalibrierung des Streulichtphotometers oder zur Überprüfung einer aktuellen Kalibrierung und damit Funktionsfähigkeit des Streulichtphotometers wird der Referenzmesswert R_1/2 mit dem Kalibrierwert K_1/2 verglichen und überprüft, ob der Referenzmesswert R_1/2 mit dem Kalibrierwert K_1/2 übereinstimmt oder zumindest in einem als zulässig erachteten Toleranzbereich um den Kalibrierwert K_1/2 liegt. Ein zulässiger Toleranzbereich wird hierbei beispielsweise durch eine (absolute) Toleranzabweichung X₂ definiert, um deren Wert der Referenzmesswert R_1/2 nach oben oder nach unten abweichen kann, ohne als unzulässig bewertet zu werden.
Stimmt der berechnete Referenzmesswert R_1/2 mit der Kalibrierwert K_1/2 überein oder liegt er zumindest in einem als zulässig erachteten Intervall um den Kalibrierwert K_1/2 wird eine Erfolgsmeldung E ausgegeben, die anzeigt, dass das Streulichtphotometer zufriedenstellend arbeitet bzw. korrekt kalibriert ist. Fällt der Vergleich mit dem Kalibrierwert K_1/2 negativ aus, wird eine Fehlermeldung F_1/2 ausgegeben. Auf Basis der Fehlermeldung F_1/2 kann dann eine Nachjustierung des Streulichtphotometers oder eine Reparatur des Streulichtphotometers angezeigt sein.
Obgleich das Streulichtphotometer der 1 zur Bestimmung von Aerosolkonzentrationen ausgelegt und vorgesehen ist, also insbesondere Feinstaub-Konzentrationen von Umgebungsluft auf Basis der Mie-Steuerung misst, kann es mit einem erfindungsgemäßen Verfahren auf Basis der an partikelfreien Gasen gemessenen Rayleigh-Steuerung reproduzierbar kalibriert und seine Funktionsfähigkeit überprüft werden. So lassen sich mit den vorgestellten Verfahren in einfacher Weise die Betriebsparameter eines Streulichtphotometers überprüfen, dass auf Basis der Mie-Streuung Aerosolkonzentrationen misst, indem die Rayleigh-Streuung an partikelfreien Gasen gemessen und mit als Referenz hinterlegten Kalibierwerten verglichen wird.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass anstelle unterschiedlicher absoluter Werte für eine zugelassene Abweichung X₀, X₁ und X₂ auch insbesondere identische absolute oder relative Abweichungen für die einzelnen Kalibierwerte K1, K2 und K_1/2 hinterlegt sein können, die ein Messwert W1, W2 bzw. W_1/2 aufweisen darf, ohne eine Fehlermeldung F1, F2 bzw. F_1/2 auszulösen. Gleichfalls können die Grenzwerte, die einen zulässigen Toleranzbereich um den jeweiligen Kalibierwert K1, K2 oder K_1/2 definieren, einen unterschiedlichen Abstand zu dem jeweiligen Kalibierwert K1, K2 oder K_1/2 aufweisen. So kann z.B. ein Toleranzbereich wie folgt definiert sein: [K1 – X_i; K1 + X_j] mit X_i ≠ X_j.
Abweichend von den Varianten der 2 und 3 kann vorgesehen sein, dass zusätzlich noch wenigstens ein weiteres, drittes partikelfreies Gas in den Messraum M eingebracht und hierfür ein weiterer, dritter Messwert an dem Detektor 2 erfasst wird. Das Molekulargewicht des dritten Gases wäre dabei vorteilhafterweise zu den Molekulargewichten der beiden anderen Gase unterschiedlich, z. B. könnten nachfolgend gereinigte, partikelfreie Luft, Xenon-Gas und Helium-Gas in den Messraum M eingebracht werden.
Bei der Ausführungsvariante der 2 würde ein dritter Messwert für das dritte Gas mit einem weiteren, dritten Kalibrierwert verglichen werden. In dieser Variante wird von einer nicht zu beanstandenden Funktion des Streulichtphotometers nur dann ausgegangen, wenn alle drei einzelnen Messwerte jeweils mit den ihnen zugeordneten Kalibrierwerten übereinstimmen oder jeweils in einem als zulässig erachteten Intervall um den jeweiligen Kalibrierwert liegen.
Bei der Verwendung eines dritten, partikelfreien Gases in einer Ausführungsvariante gemäß der 3 würde aus einem dritten Messwert und dem ersten oder zweiten Messwert ein zusätzlicher, zweiter Referenzmesswert gebildet, so dass hier auf Basis zweier berechneter Werte eine Entscheidung darüber getroffen werden kann, ob das Streulichtphotometer korrekt kalibriert ist bzw. fehlerfrei arbeitet. So kann beispielsweise ein erster Referenzmesswert aus den Messwerten für gefilterte, partikelfreie Luft und reines Xenon-Gas und ein zweiter Referenzmesswert aus den Messwerten für gefilterte, partikelfreie Luft und reines Helium-Gas berechnet und jeweils mit einem zugeordneten Kalibrierwert verglichen werden.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers mit einem Messraum (M), einer aktivierbaren Lichtquelle (1) zum Aussenden von optischer Strahlung (L) und wenigstens einem Detektor (2) zum Empfangen elektromagnetischer Wellen (S), die durch Streuung der von der Lichtquelle (1) ausgesandten optischen Strahlung (L) innerhalb des Messraum (M) erzeugt werden, wobei mittels des Detektors (2) wenigstens eine Messgröße erfassbar ist, die durch an dem Detektor empfangene elektromagnetische Wellen (S) erzeugt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritten aufweist: – Einbringen eines partikelfreien gasförmigen Fluids in den Messraum (M) des Streulichtphotometers, – Erfassen wenigstens eines Messwertes (W1; W2) für die Messgröße an dem Detektor (2) nach Aktivierung der Lichtquelle (1) und – Vergleich des erfassten Messwertes (W1; W2) mit einem Kalibrierwert (K1; K2), der für das partikelfreie gasförmige Fluid hinterlegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch – Einbringen wenigstens eines zweiten partikelfreien gasförmigen Fluids in den Messraum (M) des Streulichtphotometers, – Erfassen wenigstens eines zweiten Messwertes (W2; W1) für das zweite Fluid an dem Detektor (2) nach Aktivierung der Lichtquelle (1) und – Vergleich des erfassten zweiten Messwertes (W2; W1) sowie des anderen, ersten erfassten Messwertes (W1; W2) für das andere, erste Fluid mit je einem von zwei Kalibrierwerten (K1, K2), die jeweils für dieselben partikelfreien gasförmigen Fluide hinterlegt sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass noch mindestens ein weiteres, drittes partikelfreies, gasförmiges Fluid in den Messraum (M) eingebracht, hierfür ein weiterer, dritter Messwert erfasst und mit einem entsprechenden hinterlegten Kalibierwert für das dritte Fluid verglichen wird.
Verfahren zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers mit einem Messraum (M), einer aktivierbaren Lichtquelle (1) zum Aussenden von optischer Strahlung (L) und wenigstens einem Detektor (2) zum Empfangen elektromagnetischer Wellen (S), die durch Streuung der von der Lichtquelle (1) ausgesandten optischen Strahlung (L) innerhalb des Messraum (M) erzeugt werden, wobei mittels des Detektors (2) wenigstens eine Messgröße erfassbar ist, die durch an dem Detektor empfangene elektromagnetische Wellen (S) erzeugt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Einbringen eines ersten partikelfreien gasförmigen Fluids in den Messraum (M) des Streulichtphotometers, – Erfassen wenigstens eines ersten Messwertes (W1) für die Messgröße für das erste Fluid an dem Detektor (2) nach Aktivierung der Lichtquelle (1), – Einbringen eines von dem ersten Fluid unterschiedlichen zweiten partikelfreien gasförmigen Fluids in den Messraum (M) des Streulichtphotometers, – Erfassen wenigstens eines zweiten Messwertes (W2) für das zweite Fluid an dem Detektor (2) nach Aktivierung der Lichtquelle (1), – Berechnung eines Referenzmesswertes (R_1/2) aus den ersten und zweiten Messwerten (W1, W2) und – Vergleich des berechneten Referenzmesswertes (R_1/2) mit einem Kalibrierwert (K_1/2), der für dieselben Fluide berechnet und hinterlegt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den ersten und zweiten Messwerten (W1, W2) eine Differenz gebildet wird, um den Referenzmesswert (R_1/2) zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Differenzenbildung die konstante Eigenstreuung des Streulichtphotometers kompensiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eines von mindestens zwei in den Messraum (M) zur Kalibrierung eingebrachten Fluiden gefilterte partikelfreie Luft ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens zwei in den Messraum (M) zur Kalibrierung eingebrachten Fluiden die Fluide zueinander unterschiedliche Molekulargewichte ausweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in den Messraum (M) eingebrachtes Fluid ein partikelfreies reines Gas ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung des Streulichtphotometers an dem Detektor (2) die Rayleigh-Streuung erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers eingesetzt ist, mittels dem die Konzentration von Aerosolen gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Kalibrierung eines Streulichtphotometers eingesetzt ist, mittels dem auf Basis der am Detektor (2) erfassten Mie-Streuung die Konzentration der Aerosole gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Fluid durch den Messraum (M) hindurchströmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (2) in einem Winkel (φ) zu der Lichtquelle (1) angeordnet ist.