DE69911581T2 - Gasstromkonditionierungsvorrichtung, -system und -verfahren zur benutzung in der teilchenmessung - Google Patents

Gasstromkonditionierungsvorrichtung, -system und -verfahren zur benutzung in der teilchenmessung Download PDF

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Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Messung von Teilchen, die in einem gasförmigen Fluidmedium suspendiert sind, wie z. B. Umgebungsluft suspendierte Teilchen. Insbesondere betrifft vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern der thermodynamischen Bedingungen eines Probegasstroms, um in dem Gasstrom suspendierte Teilchen, vorzugsweise unter nahezu Echtzeitbedingungen genauer zu messen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Messung von Teilchen in Umgebungsluft ist aus den verschiedensten Gründen, von denen der wichtigste sich auf Gesundheitswirkungen bezieht, wichtig. Es ist bekannt, dass suspendierte Teilchen die verschiedensten schädlichen Gesundheitswirkungen hervorbringen, wenn sie inhaliert werden. Als Ergebnis erfordern Aufsichtsbehörten rund um die Welt die Überwachung des Teilcheniveaus. Das Niveau wird als Konzentration, d. h. Mikrogrammteilchen pro qm, gemessen. Die Bezugsverfahren für diese Messung werden derzeit als Massenmesssung unter Verwendung eines Filtermediums, um die Teilchen abzufangen, und als das Gesamtvolumen von Luft definiert, welche durch das Medium innerhalb eines gegebenen Zeitraums filtriert wurde, definiert. Es gibt verschiene Vorrichtungen, die zu eindeutigen Bestimmungen der Strömungsrate durch den Filter im Verlauf der Zeit (und somit das Volumen der abgetasteten Luft) zur Verfügung stehen, jedoch ist die Massenmessung überraschenderweise infolge der komplizierten Natur von Teilchen in der Umgebung nicht einfach, was zu einer instabilen Massenablagerung auf dem Filter führt.
  • Bei dem Bemühen, Teilchenmasse quantitativ zu bestimmen, wurden direkte und indirekte Messverfahren angewandt. Jedes der bis heute entwickelten Verfahren hat jedoch seine Grenzen, eine Messung der tatsächlichen Masse von Teilchen zu erhalten, wie sie in ihrer suspendierten Form in Umgebungsluft vorhanden sind. Direkte Massenmessungen, wie sie durch Auswiegen von einem auf einem Substrat, wie z. B. Filtermedium, abgefangenen Materials wiederggeben werden, sind gegenüber flüchtigen Verlusten empfindlich, welche nicht quantitivierzierbar sind. Indirekte Verfahren, wie z. B. Lichtstreuungsmessungen, sind andererseits von Natur aus ungenau, da es keinen physikalischen Zusammenhang zwischen anderen Teilcheneigenschaften und der Teilchenmasse gibt.
  • Als Ergebnis dieser Schwierigkeiten ist das in den USA geläufigen Bezugsverfahren ein von einem manuellen Verfahren abhängiges Verfahren, welches nicht notwendigerweise ein völlig genaues Messen von Teilchen zur Verfügung stellt, wie sie tatsächlich in ihrem ungestörten Zustand in der Luft existieren. Das manuelle Bezugsverfahren besteht aus (1) einer Filterabgleichung unter einem zuvor festgelegten Bereich der Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen (d. h. derzeit 20°C bis 23°C ± 2°C, und 30% bis 40% ± 5% relative Feuchtigkeit für den Standard PM-2, 5, und 15°C bis 30°C ± 3°C sowie 20% bis 45 ± 5% für den Standard PM-10; (2) einem Abwiegen des Filters vor dem Sammeln; (3) die Installation des Filters in einem manuellen Probenehmer und das Abtasten der Umgebungsluft (in einem 24stündigem Zeitraum); (4) die Entfernung des Filters aus dem Probenehmer und eine Konditionierung nach dem Sammeln unter den gleichen Abgleichsbedingungen für den Filter wie vor dem Abtasten durchgeführt; und schließlich (5) einem Auswiegen des Filters nach dem Sammeln, um die auf dem Filtermedium abgefangene Masse zu bestimmen.
  • Beim Abtasten zieht das manuelle Bezugsverfahren den Probegasstrom oder die Temperatur- oder Feuchtigkeitsbedingungen der Umgebungsluft nicht in Betracht. Tatsächlich benutzt dieses Verfahren lediglich die zuvor definierten Abtasttemperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen vor und nach dem Abtasten. Dieses Verfahren gleicht die Bedingungsveränderungen während des Abtastens nicht aus. Während diese Methodik eine übereinstimmende Grundlage für die Bildung standardisierter 24-stündiger Abtastergebnisse zur Verfügung stellen soll, ist dies leider nicht der Fall. Erstens kann sie zu einer ungenauen Messung führen, weil sie nicht die Bedingungen des Probegasstroms in Betracht zieht. Zweitens ergeben sich Schwierigkeiten, wenn bei anderen Messverfahren, die in automatisierten nahezu Echtzeit-Probenehmer angewandt werden, beispielsweise damit, verglichen werden.
  • Automatisierte Probenehmer haben bedeutende Vorteile über Probenehmer für manuelle Bezugsverfahren, indem sie nahezu Echtzeit-Messungen bei großen Arbeitskostenersparungen bereitstellen können (d. h., die Mess- und Berechnungsstufen nach dem Sammeln beim manuellen Verfahren sind ausgeschieden, weil durch den automatisierten Probenehmer das Messen und Berechnungen in Echtzeit durchgeführt werden). Beispiele für derartige automatisierte Probenehmer umfassen Monitore zur Trägheitsmassenmessung von Umgebungsteilchen und β-Dämpfungsmonitore. Ferner reagieren infolge ihrer nahezu Echtzeit-Messungen der Masse diese Probenehmer auf flüchtige Komponenten auf Wegen, welche nicht direkt mit dem manuellen Bezugsverfahren vergleichbar sind.
  • Jedoch können vorhandene automatisierte Probenehmer ebenso wie die manuelle Bezugsvorrichtung und das manuelle Verfahren nicht vollständig die Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen des Probegases während des Abtastens in Betracht ziehen, während die Echtzeit-Messungen durchgeführt werden. Auch können nicht immer die integrierten 24-stündigen Ergebnisse aus den automatischen Probenehmern mit der 24-stündigen Einzelmessung aus dem manuellen Bezugsverfahren eng übereinstimmen. Obgleich die automatisierten Probenehmer eine Messung von in einem Probegasstrom vorhandener Teilchen bereitstellt, die von größerer Echtzeit ist, besitzen sie somit noch Nachteile, einschließlich ihrer möglichen Unfähigkeit, jederzeit mit dem manuellen Bezugsverfahren völlig übereinzustimmen.
  • Demgemäß besteht ein Bedürfnis für ein Verfahren und eine Vorrichtung irgend welche Unterschiede zwischen den Ergebnissen des manuellen Bezugs verfahrens und dem Verfahren mit einem automatisierten Probenehmer abzuschwächen. Ferner wird eine Abtastvorrichtung und ein Abtastverfahren benötigt, welche ein nahezu Echtzeit-Abtasten und/oder ein automatisiertes Abtasten unter Abgleichbedingungen ermöglichen, die denjenigen des manuellen Bezugsverfahrens nahe kommen, um nahe zu Echtzeit- und/oder automatisierte Ergebnisse zu erhalten, welche übereinstimmendere, vergleichbare Teilchenmessungen ermöglichen, als sie durch die manuellen und vorhandenen automatisierte Vorrichtung und Bezugsverfahren erhältlich sind.
  • Die vorhandene Vorrichtung und vorhandenen Verfahren zum Messen von Teilchen, die in einem gasförmigen Medium suspendiert sind, bieten nicht die Flexibilität und die erfinderischen Merkmale der vorliegenden Probegasstrom-Konditioniervorrichtungen, des entsprechenden Systems und der entsprechenden Verfahren. Wie im Folgenden in größeren Einzelheiten beschrieben wird, unterscheiden sich die Merkmale und Vorteile vorliegender Erfindung von von demjenigen, die zuvor vorgeschlagen wurden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass U.S.-A-557 1 945 ein System zum Messen von Teilchen in einem Probegas offenbart, wobei das System eine Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung einschließlich eines Feuchtigkeitssteuerungssystems zur Regulierung des Feuchtigkeitsniveaus des Probegasstroms offenbart.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß vorliegender Erfindung wird in den unabhängigen Patentansprüchen eine Probengas-Konditionierungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Teilchenmessinstrument ein System und Verfahren zur Verfügung gestellt, welche diese enthalten. Die Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung umfasst eine Probegasstromleitung zur Aufnahme eines Probegasstroms und zum Leiten des Probegasstroms zu dem Messinstrument in Verbindung mit der Leitung stehen ein Feuchtigkeitsaustauscher und ein Feuchtigkeitssensor, und eine Feuchtigkeitssteuervorichtung ist im Gasströmungsverhältnis mit dem Feuchtigkeits austauscher. Der Feuchtigkeitsaustauscher, Feuchtigkeitssensor und die Feuchtigkeitssteuervorrichtung dienen zur Konditionierung des Probegasstroms, wobei das Feuchtigkeitsniveau des Probegasstroms reguliert wird, um ein auswählbares Feuchtigkeitsniveau zu erhalten, wenn der Probegasstrom zu einem Teilchenkollektor des Messinstruments geführt wird.
  • Ein anderes Merkmal der Erfindung betrifft die bevorzugten Elemente eines Wärmeaustauschers und Temperatursensors in Verbindung mit der Leitung und eine Temperatursteuervorrichtung in Verbindung mit dem Wärmeaustauscher. Diese drei Elemente dienen zu einer weiteren Konditionierung des Probegasstroms, wobei die Temperatur des Probegasstroms reguliert wird, um eine auswählbare Temperatur zu erhalten, wenn der Probegasstrom zu einem Teilchenkollektor des Messinstruments geleitet wird.
  • Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft die bevorzugte Elemente eines Wärmeaustauschers und eines Temperatursensors in Verbindung mit der Leitung sowie eine Temperatursteuervorrichtung in Verbindung mit dem Wärmeaustauscher. Diese drei Elemente dienen zur weiteren Konditionierung des Probegasstroms, wobei die Temperatur des Probegasstroms reguliert wird, um eine auswählbare Temperatur zu erhalten, wenn der Probegasstrom zu einem Teilchenkollektor des Messinstruments geleitet wird. Noch ein anderes Merkmal der Erfindung betrifft ein Umgebungskonditionierungsensor-System, das in die Konditionierungseinrichtung einbezogen werden kann, um die Konditionierung des Probegasstroms weiter zu unterstützen.
  • Wieder ein anderes Merkmal der Erfindung ist ein automatisches Kontrollgerät, in dem verschiedene Komponenten der Erfindung automatisch betätigt werden und in Verbindung miteinander nahezu Echtzeit-Teilchenmessungen auf dem Gebiet, vorzugsweise unter auswählbaren konstanten Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen bereitstellen.
  • Vorliegende Erfindung zieht auch ein Konditionierungsverfahren in Betracht, bei dem ein Feuchtigkeitsniveau bei einem Teilchenkollektor in einem Teilchenmessinstrument reguliert wird, und verschiedene Wege zum Erreichen dieses Ziels.
  • Gemäß den folgenden Ausführungen ist es ein Vorteil vorliegender Erfindung, in der Lage zu sein, Teilchen zu sammeln und einen Probegasstrom bei auswählbaren Feuchtigkeits- und/oder Temperaturbedingungen aufrecht zu erhalten, wodurch sich Ergebnisse zwischen automatisierten und manuellen Bezugsverfahren und solchen Vorrichtungen in engerer Übereinstimmung einstellen.
  • Ein weiterer Vorteil ist das Aufrechterhalten von auswählbaren Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen, zur Erhöhung der Vorrichtung- und Wassermassenstabilität, wodurch sowohl reale als auch scheinbare Massenveränderungen im Teilchen infolge Feuchtigkeitsveränderungen oder Temperaturwirkungen verringert werden. Noch ein weiterer Vorteil ist, in der Lage zu sein, Teilchen bei niedrigeren Temperaturen ohne die unerwünschten Wirkungen von Feuchtigkeit zu sammeln und messen, wodurch der Verlust an flüchtigen Stoffen, die sich von Wasser unterscheiden, was zu einer übereinstimmenderen Messung der Teilchenmasse beiträgt.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf folgende Beschreibung augenfälliger, wenn sie zusammen mit den Zeichnungen in Betracht gezogen werden, wobei die Zeichnungen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen.
  • 1 ist eine schematische Darstellung verschiedener bevorzugter Ausführungsformen von Konditionierungsvorrichtungen, eines Systems und von Verfahren gemäß den Merkmalen vorliegender Erfindung.
  • 2 ist eine Schnittansicht, die einen Teil einer Probegasstromleitung und einen Teil eines Feuchtigkeitsaustauschers gemäß den Merkmalen vorliegender Erfindung zeigt.
  • 3 ist eine Schnittdarstellung, welche einen Teil einer Probegasstromleitung und einen Teil eines Wärmeaustauschers gemäß den Merkmalen vorliegender Erfindung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, und insbesondere auf 1, wird nun eine schematische Wiedergabe eines Systems 10 zur Teilchenmessung in einem Probegasstrom veranschaulicht. Das System umfasst eine Probegasstromleitung 18 mit einem Leitungseinlass 20 und -auslass 22. Vor dem Leitungseinlass 20 liegt vorzugsweise eine herkömmliche PM-10 oder PM-2,5-Teilcheneinlassvorrichtung 17, welche den Standard PM-10 oder PM-2,5 zum Sammeln von Teilchen in Umgebungsluft übereinstimmt. Eine Probegasstrom-Konditioniervorrichtung 12 steht in Verbindung mit der Probegasstromleitung. Ein Teilchenmess- oder Überwachungsinstrument 32 steht in Verbindung mit der Probegasstromleitung und dient zur Ermöglichung einer nahezu Echtzeit- oder automatisierten Messung von Teilchenmasse im Probegasstrom.
  • Das Messinstrument 32 umfasst ein Medium zum Sammeln, vorzugsweise ein Filtermedium, durch das Teilchen gesammelt und gemessen werden. Das Filtermedium liegt vorzugsweise in Nähe des Auslasses 22, um zu gewährleisten, dass nicht nur der Probegasstrom auf ein ausgewähltes Feuchtigkeitsniveau und/oder eine ausgewählte Temperatur konditioniert wird, wie im Folgenden beschrieben, sondern auch der Filter auf das gleiche Feuchtigkeitsniveau und/oder die gleiche Temperatur infolge seiner Nachbarschaft zum Auslasse konditioniert wird. Vorliegende Erfindung kann mit verschiedenen vorhandenen Teilchenmesseinstrumenten durchgeführt werden, welche mit der bisherigen manuellen Bezugsvorrichtung oder automatisierten Vorrichtung und dem ent sprechenden Verfahren verbunden sind, jedoch wird es bevorzugt, dass das Messinstrument 32 ein TEOM®-System umfasst, verkauft von Rupprecht & Patashnick Co., Inc., of Albany, New York, und insbesondere mit einem TEOM®-System der Reihe 1.4000 A.
  • Die Probengasstrom-Konditioniervorrichtung umfasst ein Feuchtigkeitssteuersystem. Das Feuchtigkeitssteuersystem reguliert das Feuchtigkeitsniveau des Probegasstroms, der durch die Probegasstromleitung strömt, um ein auswählbares Feuchtigkeitsniveau aufrecht zu erhalten, wenn der Probegasstrom aus dem Auslass 22 strömt. Das Feuchtigkeitssteuersystem umfasst vorzugsweise einen Feuchtigkeitsaustauscher 26 und einen Feuchtigkeitssensor 28, jeder in Verbindung mit der Probegasstromleitung und eine Feuchtigkeitssteuervorrichtung 30 in Gasstrombeziehung mit dem Feuchtigkeitsaustauscher.
  • Wie in 2 veranschaulicht, strömt beim Betrieb der Probegasstrom vorzugsweise in einer Richtung 14, die derjenigen einer Richtung 56 für ein Spülgas (weiter unten erklärt) entgegen gesetzt ist. Im Feuchtigkeitsaustauscherteil der Leitung 18 steht der Austauscher 26 in Feuchtigkeitsaustauschverbindung mit der Leitung, in der Wasserfeuchtigkeit zum Probegasstrom zugegeben oder abgezogen werden kann. Hervorragende Ergebnisse werden erhalten, wenn der Feuchtigkeitsaustauscher einen Gastrockner einer Mehrfachrohr-Nafion®-Konstruktion der Reihe Perma Pure PD®-Reihe umfasst, verkauft von Perma Pure Inc. of Toms River, New Jersey, USA. Das Feuchtigkeitssteuersystem umfasst ferner den Feuchtigkeitssensor 28. Vorzugsweise liegt der Feuchtigkeitssensor im Auslass der Leitung 18 oder in Nähe desselben und steht durch herkömmliche Vorrichtungen damit in Verbindung. Der Sensor tastet das Feuchtigkeitsniveau des Probegasstroms ab und teilt diese Information einem Kontrollgerät 44 mit.
  • Um auf 1 zurückzukommen, die Feuchtigkeitssteuervorrichtung kann einen Trockner 50 und einen Befeuchter 54, jeder in Gasstrombeziehung mit Mischersteuerung 52 umfassen, wie z. B. einem herkömmlichen, durch ein Soleonid betriebenen Ventil. Bei dieser Anordnung kann der Trockner 50 eine Trocknungsvorrichtung vom Trocknungsmitteltyp umfassen, wie z. B. ein Gastrocknungs-Standgefäß bekannt als Modell Hammond 26800, verkauft von Fisher Scientific of Pittsburgh, Pensylvania. Jedoch kann der Trockner irgend ein herkömmliches Trocknungsmittel oder einen herkömmlichen thermoelektrischen Kühler umfassen, um die Umgebungsluft zur Bereitstellung einer trockenen Luftzufuhr zu trocknen. Der Befeuchter 54 kann einen Nafion®-Gastrockner der Reihe Perma Pure MD®-Reihe umfassen, verkauft von Perma Pure Inc. of Toms River, New Jersey, USA, oder irgend eine herkömmliche Vorrichtung, die Wasser aus einem Behälter in gasförmigen Zustand überführen kann, um die Umgebungsluft unter Bereitstellung einer Feuchtluftzufuhr zu befeuchten. Im Betrieb nehmen der Trockner 50 und Befeuchter 54 Umgebungsluft 16 unter Bildung von trockener bzw. feuchter Luft auf, die nötigenfalls durch die Mischersteuerung 52 vermischt und sodann als Spülgas dem Feuchtigkeitsaustauscher durch eine gemeinsame Leitung 55 zugeführt wird. Auch kann je nach dem benutzten Feuchtigkeitssteuerungskomponenten die Zufuhr von Trocknungsmittel und Feuchtigkeit durch Umlauf des Spülgases beim Auslass 58 durch herkömmliche Vorrichtungen aufrecht erhalten werden.
  • Die Probegasstrom-Konditioniervorrichtung umfasst ferner ein Wärmesteuerungssystem. Das Wärmesteuerungssystem reguliert die Temperatur des Probegasstroms, der durch die Probegasstromleitung strömt, um eine auswählbare Temperatur aufrecht zu erhalten, wenn der Probegasstrom aus der Probegasstromleitung strömt. Das Wärmesteuerungssystem umfasst vorzugsweise einen Wärmeaustauscher 36 und einen Temperatursensor 38 in Verbindung mit der Probegasstromleitung und eine Temperatursteuerungsvorrichtung 40 in Verbindung mit dem Wärmeaustauscher.
  • Das Wärmesteuerungssystem arbeitet vorzugsweise wie in 3 dargestellt. Der Wärmeaustauscher steht nicht in einer Feuchtigkeitsaustauschbeziehung zu der Leitung 18, und es soll keine Feuchtigkeit in die Leitung 18 oder aus dieser heraus geleitet werden, wenn der Probegasstrom den Wärmeaustauscher durchläuft. Dennoch ist es erwünscht, dass der Probegasstrom in einer Richtung 14 fließt, die der Richtung 56 entgegengesetzt ist. Der Wärmeaustau scher kann irgend ein herkömmliches Wärmeaustauschelement umfassen (wie z. B. eine erwärmte oder gekühlte Flüssigkeit oder ein erwärmtes oder gekühltes Gas, ein Heiz- oder Kühlelement usw., wie allgemein bekannt).
  • Hervorragende Ergebnisse werden erhalten, wenn der Wärmeaustauscher eine Rohr-in-Rohr-Anordnung umfasst, wie veranschaulicht, und wenn das Innenrohr oder Leitungsteil 18 aus rostfreiem Stahl besteht. Das Außenrohr oder Leitungsteil 36 kann ein Rohr aus PVC oder irgend einem anderen Material umfassen, das die hier erwünschten Merkmale ermöglicht. Die Temperatursteuerungsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine herkömmliche Heizvorrichtung 62 zum Betreiben herkömmlicher Heizschlangen 61, welche erforderlichenfalls dem Wärmeaustauscher Wärme zuführen. Ein Kühler 64, wie z. B. ein Vortex Cooler®, ist vorzugsweise in die Temperatursteuerungseinrichtung einbezogen, um Kühlungsluft in der Richtung 56 zum Kühlen des Wärmeaustauschers, wenn erforderlich, Kühlungsluft bereitzustellen. Bei dieser Ausführungsform reguliert das Steuergerät 44 direkt den Kühler 64 und die Heizvorrichtung 62 bzw. instruiert diese erforderlichenfalls, wenn kalte Luft oder Wärme zuzuführen ist. Jedoch können andere Komponenten und andere Steuerungsanordnungen, die bekannt sind, benutzt werden, um die Wärmeaustauschmerkmale vorliegender Erfindung zu erreichen. Je nach der oder den Komponenten der Temperatursteuerungsvorrichtung kann der Wärmeaustauscher einen Wärmeaustauscherauslass 60 umfassen, um Kühl und/oder Erwärmungssubstanzen durch herkömmliche Vorrichtungen im Umlauf zu führen.
  • Analog zum Feuchtigkeitssteuerungssystem umfasst das Wärmesteuerungssystem ferner den Temperatursensor 38. Vorzugsweise liegt der Temperatursensor im Auslass der Leitung 18 oder in Nähe desselben und steht damit mit herkömmlichen Vorrichtungen in Verbindung. Der Sensor tastet die Höhe der Temperatur des Probegasstroms ab und teilt diese Information dem Steuergerät 44 mit. Je nach der erwünschten Konditioniervorrichtung 12 umfassen der Temperatursensor und/oder der Feuchtigkeitssensor das Sensorsystem 42, das eine einzige Vorrichtung oder eine Kombination von Vorrichtungen sein kann, wie Herkömmlicherweise bekannt ist. Beispielsweise können der Feuchtigkeitssensor für das Sensorsystem 42, und das Feuchtigkeitsmerkmal des Umgebungssensorsystems einen relativen Feuchtigkeitsmodul der Serie ELAN HM2000 Relative Humidity Module, verkauft von Elan Technical Corporation of Fairfield, Connecticut, USA, umfassen. Ferner können der Temperatursensor für das Sensorsystem 42, und das Temperaturmerkmal des Umgebungssensorsystems ein Modell AD592LN, verkauft von Analog Devices of Norwood, Massachusetts, USA umfassen.
  • Die Konditionierungsvorrichtung 12 umfasst vorzugsweise auch das Steuergerät 44. Dieses Gerät 44 steht in Verbindung mit mindestens der Feuchtigkeitssteuerungsvorrichtung 30 und dem Feuchtigkeitssensor 28 oder Sensorsystem 42 durch herkömmliche Signalübertragungsvorrichtungen. Auf diese Weise überwacht das Steuergerät 44 das Sensorsystem und steuert die Feuchtigkeitssteuerungsvorrichtung, wodurch das Feuchtigkeitsniveau des Probegasstroms auf ein ausgewähltes Feuchtigkeitsniveau reguliert wird. Das Steuergerät kann ein manuelles oder automatisches Überwachen ein Steuern und Regulieren der Konditionierungsvorrichtung und des Konditionierungssystems durch herkömmliche Vorrichtungen bereitstellen. Das Steuergerät kann eine herkömmliche elektronische Steuerschaltung oder Mikroprozessorsteuerung umfassen, bei denen die Merkmale vorliegender Erfindung erreicht werden können. Das Steuergerät kann unabhängig von einem Gesamtregler des Messinstruments 32, mit diesem zusammengeschaltet oder in diesen integriert sein.
  • Je nach der erwünschten Konditionierungsvorrichtung 12 kann auch das Steuergerät 44 in Verbindung mit der Temperatursteuerungsvorrichtung und dem Temperatursensor 38 oder Sensorsystem 42 durch herkömmliche Signalübertragungsvorrichtungen in Verbindung stehen. Auf diesem Weg kann das Kontrollgerät 44 auch das Sensorsystem überwachen und die Temperatursteuerungsvorrichtung steuern, um hierdurch die Temperatur des Probegasstroms auf eine ausgewählte Temperatur, entweder manuell oder automatisch, wie zuvor diskutiert, zu regulieren.
  • Vorzugsweise umfasst die Konditionierungsvorrichtung 12 auch ein Umgebungskonditionierung-Sensor-System 46. Dieses System steht in Verbindung mit dem Steuergerät 44 durch herkömmliche Signalübertragungsvorrichtungen. Beim Betrieb überwacht das Steuergerät das Umgebungskonditionier-Sensorsystem 46 und kann diese Information zur Unterstützung der Regulierung des Feuchtigkeitsniveaus und/oder der Temperatur des Probegasstroms auf ein gewünschtes Feuchtigkeitsniveau und/oder eine gewünschte Temperatur zu regulieren. Das Umgebungskonditionierungs-Sensor-System umfasst eine oder mehrere herkömmliche Sensoreinrichtungen, welche mindestens eine Bedingung der Umgebungsluft, wie z. B. das Feuchtigkeitsniveau und/oder die Temperatur überwacht und sodann diese Information zum Steuergerät weiter leitet. Dieses Merkmal kann manuell oder automatisch betätigt werden.
  • Noch ein anderes Merkmal, das die Konditionierungsvorrichtung vorzugsweise umfasst, ist eine Hilfsheizvorrichtung 48. Die Heizvorrichtung 48 steht in Verbindung mit der Probegasstromleitung, um den Probegasstrom in einem im Wesentlichen gasförmigen Zustand zu halten, wenn der Probegasstrom durch die Probegasstromleitung fließt, nämlich, wenn er den Feuchtigkeitsaustauscher durchläuft. Beispielsweise ist, wenn die Umgebungsbedingungen außerhalb der Leitung (z. B. abgetastet durch das Umgebungsbedingung-Sensorsystem 46 und überwacht durch das Steuergerät 44) niederer als das ausgewählte Feuchtigkeitsniveau, wenn es auf die ausgewählte Temperatur eingestellt ist, sind, die Zugabe von Feuchtigkeit zum Probegasstrom erforderlich, und zur Verhinderung einer möglichen Kondensation kann die Hilfsheizvorrichtung 48 durch das Steuergerät 44 ausgerichtet werden, um den Probegasstrom etwas (vorzugsweise jedoch nicht, um die ausgewählte Temperatur zu übersteigen) zu erwärmen, bevor die Feuchtigkeit zugegeben wird. Ferner kann es in bestimmten Situationen erwünscht sein, dass der Feuchtigkeitsaustauscher (durch herkömmliche Vorrichtungen selbst getrennt gekühlt oder erwärmt wird, um ein Kondensationsproblem oder eine unerwünschte Verdampfung von Feuchtigkeit aus dem Spülgas zu verhindern. Dieses Merkmal ist als solches in den Umfang vorliegender Erfindung einbezogen.
  • Andere Merkmale vorliegender Erfindung umfassen ein Verfahren zum Messen von Teilchen, die im Probegasstrom suspendiert sind. Als erste Stufe tritt Umgebungsluft in die Leitung 18, nachdem sie die Einlassvorrichtung 17 durchströmte, und wird als Probegasstrom am Leitungseinlass 20 aufgenommen. Der Strom fließt vorzugsweise in der Abwärtsrichtung 14 durch die Leitung, während er zum Teilchenmessinstrument geleitet wird.
  • Die Leitung 18 ist vorzugsweise ein gerades Rohr, welches eine leichte Strömung hindurch ermöglicht, um Turbulenzen oder Teilchenverluste zu verringern. Die Leitung ist durch herkömmliche Mittel in Übereinstimmung mit den Merkmalen vorliegender Erfindung konstruiert. Insbesondere werden hervorragende Ergebnisse erreicht, wenn die Leitung eine kontinuierliche Bahn umfasst, die aus rostfreiem Stahl konstruiert ist, wodurch die Leitung längs ihrer Länge vom Leitungseinlass 20 bis zum -auslass 22 mit Ausnahme des Teils der Leitung im Wesentlichen undurchlässig ist, der sich durch den Feuchtigkeitsaustauscher erstreckt, wo er für Wasser durchlässig, für alle Flüssigkeiten oder Gase mit Ausnahme von Wasser undurchlässig ist.
  • Dann wird das Feuchtigkeitsniveau des Probegasstroms reguliert, um das ausgewählte Feuchtigkeitsniveau des Probegasstroms aufrechtzuerhalten und hierdurch einen Probegasstrom mit regulierter Feuchtigkeit bereitzustellen. Insbesondere wird das Feuchtigkeitsniveau des Probegasstroms durch den Sensor 28 abgetastet, um ein Ergebnis mit abgetastetem Feuchtigkeitsniveau zu erhalten. Dieses Ergebnis wird zum Steuergerät 44 übertragen. Das Steuergerät wertet das Ergebnis des abgetasteten Feuchtigkeitsniveaus aus, um eine Auswertung des Feuchtigkeitsniveaus zu erhalten. Auf Grundlage der Auswertung des Feuchtigkeitsniveaus verständigt sich das Steuergerät mit der Feuchtigkeitssteuerungsvorrichtung 30 und weist dieses an, das Feuchtigkeitsniveaus des Feuchtigkeitsaustauschers zu erhöhen oder zu erniedrigen. Das Feuchtigkeitsniveau des Spülgases wird erforderlichenfalls vermischt und sodann im Feuchtigkeitsaustauscher 26 im Umlauf geführt, und durch das Feuchtigkeitsaustauschverhältnis mit der Leitung und die Gesetze der Thermodynamik wird das Feuchtigkeitsniveau des Probegasstroms eingestellt, wodurch das Feuchtigkeits niveau des Probegasstroms zur Aufrechterhaltung des ausgewählten Feuchtigkeitsniveaus reguliert wird.
  • Sodann wird die Temperatur des Probegasstroms, obgleich dies praktisch nahezu gleichzeitig auftritt, zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur des Probegasstroms reguliert, und hierdurch eine temperaturregulierter Probegasstrom bereitgestellt. Insbesondere wird die Temperatur des Probegasstroms durch den Sensor 38 abgetastet, um ein temperaturabgetastetes Ergebnis zu erhalten. Dieses Ergebnis wird zum Steuergerät 44 übertragen. Das Steuergerät wertet das temperaturabgetastete Ergebnis aus, um eine Temperaturauswertung zu erhalten. Auf Grundlage der Temperaturauswertung verständigt sich das Kontrollgerät mit der Temperatursteuerungsvorrichtung 40 und weist diese an, die Temperatur des Wärmeaustauschers zu erhöhen oder zu verringern. Die Komponente bzw. Komponenten der Wärmesteuerungsvorrichtung erhöhen oder verringern die Temperatur im Wärmeaustauscher nahe der Leitung und durch die Gesetzt der Thermodynamik wird die Temperatur des Probegasstroms eingestellt, wodurch die Temperatur des Probegasstroms reguliert wird, um die ausgewählte Temperatur aufrechtzuerhalten.
  • Die Konditionierungsvorrichtung 12 kann ein Abtasten des Feuchtigkeitsniveaus und/oder der Temperatur des Probegasstroms umfassen, obgleich sie vorzugsweise beides umfasst. In einem derartigen Fall umfasst dann das Verfahren Abtast- und Auswertungsstufen, welche integriert sind. D. h., das Steuergerät integriert die Feuchtigkeitsniveau-Auswertung und die Temperatur-Auswertung, um eine erste integrierte Auswertung zu erhalten. Ein derartiges Integrieren ist oft aufgrund des Verhältnisses zwischen Temperatur und Feuchtigkeitsniveau oder relativer Feuchtigkeit erwünscht. Insbesondere ist die relative Feuchtigkeit als die Feuchtigkeitsmenge in der Luft definiert, im Vergleich mit der maximalen Menge, die die Luft bei der gleichen Temperatur, ausgedrückt als Prozentsatz, enthalten kann. Deshalb kann aus für den Durchschnittsfachmann nahe liegenden Gründen das Berücksichtigen sowohl des Feuchtigkeitsniveaus als auch der Temperatur erwünscht sein, wenn man versucht, einen dieser Werte oder beide zu regulieren. Auf Grundlage der ersten integrierten Auswertung verständigt sich das Steuergerät mit der Temperatursteuerungsvorrichtung und der Feuchtigkeitssteuerungsvorrichtung und weist erforderlichenfalls jede an, das Feuchtigkeitsniveau des Spülgases und/oder bzw. die Temperatur des Wärmeaustauschelements zu erhöhen oder zu erniedrigen. Demgemäß werden das Feuchtigkeitsniveau und die Temperatur des Probegasstroms reguliert, um das ausgewählte Feuchtigkeitsniveau und die ausgewählte Temperatur aufrechtzuerhalten.
  • So kann das Verfahren, obgleich dies praktisch gleichzeitig auftritt, eine Überwachung einer Umgebungsbedingung durch das Umgebungsbedingung-Sensorsystem 46 umfassen. Insbesondere wird das Feuchtigkeitsniveau und/oder die Temperatur der Umgebungsluft durch das Sensorsystem 46 überwacht, und diese Information wird zum Steuergerät 44 übertragen. Das Steuergerät wertet die Umgebungsbedingung aus, um eine Auswertung der Umgebungsbedingung zu erhalten. Das Steuergerät integriert sodann die Umgebungsbedingungsauswertung mit der Auswertung des Feuchtigkeitsniveaus, der Temperaturauswertung oder beiden, um eine integrierte Feuchtigkeitsniveau-Auswertung, integrierte Temperaturauswertung bzw. eine zweite integrierte Auswertung zu erhalten. Hier ist die Integrierung abermals aus Gründen erwünscht, die den weiter oben diskutierten Gründen analog sind. Unter Zugrundelegung der integrierten Auswertung verständigt sich das Steuergerät mit der Temperatursteuerungsvorrichtung und der Feuchtigkeitssteuerungsvorrichtung, indem es erforderlichenfalls diese anweist, das Feuchtigkeitsniveau des Feuchtigkeitsaustauschers und/oder die Temperatur des Wärmeaustauschers jeweils zu erhöhen oder zu erniedrigen. Demgemäß können das Feuchtigkeitsniveau und/oder die Temperatur des Probegasstroms reguliert werden, um das ausgewählte Feuchtigkeitsniveau und/oder die ausgewählte Temperatur hinsichtlich des ausgewählten Gasstroms und der Umgebungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Wie weiter oben beschrieben wurde, können die abgetasteten Umgebungsbedingungen auch zum Steuern des Betriebs der Hilfsheizvorrichtung 48 benutzt werden, z. B., um eine Kondensation innerhalb der Leitung 18 zu vermeiden.
  • Schließlich umfasst die letzte Stufe das Messen der Teilchen, die in dem feuchtigkeits- und/oder temperaturregulierten Probegasstrom suspendiert sind. Vorzugsweise wird das Messen mit einem automatisierten, nahezu Echtzeit-Probenehmer durchgeführt, wie weiter oben diskutiert wurde. In dieser Hinsicht wird es bevorzugt, dass die Leitung 18 so kurz wie möglich ist, um die Zeit zwischen dem Eintritt des Probegasstroms in die Leitung und seinem Austritt aus dem Auslass zu verringern, jedoch sollte sie lang genug sein, um die gewünschten Merkmale der Erfindung zu umfassen.
  • Die Teilchenmasse in dem Probegasstrom wird gemessen, wenn die Teilchen durch das Filtermedium oder einen anderen Teilchenkollektor gesammelt sind.
  • Für das Verfahren und die Konditioniervorrichtung gemäß vorliegender Erfindung wird das auswählbare Feuchtigkeitsniveau vorzugsweise im Bereich von 20% bis 45% ± 5% relative Feuchtigkeit ausgewählt, und die wählbare Temperatur wird vorzugsweise im Bereich von 15° bis 30°C ± 3°C ausgewählt, um die Gleichgewichtsbedingungen des manuellen Bezugsverfahrens zu erfüllen. Es sollte jedoch verstanden werden, dass andere Feuchtigkeitsniveaus und Temperaturen ausgewählt werden können, und dass die Merkmale und Vorteile vorliegender Erfindung auch dann noch erreicht werden können. Für die vorliegende Anwendung dieser Erfindung wird bevorzugt, ein im Wesentlichen konstantes ausgewähltes Feuchtigkeitsniveau und/oder eine im Wesentlichen konstante ausgewählte Temperatur aufrechtzuerhalten, obgleich andere gesteuerte Feuchtigkeitsniveaus und andere gesteuerte Temperaturen durch vorliegende Erfindung bereitgestellt werden können.
  • Vorliegende Erfindung kann in einem kontinuierlichen Betriebszustand ausgeübt werden, oder sie kann absatzweise betrieben werden. Derzeit wird in Betracht gezogen, dass sie vorzugsweise in einem kontinuierlichen Zustand betrieben wird, wobei die Probenahme, das Konditionieren und Messen der Teilchen im Probegasstrom kontinuierlich verläuft. Jedoch liegt in dem beanspruchten Erfindungsumfang ein unterbrochenes Abtasten und/oder ein unterbrochenes Konditionieren und/oder ein unterbrochenes Messen der Teilchen, zu umfassen. Beispielsweise kann eine derartige Anwendung das Abtasten eines Probegasstroms während 23 Stunden ohne Konditionieren des Probegasstrom oder Messen der Teilchen im Probegasstrom umfassen. Dann kann zwischen 23 und 24 Stunden die Konditioniervorrichtung betrieben, und der Probegasstrom benutzt werden, um die zuvor gesammelten Teilchen und die neu gesammelten Teilchen sowie den Teilchenkollektor auf ein Niveau innerhalb des auswählbaren Feuchtigkeitsniveaus und eine Temperatur innerhalb der auswählbaren Temperaturbedingungen zu bringen. Das Messen kann sodann gerade zwischen der Stunde 23 und 24 oder am Ende der Stunde 24 durchgeführt werden. Das Konditionieren und/oder Messen kann dann für einen ähnlichen Zeitraum unterbrochen und für einen ähnlichen Zeitraum wieder aufgenommen werden. Verständlicherweise kann jeder beliebige Zeitraum angewandt werden, und der zuvor diskutierte Zeitraum ist lediglich ein Beispiel für die möglichen Anwendungen vorliegender Erfindung.
  • Vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Konditionieren eines Teilchenkollektors und von Teilchen. Eine erste Stufe umfasst das Anbringen des Teilchenkollektors (nicht in den Zeichnungen speziell gezeigt, der aber eine herkömmliche Komponente in einem Teilchenmessinstrument 32 ist) in dem Teilchenmessinstrument. Vorzugsweise liegt das Instrument so in dem Gebiet, dass in dem Gebiet eine Konditionierung des Kollektors und/oder der Teilchen durchgeführt werden kann.
  • Der Teilchenkollektor wird sodann konditioniert. Wie zuvor diskutiert, umfasst das Konditionieren das Regeln des Feuchtigkeitsniveaus, zur Aufrechterhaltung eines auswählbaren Feuchtigkeitsniveaus am Teilchenkollektor. Das Konditionieren kann beispielsweise unter Verwendung der in 1 offenbarten Vorrichtung erreicht werden, und wie weiter oben beschrieben. Das Konditionieren könnte aber auch unter Anwendung anderer Mittel erreicht werden, wie z. B. der Art und Weise eines Typs einer geschlossenen Umgebung, wobei eine den Teilchenkollektor umgebende Umgebung, und somit tatsächlich der Kollektor selbst unter Anwendung geeigneter Mittel auf das auswählbare Feuchtig keitsniveau konditioniert wird, wie z. B. eines geeigneten Feuchtigkeitssteuerungs-Systems, um das Feuchtigkeitsniveau der statischen eingeschlossenen Umgebung zu regulieren.
  • Dieses Verfahren umfasst vorzugsweise auch eine zweite Stufe, obgleich sie praktisch gleichzeitig verläuft, des Konditionierens des Teilchenkollektors, um die Temperatur des Kollektors auf eine auswählbare Temperatur zu regulieren. Diese Temperaturkonditionierung kann analog derjenigen für die Konditionierung des Feuchtigkeitsniveaus erreicht werden. An diesem Punkt in diesem Verfahren wurde der Teilchenkollektor im Wesentlichen abgestimmt, vorzugsweise auf Bedingungen, die mit dem manuellen Bezugsverfahren vergleichbar sind, und die Masse des Kollektors kann gemessen werden, um eine Grundlinie zur Verfügung zu stellen, gegenüber der der Kollektor verglichen wird, wenn er während des Abtastens Teilchen sammelt.
  • Sodann umfasst dieses Verfahren vorzugsweise die Aufnahme eines Probegasstroms und das Leiten des Probegasstroms zu dem Teilchenkollektor, wo im Probegasstrom suspendierte Teilchen durch den Teilchenkollektor gesammelt werden. Dann werden die Teilchen vorzugsweise durch Regulierung des Feuchtigkeitsniveaus der Teilchen und/oder gesammelten Teilchen konditioniert. Insbesondere ist das Feuchtigkeitsniveau der Teilchen und des Teilchenkollektors an diesem Punkt das gleiche, und sie können zusammen auf das gleiche wählbare Feuchtigkeitsniveau konditioniert werden.
  • Diese Stufe umfasst vorzugsweise auch die Temperaturkonditionierung der Teilchen und/oder der gesammelten Teilchen auf die wählbare Temperatur für die Teilchen und ebenso den Teilchenkollektor. Das Feuchtigkeitsniveau und/oder die Temperaturkonditionierung für die Teilchen und den Teilchenkollektor können analog zu demjenigen für den Teilchenkollektor allein erreicht werden. An diesem Punkt in diesem Verfahren wurde der Teilchenkollektor und die gesammelten Teilchen im Wesentlichen abgeglichen, vorzugsweise auf Bedingungen, die mit dem manuellen Bezugsverfahren vergleichbar sind, und die gesammelte Masse kann gemessen werden, um eine Messung der gesammelten Teilchenmasse bereitzustellen. Wie im vorliegenden diskutiert, kann das Aufnehmen oder Abtasten, Konditionieren und Messen einmal oder mehrere Male auf unterbrechender oder kontinuierlicher Basis durchgeführt werden.
  • Ein anderes Merkmal, welches dieses Verfahren umfassen kann, ist das Strömen eines im Wesentlichen teilchenfreien Gasstroms in Verbindung mit dem Teilchenkollektor und/oder den gesammelten Teilchen zu deren Konditionierung. Auf diesem Weg kann für eine bestimmte Zeit ein Abtasten durchgeführt werden, wonach die Abtastleitung durch geeignete Vorrichtungen verschlossen wird. Danach wird der vorzugsweise teilchenfreie oder im Wesentlichen teilchenfreie Gasstrom auf den Teilchenkollektor und/oder die gesammelten Teilchen übertragen und mit diesen verbunden. Beispielsweise kann unter Verwendung der Vorrichtung gemäß 1, und wie zuvor beschrieben, ein Feuchtigkeitsniveau und/oder temperaturkonditionierter Probegasstrom in der Leitung 18 bereitgestellt werden, wobei der Probegasstrom ein herkömmliches Vorfiltermedium (nicht speziell gezeigt) durchströmt, um im Wesentlichen jegliche Teilchen hierin auszuschließen, weshalb er einen im Wesentlichen teilchenfreien Strom hinsichtlich des Feuchtigkeitsniveaus und der Temperatur konditioniertes Gas umfasst.
  • Dieser Gasstrom kann sodann auf den Teilchenkollektor und/oder die gesammelten Teilchen übertragen werden, um das wählbare Feuchtigkeitsniveau und/oder die wählbare Temperatur derselben aufrechtzuerhalten.
  • Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung umfasst eine andere Ausführungsform eine Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Teilchenmessinstrument, bei der die Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung ein Wärmesteuersystem umfasst, welches die Temperatur eines Probegasstroms oder Gasstroms reguliert, um eine wählbare Temperatur von weniger als 30°C zumindest nahe bei einem Teilchenkollektor aufrechtzuerhalten. Ferner umfasst die Konditionierungsvorrichtung beispielsweise einen Feuchtigkeitsaustauscher und Trockner oder eine oder mehrere herkömmliche Vorrichtungen zur Verringerung des Feuchtigkeitsniveaus des Probegasstroms ohne Regulierung des Feuchtigkeitsniveaus.
  • Analog zu der in 1 veranschaulichten Ausführungsform, und wie weiter oben beschrieben wurde, kann diese Konditionierungsvorrichtung die Probegasstromleitung 18 mit dem Einlass 20 und Auslass 22 umfassen. Die Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung steht in Verbindung mit der Probegasstromleitung. Das Wärmesteuerungssystem umfasst vorzugsweise z. B. die Temperatursteuerungsvorrichtung 40 und den Temperatursensor 38 sowie das Steuergerät 44. Diese Elemente arbeiten wie zuvor in Einzelheiten beschrieben. Jedoch reguliert hier das Wärmesteuersystem die Temperatur des Probegasstroms, um die wählbare Temperatur, die weniger als 30°C beträgt, aufrechtzuerhalten. Es wird bevorzugt, dass sie 30°C nicht überschreitet, um ein unerwünschtes Verdampfen von Ammoniumnitritteilchen zu vermeiden, welche Verdampfung bei Temperaturen auftritt, die 30°C überschreiten, sowie ein anderes mögliches, unerwünschtes Verdampfen von anderen Teilchen zu vermeiden.
  • Ein weiteres Merkmal dieser Ausführungsform umfasst z. B. einen Feuchtigkeitsaustauscher 26 und einen Trockner 50. Beim Betrieb arbeitet der Trockner kontinuierlich, wie gewünscht, um ein trockenes Spülgas dem Feuchtigkeitsaustauscher zuzuführen. Der Feuchtigkeitsaustauscher dient zur ungesteuerten Verringerung des Feuchtigkeitsniveaus eines Probegasstroms hierin. Demgemäß ist der Probegasstrom lediglich hinsichtlich seiner Temperatur reguliert, jedoch sind die unerwünschten Wirkungen von Schwankungen des Feuchtigkeitsniveaus auf dem Gebiet wesentlich verringert. Das heißt, da das Feuchtigkeitsniveau und somit die Wirkungen eines sich verändernden Feuchtigkeitsniveaus ohne Anwendung hoher Temperaturen verringert werden, werden die flüchtigeren Teilchenkomponenten, welche durch ein höheres Temperatursteuerungsverfahren verloren gingen, beibehalten. Deshalb ermöglicht diese Ausführungsform vergleichbarere Teilchenmessungen beim Abtasten und Messen von in einem Probegasstrom suspendierten Teilchen lediglich durch Temperaturregulierung.
  • Da es verschiedene mögliche Ausführungsformen der Erfindung gibt, und verschiedene Veränderungen, die bei den zuvor dargelegten Ausführungsformen vorgenommen werden können, liegt es auf der Hand, dass alle zuvor dargelegten oder in den Zeichnungen gezeigten Gegenstände so auszulegen sind, dass sie lediglich zur Veranschaulichung dienen und in keiner Weise begrenzend sind.

Claims (50)

  1. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) zur Verwendung mit einem Teilchenmasse-Messinstrument (32), das einen Teilchenkollektor aufweist, wobei die Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung eine erste Vorrichtung (18) zur Aufnahme eines Probegasstroms (14) umfasst und den Probegasstrom zum Kollektor des Messinstruments leitet, sowie eine zweite Vorrichtung (26) zur Konditionierung des Probegasstroms innerhalb der ersten Vorrichtung umfasst, und wobei die zweite Vorrichtung das Feuchtigkeitsniveau des Probegasstroms reguliert, um ein auswählbares Feuchtigeitsniveau zumindest in Nähe des Kollektors des Messinstruments zu erhalten, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die zweite Vorrichtung die Temperatur des Probegasstroms (14) reguliert, um eine auswählbare Temperatur zumindest in Nähe des Kollektors des Messinstruments (32) zu erhalten.
  2. Probegasstrom-Konditioniervorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine dritte Vorrichtung (30) zum automatischen Betrieb der zweiten Vorrichtung.
  3. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 2, bei der die dritte Vorrichtung (46) ferner eine Umgebungsbedingung überwacht und die Umgebungsbedingung auswertet, um die zweite Vorrichtung (26) bei der Konditionierung des Probegasstroms zu unterstützen, und bei der die Umgebungsbedingung die Feuchtigkeit umfasst.
  4. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 2, bei der die dritte Vorrichtung (46) ferner eine Umgebungsbedingung überwacht und die Umgebungsbedingung auswertet, um die zweite Vorrich tung bei der Konditionierung des Probegasstroms zu unterstützen, und bei der die Umgebungsbedingung eine solche aus der Gruppe umfasst, die aus der Feuchtigkeit und Temperatur besteht.
  5. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 4, bei der die Umgebungsbedingung sowohl Feuchtigkeit als auch Temperatur umfasst.
  6. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, bei der die zweite Vorrichtung einen Feuchtigkeitsaustauscher (26) und einen Feuchtigkeitssensor (28) in Verbindung mit der ersten Vorrichtung (18) und eine Feuchtigkeitssteuervorrichtung (30) in Gasströmungsbeziehung mit dem Feuchtigkeitsaustauscher umfasst.
  7. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, bei der die zweite Vorrichtung einen Wärmeaustauscher (36) und einen Temperatursensor (38) in Verbindung mit der ersten Vorrichtung (18) sowie eine Temperatursteuervorrichtung (40) in Verbindung mit dem Wärmeaustauscher umfasst.
  8. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 7, bei der die zweite Vorrichtung ferner einen Feuchtigkeitsaustauscher (26) und einen Feuchtigkeitssensor (28) in Verbindung mit der ersten Vorrichtung (18) sowie eine Feuchtigkeitssteuervorrichtung (30) in Gasströmungsbeziehung mit dem Feuchtigkeitsaustauscher umfasst.
  9. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, in Kombination mit einem Messinstrument (32) für die Teilchenmasse, wobei das Messinstrument in Verbindung mit der ersten Vorrichtung (18) steht und eine Echtzeit-Probeentnahme und eine Messung des Probegasstroms (14) ermöglicht.
  10. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, bei der die zweite Vorrichtung (26) ferner den Probegasstrom in einem im Wesentlichen gasförmigen Zustand aufrechterhält, wenn der Probegasstrom durch die erste Vorrichtung (18) geleitet wird.
  11. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, bei der das auswählbare Feuchtigkeitsniveau im Bereich von 20% bis 45 ± 5% relative Luftfeuchtigkeit liegt.
  12. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, bei der das auswählbare Feuchtigkeitsniveau im Bereich von 20% bis 45 ± 5% relative Luftfeuchtigkeit, und die auswählbare Temperatur im Bereich von 15°C–30°C ± 3°C liegen.
  13. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, bei der die zweite Vorrichtung (26) das Feuchtigkeitsniveau so reguliert, dass ein konstantes auswählbares Feuchtigkeitsniveau erhalten wird.
  14. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, bei der die zweite Vorrichtung (26, 36) das Feuchtigkeitsniveau und die Temperatur so reguliert, dass ein konstantes auswählbares Feuchtigkeitsniveau und eine konstante auswählbare Temperatur erhalten werden.
  15. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 8, bei der die zweite Vorrichtung ferner eine Hilfsheizvorrichtung (48) stromaufwärts des Feuchtigkeitsaustauschers (26) umfasst.
  16. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, bei der die erste Vorrichtung (18) eine gerade Leitung umfasst.
  17. Ein System (10) zum Messen der Masse von Teilchen in einem Probegasstrom (14), umfassend eine Probegasstrom-Leitung (18) mit einem Einlass (20) und einem Auslass (22), eine Probegasstrom- Konditionierungsvorrichtung (12) in Verbindung mit der Leitung für den Probegasstrom (18), wobei die Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) ein Feuchtigkeitssteuersystem (26, 30) umfasst, wobei das Feuchtigkeitssteuersystem das Feuchtigkeitsniveau des durch die Leitung (18) für den Probegasstrom strömenden Probegasstroms (14) reguliert, um zumindest in Nähe des Auslasses (22) der Leitung für den Probegasstrom ein auswählbares Feuchtigkeitsniveau aufrechtzuerhalten, und umfassend ein Messinstrument (32) für die Teilchenmasse in Verbindung mit dem Auslass der Leitung für den Probegasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Wärmesteuersystem (36, 40) umfasst, wobei das Wärmesteuersystem die Temperatur des durch die Leitung (18) für den Probegasstrom strömenden Probegasstroms (14) reguliert, um zumindest in Nähe des Ausgangs (22) der Leitung für den Probegasstrom eine auswählbare Temperatur aufrechterhält.
  18. System (10) gemäß Anspruch 17, ferner umfassend ein Sensorsystem (28) in Verbindung mit der Leitung (18) für den Probegasstrom, welches das Feuchtigkeitsniveau des Probegasstroms (14) abtastet.
  19. System (10) gemäß Anspruch 17, ferner umfassend ein Sensorsystem (28, 38) in Verbindung mit der Leitung (18) für den Probegasstrom, welches zumindest eine Bedingung aus der Gruppe abtastet, welche aus dem Feuchtigkeitsniveau und der Temperatur des Probegasstroms (14) besteht.
  20. System (10) gemäß Anspruch 18, ferner umfassend eine Steuereinrichtung (44) in Verbindung mit dem Feuchtigkeitssteuersystem (26, 30) und dem Sensorsystem (38), wobei die Steuereinrichtung das Sensorsystem automatisch überwacht und das Feuchtigkeitssteuersystem automatisch steuert.
  21. System (10) gemäß Anspruch 19, ferner umfassend eine Steuereinrichtung (44) in Verbindung mit dem Feuchtigkeitssteuersystem (26, 30), dem Wärmesteuersystem (36, 40) und dem Sensorsystem (28, 38), wobei die Steuereinrichtung das Sensorsystem automatisch überwacht und das Feuchtigkeitssteuersystem sowie das Wärmesteuersystem automatisch steuert.
  22. System (10) gemäß Anspruch 20, ferner umfassend ein Sensorsystem (46) für die Umgebungsbedingung in Verbindung mit der Steuereinrichtung (44), wobei die Steuereinrichtung das Sensorsystem für die Umgebungsbedingung automatisch überwacht.
  23. System (10) gemäß Anspruch 21, ferner umfassend ein Sensorsystem (46) für die Umgebungsbedingung in Verbindung mit der Steuereinrichtung (44), wobei die Steuereinrichtung das Sensorsystem für die Umgebungsbedingung automatisch überwacht.
  24. System (10) gemäß Anspruch 17, bei dem das Feuchtigkeitssteuersystem einen Feuchtigkeitsaustauscher (26) und einen Feuchtigkeitssensor (28) in Verbindung mit der Leitung (18) für den Probegasstrom und eine Feuchtigkeitssteuervorrichtung (30) in Gasströmungsbeziehung mit dem Feuchtigkeitsaustauscher umfasst.
  25. System (10) gemäß Anspruch 17, bei dem das Wärmesteuersystem einen Wärmeaustauscher (36) und einen Temperatursensor (38) in Verbindung mit der Leitung (18) für den Probegasstrom sowie eine Temperatursteuervorrichtung (40) in Verbindung mit dem Wärmeaustauscher umfasst.
  26. System (10) gemäß Anspruch 17, bei dem das Messinstrument (32) für die Teilchenmasse eine Echtzeit-Messung der Teilchenmasse im Probegasstrom (14) ermöglicht.
  27. System (10) gemäß Anspruch 17, ferner umfassend eine Hilfsheizvorrichtung (48) in Verbindung mit der Leitung (18) für den Probegasstrom, um den Probegasstrom (14) in einem im Wesentlichen gasförmigen Zustand aufrecht- zuerhalten, wenn der Probegasstrom durch die Leitung für den Probegasstrom strömt.
  28. System (10) gemäß Anspruch 17, bei dem das auswählbare Feuchtigkeitsniveau im Bereich von 20%–45% ± 5% relative Luftfeuchtigkeit liegt.
  29. System (10) gemäß Anspruch 17, bei dem das auswählbare Feuchtigkeitsniveau im Bereich von 20%–45% ± 5% relative Luftfeuchtigkeit, und die auswählbare Temperatur im Bereich von 15°C–30°C ± 3°C liegen.
  30. Verfahren zum Messen der Masse von in einem Probegasstrom (14) suspendierten Teilchen, umfassend die Aufnahme des Probegasstroms in einer Leitung (18) für den Probegasstrom und das Leiten des Probegasstroms in ein Messinstrument (32) für die Teilchenmasse, und das Regulieren des Feuchtigkeitsniveaus des Probegasstroms (14) zur Aufrechterhaltung eines auswählbaren Feuchtigkeitsniveaus des Probegasstroms und das Messen der Masse der im Probegasstrom suspendierten Teilchen, gekennzeichnet durch das Regulieren der Temperatur des Probegasstroms 14 zur Aufrechterhaltung einer auswählbaren Temperatur des Probegasstroms.
  31. Verfahren gemäß Anspruch 30, ferner umfassend das Abtasten des Feuchtigkeitsniveaus des Probegasstroms (14), um als Ergebnis ein Feuchtigkeitsniveau zu erhalten, Auswerten des Ergebnisses des abgetasteten Feuchtigkeitsniveaus, um eine Auswertung des abgetasteten Feuchtigkeitsniveaus zu erhalten und das Feuchtigkeitsniveau des Probegasstroms unter Zugrundelegung der Auswertung des Feuchtigkeitsniveaus zu steuern.
  32. Verfahren gemäß Anspruch 30, ferner umfassend das Abtasten der Temperatur des Probegasstroms (14), um als Ergebnis eine abgetastete Temperatur zu erhalten, Auswerten des Ergebnisses der abgetasteten Temperatur, um eine Temperaturauswertung zu erhalten, und Steuern der Temperatur des Probegasstroms auf Grundlage der Temperaturauswertung.
  33. Verfahren gemäß Anspruch 32, ferner umfassend das Abtasten des Feuchtigkeitsniveaus des Probegasstroms (14), um als Ergebnis ein abgetastetes Feuchtigkeitsniveau zu erhalten, Auswerten des abgetasteten Feuchtigkeitsniveaus, um eine Auswertung des Feuchtigkeitsniveaus zu erhalten, Einbeziehen der Auswertung des Feuchtigkeitsniveaus und der Auswertung der Temperatur, um eine erste integrierte Auswertung zu erhalten, und Regulierung des Feuchtigkeitsniveaus und der Temperatur des Probegasstroms unter Zugrundelegung der ersten integrierten Auswertung.
  34. Verfahren gemäß Anspruch 31, bei dem die Stufen des Abtastens, Auswertens und Regulierens automatisch durch eine Steuereinrichtung (44) gesteuert werden.
  35. Verfahren gemäß Anspruch 32, bei dem die Stufen des Abtastens, Auswertens und Regulierens automatisch durch eine Steuereinrichtung (44) gesteuert werden.
  36. Verfahren gemäß Anspruch 33, bei dem die Stufen des Abtastens, Auswertens und Regulierens automatisch durch eine Steuereinrichtung (44) gesteuert werden.
  37. Verfahren gemäß Anspruch 34, ferner umfassen das Überwachen einer Umgebungsbedingung, das Auswerten der Umgebungsbedingung, um eine Auswertung derselben zu erhalten, und Einbeziehen der Auswertung der Umgebungsbedingung und der Auswertung des Feuchtigkeitsniveaus, um eine integrierte Auswertung des Feuchtigkeitsniveaus zu erhalten, wobei das Feuchtigkeitsniveau des Probengasstros (14) unter Zugrundelegung der integrierten Auswertung gesteuert wird.
  38. Verfahren gemäß Anspruch 35, ferner umfassend das Überwachen einer Umgebungsbedingung, das Auswerten der Umgebungsbedingung, um eine Auswertung der Umgebungsbedingung zu erhalten, und Einbeziehen der Auswertung der Umgebungsbedingung und der Auswertung der Temperatur, um eine integrierte Temperatur-Auswertung zu erhalten, wobei die Temperatur des Probegasstroms (14) unter Zugrundelegung der integrierten Auslegung gesteuert wird.
  39. Verfahren gemäß Anspruch 36, ferner umfassend das Überwachen einer Umgebungsbedingung, das Auswerten der Umgebungsbedingung, um eine Auswertung der Umgebungsbedingung zu erhalten, und Einbeziehung der Auswertung der Umgebungsbedingung und der Auswertung der Temperatur sowie der Auswertung des Feuchtigkeitsniveaus, um eine zweite integrierte Auswertung zu erhalten, wobei das Feuchtigkeitsniveau und die Temperatur des Probegasstroms (14) unter Zugrundelegung der zweiten integrierten Auswertung gesteuert werden.
  40. Verfahren gemäß Anspruch 30, bei dem das auswählbare Feuchtigkeitsniveau im Bereich von 20%–45% ± 5% relative Luftfeuchtigkeit liegt.
  41. Verfahren gemäß Anspruch 30, bei dem das auswählbare Feuchtigkeitsniveau im Bereich von 20%–45% ± 5% relative Luftfeuchtigkeit, und die auswählbare Temperatur im Bereich von 15°C–30°C ± 3°C liegen.
  42. Verfahren gemäß Anspruch 30, bei dem die Stufe des Steuerns das Steuern des Feuchtigkeitsniveaus umfasst, um ein konstantes auswählbares Feuchtigkeitsniveau zu erhalten.
  43. Verfahren gemäß Anspruch 30, bei dem die Stufe des Steuerns das Steuern des Feuchtigkeitsniveaus und der Temperatur umfasst, um ein konstantes auswählbares Feuchtigkeitsniveau und eine konstante auswählbare Temperatur zu erhalten.
  44. Verfahren zum Konditionieren eines Teilchenkollektors, umfassend das Anbringen des Teilchenkollektors in einem Messinstrument (32) für die Teilchenmasse und das Regulieren des Feuchtigkeitsniveaus am Teilchenkollektor in dem Instrument, um am Teilchenkollektor ein auswählbares Feuchtigkeitsniveau aufrechtzuerhalten, gekennzeichnet durch das Steuern der Temperatur am Teilchenkollektor zur Aufrechterhaltung einer auswählbaren Temperatur am Teilchenkollektor.
  45. Verfahren gemäß Anspruch 44, ferner umfassend: die Aufnahme eines Probegasstroms; das Leiten des Probegasstroms zum Teilchenkollektor; wobei die Stufe des Steuerns ferner das Steuern des Feuchtigkeitsniveaus der Teilchen umfasst, um ein auswählbares Feuchtigkeitsniveau der Teilchen aufrechtzuerhalten.
  46. Verfahren gemäß Anspruch 45, bei dem die Teilchen im Probegasstrom durch den Teilchenkollektor gesammelt werden, wodurch er gesammelte Teilchen umfasst, wobei die Stufe des Steuerns ferner das Steuern des Feuchtigkeitsniveaus der gesammelten Teilchen umfasst, um ein auswählbares Feuchtigkeitsniveau der gesammelten Teilchen aufrechtzuerhalten.
  47. Verfahren gemäß Anspruch 46, bei dem die Stufe des Steuerns das Strömen einer im Wesentlichen teilchenfreien Gasstroms in Verbindung mit dem Teilchenkollektor und den gesammelten Teilchen umfasst, um das auswählbare Feuchtigkeitsniveau am Teilchenkollektor und dasjenige der gesammelten Teilchen aufrechtzuerhalten.
  48. Verfahren gemäß Anspruch 44, ferner umfassend: die Aufnahme eines Probegasstroms (14); das Leiten des Probegasstroms zum Teilchenkollektor, wobei Teilchen im Probegasstrom durch den Teilchenkollektor gesammelt werden, wodurch dieser gesammelte Teilchen umfasst; und wobei die Stufe des Steuerns ferner das Steuern des Feuchtigkeitsniveaus und der Temperatur der gesammelten Teilchen umfasst, um ein auswählbares Feuchtigkeitsniveau und eine auswählbare Temperatur der gesammelten Teilchen aufrechtzuerhalten.
  49. Verfahren gemäß Anspruch 48, wobei die Stufe des Steuerns das Fließen eines im Wesentlichen teilchenfreien Gasstroms in Verbindung mit dem Teilchenkollektor und den gesammelten Teilchen umfasst, um das auswählbare Feuchtigkeitsniveau und die auswählbare Temperatur am Teilchenkollektor und diejenigen der gesammelten Teilchen aufrechtzuerhalten.
  50. Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) zur Verwendung mit einem Messinstrument (32) für die Teilchenmasse mit einem Teilchenkollektor, wobei die Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung eine Leitung (18) für einen Probegasstrom mit einem Einlass (20) und einem Auslass (22) sowie eine Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung (12) in Verbindung mit der Leitung (18) für den Probegasstrom umfasst, wobei die Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Regulieren des Feuchtigkeitsniveaus des Probegasstroms umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Probegasstrom-Konditionierungsvorrichtung ein Wärmesteuersystem umfasst, bei dem das Wärmesteuersystem die Temperatur des Probegasstroms (14), der durch die Leitung (18) strömt, steuert, um eine auswählbare Temperatur von weniger als 30°C zumindest in Nähe des Teilchenkollektors aufrechtzuerhalten.
DE69911581T 1998-01-27 1999-01-12 Gasstromkonditionierungsvorrichtung, -system und -verfahren zur benutzung in der teilchenmessung Expired - Lifetime DE69911581T2 (de)

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