DE3520356A1

DE3520356A1 - Verfahren und vorrichtung zum pruefen von filtern

Info

Publication number: DE3520356A1
Application number: DE19853520356
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7500 Karlsruhe Munzinger; Leander Dipl.-Ing. Mölter (FH), 7514 Eggenstein-Leopoldshafen; Wolfgang Dipl.-Phys. Mölter
Original assignee: Palas GmbH Partikel und Lasermesstechnik
Current assignee: Palas GmbH Partikel und Lasermesstechnik
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1985-06-07
Publication date: 1986-12-11

Description

Verfahren und Vorrichtung zum prüfen von filtern
nic Erfindung betrifft ein Verfahren zum Priifen von Filtern, tinbei dem Filter ein insbesondere monodispersss Aerosol zugcfilhrt mird und die Partikeldichte in zuneffihrten und im nc-Filtern Aerosol gemessen wird und eine Vorrichtung zum Prüfen von Filtern mit einen Aerosolgeneratork, eine Einheit für den zu prilfenden Filter und Heßeinrichtungen.
Bein bekannten Vorfahren zum Prifen von Filtern erden aus der Ilouptströmung des Aerosols durch in die Strömungsleitungen vor und hinter dem Filter eingebrachte Probeabzweigleitungen Proben cntnomnen und beispielsweise mittels einem Kondensationakernzähler die abgesetzten Teilchen subjektiv Über eine Vorgrößerungsoptik gezählt. Es stellt sich hier des Problem der Probenentnahme, da aus den Heuptströmungsstrohl nur eine sehr geringe Probe entnommen werden kann. Würde ein größerer Anteil der Hauptströmung entnommen, so würde dies den zu mossenden Filterungsvorgang beeinflussen, andererseits sind insbesondere hinter dem Filter im Hauptstrom so rienig Teilchen, dn bei einer Probeentnahme mittels einen Probe- Ahzweinröhrchens keine zuverlässigen statistischen Untersuchungen mehr vorgenommen werden können, da der Eintritt eines Teilchens in die Abzweigleitung "selten" ist. Es wurde weiterhin schon vorgeschlagen, zur Ermittlung der Ablagerung von Partikeln in Atemtrakt und/oder zur Hberprüfung der Funktion der, Atemtraktes Lichtstreuung am Innen- und Exalatstrom vorzunehmen (DE-OS 29 38 85).
Der Erfindung liegt die Aufqahe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von Filtern zu schaffen, durch die oben erwähnten Nachtoile vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufhabe durch ein Verfahren gebot, welches dadurch gekennzeichnet ist, dnfl das erzeugte Aerosol verdünnt wird und der Partikelhauptstrahl durch ein ihn durchquerendes Lichtband geringer Starke beleuchtet und durch beleuchtete Partikel erzeugte Streustrahlen gemessen Lierden. Eine erfindungsgemliße Vorrichtung sicht vor, aß zwischen Aerosolgenerator und Filtereinrichtung Verdünnungs strecken zur Verdünnung des Aerosols angeordnet sind und daß die Weßeinrichtung eine in der Aerosolhauptströmung angeordente Meßzelle mit einer Beleuchtungscinrichtung zur Beleuchtung der Aerosolhauptströmung mit einem Lichthand geringer Stärke und einen Beobachtunnsoptik mit einem Fatodetektor, deren Gegenstandsebene in den Schnittbereich von Lichtbana und serosolströmung fällt, aufweist, erfindungsgemäß wird zunichst in effektiver Weise die grundsätzlich zu hohe iXonzentration herkömmlicher Aerosolgeneratoren, die auch nicht ohne weiteres geändert werden können, effektiv herabgesetzt, wodurch eine Akklomaration der Aerosolpartikel vermieden wird.
Dies geschieht vorzugsweise in einer oder mehrerer Verdünnungsstrecken mittels einen Injektordüse, die Reinluft und Aerosol verwirbelt, so daß ein homogenes verdünntes Aerosol erzeugt wird. Die Regelung der Verdünnung, erfolgt über eine Regel- und Steuereinheit. Das Aerosol ist vorzugs:scise elektrisch weitgehend ungeladen, da dann der Abscheidegrad geringer ist und genauere äossungen möglich sind. Grundsätzlich könnte die Parti:<eikonzentration vor und hinter dem Filter gemessen merdon, aozu zwei Weßzellen erforderlich aind. Bemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist aber vorgesehen, daß nacheinander ungefilterter und gefiltertes Aerosol mittels der gleichen Meßeinrichtung gemessen wird bzw. daß ein Filter in der Filtereinheit aus dem Strömungsweg entfernbar anneordnet ist. Hierdurch wird nur eine Meßeinheit benötigt. ncvorzugte Ausgestaltungen, ermöglichen einen bequemen Filter wechsel ohne großen Aufwand. Da weiterhin bei Messungen mit und ohne Filter die Teilchenkonzentration über 10er Potenzen unterschiedlich sind und bei Messung mit Filter nur einzelne Streuimpulse auftreten, Nährend bei Fiessung ohne Filter eine intensive Streustrahlung, die auch von mehreren Teilchen herrühren kann, vorhanden ist, ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, daß die Verarbeitungselektronik der Meßergchnisse des Fotodetaktors der Meßzelle in Abhängigkeit davon, ob in der Aerosolströmung ein Filter eingebracht oder nicht eingebracht ist, automatisch umschalthar ist. Der Abfluß des Aerosols erfolgt über einen Durchflußmesser, der die Regelung der Verdünnung über die Steuer- und Regeleinheit unterstützt.
Gegenüber dem bekannten Prüfen von Filtern weist die Erfindung den großen Vorteil auf, daß keine Prohe mehr entnommen werden mix die entweder die Messung selbst verfälscht, oder aufgrund zu geringer Teilchenzahl insbesondere bei der Probenentnahne hinter dem Filter keine verwertbare Statistik liefert.
Durch das erfindungsgemäße Vorgchen kann eine Messung im Hauptstrahl über einen beträchtlichen Ruerschnittsanteil dosselben vorgenommen werden. Es wird eine berührungslose Messung im Ilauptatrom vorgenommen. I!eiterhin wird durch die Vormandung einer Ilenzelle erreicht, da systematische Fehler, die somohl bei der tiossung der Partikelkonzentration ohne Filter als stich nach eingebrachten Filter auftreten, sich herausdividieren, das Meßergebnis also nicht verfälschen. Mit dem erfindunsgemäßen Verfahren und der erfindunnsgemäßen Vornichtung, können höchst Feinfilter mit einem 1/10000% Abscheidegrad von bis zu einer Größenordnung von 99,9999% geprüft werden. Derartige Filter werden eingesetzt in Klinaanlagen, bei Reinröumen, in sogenannten Flow-Boxen, d.h.Arbeitsplätzen, deren Luft einen hohen Reinheitsgrad aufweisen mußsignal vom Detektor einem Impulshöhlenanalysator zugeführt wird, ist aine Tei lchengr?ißenbestimrnung und damit Kalibrierunn bzri. Eichung der Vorrichtung möglich.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt Fig.l eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig.2 eine schematische Darstellung einer Filter-Einheit; und Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Meßzelle.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Prüfen von Filtern bzw. der erfindungsgemäße Filterprüfstand meist zunächst eine Einheit zur Aerosolaufbereitung 2 auf, der ein relativ hoch konzentriertes Aerosol von einem herkcnmliche n Aerosolqenerator 3 zugeführt wird. Die Einheit zur. Aerosolaufbereitung 2 weist zwei Verdünnerstrecken 4, 5 auf, in denen das Acrosol mit Frischluft gemischt und verdünnt wird. Hierzu wird Luft über Einlässe 6, 7, die mit Regelventilen 8, 9 versehen sind, zugeführt. Den Regelventilen 8, 9 sind Filter 11, 12 und Durchflußmesser 13, 14 nachgeordnet. Die Üischung und Verdünnung des Aerosols erfolgt in den Verdünnungsstrefcken 4, S durch Durchfluß- oder Injektoraischer. Da aufgrund der Verdüngung die gesamte Aerosolmenge zu groß werden kann, ann ein Teil über einen Abzweig 16 als Abluft abgeführt werden. vlies geschieht vorzugsweise hinter einer ersten Vedünnungsstrecke und vor einer weiteren Verdünnungsstrecke. Das so aufbereitete Aerosol tritt dann in eine Filtereinheit 20, die neben einem Filter 21, der schematisch angegeben ist, Meßfübler 22 (Figur 2) und eine Sensorelektronik 23 zur Umwandlung der Meßsignale in elektrische Signale aufweist, so daG beispielsweise Druck bräuchte, Temperatur, bei eingeschaltetem Filter 21 vor und Hinter dem Filter gemessen sowie beispielsweise die Oruckdifferenz Über den Filter bestimmt und die gewonnenen Werte zur Steverung der Vorrichtung bzw. zur fleurte ilunq des Filters verwendet werden können. Die Filterzelle meist vorzunsweise zwei Durchflußkanäle 23, 24 auf, von denen in einen Filter 21 aus wechselbar einbringbnr sind. Die Durchflußkanäle 23, 24 liegen symmetrisch zu einer Drehachse 26, über die die Filtereinheit verschwenkt werden kann, so daß entweder der Kanal 23 oder der Kanal 24 in den Strömungsweg 27 des Aerosols eingebracht :!erden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dan in der Filtereinheit auch in den Kanal 23 Filter eingebracht werden können.
In diesem Falle kann der Kanal 23 zunächst zur Messung ohne Filter eingesetzt erden, anschließend wird der anal 24 in Aeroso lieg 27 verschwenkt, während der messung ein Filter in den Kanal 23 eingebracht, anschließend dieser wieder in den Durchflußweg 27 eingeschwenkt und während der Messung beispielsweise ein andersartiger Filter in den kanal 24 eingebracht usw. Die Filtereinheit könnte auch mehrere symmetrisch in die Achse 26 verteilten Kanble aufweisen, in die Filter einbringhar sind.
Der Aerosolstrahl gelangt nach der Filtereinheit 20 in die Meßzelle 31 einer Meßeinheit 30. In der Meßzelle wird die Aerosoiströmung 27 durch einen Lichtstrahl 32 beleuchtet. Der Lichtstrahl ist als Lichtband ausgebildet, so daß die ßuerschnittsebene des Strömungskanals weitgehend, aber nur über eine geringe Strömunqsmenge ausgeleuchtet wird. Es ist weiterhin eine Beobachtungsoptik 33 vorgesehen, mit der der Schnitthereic!l von Lichtstrahl 32 und Aerosolströmung 27 beobachtet wird. Die Beobachtungseinrichtung weist einen Fotodetektor 3, beispielsweise in Form eines Fotomultiplayers auf, mit dem durch Partikel des Aerosols bewirkte Streuimpulse oder aber Streustrahlung gemessen wird. Bei hoher Streudichte kann dabei eine irltelrale Messung erfolgen, während bei geringer Streudichte die einzelnen Streuimpulse in einem Zähler 36 gezählt werden. Zur Steuerung und flegelung der erfindungsnemäßen Vorrichtung, ist eine Stever- und Reqeleinhei t 37 voreesetlen. In cr Figur 1 bezeichnen durchgezogene Striche Leitungen für Luft oder Aerosol, mährend gestrichelt e Striche Steuer- und Regelleitungen andeuten.
flei der Erfindung wird zunächst in einem Aerosolgenerator 3 ein monodisperses Aerosol elektrisch ungeladener Feststoff-oder Flüssigkeitsteilchen erzeugt. Die Teilchengrciße ist dabei veränderbar. Der Aerosolgenerator 3 erzeugt aber eine sehr hohe Teilcheniconzentration im Aerosol, die zumindestens grundsätzlich nicht veränderbar ist. Zur Messung sind geringe Größenordnungen geringere Teilchenkonzentrationen erforderlich Demgemäß wird erfindunsgemäß daß vom Aerosolgenerator 3 erzeugte Aerosol in Verdünnunsstrecken 4, 5 die Injektordüsen aufweisen, verwirbelt und verdünnt. Nach der Verdünnungsstrecke 3 wird, soweit die Gesamtmenge des /\erosols zu groß geworden ist, ein Teil der Abluft zugeführt wird. Die Durchflußmenge der nemessenen Luft wird in einen Durchflußmesser 30 festgestellt, so daß der Durchfluß bekannt ist. Über Durchflußmesser 13, 14 wird der Durchfluß der Reinluft gemessen und aufgrund dieser Werte über Regler B, 9 gemessen, so daß sowohl die Gesamtmenge des Durchflusses durch den Filter als auch der Verdünnungs-oder Konzentrationsgrad geregelt werden kann. Die Reinluftzufuhr geschieht dabei ber Filter 11, 12, die verhindern, daß Fremdteilchen aus der Iimgebung mit angesaugt und dem zu untersuchenden Filter zugeführt werden. Das aufbereitete und verdünnte Aerosol, wird zunächst durch die Filtereinheit 20 geschickt, ohne daß ein Filter im Strömungsweg angeordnet ist.
In dieser i.eise kann zunächst die Konzentration in der ungefilterten Strömung gemessen werden. Anschließend wird ein Filter in die Strömung eingebracht, wodurch in der Meßzelle die Partileelkonzentration in der gefilterten Luft gemessen wird. In der Meßzelle wird die Partikelkonzentration in Aerosol in einer durch einen Lichtstrahl beleuchteten Ebene begrenzter Stärke durch Streuung mittels eines Fotodetektors gernessen.
Die Ebene des Lichtbandes innerhalb des Aerosolkanals ist gleichzeitig ßegenstandsebene eines Mikroskopobjektivs, daß die im schmalen Lichtstrahl beleuchteten und angeregten Partikel in der Ebene einer Gesichtsfeldblende scharf abbildet, so daß Streulichtsignale identischer Partikel auch in nlcichgroße Meßsignale umgewandelt werden. Es wird ein ausrci chencl großen Anteil von ca. 50% des Querschnitts der Aerosolströmung beobachtet. Wenn die Messung ohne Filter vorgenommen wird, so erzeugt der Fotodetektor, beispielsweise ein Fotomultiplaycr, einen kontinuierlichen Fotostrom, der integral verarbeitet wird, während bei Einbringung eines Filters die Partikelkonzentration und Größenordnung geringer ist und einzelne Strominpulse erzeugt werden, die am elektronischen Zähler oder einem Vielkanal Impulshöhenanalysator zugeführt werden, wobei im letzteren Falle eine Teilchengräßenbestimmung und Kalibrierung vorgenommen werden Kann. Aus der Meßzelle tritt die Luft dann tisch die DurchflußnePeinrichtung 38 ins Freie aus.
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Claims

P n t e. n t n n a n n r ii ii h n 1. Verfahren zum Prüfen von Filtern, wobei dem Filter ein insbesondere monodisperses Aerosel zugeführt wird und die Partikeldichte im zuneführten und im nefilterten Aerosol gemessen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das orzeugte Aerosol verdünnt wird und der Partikelhauptstrahl durch ein ihn durchquerendes Lichtband geringer Stärke belauchtet und durch beleuchtete Patikel erzeunte Streustrahlen gemessen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nacheinander ungefiltertes und gefiltertes Aerosol mittels der gleichen Meßeinrichtung gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von einem Aerosolgenerator erzeunte Aerosol zusätzlich durch Reinluft verdünt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, da die Verdünnung über mehrere Stufen erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aerosolaufbereitung in geregelter leise erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Anspruche, mobei mindestens zwei Verdünnungsstufen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Aerosols aus der Menströmung abgezweigt wird.
7. Vorrichtung zum Prüfen von Filtern mit einem Aerosolnenerator, einer Einheit filr den zu prüfenden Filter und Meßeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Aerosolqenerator 3 und Filtereinrichtung (2n) Vp.rdünnungsstrecken (4, 5) zur Verdünnung des ærosols angeordnet sind und daß die Meßeinrichtung (30) eine in der Aerosolhauptströmung angeordnete Meßzelle (31) mit einer fleleuchtungseinrichtung zur Releuchtung der Aerosolhauptströmung mit einem Lichtband geringer Stärke und einer Beobachtungsoptik mit einem Fotodetektor, deren Gegenstandsebene in den Schnittbereich von Lichtband und Aerosolströmung fällt, aufweist.
n. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (21) in der Filtereinheit (20) aus dem Strömungsweg entfernbar angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit (20) mindestens zwei Strbmunskanrale (23, 24) aufweist, von denen in mindestens einem kein Filter und in mindestens einem ein Filter (21) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungskanälen der Filtereinheit (20), Meßfühler (22) vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mit einem Filter (21) versehbaren Strbmungskanal (24) somohl vor als auch hintar dem Filter (21) Meßfühler (22) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdünnungsstrecken (t!) Injektordüsen aufweisen, mittels derer Aerosol und Peinluft miteinander verwirbelt und das Aerosol verzinnt wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Reinluftkanälen Renel- und Meßeinrichtung (8, 13, 9, 14) sowie Filter (11, 12) angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansnrfiche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Fotodetektor zugeordnete Elektronik (36) zwischen einem Intenrations- und einem Zählmodus automatisch in Abhängigkeit von der Stellung der Kanäle (23, 24) der Filtereinheit (20) schaltbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptsträmungskanal des Aerosols hinter den Verdtnnerstrecken (4, 5) ein durch flußmesser (38) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden AnsprIche, dadurch gekennzeichnet, daß Men- und Steuereinrichtungen über eine Steuer- und Regelelektronik (37) miteinander elektronisch verbunden sind.