DE2051546A1 - Gerät zur Bestimmung von Feinstaubkonzentrationen - Google Patents

Description

Essen, 19. Oktober 1970 Bergwerksverband GmbH ? Ω 5 1 S Λ R

Gerät zur Bestimmung von Peinstaubkonzentrationen

Die Erfindung "betrifft ein Gerät zur Bestimmung von Feinstaubkonzentrationen in der Atmosphäre, durch Messung der Stärke des an den Staubteilchen bei Auftreffen eines Primärlichtes entstehenden Streulichtes mittels Lichtstärkenvergleich mit dem Primärlicht.

Ein derartiges Gerät zur Streulichtmessung muß aus gewerbehygienischer Sicht die Peinstaubkonzentration nach Maßgabe der Lungengängigkeit des Staubes fotometrisch bewerten. Hierbei muß die Meßanzeige des Gerätes mit der Retentionswahrscheinlichkeit der in den Lungenaiveölen zurückbleibenden Staubmenge, welche eine Punktion der Größe der Staubteilchen ist, übereinstimmen.

Das bisher für Staubmessungen verwendete lyndalloskop (Glückauf 9p_ (1954), S. 455 und Glückauf 91 (1955), S. 1405) liefert wegen des Streuwinkels von 30° und der Anwendung von weißem Primärlicht Meßwerte, bei denen der Peinstaubanteil in der Atmosphäre unter 1,5 μπι zu sehr überbewertet wird und die nicht mit der Retentionswahrscheinlichkeit des Staubes in den Lungenaiveölen als Punktion der Teilchengröße übereinstimmen.

-Der Erfindung'liegt die Aufgabe zugrunde, durch Abänderung des Streuwinkels und des Lichtwellenlängenbereiches des Primärlichtes einen Meßwert für die Peinstaubkonzentration zu erhalten, welcher mit der Retentionswahrscheinlichkeit der Staubmenge in den Lungenalveolen möglichst nahe übereinstimmt.

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Diese Aufgabe wird erfindungBgemäß dadurch gelöst, daß das Austrittsfenster für das Streulicht in der ¥eise an der Meßkammer angeordnet ist, daß nur der Anteil des Streulichtes, der unter einem Streuwinkel von 60 bis 80°, vorzugsweise von 70°, gegen die Richtung des Primärlichtes durch das Austrittsfenster in an sich bekannter Weise über verschiedene linsen und Prismen zum Meßfeld gelangt, zur Messung der Lichtstärke benutzt wird und daß das Primärlicht eine Wellenlänge von etwa 800 bis 1000 nm besitzt.

Um mit dem erfindungsgemäßen Gerät objektiv messen zu können und nicht wie bisher subjektiv einen visuellen fotometrischen Abgleich vornehmen zu müssen, wie auch um im Wellenlängenbereich von etwa 800 bis 1000 nm (nahes Infrarot) messen zu können, kann ein fotoelektrisches System zur Messung der Lichtstärke verwendet werden.

Es wurde bisher angenommen, daß die Streulichtausbeute bei der Lichtstreuung an allen Peinstäuben außer von deren Korngrößenverteilung vor allem von deren Materialeigenschaften, also den optischen Konstanten, abhängt und daß die Wahl des Wellenlängen- --bereiches des Primärlichtes und des Streuwinkels von untergeordneter Bedeutung ist. Demgegenüber wurde nunmehr überraschenderweise gefunden, daß die Streulichtausbeute bei der Lichtstreuung an Peinstäuben, insbesondere des Steinkohlenbergbaus, von den Materialeigenschaften weitgehend unabhängig ist und daß die funktionelle Abhängigkeit von der Korngröße der Staubteilchen durch Veränderung des Streuwinkels und des Wellenlängenbereiches des Primärlichtes variiert werden kann.

Anhand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert. Hierbei stellt Figur 1 den Strahlengang im erfindungsgemäßen Gerät dar und Figur 2 zeigt die Wirkung des erfindungsgemäßen Strahlenganges auf die Streulichtausbeute.

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.Gemäß Figur 1 fällt von einer Infrarot-lichtquelle 1'durch den Kondensor 2 ein Lichtbündel auf einen Spiegel 3, der es in das zur Meßkammer 13 abgelenkte Primärlicht 5 und das geradeausgehende Vergleichslicht 10 teilt. Das Primärlicht 5 tritt durch das Eintri'ttsfenster 4 in die Meßkammer 13 ein und trifft hier auf die Staubteilchen. Die in der Kammer getroffenen Staubteilchen senden ein Streulicht 6 aus. Als Meßlicht wird der Anteil des Streulichtes benutzt, der beispielsweise unter einem Winkel von 70° zum Primärlich 5 durch das Austrittsfenster 7 sowie durch verschiedene Linsen und Prismen zum Empfängersystem 12 gelangt. Seine Stärke wird mit einem fotoelektrischen System 12 bestimmt, das entweder aus einem Photoempfänger besteht, der alternierend vom Meß- und Vergleichslicht getroffen wird, oder aus zwei gleichartigen Photoempfängern in Kompensationsschaltung, von denen der eine das Vergleichs- und der andere das Meßlicht empfängt.

Das Vergleichslicht 10 selbst geht durch zwei Polarisationsfolien 8, so daß seine Stärke durch Drehen des Analysators 9 meßbar verändert werden kann. Als Maß für die Stärke des Streulichtes dient die für den Abgleich von Meß- und Vergleichslicht erforderliche Variation der Intensität des Vergleichslichtes, die durch die Winkelstellung des Analysators 9 gegeben ist. Die Anzeige gleicher Helligkeit von Meß- und Vergleichslicht erfolgt über ein Zeigerinstrument 14> das dem Empfänger 12 über einen Verstärker 15 nachgeschaltet ist und das bei vollzogenem Abgleich die Stellung "Null" einnimmt.

Figur 2 zeigt in einem Diagramm die Anpassung der Streulichtausbeute pro Teilchen-Volumen an die Retentionswahrscheinlichkeit des Staubes in den Lungenaiveölen, bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Gerätes für die Messung.

Hierbei stellt die Kurvest die Abhängigkeit der Streulichtausbeute vom Teilchen-Volumen bei Anwendung von weißem Licht mit dem Wellenlängenbereich 350 bis 550 mn für das Primärlicht und Benutzung des Anteils des Streulichtes zur Messung, der unter einem Winkel von

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30° aus dem Austrittsfenster austritt. Die Kurve 2₍ zeigt die Veränderung der Abhängigkeit, wenn anstelle von weißem licht ein Primärlicht im Bereich des nahen Infrarot mit einer Wellenlänge von etwa 800 bis 1000 nm bei gleichem Streulichtwinkel von benutzt wird, Die Kurve 5_tzeigt schließlich das Ergebnis, das erhalten wird, wenn erfindungsgemäß Licht einer Wellenlänge von etwa 800 bis 1000 nm und gleichzeitig ein mittlerer Streulichtwinkel von 70° benutzt wird. Deutlich ist zu erkennen, daß sich die Kurve 3"an die», Kurve #, die die Retentionswahrscheinlichkeit des Staubes in den Lungenaiveölen in Prozent darstellt, sehr angleicht.

Claims (2)

1. Patentansprüche

   Gerät zur Bestimmung von Peinstaubkonzentrationen in der Atmosphäre, durch Messung der Stärke des an den Staubteilchen bei Auftreffen eines Primärlichtes entstehenden Streulichtes mittels Lichtstärkenvergleich mit dem Primärlichf," dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsfenster (7) für das Streulicht in der Weise in der Meßkammer (13) angeordnet ist, daß nur der Anteil des Streulichtes, der unter einem Streuwinkel von 60 - 80°, vorzugsweise von 70°, gegen die Richtung des Primärlichtes durch das Austrittsfenster (7) in an sich bekannter Weise über verschiedene Linsen und Prismen zum Meß-■ feld gelangt, zur Messung der Lichtstärke benutzt wird und daß das Primärlicht eine Wellenlänge von etwa 800 - 1000 nm besitzt.
2. 2) Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Lichtstärke ein fotoelektrisches System verwendet wird, das entweder aus einem Photοempfänger besteht, der alternierend vom Meß- und Vergleichslicht getroffen wird, oder aus 2 gleichartigen Photoempfängern in Kompensationsschaltung, von denen der eine das Vergleichs- und der andere das Meßlicht empfängt.

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