DE4313238C2 - Verfahren und Apparatur zur fraktionierenden Messung von Aerosolen - Google Patents

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.

1. Eichung und Kontrolle von stationär eingebauten Überwachungsphotometern

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.

2. Erfassung von zeitlich veränderlichen Aerosolströmen in Rohrleitungen

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.

3. Messung von Aerosolkonzentrationen am Arbeitsplatz

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).

4. Vollautomatische bzw. ferngesteuerte Überwachung von Aerosolkonzentrationen an kritischen bzw. gesundheitsgefährdenden Arbeitsplätzen

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.