WO2013041428A1 - Detection of particles contained in a gas - Google Patents

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WO2013041428A1
WO2013041428A1 PCT/EP2012/067826 EP2012067826W WO2013041428A1 WO 2013041428 A1 WO2013041428 A1 WO 2013041428A1 EP 2012067826 W EP2012067826 W EP 2012067826W WO 2013041428 A1 WO2013041428 A1 WO 2013041428A1
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particle
size
filter
limit
gas
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Application number
PCT/EP2012/067826
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German (de)
French (fr)
Inventor
Robert Schrobenhauser
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0272—Investigating particle size or size distribution with screening; with classification by filtering

Definitions

  • the present invention relates to a process for Detekti ⁇ on contained in a gas particle according to claim 1 and a particle detection system for detecting in a gas contained particles according to claim 9.
  • a particle detection system for detecting in a gas contained particles according to claim 9.
  • theoretical models for example the Mie theory or the Rayleigh theory, or the results of previously performed laboratory measurements can be used. From the measurement results, a size distribution of the particles contained in the air can be determined.
  • air contains particles of different particle types, which differ in parameters such as an optical refractive index and a mass density. Are this average values across all particle types and
  • the object of the present invention is to provide an improved method for detecting gas contained in a gas Specify particles. This object is achieved by a method having the features of patent claim 1. It is a further object of the present invention to provide an improved particle detection system for detecting particles contained in a gas. This object is achieved by a particle detection system having the features of patent claim 9. Preferred developments are specified in the dependent claims.
  • a method for detecting particles contained in a gas comprises a step of measuring a first particle size distribution of particles contained in the gas, the size of which is below a first limit value, assuming a first refractive index, wherein the first refractive index is selected such that the first refractive index Parti ⁇ kelierenverander a ceiling extending at first we ⁇ niger as a fixed threshold value of the
  • Boundary size is different.
  • this method allows a determination of the refractive index of the particles contained in the gas whose size is below the first limit size.
  • this method makes use of the fact that the refractive index of the particles can be determined as the only free parameter with high accuracy at fixed wavelength, fixed observation angle and fixed particle size upper limit.
  • a porous filter is connected upstream ⁇ which is permeable only for particles whose size is below the first cut-off size of the laser-based particle detection device.
  • a pore filter provides a simple and cost-effective way to vorzuselektieren the particles contained in the gas according to their size.
  • a step is after the measurement of the first particle size distribution carried out for measuring a second particle size distribution of contained in the gas particles whose size is below a second threshold size, assuming a second refractive ⁇ index, the second refractive index is selected so in that the second particle size distribution has an upper limit that differs from the second limit size by less than a predetermined threshold.
  • a refractive index of the particles whose size is less than half ⁇ the second limiting magnitude are determined.
  • the method allows the refractive indices of the particles to be determined at intervals for different size intervals of the particles contained in the air.
  • the first limit size and the second limit size are set to sizes at which the distribution of the particles contained in the gas is known to have a maximum or a minimum, or in which only particles of a single particle type are known to be contained in the gas. It is appropriate that the second limit size is larger than the first limit size.
  • the sizes in ⁇ interval of the detected particles is then gradually expanded.
  • the method with other border sizes is preferably re-obtained in order to determine more refractive indices for other particle sizes ⁇ intervals.
  • a step is carried out for measuring a zeroth particle size distribution of particles contained in the gas assuming a zeroth refractive index.
  • the method after measuring the first particle size distribution, further steps are carried out for determining a first limit mass density of the particles contained in the gas whose size is below the first limit size and for calculating a size-dependent mass distribution of the particles contained in the gas Size is below the first limit size, from the first particle size distribution and the first limit mass density.
  • the method then not only allows the determination of a sectionchen Anlagennvertei ⁇ ment, but the determination of a mass distribution of the particles contained in the gas. This advantageously allows a direct comparison with mass-related standards on a load with particles contained in a gas (so-called fine dust pollution).
  • an impactor filter is arranged between the laser-based particle detection device and the pore filter, which is only permeable to particles whose size is below the first limit ⁇ size, and whose mass density is less than or equal to a predetermined limit mass density.
  • the process is repeated with different impactor filters with different limit mass densities to determine the first limit mass density.
  • this allows procedural ⁇ reindeer, the first boundary mass density by comparing the measurement results with and without Impaktorfilter be found.
  • An inventive particle detection system for detecting in a gas contained particles comprises a particle measurement ⁇ chamber in which a scattering angle-dependent characteristic of a scattered by the particles laser light can be determined.
  • the particle measuring chamber is preceded by a first particle filter.
  • the particle film ter then a preselection of the reaching into the particle measuring chamber particles.
  • the scattering angle-dependent characteristic of the gestreu ⁇ th laser light is an intensity and / or polarization and / or phase of the scattered laser light. ⁇ advantageous enough, can then be performed using the Mie theory or the Rayleigh theory, an evaluation of the results provided by the particle measurement chamber.
  • a second particle filter is connected in parallel with the first particle filter.
  • valves are provided in order to guide a gas flow fed to the particle measuring chamber either through the first particle filter or through the second particle filter.
  • the particle detection system then makes it possible to preselect the particles fed to the particle measuring chamber according to different criteria, without the particle detection system having to be extensively rebuilt for this purpose. This allows a cost-effective and rapid detection of the particles contained in the gas.
  • a third particle filter is connected upstream of the first particle filter.
  • the first particle filter and / or the second particle filter are an impactor filter.
  • the first particle filter and / or the second particle filter then allow a preselection of the particles supplied to the particle measuring chamber according to the mass density of the particles.
  • the first particle filter and / or the second particle filter is a cascade impactor filter.
  • cascade impactor filters offer particularly high accuracy.
  • the first particle filter and / or the second particle filter and / or the third particle filter is a membrane filter.
  • the particle filters then allow a preselection, dependent on the size of the particles, of the particles fed to the particle measuring chamber.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first particle ⁇ detection system
  • Figure 2 is a schematic representation of the basics of a laser-based particle detection
  • Figure 3 is an exemplary size distribution interval of particles contained in a gas
  • Figure 4 is an exemplary illustration of various refractive index intervals of particles contained in a gas
  • FIG. 5 shows an exemplary overall size distribution of particles contained in a gas
  • FIG. 6 is a schematic representation of a second particle ⁇ detection system
  • FIG. 7 shows an exemplary representation of an impactor characteristic
  • FIG. 8 shows an exemplary representation of different measurement curves for mass density adaptation
  • FIG. 9 an exemplary representation of a mass density distribution of particles contained in a gas
  • Figure 10 is an exemplary illustration of a lung Massenvertei ⁇ contained in a gaseous particles.
  • Figure 11 is a schematic flow diagram of a method for particle detection.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first particle detection system 100.
  • the first particle detection system 100 can be used to detect particles contained in a gas.
  • the gas may be, for example, air.
  • the particles contained in the gas can be particles with diameters of a few nanometers, micrometers or millimeters.
  • the particles may be, for example, soot, condensate, dust or biological material.
  • the first particle detection system 100 includes a laserba ⁇ catalyzed particles measuring chamber 140.
  • the laser-based particle ⁇ measuring chamber 140 corresponds to the prior art and is adapted to detect a scattering angle-dependent characteristic of a scattered by particles laser light.
  • the scattering angle-dependent characteristic can be for example a Intensi ⁇ ty, a polarization or phase of the scattered laser light.
  • the laser-based particle measuring chamber 140 of the first particle detection system 100 can be supplied with a gas flow 157 via a gas feed 150. It can be provided, a Flow rate of the gas stream 157 via pumps not shown in Figure 1 to regulate.
  • the first particle detection system 100 further comprises a first pore filter 110, a second pore filter 120 and a third pore filter 130.
  • the pore filters 110, 120, 130 may also be referred to as membrane filters and each have one or more membranes which provide pores of a predetermined size are.
  • the pore filters 110, 120, 130 are therefore only permeable to particles whose size is below the respective pore size of the pore filter 110, 120, 130.
  • the pore size of the pores of the filter 110, 120, 130 can thus be designated as a cut-off size separation ⁇ net.
  • the gas feed 150 splits in the region in front of the laser-based particle measuring chamber 140 into a first gas path 151, a second gas path 152 and a third gas path 153.
  • first gas path 151 of the first pore filter 110 is disposed, wherein the first pore filter 110, a first valve 115 is pre ⁇ switched.
  • second gas path 152 the second pore ⁇ filter 120 and a second valve 125 are arranged.
  • third gas path 153 the third pore filter 130 and a third valve 135 are arranged.
  • the valves 115, 125, 135 in the gas paths 151, 152, 153 allow the laser-based particle measuring chamber 140 to supply the gas flow 157 either via the first pore filter 110, via the second pore filter 120 or via the third pore filter 130. If the pore filters 110, 120, 130 have different deposition limit values, the laser-based particle measurement chamber 140 can optionally be supplied with gas streams with particles having different particle size upper limits contained therein.
  • the first particle detection system 100 may also have further gas paths, in which further pore filters and further valves are arranged.
  • a gas path may also be provided in which no pore filter is arranged in order to supply a gas flow 157 to the laser-based particle measurement chamber 140, the particles contained therein were Vorse ⁇ lected not according to their size.
  • FIG. 2 shows a highly schematic representation for the explanation of a laser-based particle detection 145 performed by the laser-based particle measurement chamber 140.
  • the scattering of the light emitted in the laser-based particle measurement chamber 140 laser light depends dex from the optical Brezhousin- 210 of particles of laser-based particle ⁇ measurement chamber 140 the supplied gas contained in the, by the size-dependent particle count 220 of the particles contained in the gas from the wavelength 230 of the laser light emitted in the laser-based particle measuring chamber 140 and from the observation angle 240 under which the scattered laser light is detected in the laser-based particle measuring chamber 140.
  • the refractive index 210, the size-dependent particle number 220, the wavelength 230 and the observation angle 240 are linked to a detectable property 250 of the detected laser light according to a model 260.
  • the detectable self ⁇ shaft 250 of the laser light can be for example a Intensi ⁇ ty, a polarization or phase of the scattered laser light.
  • the model 260 may be a Mie model or a Rayleigh model or another model.
  • the scattering angle-dependent characteristic 250 of the detected laser light is an intensity.
  • the ierenabh briefly ⁇ intensity 250 and the refractive index 210 of the detected Par ⁇ Tikel known the ssennabh briefly ⁇ ge number of particles can be determined 220 via the model 260th
  • the size-dependent particle count 220 at least partially known with the additional knowledge of the wavelength 230, the Bey ⁇ bach tung angle 240 and the intensity 250 of the model 260 may be closed to the refractive index 210th
  • the laser-based particle measuring chamber 140 of the first particle detection system 100 ges ⁇ so tattet it possible to determine at a known or toleratemony oxide refractive index 210, the size-dependent particle count 220 of the particles contained in the gas stream 157th If an additional property of the particle number 220 is known, then the refractive index 210 can be determined.
  • FIG. 3 shows a size distribution interval 300.
  • a particle size of 270 of the particles contained in the gas stream 157 is applied.
  • a vertical axis of the graph the particle size-dependent ⁇ number is shown 220th
  • the gas flow 157 supplied to the laser-based particle measurement chamber 140 is conducted via one of the gas paths 151, 152, 153 through one of the pore filters 110, 120, 130, for example via the first gas path 151 through the first pore filter 110.
  • the first pore filter 110 has a predetermined first limit ⁇ size 271st This means that the first pore filter 110 only lets pass particles which are contained in the gas flow 157 and whose size is less than or equal to the first limit variable 271.
  • the first limit variable 271 is shown in the diagram of FIG. Since the particles contained in the laser-based particle measuring chamber 140 thus have an upper limit in size, the particle number 220 determined by the laser-based particle measuring chamber 140 will also have an upper limit above which the detected size-dependent particle number 220 assumes the value 0.
  • the threshold value may be integrally ⁇ give, for example, as a percentage or as an absolute value. In this way, therefore, a mean or average refractive index 210 of the particles contained in the gas stream 157, whose size is below the first limit size 271, can be determined.
  • the result is a first particle number course 221 measured by the laser-based particle measurement chamber 140, which indicates the particle size distribution of the particles up to the first limit quantity 271.
  • the described method can then using a second boundary size 272 having second pore filter 120 and a third limiting magnitude 273 having third pores filter 130 are repeated, by which the la ⁇ serbas convinced particle measurement chamber 140 supplied gas stream 157 through the second gas path 152 and the third gas path 153 is conducted.
  • the size-dependent refractive index 210 assumed for the particle size interval up to the respective limit variable 271, 272, 273 can be adapted such that the upper limit occurring in the determined size distribution spectrum coincides with the limit variable 271, 272, 273 of the respective pore filter 110, 120, 130. differs from this by less than a specified threshold.
  • FIG. 4 shows a schematic refractive index ⁇ chart 310 in which the results of such measure- solution are shown by way of example.
  • a horizontal axis of the diagram 310 again shows the particle size 270.
  • the size-dependent refractive index 210 of the particles contained in the gas stream 157 is plotted. Up to the first limit size 271, the particles have a first average refractive index 211. In the region between the first limit variable 271 and the second limit variable 272, the particles have a second average refractive index 212. In the area between see the second limit size 272 and the third limit size 273, the particles have a third average refractive index 213.
  • the process could be performed for a larger number of particle size 270 intervals.
  • the particle size 270 is shown with the first limit size 271, the second limit size 272 and the third limit size 273.
  • the size-dependent particle number 220 is plotted on a vertical axis of the diagram. In the range up to the first limiting magnitude 271, the first particles ⁇ speed curve 221. yields in the range between the first limit variable 271 and the second limiting magnitude 272 results in a second particle speed curve 222.
  • the number of particles 220 in each case indicates the number of particles of a certain size in egg ⁇ nem normalized volume of the gas stream are contained 157th
  • the interval portions 221, 222, 223 of the size-dependent particle count were 220, as explained, is determined by successive Mes ⁇ measurements using a respective one of the pores of the filter 110, 120, 130th
  • An additional measurement of the entire number of particle counts 220 can also be carried out without the pore filters 110, 120, 130 being connected upstream of the laser-based particle measurement chamber 140. Such a measurement can serve, for example, for checking the plausibility.
  • Common standards on a fine particle pollution are not of a particle size distribution, as shown in the diagram of Figure 5, but based on a ttingnab ⁇ pending mass distribution of the particles contained in the gas.
  • FIG. 6 shows a highly schematic representation of a second particle detection system 105.
  • the second particle detection system 105 in turn comprises a laser-based particle measuring chamber 140, to which a gas stream 157 can be supplied via a gas feed 150, in which particles to be detected are contained.
  • the gas stream 157 can be passed through a first pore filter 110 via a first gas path 151, through a second pore filter 120 via a second gas path 152, or through a third pore filter 130 via a third gas path 153.
  • valves 115, 125, 135 are arranged, by means of which one of the gas paths 151, 152, 153 can be selected.
  • the second particle detection system 105 includes a fourth gas path 154, a fifth gas path 155, and a sixth gas path 156. These are connected downstream of the first, second and third gas paths 151, 152, 153, so that each gas path of the first, second and third gas paths 151, 152, 153 can be combined with each gas path of the fourth, fifth and sixth gas paths 154, 155, 156 , In the fourth gas path 154 ⁇ a fourth valve 165 and a first impactor filter 160 are arranged. In the fifth gas path 155, a two ⁇ ter Impaktorfilter 170 and a fifth valve 175 are arranged. In the sixth gas path 156, a third impactor filter 180 and a sixth valve 185 are arranged. From the fourth, Fifth or sixth gas path 154, 155, 156, the gas flow 157 can continue to flow to the laser-based particle measuring chamber 140.
  • the impactor filters 160, 170, 180 are known from the prior art impactor filter, which are designed to pass only particles whose size is below a Festge ⁇ set limit size, and whose mass density is less than or equal to a specified limit mass density. For this purpose, the impactor filters 160, 170, 180 carry out an inertial separation of all the particles contained in the gas flow 157, which do not fulfill the selection criteria mentioned.
  • the three impactor filters 160, 170, 180 each have different limit sizes and limit mass densities.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of an exemplary impactor characteristic 330 of the first impactor filter 160. A mass density 280 of the particles contained in the gas flow 157 is plotted on a horizontal axis.
  • the first impactor filter 160 has a first limit mass density 281, which is shown in the diagram of FIG. A vertical axis of the graph shows is dependent on the mass density 280 of the particles transmittance 290 of the first particles contained in ⁇ paktorfilters 160.
  • the Impaktorfilter 160 For the gas stream 157, whose bulk density is 280 below the first limit mass density 281, the Impaktorfilter 160 a complete through ⁇ permeability 291 on. Thus, all particles whose mass density 280 is below the first limit mass density 281 can pass through the first impactor filter 160.
  • particles contained in the gas flow 157 whose mass density 280 is above the first limit mass density 281 can not pass through the first impactor filter 160, so that the first interference filter 160 has a complete impermeability 292 in this region.
  • FIG. 7 shows a diagram corresponding to the bulk density adjustment 340.
  • FIG. 8 shows a fourth particle number course 224, which results when an impactor filter having a fourth limit mass density is arranged between the first pore filter 110 and the laser-based particle measurement chamber 140.
  • the fourth particle number profile 224 differs greatly from the first particle number profile 221.
  • the fourth impactor filter arranged between the first pore filter 110 and the laser-based particle measurement chamber 140 deposits a proportion of the particles contained in the gas flow 157.
  • the limit mass density of the fourth Impaktorfilters is chosen too low.
  • the gas stream passing through the first pore filter 110 contains particles whose size is indeed below the first limit size 271 of the first pore filter 110, but whose mass density 280 is above the limit mass density of the fourth impactor filter.
  • the fifth particle number course 225 shows a fifth particle number course 225, which results when the first impactor filter 160 with the first limit mass density 281 is arranged between the first pore filter 110 and the laser-based particle measurement chamber 140. It can be seen that the fifth particle index profile 225 substantially speaks ent ⁇ the first particle number course 221st Thus, it can be assumed that all the particles passing through the first pore filter 110 have a mass density 280 that is less than or equal to the first mass density limit 281 of the first impactor filter 160. Thus, the first limit mass density 281 represents an upper limit for the mass density 280 of the particles in the size interval up to the first limit size 271.
  • the described finding of the first limit mass density 281 may in practice comprise a larger number of measurements with different impactor filters 160, 170, 180 with different mass limits require.
  • FIG. 9 shows an example of a resultant mass density distribution 350.
  • the first boundary size 271 of the first pore filter 110, the second boundary size 272 of the two ⁇ th pore filter 120 and the third limiting magnitude 273 of the drit ⁇ pore filter 130 are located.
  • the mass density 280 of the particles contained in the gas stream 157 is plotted.
  • Particles whose size is 270 below the first limit size 271 have the first upper limit mass density 281.
  • Particles whose size is 270 in the interval between the first limit size 271 and the second limit size 272 have a second upper limit mass density 282.
  • Particles whose Prismgrö ⁇ SSE 270 is in the range between the second limiting magnitude 272 and the third limiting magnitude 273, have a third upper limit ⁇ mass density 283rd
  • the upper limit mass densities 281, 282, 283 each indicate upper limits of the mass density 280 of the particles contained in the gas flow 157 in the respective size interval.
  • the determination of the mass density distribution 350 can also be carried out for a different number of intervals of the particle size 270.
  • gen bulk density distribution 350 of the particles contained in the gas stream 157 now has a size dependent Mass Enver ⁇ distribution can be 360, the particles contained in the gas stream 157 to calculate.
  • the particle size is again 270 contained in the gas stream 157 Parti ⁇ angle with the border sizes 271, 272, applied 273rd
  • a vertical axis of the diagram of Figure 10 shows a supplementarynab ⁇ dependent particulate mass 200 of the particles contained in the gas stream 157th
  • the diagram of FIG. 10 indicates which mass comprises the particles of a specific particle size 270 contained in the gas flow 157.
  • the size-dependent particle mass 200 can be compared directly with limit values defined in standards, for example with limit values for clean rooms or with limit values for permissible exhaust emissions.
  • Figure 11 summarizes a schematic conducteddia ⁇ grams of the particle detection method 400 described
  • a first particle ⁇ size distribution 221 contained in the gas particles is measured overall, whose size is 270 below a first limiting magnitude 271st
  • the measurement is performed under the assumption of a first chosen so Bre ⁇ chung index 211, that the first batch ⁇ keldorfnver gutter 221 has an upper limit which differs by less than a fixed threshold value of the first limit variable 271st
  • a second index of refraction is taken to 212, is chosen so that the second P
  • the measurement of the particle size distribution can then be repeated for further size intervals of the particles contained in the gas.
  • a first boundary ⁇ 281 mass density of the particles contained in the gas will be true ⁇ whose magnitude 270 is below the first limiting magnitude 271st
  • This process step can also be repeated for other sizes ⁇ intervals of the particles contained in the gas.
  • a size-dependent mass distribution 200 of the particles contained in the gas is calculated, whose size 270 lies below the first limit variable 271.
  • the size-dependent mass distribution 200 is calculated from the first particle size distribution 221 and the first limit mass density 281.
  • the calculation ⁇ planning the size-dependent mass distribution can also be derholt for more size intervals of the particles contained in the gas as ⁇ .
  • a zeroth particle size distribution of all particles contained in the gas can be measured, without the particles contained in the gas being preselected by means of a pore filter.
  • the measurement carried out in this method step 405 can serve to check the plausibility.

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Abstract

A method for detecting particles contained in a gas comprises a step for measuring a first particle size distribution of particles contained in the gas, wherein the size of said particles is less than a first limit size based on a first refractive index, wherein the first refractive index is chosen such that the first particle size distribution has an upper limit that differs from the first limit size by less than a defined threshold value.

Description

Beschreibung description
Detektion in einem Gas enthaltener Partikel Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detekti¬ on in einem Gas enthaltener Partikel gemäß Patentanspruch 1, sowie ein Partikeldetektionssystem zur Detektion in einem Gas enthaltener Partikel gemäß Patentanspruch 9. Es ist bekannt, zur Detektion von Partikeln in Luft, beispielsweise zur Detektion von Nanopartikeln, laserbasierte Messsysteme einzusetzen. Dabei wird an den Partikeln gestreu¬ tes Laserlicht aufgefangen. Aus Eigenschaften dieses Lichts, beispielsweise aus einem Streuwinkel, einer Polarisation, ei- ner Intensität oder einer Phase, wird auf die Partikelkon¬ zentration und die Partikelgröße geschlossen. Hierzu können theoretische Modelle, beispielsweise die Mie-Theorie oder die Rayleigh-Theorie, oder die Ergebnisse zuvor durchgeführter Labormessungen herangezogen werden. Aus den Messergebnissen lässt sich eine Größenverteilung der in der Luft enthaltenen Partikel bestimmen. Detection contained in a gas particles The present invention relates to a process for Detekti ¬ on contained in a gas particle according to claim 1 and a particle detection system for detecting in a gas contained particles according to claim 9. It is known for the detection of particles in air, For example, for the detection of nanoparticles, use laser-based measuring systems. Here gestreu ¬ tes laser light is captured on the particles. Characteristics of this light, for example, of a scattering angle, a polarization, an intensity or a phase, it is concluded that the Partikelkon ¬ concentration and the particle size. For this purpose, theoretical models, for example the Mie theory or the Rayleigh theory, or the results of previously performed laboratory measurements can be used. From the measurement results, a size distribution of the particles contained in the air can be determined.
Häufig enthält Luft Partikel unterschiedlicher Partikelsorten, die sich in Parametern wie einem optischen Brechungsin- dex und einer Massendichte voneinander unterscheiden. Werden hierfür Durchschnittswerte über alle Partikelarten und Frequently, air contains particles of different particle types, which differ in parameters such as an optical refractive index and a mass density. Are this average values across all particle types and
-großen angenommen, so ergeben sich große Abweichungen zwischen den Messergebnissen und den tatsächlichen Gegebenheiten . assumed to be large, this results in large deviations between the measurement results and the actual conditions.
Es ist ferner bekannt, Partikel enthaltende Luftströme mit Membran- bzw. Porenfiltern zu filtern, die nur Partikel unterhalb einer von einer Porengröße des Membranfilters abhän¬ gigen Größe durchlassen. Ferner sind Impaktorfilter bekannt, die Partikel aerodynamisch durch Trägheitskräfte selektieren. It is also known to filter particles containing air streams with membrane or pore filters, which only allow particles below a size dependent on a pore size of the membrane filter ¬ size. Furthermore, impactor filters are known which select particles aerodynamically by inertial forces.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Detektion in einem Gas enthaltener Partikel anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Parti- keldetektionssystem zur Detektion in einem Gas enthaltener Partikel bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Parti- keldetektionssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Detektion in einem Gas enthaltener Partikel umfasst einen Schritt zum Messen einer ersten Partikelgrößenverteilung von in dem Gas enthaltenen Partikeln, deren Größe unterhalb einer ersten Grenzgröße liegt, unter Annahme eines ersten Brechungsindex, wobei der erste Brechungsindex so gewählt wird, dass die erste Parti¬ kelgrößenverteilung eine Obergrenze aufweist, die sich um we¬ niger als einen festgelegten Schwellwert von der ersten The object of the present invention is to provide an improved method for detecting gas contained in a gas Specify particles. This object is achieved by a method having the features of patent claim 1. It is a further object of the present invention to provide an improved particle detection system for detecting particles contained in a gas. This object is achieved by a particle detection system having the features of patent claim 9. Preferred developments are specified in the dependent claims. A method according to the invention for detecting particles contained in a gas comprises a step of measuring a first particle size distribution of particles contained in the gas, the size of which is below a first limit value, assuming a first refractive index, wherein the first refractive index is selected such that the first refractive index Parti ¬ kelgrößenverteilung a ceiling extending at first we ¬ niger as a fixed threshold value of the
Grenzgröße unterscheidet. Vorteilhafterweise gestattet dieses Verfahren eine Bestimmung des Brechungsindex der in dem Gas enthaltenen Partikel, deren Größe unterhalb der ersten Grenzgröße liegt. Boundary size is different. Advantageously, this method allows a determination of the refractive index of the particles contained in the gas whose size is below the first limit size.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Messung der ersten Partikelgrößenverteilung mit einem laserbasierten Partikeldetektionsgerät unter Verwendung von Laserlicht einer festgelegten Wellenlänge, wobei an Partikeln gestreutes La¬ serlicht unter einem festgelegten Winkel detektiert wird. Vorteilhafterweise nutzt dieses Verfahren aus, dass bei fest¬ gelegter Wellenlänge, festgelegtem Beobachtungswinkel und festgelegter Partikelgrößenobergrenze der Brechungsindex der Partikel als einziger freier Parameter mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann. In one embodiment of the method, the measurement of the first particle size distribution with a laser-based particle detection apparatus using laser light of a predetermined wavelength, whereby scattered particles of La ¬ serlicht is detected under a predetermined angle. Advantageously, this method makes use of the fact that the refractive index of the particles can be determined as the only free parameter with high accuracy at fixed wavelength, fixed observation angle and fixed particle size upper limit.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird dem laserbasierten Partikeldetektionsgerät ein Porenfilter vorge¬ schaltet, der nur für Partikel durchlässig ist, deren Größe unterhalb der ersten Grenzgröße liegt. Vorteilhafterweise stellt die Verwendung eines Porenfilters eine einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, die in dem Gas enthaltenen Partikel nach ihrer Größe vorzuselektieren . In a preferred embodiment of the method, a porous filter is connected upstream ¬ which is permeable only for particles whose size is below the first cut-off size of the laser-based particle detection device. Advantageously, the use of a pore filter provides a simple and cost-effective way to vorzuselektieren the particles contained in the gas according to their size.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird nach dem Messen der ersten Partikelgrößenverteilung ein Schritt durchgeführt zum Messen einer zweiten Partikelgrößenverteilung von in dem Gas enthaltenen Partikeln, deren Größe unterhalb einer zweiten Grenzgröße liegt, unter Annahme eines zweiten Brechungs¬ index, wobei der zweite Brechungsindex so gewählt wird, dass die zweite Partikelgrößenverteilung eine Obergrenze aufweist, die sich um weniger als einen festgelegten Schwellwert von der zweiten Grenzgröße unterscheidet. Vorteilhafterweise kann dadurch ein Brechungsindex der Partikel, deren Größe unter¬ halb der zweiten Grenzgröße liegt, bestimmt werden. Somit gestattet es das Verfahren, die Brechungsindices der Partikel intervallweise für unterschiedliche Größenintervalle der in der Luft enthaltenen Partikel zu bestimmen. In a further development of the method, a step is after the measurement of the first particle size distribution carried out for measuring a second particle size distribution of contained in the gas particles whose size is below a second threshold size, assuming a second refractive ¬ index, the second refractive index is selected so in that the second particle size distribution has an upper limit that differs from the second limit size by less than a predetermined threshold. Advantageously, thereby, a refractive index of the particles whose size is less than half ¬ the second limiting magnitude, are determined. Thus, the method allows the refractive indices of the particles to be determined at intervals for different size intervals of the particles contained in the air.
Es ist zweckmäßig, die erste Grenzgröße und die zweite Grenz- große auf Größen zu legen, an denen die Verteilung der in dem Gas enthaltenen Partikel bekanntermaßen ein Maximum oder ein Minimum aufweist, oder bei denen bekanntermaßen nur Partikel einer einzigen Partikelsorte im Gas enthalten sind. Es ist zweckmäßig, dass die zweite Grenzgröße größer als die erste Grenzgröße ist. Vorteilhafterweise wird das Größenin¬ tervall der detektierten Partikel dann sukzessive erweitert. It is expedient to set the first limit size and the second limit size to sizes at which the distribution of the particles contained in the gas is known to have a maximum or a minimum, or in which only particles of a single particle type are known to be contained in the gas. It is appropriate that the second limit size is larger than the first limit size. Advantageously, the sizes in ¬ interval of the detected particles is then gradually expanded.
Bevorzugt wird das Verfahren mit weiteren Grenzgrößen wieder- holt, um weitere Brechungsindices für weitere Partikelgrößen¬ intervalle zu ermitteln. The method with other border sizes is preferably re-obtained in order to determine more refractive indices for other particle sizes ¬ intervals.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird vor dem Messen der ersten Partikelgrößenverteilung ein Schritt durchgeführt zum Messen einer nullten Partikelgrößenverteilung von in dem Gas enthaltenen Partikeln unter Annahme eines nullten Brechungsindex. Vorteilhafterweise gestattet diese Messung der Parti¬ kelgrößenverteilung ohne vorherige Größenselektion der detek- tierten Partikel eine Plausibilitätskontrolle der nachfolgend ermittelten Messergebnisse. In a further development of the method, before measuring the first particle size distribution, a step is carried out for measuring a zeroth particle size distribution of particles contained in the gas assuming a zeroth refractive index. Advantageously, this allows measurement of Parti ¬ kelgrößenverteilung without prior size selection of detek- Particles a plausibility check of the subsequently determined measurement results.
In einer zusätzlichen Weiterbildung des Verfahrens werden nach dem Messen der ersten Partikelgrößenverteilung weitere Schritte durchgeführt zum Bestimmen einer ersten Grenzmassendichte der in dem Gas enthaltenen Partikel, deren Größe unterhalb der ersten Grenzgröße liegt, und zum Errechnen einer größenabhängigen Massenverteilung der in dem Gas enthaltenen Partikel, deren Größe unterhalb der ersten Grenzgröße liegt, aus der ersten Partikelgrößenverteilung und der ersten Grenzmassendichte. Vorteilhafterweise gestattet das Verfahren dann nicht lediglich die Bestimmung einer Partikelgrößenvertei¬ lung, sondern die Bestimmung einer Massenverteilung der in dem Gas enthaltenen Partikel. Dies erlaubt vorteilhafterweise einen direkten Vergleich mit massebezogenen Normen über eine Belastung mit in einem Gas enthaltenen Partikeln (sogenannte Feinstaubbelastung) . In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird zwischen dem laserbasierten Partikeldetektionsgerät und dem Porenfilter ein Impaktorfilter angeordnet, der nur für Partikel durchlässig ist, deren Größe unterhalb der ersten Grenz¬ größe liegt, und deren Massendichte kleiner oder gleich einer festgelegten Grenzmassendichte ist. Dabei wird das Verfahren mit unterschiedlichen Impaktorfiltern mit unterschiedlichen Grenzmassendichten wiederholt, um die erste Grenzmassendichte zu bestimmen. Vorteilhafterweise gestattet es dieses Verfah¬ ren, die erste Grenzmassendichte durch Vergleich der Messer- gebnisse mit und ohne Impaktorfilter aufzufinden. In an additional development of the method, after measuring the first particle size distribution, further steps are carried out for determining a first limit mass density of the particles contained in the gas whose size is below the first limit size and for calculating a size-dependent mass distribution of the particles contained in the gas Size is below the first limit size, from the first particle size distribution and the first limit mass density. Advantageously, the method then not only allows the determination of a Teilchengrößenvertei ¬ ment, but the determination of a mass distribution of the particles contained in the gas. This advantageously allows a direct comparison with mass-related standards on a load with particles contained in a gas (so-called fine dust pollution). In a preferred embodiment of this method, an impactor filter is arranged between the laser-based particle detection device and the pore filter, which is only permeable to particles whose size is below the first limit ¬ size, and whose mass density is less than or equal to a predetermined limit mass density. The process is repeated with different impactor filters with different limit mass densities to determine the first limit mass density. Advantageously, this allows procedural ¬ reindeer, the first boundary mass density by comparing the measurement results with and without Impaktorfilter be found.
Ein erfindungsgemäßes Partikeldetektionssystem zur Detektion in einem Gas enthaltener Partikel umfasst eine Partikelmess¬ kammer, in der eine streuwinkelabhängige Eigenschaft eines an den Partikeln gestreuten Laserlichts bestimmt werden kann. Dabei ist der Partikelmesskammer ein erster Teilchenfilter vorgeschaltet. Vorteilhafterweise gestattet der Teilchenfil- ter dann eine Vorselektion der in die Partikelmesskammer gelangenden Partikel. An inventive particle detection system for detecting in a gas contained particles comprises a particle measurement ¬ chamber in which a scattering angle-dependent characteristic of a scattered by the particles laser light can be determined. In this case, the particle measuring chamber is preceded by a first particle filter. Advantageously, the particle film ter then a preselection of the reaching into the particle measuring chamber particles.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Partikeldetektions- Systems ist die streuwinkelabhängige Eigenschaft des gestreu¬ ten Laserlichts eine Intensität und/oder eine Polarisation und/oder eine Phase des gestreuten Laserlichts. Vorteilhaft¬ erweise kann eine Auswertung der durch die Partikelmesskammer gelieferten Messergebnisse dann mit Hilfe der Mie-Theorie oder der Rayleigh-Theorie erfolgen. In a preferred embodiment of the system Partikeldetektions- the scattering angle-dependent characteristic of the gestreu ¬ th laser light is an intensity and / or polarization and / or phase of the scattered laser light. ¬ advantageous enough, can then be performed using the Mie theory or the Rayleigh theory, an evaluation of the results provided by the particle measurement chamber.
In einer Weiterbildung des Partikeldetektionssytems ist dem ersten Teilchenfilter ein zweiter Teilchenfilter parallel geschaltet. Dabei sind Ventile vorgesehen, um einen der Parti- kelmesskammer zugeführten Gasstrom entweder durch den ersten Teilchenfilter oder durch den zweiten Teilchenfilter zu leiten. Vorteilhafterweise gestattet es das Partikeldetektions¬ system dann, die der Partikelmesskammer zugeführten Partikel nach unterschiedlichen Kriterien vorzuselektieren, ohne dass das Partikeldetektionssystem hierzu aufwändig umgebaut werden muss. Dies erlaubt eine kostengünstige und schnelle Detektion der in dem Gas enthaltenen Partikel. In a further development of the particle detection system, a second particle filter is connected in parallel with the first particle filter. In this case, valves are provided in order to guide a gas flow fed to the particle measuring chamber either through the first particle filter or through the second particle filter. Advantageously, the particle detection system then makes it possible to preselect the particles fed to the particle measuring chamber according to different criteria, without the particle detection system having to be extensively rebuilt for this purpose. This allows a cost-effective and rapid detection of the particles contained in the gas.
In einer zusätzlichen Weiterbildung des Partikeldetektions- Systems ist dem ersten Teilchenfilter ein dritter Teilchenfilter vorgeschaltet. Dadurch wird es vorteilhafterweise mög¬ lich, die der Partikelmesskammer zugeführten Partikel nach zwei Kriterien gleichzeitig vorzuselektieren. Dadurch wird vorteilhafterweise eine gleichzeitige Bestimmung mehrerer un- bekannter Parameter der in dem Gas enthaltenen Partikel ermöglicht . In an additional development of the particle detection system, a third particle filter is connected upstream of the first particle filter. Thereby, it is advantageously mög ¬ Lich to preselect the particles supplied to the measuring chamber particles according to two criteria simultaneously. As a result, a simultaneous determination of a plurality of unknown parameters of the particles contained in the gas is advantageously made possible.
In einer Ausführungsform des Partikeldetektionssystems sind der erste Teilchenfilter und/oder der zweite Teilchenfilter ein Impaktorfilter . Vorteilhafterweise gestatten der erste Teilchenfilter und/oder der zweite Teilchenfilter dann eine Vorselektion der der Partikelmesskammer zugeführten Partikel nach der Massendichte der Partikel. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Partikel- detektionssystems ist der erste Teilchenfilter und/oder der zweite Teilchenfilter ein Kaskadenimpaktorfilter . Vorteil- hafterweise bieten Kaskadenimpaktorfilter eine besonders hohe Genauigkeit . In one embodiment of the particle detection system, the first particle filter and / or the second particle filter are an impactor filter. Advantageously, the first particle filter and / or the second particle filter then allow a preselection of the particles supplied to the particle measuring chamber according to the mass density of the particles. In a particularly preferred embodiment of the particle detection system, the first particle filter and / or the second particle filter is a cascade impactor filter. Advantageously, cascade impactor filters offer particularly high accuracy.
In einer alternativen Ausführungsform des Partikeldetektions- systems ist der erste Teilchenfilter und/oder der zweite Teilchenfilter und/oder der dritte Teilchenfilter ein Membranfilter. Vorteilhafterweise gestatten die Teilchenfilter dann eine von der Größe der Partikel abhängige Vorselektion der der Partikelmesskammer zugeführten Partikel. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu- tert werden. Dabei zeigen: In an alternative embodiment of the particle detection system, the first particle filter and / or the second particle filter and / or the third particle filter is a membrane filter. Advantageously, the particle filters then allow a preselection, dependent on the size of the particles, of the particles fed to the particle measuring chamber. The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in more detail in conjunction with the drawings. Showing:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Partikel¬ detektionsSystems ; Figur 2 eine schematische Darstellung der Grundlagen einer laserbasierten Partikeldetektion; Figure 1 is a schematic representation of a first particle ¬ detection system; Figure 2 is a schematic representation of the basics of a laser-based particle detection;
Figur 3 ein exemplarisches Größenverteilungsintervall von in einem Gas enthaltenen Partikeln; Figure 3 is an exemplary size distribution interval of particles contained in a gas;
Figur 4 eine exemplarische Darstellung verschiedener Brechungsindexintervalle von in einem Gas enthaltenen Partikeln; Figure 4 is an exemplary illustration of various refractive index intervals of particles contained in a gas;
Figur 5 eine exemplarische Gesamtgrößenverteilung von in ei- nem Gas enthaltenen Partikeln; FIG. 5 shows an exemplary overall size distribution of particles contained in a gas;
Figur 6 eine schematische Darstellung eines zweiten Partikel¬ detektionsSystems ; Figur 7 eine exemplarische Darstellung einer Impaktorcharak- teristik; Figur 8 eine exemplarische Darstellung verschiedener Messkurven zur Massendichteanpassung; Figure 6 is a schematic representation of a second particle ¬ detection system; FIG. 7 shows an exemplary representation of an impactor characteristic; FIG. 8 shows an exemplary representation of different measurement curves for mass density adaptation;
Figur 9 eine exemplarische Darstellung einer Massendichtever- teilung von in einem Gas enthaltenen Partikeln; FIG. 9 an exemplary representation of a mass density distribution of particles contained in a gas;
Figur 10 eine exemplarische Darstellung einer Massenvertei¬ lung von in einem Gas enthaltenen Partikeln; und Figure 10 is an exemplary illustration of a lung Massenvertei ¬ contained in a gaseous particles; and
Figur 11 ein schematisiertes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Partikeldetektion . Figure 11 is a schematic flow diagram of a method for particle detection.
Figur 1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines ersten Partikeldetektionssystems 100. Das erste Partikeldetektions- system 100 kann zur Detektion von in einem Gas enthaltenen Partikeln dienen. Das Gas kann dabei beispielsweise Luft sein. Die in dem Gas enthaltenen Partikel können Partikel mit Durchmessern von einigen Nanometern, Mikrometern oder Millimetern sein. Bei den Partikeln kann es sich beispielsweise um Ruß, Kondensat, Staub oder um biologisches Material handeln. FIG. 1 shows a schematic representation of a first particle detection system 100. The first particle detection system 100 can be used to detect particles contained in a gas. The gas may be, for example, air. The particles contained in the gas can be particles with diameters of a few nanometers, micrometers or millimeters. The particles may be, for example, soot, condensate, dust or biological material.
Das erste Partikeldetektionssystem 100 umfasst eine laserba¬ sierte Partikelmesskammer 140. Die laserbasierte Partikel¬ messkammer 140 entspricht dem Stand der Technik und ist dazu ausgebildet, eine streuwinkelabhängige Eigenschaft eines an Partikeln gestreuten Laserlichts zu detektieren. Die streuwinkelabhängige Eigenschaft kann beispielsweise eine Intensi¬ tät, eine Polarisation oder eine Phase des gestreuten Laserlichts sein. Der laserbasierten Partikelmesskammer 140 des ersten Partikeldetektionssystems 100 kann über eine Gaszuführung 150 ein Gasstrom 157 zugeführt werden. Es kann vorgesehen sein, eine Flussgeschwindigkeit des Gasstroms 157 über in Figur 1 nicht dargestellte Pumpen zu regulieren. The first particle detection system 100 includes a laserba ¬ catalyzed particles measuring chamber 140. The laser-based particle ¬ measuring chamber 140 corresponds to the prior art and is adapted to detect a scattering angle-dependent characteristic of a scattered by particles laser light. The scattering angle-dependent characteristic can be for example a Intensi ¬ ty, a polarization or phase of the scattered laser light. The laser-based particle measuring chamber 140 of the first particle detection system 100 can be supplied with a gas flow 157 via a gas feed 150. It can be provided, a Flow rate of the gas stream 157 via pumps not shown in Figure 1 to regulate.
Das erste Partikeldetektionssystem 100 umfasst weiter einen ersten Porenfilter 110, einen zweiten Porenfilter 120 und einen dritten Porenfilter 130. Die Porenfilter 110, 120, 130 können auch als Membranfilter bezeichnet werden und weisen jeweils eine oder mehrere Membranen auf, die mit Poren einer festgelegten Größe versehen sind. Die Porenfilter 110, 120, 130 sind damit jeweils nur für Partikel durchlässig, deren Größe unterhalb der jeweiligen Porengröße des Porenfilters 110, 120, 130 liegt. Die Porengröße des Porenfilters 110, 120, 130 kann daher auch als Abscheidungsgrenzgröße bezeich¬ net werden. The first particle detection system 100 further comprises a first pore filter 110, a second pore filter 120 and a third pore filter 130. The pore filters 110, 120, 130 may also be referred to as membrane filters and each have one or more membranes which provide pores of a predetermined size are. The pore filters 110, 120, 130 are therefore only permeable to particles whose size is below the respective pore size of the pore filter 110, 120, 130. The pore size of the pores of the filter 110, 120, 130 can thus be designated as a cut-off size separation ¬ net.
Die Gaszuführung 150 spaltet im Bereich vor der laserbasierten Partikelmesskammer 140 in einen ersten Gaspfad 151, einen zweiten Gaspfad 152 und einen dritten Gaspfad 153 auf. Im ersten Gaspfad 151 ist der erste Porenfilter 110 angeordnet, wobei dem ersten Porenfilter 110 ein erstes Ventil 115 vorge¬ schaltet ist. Im zweiten Gaspfad 152 sind der zweite Poren¬ filter 120 und ein zweites Ventil 125 angeordnet. Im dritten Gaspfad 153 sind der dritte Porenfilter 130 und ein drittes Ventil 135 angeordnet. Die Ventile 115, 125, 135 in den Gas- pfaden 151, 152, 153 gestatten es, der laserbasierten Partikelmesskammer 140 den Gasstrom 157 entweder über den ersten Porenfilter 110, über den zweiten Porenfilter 120 oder über den dritten Porenfilter 130 zuzuführen. Weisen die Porenfilter 110, 120, 130 unterschiedliche Abscheidungsgrenzgrößen auf, so können der laserbasierten Partikelmesskammer 140 wahlweise Gasströme mit darin enthaltenen Partikeln mit unterschiedlichen Partikelgrößenobergrenzen zugeführt werden. The gas feed 150 splits in the region in front of the laser-based particle measuring chamber 140 into a first gas path 151, a second gas path 152 and a third gas path 153. In the first gas path 151 of the first pore filter 110 is disposed, wherein the first pore filter 110, a first valve 115 is pre ¬ switched. In the second gas path 152, the second pore ¬ filter 120 and a second valve 125 are arranged. In the third gas path 153, the third pore filter 130 and a third valve 135 are arranged. The valves 115, 125, 135 in the gas paths 151, 152, 153 allow the laser-based particle measuring chamber 140 to supply the gas flow 157 either via the first pore filter 110, via the second pore filter 120 or via the third pore filter 130. If the pore filters 110, 120, 130 have different deposition limit values, the laser-based particle measurement chamber 140 can optionally be supplied with gas streams with particles having different particle size upper limits contained therein.
Das erste Partikeldetektionssystem 100 kann auch weitere Gas- pfade aufweisen, in denen weitere Porenfilter und weitere Ventile angeordnet sind. Es kann auch ein Gaspfad vorgesehen sein, in dem kein Porenfilter angeordnet ist, um der laserbasierten Partikelmesskammer 140 einen Gasstrom 157 zuzuführen, deren darin enthaltene Partikel nicht nach ihrer Größe vorse¬ lektiert wurden. The first particle detection system 100 may also have further gas paths, in which further pore filters and further valves are arranged. A gas path may also be provided in which no pore filter is arranged in order to supply a gas flow 157 to the laser-based particle measurement chamber 140, the particles contained therein were Vorse ¬ lected not according to their size.
Figur 2 zeigt eine stark schematisierte Darstellung zur Er- läuterung einer durch die laserbasierte Partikelmesskammer 140 durchgeführten laserbasierten Partikeldetektion 145. FIG. 2 shows a highly schematic representation for the explanation of a laser-based particle detection 145 performed by the laser-based particle measurement chamber 140.
Die Streuung des in der laserbasierten Partikelmesskammer 140 ausgesandten Laserlichts hängt ab vom optischen Brechungsin- dex 210 der Partikel, die in dem der laserbasierten Partikel¬ messkammer 140 zugeführten Gas enthalten sind, von der größenabhängigen Partikelzahl 220 der in dem Gas enthaltenen Partikel, von der Wellenlänge 230 des in der laserbasierten Partikelmesskammer 140 ausgesandten Laserlichts und vom Beo- bachtungswinkel 240, unter dem das gestreute Laserlicht in der laserbasierten Partikelmesskammer 140 detektiert wird. Der Brechungsindex 210, die größenabhängige Partikelzahl 220, die Wellenlänge 230 und der Beobachtungswinkel 240 sind nach einem Modell 260 mit einer detektierbaren Eigenschaft 250 des detektierten Laserlichts verknüpft. Die detektierbare Eigen¬ schaft 250 des Laserlichts kann beispielsweise eine Intensi¬ tät, eine Polarisation oder eine Phase des gestreuten Laserlichts sein. Bei dem Modell 260 kann es sich um ein Mie- Modell oder um ein Rayleigh-Modell oder um ein anderes Modell handeln. Im Weiteren wird der Einfachheit halber ohne inhalt¬ liche Beschränkung angenommen, dass die streuwinkelabhängige Eigenschaft 250 des detektierten Laserlichts eine Intensität ist . Sind die Wellenlänge 230, der Beobachtungswinkel 240, die In¬ tensität 250 und der Brechungsindex 210 der detektierten Par¬ tikel bekannt, so kann über das Modell 260 die größenabhängi¬ ge Partikelzahl 220 bestimmt werden. Ist dagegen die größenabhängige Partikelzahl 220 zumindest teilweise bekannt, so kann bei zusätzlicher Kenntnis der Wellenlänge 230, des Beo¬ bachtungswinkels 240 und der Intensität 250 aus dem Modell 260 auf den Brechungsindex 210 geschlossen werden. Wie nach¬ folgend ausgeführt wird, genügt es hierzu, eine Obergrenze der größenabhängigen Partikelzahl 220 zu kennen, also zu wissen, dass Partikel oberhalb einer festgelegten Grenzgröße im der laserbasierten Partikelmesskammer 140 zugeführten Gasstrom 157 nicht enthalten sind. Die laserbasierte Partikel- messkammer 140 des ersten Partikeldetektionssystems 100 ges¬ tattet es also, bei bekanntem oder abgeschätztem Brechungsindex 210 die größenabhängige Partikelzahl 220 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel zu ermitteln. Ist eine zusätzliche Eigenschaft der Partikelzahl 220 bekannt, so kann der Bre- chungsindex 210 bestimmt werden. The scattering of the light emitted in the laser-based particle measurement chamber 140 laser light depends dex from the optical Brechungsin- 210 of particles of laser-based particle ¬ measurement chamber 140 the supplied gas contained in the, by the size-dependent particle count 220 of the particles contained in the gas from the wavelength 230 of the laser light emitted in the laser-based particle measuring chamber 140 and from the observation angle 240 under which the scattered laser light is detected in the laser-based particle measuring chamber 140. The refractive index 210, the size-dependent particle number 220, the wavelength 230 and the observation angle 240 are linked to a detectable property 250 of the detected laser light according to a model 260. The detectable self ¬ shaft 250 of the laser light can be for example a Intensi ¬ ty, a polarization or phase of the scattered laser light. The model 260 may be a Mie model or a Rayleigh model or another model. In addition, it is assumed for the sake of content without ¬ Liche limitation that the scattering angle-dependent characteristic 250 of the detected laser light is an intensity. If the wavelength 230, the observation angle 240 In ¬ intensity 250 and the refractive index 210 of the detected Par ¬ Tikel known, the größenabhängi ¬ ge number of particles can be determined 220 via the model 260th However, if the size-dependent particle count 220 at least partially known, with the additional knowledge of the wavelength 230, the Bey ¬ bach tung angle 240 and the intensity 250 of the model 260 may be closed to the refractive index 210th As stated below , it is sufficient for this purpose to set an upper limit Knowing the size-dependent particle number 220, so to know that particles above a fixed limit size in the laser-based particle measuring chamber 140 supplied gas stream 157 are not included. The laser-based particle measuring chamber 140 of the first particle detection system 100 ges ¬ so tattet it possible to determine at a known or abgeschätztem refractive index 210, the size-dependent particle count 220 of the particles contained in the gas stream 157th If an additional property of the particle number 220 is known, then the refractive index 210 can be determined.
Dies ist schematisch im Diagramm der Figur 3 dargstellt, das ein Größenverteilungsintervall 300 zeigt. Auf einer horizon¬ talen Achse des Diagramms ist eine Partikelgröße 270 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel aufgetragen. Auf einer vertikalen Achse des Diagramms ist die größenabhängige Partikel¬ zahl 220 dargestellt. This is schematically illustrated in the diagram of FIG. 3, which shows a size distribution interval 300. On a horizon tal axis of the graph ¬ a particle size of 270 of the particles contained in the gas stream 157 is applied. On a vertical axis of the graph the particle size-dependent ¬ number is shown 220th
Der der laserbasierten Partikelmesskammer 140 zugeführte Gas- ström 157 wird über einen der Gaspfade 151, 152, 153 durch einen der Porenfilter 110, 120, 130, beispielsweise über den ersten Gaspfad 151 durch den ersten Porenfilter 110 geleitet. Der erste Porenfilter 110 weist eine festgelegte erste Grenz¬ größe 271 auf. Dies bedeutet, dass der erste Porenfilter 110 nur solche im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel passieren lässt, deren Größe kleiner oder gleich der ersten Grenzgröße 271 ist. Die erste Grenzgröße 271 ist im Diagramm der Figur 3 eingezeichnet . Da die in der laserbasierten Partikelmesskammer 140 enthaltenen Partikel somit eine Größenobergrenze aufweisen, wird auch die durch die laserbasierte Partikelmesskammer 140 ermittelte Partikelzahl 220 eine Obergrenze aufweisen, oberhalb der die detektierte größenabhängige Partikelzahl 220 den Wert 0 an- nimmt. Dies gestattet es, den angenommenen Brechungsindex 210 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel so anzupassen, dass die tatsächlich detektierte Obergrenze der Partikelzahl 220 mit der ersten Grenzgröße 271 des ersten Porenfilters 110 zu- sammenfällt, bzw. sich von dieser um nicht mehr als einen festgelegten Schwellwert unterscheidet. Der Schwellwert kann beispielsweise als prozentualer oder als absoluter Wert ange¬ geben sein. Auf diese Weise kann also ein mittlerer oder durchschnittlicher Brechungsindex 210 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel, deren Größe unterhalb der ersten Grenzgröße 271 liegt, ermittelt werden. Es ergibt sich ein durch die laserbasierte Partikelmesskammer 140 gemessener erster Partikelzahlverlauf 221, der die Partikelgrößenverteilung der Partikel bis zur ersten Grenzgröße 271 angibt. The gas flow 157 supplied to the laser-based particle measurement chamber 140 is conducted via one of the gas paths 151, 152, 153 through one of the pore filters 110, 120, 130, for example via the first gas path 151 through the first pore filter 110. The first pore filter 110 has a predetermined first limit ¬ size 271st This means that the first pore filter 110 only lets pass particles which are contained in the gas flow 157 and whose size is less than or equal to the first limit variable 271. The first limit variable 271 is shown in the diagram of FIG. Since the particles contained in the laser-based particle measuring chamber 140 thus have an upper limit in size, the particle number 220 determined by the laser-based particle measuring chamber 140 will also have an upper limit above which the detected size-dependent particle number 220 assumes the value 0. This makes it possible to adapt the assumed refractive index 210 of the particles contained in the gas stream 157 such that the actually detected upper limit of the particle number 220 with the first limit variable 271 of the first pore filter 110 is increased. coincides or differs from it by no more than a specified threshold value. The threshold value may be integrally ¬ give, for example, as a percentage or as an absolute value. In this way, therefore, a mean or average refractive index 210 of the particles contained in the gas stream 157, whose size is below the first limit size 271, can be determined. The result is a first particle number course 221 measured by the laser-based particle measurement chamber 140, which indicates the particle size distribution of the particles up to the first limit quantity 271.
Das beschriebene Verfahren kann anschließend unter Verwendung des eine zweite Grenzgröße 272 aufweisenden zweiten Porenfilters 120 und des eine dritte Grenzgröße 273 aufweisenden dritten Porenfilters 130 wiederholt werden, indem der der la¬ serbasierten Partikelmesskammer 140 zugeführte Gasstrom 157 über den zweiten Gaspfad 152 bzw. den dritten Gaspfad 153 geleitet wird. Wiederum kann der für das Partikelgrößenintervall bis zur jeweiligen Grenzgröße 271, 272, 273 angenommene größenabhängige Brechungsindex 210 derart angepasst werden, dass die im ermittelten Größenverteilungsspektrum auftretende Obergrenze mit der Grenzgröße 271, 272, 273 des jeweiligen Porenfilter 110, 120, 130 zusammenfällt, bzw. sich davon um weniger als einen festgelegten Schwellwert unterscheidet. The described method can then using a second boundary size 272 having second pore filter 120 and a third limiting magnitude 273 having third pores filter 130 are repeated, by which the la ¬ serbasierten particle measurement chamber 140 supplied gas stream 157 through the second gas path 152 and the third gas path 153 is conducted. In turn, the size-dependent refractive index 210 assumed for the particle size interval up to the respective limit variable 271, 272, 273 can be adapted such that the upper limit occurring in the determined size distribution spectrum coincides with the limit variable 271, 272, 273 of the respective pore filter 110, 120, 130. differs from this by less than a specified threshold.
Dieses Verfahren gestattet eine schrittweise Ermittlung des größenabhängigen Brechungsindex 210 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel. Figur 4 zeigt ein schematisches Brechungs¬ indexdiagramm 310, in dem die Ergebnisse einer solchen Mes- sung exemplarisch dargestellt sind. Eine horizontale Achse des Diagramms 310 zeigt wiederum die Partikelgröße 270. Auf einer vertikalen Achse des Diagramms 310 ist der größenabhängige Brechungsindex 210 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel aufgetragen. Bis zur ersten Grenzgröße 271 weisen die Partikel einen ersten durchschnittlichen Brechungsindex 211 auf. Im Bereich zwischen der ersten Grenzgröße 271 und der zweiten Grenzgröße 272 weisen die Partikel einen zweiten durchschnittlichen Brechungsindex 212 auf. Im Bereich zwi- sehen der zweiten Grenzgröße 272 und der dritten Grenzgröße 273 weisen die Partikel einen dritten durchschnittlichen Brechungsindex 213 auf. Selbstverständlich könnte das Verfahren für eine größere Anzahl an Intervallen der Partikelgröße 270 durchgeführt werden. This method allows a stepwise determination of the size-dependent refractive index 210 of the particles contained in the gas stream 157. Figure 4 shows a schematic refractive index ¬ chart 310 in which the results of such measure- solution are shown by way of example. A horizontal axis of the diagram 310 again shows the particle size 270. On a vertical axis of the diagram 310, the size-dependent refractive index 210 of the particles contained in the gas stream 157 is plotted. Up to the first limit size 271, the particles have a first average refractive index 211. In the region between the first limit variable 271 and the second limit variable 272, the particles have a second average refractive index 212. In the area between see the second limit size 272 and the third limit size 273, the particles have a third average refractive index 213. Of course, the process could be performed for a larger number of particle size 270 intervals.
Die Kenntnis des Verlaufs des größenabhängigen Brechungsindex 210 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel gestattet es nun, die größenabhängige Partikelzahlverteilung 220 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel zu bestimmen. Dies ist im Diagramm der Figur 5 dargestellt, das eine Gesamtgrößenver- teilung 320 zeigt. Auf einer horizontalen Achse des Diagramms ist wiederum die Partikelgröße 270 mit der ersten Grenzgröße 271, der zweiten Grenzgröße 272 und der dritten Grenzgröße 273 dargestellt. Auf einer vertikalen Achse des Diagramms ist die größenabhängige Partikelzahl 220 aufgetragen. Im Bereich bis zur ersten Grenzgröße 271 ergibt sich der erste Partikel¬ zahlverlauf 221. Im Bereich zwischen der ersten Grenzgröße 271 und der zweiten Grenzgröße 272 ergibt sich ein zweiter Partikelzahlverlauf 222. Im Bereich zwischen der zweiten Grenzgröße 272 und der dritten Grenzgröße 273 ergibt sich ein dritter Partikelzahlverlauf 223. Die Partikelzahl 220 gibt jeweils an, wie viele Partikel einer bestimmten Größe in ei¬ nem normierten Volumen des Gasstroms 157 enthalten sind. The knowledge of the course of the size-dependent refractive index 210 of the particles contained in the gas stream 157 now makes it possible to determine the size-dependent particle number distribution 220 of the particles contained in the gas stream 157. This is illustrated in the diagram of FIG. 5, which shows an overall size distribution 320. On a horizontal axis of the diagram, in turn, the particle size 270 is shown with the first limit size 271, the second limit size 272 and the third limit size 273. The size-dependent particle number 220 is plotted on a vertical axis of the diagram. In the range up to the first limiting magnitude 271, the first particles ¬ speed curve 221. yields in the range between the first limit variable 271 and the second limiting magnitude 272 results in a second particle speed curve 222. In the region between the second limiting magnitude 272 and the third limiting magnitude 273 results in a to third particle speed curve 223. the number of particles 220 in each case indicates the number of particles of a certain size in egg ¬ nem normalized volume of the gas stream are contained 157th
Die Intervallabschnitte 221, 222, 223 der größenabhängigen Partikelzahl 220 wurden, wie erläutert, durch sukzessive Mes¬ sungen unter Verwendung von jeweils einem der Porenfilter 110, 120, 130 ermittelt. Es kann auch eine zusätzliche Mes- sung des gesamten Partikelzahlverlaufs 220 erfolgen, ohne dass der laserbasierten Partikelmesskammer 140 Porenfilter 110, 120, 130 vorgeschaltet werden. Eine solche Messung kann beispielsweise zur Plausibilitätskontrolle dienen. Gängige Normen über eine Feinstaubbelastung gehen nicht von einer Partikelgrößenverteilung aus, wie sie im Diagramm der Figur 5 dargestellt ist, sondern basieren auf einer größenab¬ hängigen Massenverteilung der im Gas enthaltenen Partikel. Zur Umrechnung der größenabhängigen Partikelzahl 220 in eine größenabhängige Massenverteilung ist eine Kenntnis der Mas¬ sendichte der im Gas enthaltenen Partikel erforderlich. Diese Massendichte ist von der Art der Partikel abhängig und kann ebenfalls mit der Größe der Partikel variieren. Nachfolgend werden eine Vorrichtung und ein Verfahren erläutert, die zusätzlich zur Bestimmung der größenabhängigen Partikelzahl 220 eine Bestimmung einer größenabhängigen Massenverteilung ermöglichen . The interval portions 221, 222, 223 of the size-dependent particle count were 220, as explained, is determined by successive Mes ¬ measurements using a respective one of the pores of the filter 110, 120, 130th An additional measurement of the entire number of particle counts 220 can also be carried out without the pore filters 110, 120, 130 being connected upstream of the laser-based particle measurement chamber 140. Such a measurement can serve, for example, for checking the plausibility. Common standards on a fine particle pollution are not of a particle size distribution, as shown in the diagram of Figure 5, but based on a größenab ¬ pending mass distribution of the particles contained in the gas. For the conversion of the size-dependent number of particles 220 in a size-dependent mass distribution of a knowledge of the Mas ¬ send eights of the particles contained in the gas is required. This mass density depends on the nature of the particles and may also vary with the size of the particles. In the following, an apparatus and a method will be explained which, in addition to the determination of the size-dependent particle number 220, enable a determination of a size-dependent mass distribution.
Figur 6 zeigt in stark schematisierter Darstellung ein zweites Partikeldetektionssystem 105. Komponenten, die solchen des ersten Partikeldetektionssystems 100 entsprechen, sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das zweite Partikeldetektionssystem 105 umfasst wiederum eine laserbasierte Partikelmesskammer 140, der über eine Gaszuführung 150 ein Gasstrom 157 zugeführt werden kann, in dem zu detektie- rende Partikel enthalten sind. Der Gasstrom 157 kann über einen ersten Gaspfad 151 durch einen ersten Porenfilter 110, über einen zweiten Gaspfad 152 durch einen zweiten Porenfilter 120 oder über einen dritten Gaspfad 153 durch einen dritten Porenfilter 130 geleitet werden. In den Gaspfaden 151, 152, 153 sind dabei jeweils Ventile 115, 125, 135 angeordnet, mittels derer einer der Gaspfade 151, 152, 153 ausgewählt werden kann. FIG. 6 shows a highly schematic representation of a second particle detection system 105. Components which correspond to those of the first particle detection system 100 are provided with the same reference numerals. The second particle detection system 105 in turn comprises a laser-based particle measuring chamber 140, to which a gas stream 157 can be supplied via a gas feed 150, in which particles to be detected are contained. The gas stream 157 can be passed through a first pore filter 110 via a first gas path 151, through a second pore filter 120 via a second gas path 152, or through a third pore filter 130 via a third gas path 153. In the gas paths 151, 152, 153 in each case valves 115, 125, 135 are arranged, by means of which one of the gas paths 151, 152, 153 can be selected.
Zusätzlich weist das zweite Partikeldetektionssystem 105 einen vierten Gaspfad 154, einen fünften Gaspfad 155 und einen sechsten Gaspfad 156 auf. Diese sind den ersten, zweiten und dritten Gaspfaden 151, 152, 153 nachgeschaltet, so dass jeder Gaspfad des ersten, zweiten und dritten Gaspfads 151, 152, 153 mit jedem Gaspfad des vierten, fünften und sechsten Gaspfads 154, 155, 156 kombiniert werden kann. Im vierten Gas¬ pfad 154 sind ein viertes Ventil 165 und ein erster Impaktor- filter 160 angeordnet. Im fünften Gaspfad 155 sind ein zwei¬ ter Impaktorfilter 170 und ein fünftes Ventil 175 angeordnet. Im sechsten Gaspfad 156 sind ein dritter Impaktorfilter 180 und ein sechstes Ventil 185 angeordnet. Aus dem vierten, fünften oder sechsten Gaspfad 154, 155, 156 kann der Gasstrom 157 weiter zur laserbasierten Partikelmesskammer 140 strömen. In addition, the second particle detection system 105 includes a fourth gas path 154, a fifth gas path 155, and a sixth gas path 156. These are connected downstream of the first, second and third gas paths 151, 152, 153, so that each gas path of the first, second and third gas paths 151, 152, 153 can be combined with each gas path of the fourth, fifth and sixth gas paths 154, 155, 156 , In the fourth gas path 154 ¬ a fourth valve 165 and a first impactor filter 160 are arranged. In the fifth gas path 155, a two ¬ ter Impaktorfilter 170 and a fifth valve 175 are arranged. In the sixth gas path 156, a third impactor filter 180 and a sixth valve 185 are arranged. From the fourth, Fifth or sixth gas path 154, 155, 156, the gas flow 157 can continue to flow to the laser-based particle measuring chamber 140.
Die Impaktorfilter 160, 170, 180 sind aus dem Stand der Tech- nik bekannte Impaktorfilter, die dazu ausgebildet sind, nur Partikel durchzulassen, deren Größe unterhalb einer festge¬ legten Grenzgröße liegt, und deren Massendichte kleiner oder gleich einer festgelegten Grenzmassendichte ist. Die Impak- torfilter 160, 170, 180 führen hierzu eine Trägheitsabschei- dung aller im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel durch, die die genannten Selektionskriterien nicht erfüllen. Die drei Impaktorfilter 160, 170, 180 weisen jeweils unterschiedliche Grenzgrößen und Grenzmassendichten auf. Figur 7 zeigt in schematisierter Darstellung eine exemplarische Impaktorcharakteristik 330 des ersten Impaktorfilters 160. Auf einer horizontalen Achse ist eine Massendichte 280 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel aufgetragen. Der erste Impaktorfilter 160 weist eine erste Grenzmassendichte 281 auf, die im Diagramm der Figur 7 eingezeichnet ist. Eine vertikale Achse des Diagramms zeigt eine von der Massendichte 280 der Partikel abhängige Durchlässigkeit 290 des ersten Im¬ paktorfilters 160. Für im Gasstrom 157 enthaltene Partikel, deren Massendichte 280 unterhalb der ersten Grenzmassendichte 281 liegt, weist der Impaktorfilter 160 eine völlige Durch¬ lässigkeit 291 auf. Somit können sämtliche Partikel, deren Massendichte 280 unterhalb der ersten Grenzmassendichte 281 liegt, den ersten Impaktorfilter 160 passieren. Im Gasstrom 157 enthaltene Partikel, deren Massendichte 280 oberhalb der ersten Grenzmassendichte 281 liegt, können den ersten Impak- torfilter 160 hingegen nicht passieren, so dass der erste Im- paktorfilter 160 in diesem Bereich eine völlige Undurchläs- sigkeit 292 aufweist. Die Darstellung der Figur 7 ist allerdings idealisiert. In der Realität wird im Bereich der ersten Grenzmassendichte 281 ein kontinuierlicher Übergang zwischen völliger Durchlässigkeit 291 und völliger Undurchlässigkeit 292 des ersten Impaktorfilters 160 auftreten. Der zweite Impaktorfilter 170 und der dritte Impaktorfilter 181 weisen entsprechende Impaktorcharakteristiken 330 mit jeweils eigenen Grenzmassendichten auf. Das oben beschriebene Verfahren zur Bestimmung der größenabhängigen Partikelzahl 220 kann nun wiederholt werden, wobei das zweite Partikeldetektionssystem 105 verwendet wird und zwischen den Porenfiltern 110, 120, 130 und der laserbasierten Partikelmesskammer 140 jeweils noch einer der Impaktor- filter 160, 170, 180 im Gasstrom 157 angeordnet wird. Figur 8 zeigt ein entsprechendes Diagramm zur Massendichteanpassung 340. Auf einer horizontalen Achse ist wiederum die Partikel¬ größe 270 aufgetragen, wobei die erste Grenzgröße 271 des ersten Porenfilters 110 dargestellt ist. Auf einer vertikalen Achse ist die detektierte Partikelzahl 220 aufgetragen. Ferner ist der erste Partikelzahlverlauf 221 dargestellt, der nach dem oben erläuterten Verfahren unter Verwendung lediglich des ersten Porenfilters 110 und der laserbasierten Partikelmesskämmer 140 ermittelt wurde. The impactor filters 160, 170, 180 are known from the prior art impactor filter, which are designed to pass only particles whose size is below a Festge ¬ set limit size, and whose mass density is less than or equal to a specified limit mass density. For this purpose, the impactor filters 160, 170, 180 carry out an inertial separation of all the particles contained in the gas flow 157, which do not fulfill the selection criteria mentioned. The three impactor filters 160, 170, 180 each have different limit sizes and limit mass densities. FIG. 7 shows a schematic representation of an exemplary impactor characteristic 330 of the first impactor filter 160. A mass density 280 of the particles contained in the gas flow 157 is plotted on a horizontal axis. The first impactor filter 160 has a first limit mass density 281, which is shown in the diagram of FIG. A vertical axis of the graph shows is dependent on the mass density 280 of the particles transmittance 290 of the first particles contained in ¬ paktorfilters 160. For the gas stream 157, whose bulk density is 280 below the first limit mass density 281, the Impaktorfilter 160 a complete through ¬ permeability 291 on. Thus, all particles whose mass density 280 is below the first limit mass density 281 can pass through the first impactor filter 160. On the other hand, particles contained in the gas flow 157 whose mass density 280 is above the first limit mass density 281 can not pass through the first impactor filter 160, so that the first interference filter 160 has a complete impermeability 292 in this region. However, the representation of FIG. 7 is idealized. In reality, in the region of the first limit mass density 281, a continuous transition between total permeability 291 and complete impermeability 292 of the first impactor filter 160 will occur. The second impactor filter 170 and the third impactor filter 181 have corresponding impactor characteristics 330 each with their own limit mass densities. The method described above for determining the size-dependent particle number 220 can now be repeated, wherein the second particle detection system 105 is used and between the pore filters 110, 120, 130 and the laser-based particle measuring chamber 140 each one of the impactor filters 160, 170, 180 in the gas flow 157 is arranged. Figure 8 shows a diagram corresponding to the bulk density adjustment 340. On a horizontal axis represents the particle size ¬ 270 is in turn applied, said first boundary size 271 of the first pore filter is shown 110th On a vertical axis, the detected particle number 220 is plotted. Furthermore, the first particle number course 221 is shown, which was determined according to the method explained above using only the first pore filter 110 and the laser-based particle measuring chamber 140.
Weiter zeigt Figur 8 einen vierten Partikelzahlverlauf 224, der sich ergibt, wenn zwischen dem ersten Porenfilter 110 und der laserbasierten Partikelmesskammer 140 ein Impaktorfilter angeordnet wird, der eine vierte Grenzmassendichte aufweist. Es ist erkennbar, dass sich der vierte Partikelzahlverlauf 224 stark vom ersten Partikelzahlverlauf 221 unterscheidet. Dies bedeutet, dass der zwischen dem ersten Porenfilter 110 und der laserbasierten Partikelmesskammer 140 angeordnete vierte Impaktorfilter einen Anteil der im Gasstrom 157 ent- haltenen Partikel abscheidet. Somit ist die Grenzmassendichte des vierten Impaktorfilters zu gering gewählt. Im den ersten Porenfilter 110 passierenden Gasstrom sind Partikel enthalten, deren Größe zwar unter der ersten Grenzgröße 271 des ersten Porenfilters 110 liegt, deren Massendichte 280 jedoch oberhalb der Grenzmassendichte des vierten Impaktorfilters liegt . Weiter zeigt Figur 8 einen fünften Partikelzahlverlauf 225, der sich ergibt, wenn zwischen dem ersten Porenfilter 110 und der laserbasierten Partikelmesskammer 140 der erste Impaktor- filter 160 mit der ersten Grenzmassendichte 281 angeordnet ist. Es ist erkennbar, dass der fünfte Partikelzahlverlauf 225 im Wesentlichen dem ersten Partikelzahlverlauf 221 ent¬ spricht. Somit kann davon ausgegangen werden, dass alle den ersten Porenfilter 110 passierenden Partikel eine Massendichte 280 aufweisen, die kleiner oder gleich der ersten Grenz- massendichte 281 des ersten Impaktorfilters 160 ist. Somit stellt die erste Grenzmassendichte 281 eine Obergrenze für die Massendichte 280 der Partikel im Größenintervall bis zur ersten Grenzgröße 271 dar. Das beschriebene Auffinden der ersten Grenzmassendichte 281 kann in der Praxis eine größere Zahl von Messungen mit unterschiedlichen Impaktorfiltern 160, 170, 180 mit unterschiedlichen Grenzmassendichten erfordern. Furthermore, FIG. 8 shows a fourth particle number course 224, which results when an impactor filter having a fourth limit mass density is arranged between the first pore filter 110 and the laser-based particle measurement chamber 140. It can be seen that the fourth particle number profile 224 differs greatly from the first particle number profile 221. This means that the fourth impactor filter arranged between the first pore filter 110 and the laser-based particle measurement chamber 140 deposits a proportion of the particles contained in the gas flow 157. Thus, the limit mass density of the fourth Impaktorfilters is chosen too low. The gas stream passing through the first pore filter 110 contains particles whose size is indeed below the first limit size 271 of the first pore filter 110, but whose mass density 280 is above the limit mass density of the fourth impactor filter. Furthermore, FIG. 8 shows a fifth particle number course 225, which results when the first impactor filter 160 with the first limit mass density 281 is arranged between the first pore filter 110 and the laser-based particle measurement chamber 140. It can be seen that the fifth particle index profile 225 substantially speaks ent ¬ the first particle number course 221st Thus, it can be assumed that all the particles passing through the first pore filter 110 have a mass density 280 that is less than or equal to the first mass density limit 281 of the first impactor filter 160. Thus, the first limit mass density 281 represents an upper limit for the mass density 280 of the particles in the size interval up to the first limit size 271. The described finding of the first limit mass density 281 may in practice comprise a larger number of measurements with different impactor filters 160, 170, 180 with different mass limits require.
Das beschriebene Verfahren zur Bestimmung der größenabhängigen oberen Grenzen der Massendichte 280 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel kann nun erneut unter Verwendung unterschiedlicher Porenfilter 110, 120, 130 für unterschiedliche Intervalle der Partikelgröße 270 wiederholt werden. Figur 9 zeigt exemplarisch eine sich ergebende Massendichteverteilung 350. Auf einer horizontalen Achse ist wiederum die Partikel- große 270 aufgetragen, wobei die erste Grenzgröße 271 des ersten Porenfilters 110, die zweite Grenzgröße 272 des zwei¬ ten Porenfilters 120 und die dritte Grenzgröße 273 des drit¬ ten Porenfilters 130 eingezeichnet sind. Auf einer vertikalen Achse des Diagramms der Figur 9 ist die Massendichte 280 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel aufgetragen. Partikel, deren Größe 270 unterhalb der ersten Grenzgröße 271 liegt, weisen die erste obere Grenzmassendichte 281 auf. Partikel, deren Größe 270 im Intervall zwischen der ersten Grenzgröße 271 und der zweiten Grenzgröße 272 liegt, weisen eine zweite obere Grenzmassendichte 282 auf. Partikel, deren Partikelgrö¬ ße 270 im Bereich zwischen der zweiten Grenzgröße 272 und der dritten Grenzgröße 273 liegt, weisen eine dritte obere Grenz¬ massendichte 283 auf. Die oberen Grenzmassendichten 281, 282, 283 geben jeweils Obergrenzen der Massendichte 280 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel im jeweiligen Größenintervall an. Selbstverständlich kann die Ermittlung der Massen- dichteverteilung 350 auch für eine andere Anzahl an Interval- len der Partikelgröße 270 durchgeführt werden. The method described for determining the size-dependent upper limits of the mass density 280 of the particles contained in the gas stream 157 can now be repeated again using different pore filters 110, 120, 130 for different intervals of the particle size 270. Figure 9 shows an example of a resultant mass density distribution 350. On a horizontal axis of the particle is in turn applied large 270, wherein the first boundary size 271 of the first pore filter 110, the second boundary size 272 of the two ¬ th pore filter 120 and the third limiting magnitude 273 of the drit ¬ pore filter 130 are located. On a vertical axis of the graph of Figure 9, the mass density 280 of the particles contained in the gas stream 157 is plotted. Particles whose size is 270 below the first limit size 271 have the first upper limit mass density 281. Particles whose size is 270 in the interval between the first limit size 271 and the second limit size 272 have a second upper limit mass density 282. Particles whose Partikelgrö ¬ SSE 270 is in the range between the second limiting magnitude 272 and the third limiting magnitude 273, have a third upper limit ¬ mass density 283rd The upper limit mass densities 281, 282, 283 each indicate upper limits of the mass density 280 of the particles contained in the gas flow 157 in the respective size interval. Of course, the determination of the mass density distribution 350 can also be carried out for a different number of intervals of the particle size 270.
Aus der Kenntnis der in Figur 5 exemplarisch dargestellten Größenverteilung 320 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel und der in Figur 9 exemplarisch dargestellten größenabhängi- gen Massendichteverteilung 350 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel lässt sich nun eine größenabhängige Massenver¬ teilung 360 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel berechnen. Dies ist exemplarisch in Figur 10 dargestellt. Auf einer horizontalen Achse des Diagramms der Figur 10 ist wiederum die Partikelgröße 270 der im Gasstrom 157 enthaltenen Parti¬ kel mit den Grenzgrößen 271, 272, 273 aufgetragen. Eine vertikale Achse des Diagramms der Figur 10 zeigt eine größenab¬ hängige Partikelmasse 200 der im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel. Das Diagramm der Figur 10 gibt an, welche Masse die im Gasstrom 157 enthaltenen Partikel einer bestimmten Partikelgröße 270 aufweisen. Die größenabhängige Partikelmasse 200 kann direkt mit in Normen festgelegten Grenzwerten, beispielsweise mit Grenzwerten für Reinräume oder mit Grenzwerten für zulässige Abgasemissionen, verglichen werden. From a knowledge of the size distribution example shown in Figure 5 320 of the particles contained in the gas stream 157 and the größenabhängi- exemplified in Figure 9 gen bulk density distribution 350 of the particles contained in the gas stream 157 now has a size dependent Mass Enver ¬ distribution can be 360, the particles contained in the gas stream 157 to calculate. This is shown by way of example in FIG. On a horizontal axis of the diagram of Figure 10, the particle size is again 270 contained in the gas stream 157 Parti ¬ angle with the border sizes 271, 272, applied 273rd A vertical axis of the diagram of Figure 10 shows a größenab ¬ dependent particulate mass 200 of the particles contained in the gas stream 157th The diagram of FIG. 10 indicates which mass comprises the particles of a specific particle size 270 contained in the gas flow 157. The size-dependent particle mass 200 can be compared directly with limit values defined in standards, for example with limit values for clean rooms or with limit values for permissible exhaust emissions.
Figur 11 zeigt zusammenfassend ein schematisches Ablaufdia¬ gramm des beschriebenen Partikeldetektionsverfahrens 400. In einem ersten Verfahrensschritt 410 wird eine erste Partikel¬ größenverteilung 221 von in dem Gas enthaltenen Partikeln ge- messen, deren Größe 270 unterhalb einer ersten Grenzgröße 271 liegt. Die Messung erfolgt unter Annahme eines ersten Bre¬ chungsindex 211, der so gewählt wird, dass die erste Parti¬ kelgrößenverteilung 221 eine Obergrenze aufweist, die sich um weniger als einen festgelegten Schwellwert von der ersten Grenzgröße 271 unterscheidet. Figure 11 summarizes a schematic Ablaufdia ¬ grams of the particle detection method 400 described In a first method step 410, a first particle ¬ size distribution 221 contained in the gas particles is measured overall, whose size is 270 below a first limiting magnitude 271st The measurement is performed under the assumption of a first chosen so Bre ¬ chung index 211, that the first batch ¬ kelgrößenverteilung 221 has an upper limit which differs by less than a fixed threshold value of the first limit variable 271st
In einem zweiten Verfahrensschritt 420 wird eine zweite Par¬ tikelgrößenverteilung 222 von in dem Gas enthaltenen Parti- kein gemessen, deren Größe 270 unterhalb einer zweiten Grenzgröße 272 liegt. Dabei wird ein zweiter Brechungsindex 212 an genommen, der so gewählt wird, dass die zweite Partikelgrö¬ ßenverteilung 222 eine Obergrenze aufweist, die sich um weni- ger als einen festgelegten Schwellwert von der zweiten Grenzgröße 272 unterscheidet. In a second method step 420, a second Par ¬ tikelgrößenverteilung 222 contained in the gas particle none measured, whose size 270 is below a second limit size 272. In this case, a second index of refraction is taken to 212, is chosen so that the second Partikelgrö ¬ size distribution 222 has an upper limit which differs by fewer than a predetermined threshold value from the second limiting magnitude 272nd
Die Messung der Partikelgrößenverteilung kann anschließend für weitere Größenintervalle der im Gas enthaltenen Partikel wiederholt werden. The measurement of the particle size distribution can then be repeated for further size intervals of the particles contained in the gas.
In einem dritten Verfahrensschritt 430 wird eine erste Grenz¬ massendichte 281 der in dem Gas enthaltenen Partikel be¬ stimmt, deren Größe 270 unterhalb der ersten Grenzgröße 271 liegt. Auch dieser Verfahrensschritt kann für weitere Größen¬ intervalle der im Gas enthaltenen Partikel wiederholt werden. In a third method step 430, a first boundary ¬ 281 mass density of the particles contained in the gas will be true ¬ whose magnitude 270 is below the first limiting magnitude 271st This process step can also be repeated for other sizes ¬ intervals of the particles contained in the gas.
Anschließend wird in einem vierten Verfahrensschritt 440 eine größenabhängige Massenverteilung 200 der in dem Gas enthalte- nen Partikel errechnet, deren Größe 270 unterhalb der ersten Grenzgröße 271 liegt. Die größenabhängige Massenverteilung 200 wird dabei aus der ersten Partikelgrößenverteilung 221 und der ersten Grenzmassendichte 281 errechnet. Die Berech¬ nung der größenabhängigen Massenverteilung kann ebenfalls für weitere Größenintervalle der im Gas enthaltenen Partikel wie¬ derholt werden. Subsequently, in a fourth method step 440, a size-dependent mass distribution 200 of the particles contained in the gas is calculated, whose size 270 lies below the first limit variable 271. The size-dependent mass distribution 200 is calculated from the first particle size distribution 221 and the first limit mass density 281. The calculation ¬ planning the size-dependent mass distribution can also be derholt for more size intervals of the particles contained in the gas as ¬.
Zusätzlich kann in einem weiteren Verfahrensschritt 405 eine nullte Partikelgrößenverteilung aller im Gas enthaltenen Par- tikel gemessen werden, ohne dass die im Gas enthaltenen Partikel mittels eines Porenfilters vorselektiert werden. Die in diesem Verfahrensschritt 405 durchgeführte Messung kann zur Plausibilitätskontrolle dienen. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel illustriert und beschrieben wurde, ist die Er¬ findung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. In addition, in a further method step 405, a zeroth particle size distribution of all particles contained in the gas can be measured, without the particles contained in the gas being preselected by means of a pore filter. The measurement carried out in this method step 405 can serve to check the plausibility. Although the invention in detail by the preferred embodiment has been illustrated and described, the invention is not limited He ¬ by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Verfahren (400) zur Detektion in einem Gas enthaltener Partikel, das folgenden Schritt aufweist: Method (400) for detecting particles contained in a gas, comprising the following step:
- Messen (410) einer ersten Partikelgrößenverteilung (221) von in dem Gas enthaltenen Partikeln, deren Größe (270) unterhalb einer ersten Grenzgröße (271) liegt, unter Annahme eines ersten Brechungsindex Measuring (410) a first particle size distribution (221) of particles contained in the gas whose size (270) lies below a first limit value (271), assuming a first refractive index
(211) , wobei der erste Brechungsindex (211) so ge¬ wählt wird, dass die erste Partikelgrößenverteilung(211), wherein the first refractive index (211) is so-¬ selected so that the first particle size distribution
(221) eine Obergrenze aufweist, die sich um weniger als einen festgelegten Schwellwert von der ersten Grenzgröße (271) unterscheidet. (221) has an upper limit that differs from the first threshold (271) by less than a predetermined threshold.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 1, Method (400) according to claim 1,
wobei die Messung (410) der ersten Partikelgrößenverteilung (221) mit einem laserbasierten Partikeldetek- tionsgerät (140) unter Verwendung von Laserlicht ei¬ ner festgelegten Wellenlänge (230) erfolgt, wherein the measurement (410) of the first particle size distribution (221) with a laser-based Partikeldetek- tion device (140) using laser light ei ¬ ner fixed wavelength (230) is carried out,
wobei an Partikeln gestreutes Laserlicht unter einem festgelegten Winkel (240) detektiert wird. wherein particle-scattered laser light is detected at a predetermined angle (240).
Verfahren (400) gemäß Anspruch 2, Method (400) according to claim 2,
wobei dem laserbasierten Partikeldetektionsgerät (140) ein Porenfilter (110) vorgeschaltet wird, der nur für Partikel durchlässig ist, deren Größe (270) unterhalb der ersten Grenzgröße (271) liegt. wherein the laser-based particle detection device (140) is preceded by a pore filter (110) which is permeable only to particles whose size (270) lies below the first limit variable (271).
Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, Method (400) according to one of the preceding claims,
wobei nach dem Messen (410) der ersten Partikelgrö¬ ßenverteilung (221) folgender Schritt durchgeführt wird : wherein after measuring (410) the first Partikelgrö ¬ size distribution (221) the following step is performed:
- Messen (420) einer zweiten Partikelgrößenverteilung Measuring (420) a second particle size distribution
(222) von in dem Gas enthaltenen Partikeln, deren Größe (270) unterhalb einer zweiten Grenzgröße (272) liegt, unter Annahme eines zweiten Brechungsindex(222) of particles contained in the gas whose size (270) is below a second limit size (272) assuming a second refractive index
(212) , wobei der zweite Brechungsindex (212) so ge- wählt wird, dass die zweite Partikelgrößenverteilung (222) eine Obergrenze aufweist, die sich um weniger als einen festgelegten Schwellwert von der zweiten Grenzgröße (272) unterscheidet. (212), the second refractive index (212) being it is selected that the second particle size distribution (222) has an upper limit that differs from the second limit size (272) by less than a predetermined threshold.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 4, Method (400) according to claim 4,
wobei die zweite Grenzgröße (272) größer als erste Grenzgröße (271) ist. wherein the second threshold size (272) is greater than the first threshold size (271).
Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, Method (400) according to one of the preceding claims,
wobei vor dem Messen der ersten Partikelgrößenvertei¬ lung folgender Schritt durchgeführt wird: being carried out before measuring the first Partikelgrößenvertei ¬ lung following step:
- Messen (405) einer nullten Partikelgrößenverteilung von in dem Gas enthaltenen Partikeln unter Annahme eines nullten Brechungsindex.  Measuring (405) a zeroth particle size distribution of particles contained in the gas assuming a zeroth refractive index.
Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, Method (400) according to one of the preceding claims,
wobei nach dem Messen (410) der ersten Partikelgrö¬ ßenverteilung folgende Schritte durchgeführt werden:wherein the following steps are performed after the measurement (410) of the first Partikelgrö ¬ size distribution:
- Bestimmen (430) einer ersten Grenzmassendichte (281) der in dem Gas enthaltenen Partikel, deren Größe (270) unterhalb der ersten Grenzgröße (271) liegt;Determining (430) a first limit mass density (281) of the particles contained in the gas whose size (270) is below the first limit size (271);
- Errechnen (440) einer größenabhängigen Massenverteilung (200) der in dem Gas enthaltenen Partikel, deren Größe (270) unterhalb der ersten Grenzgröße (271) liegt, aus der ersten Partikelgrößenverteilung (221) und der erste Grenzmassendichte (281). - calculating (440) a size-dependent mass distribution (200) of the particles contained in the gas whose size (270) is below the first limit size (271) from the first particle size distribution (221) and the first limit mass density (281).
Verfahren (400) gemäß Ansprüchen 3 und 7, Method (400) according to claims 3 and 7,
wobei zwischen dem laserbasierten Partikeldetektions- gerät (140) und dem Porenfilter (110) ein Impaktor- filter (160) angeordnet wird, der nur für Partikel durchlässig ist, deren Größe (270) unterhalb der ers¬ ten Grenzgröße (271) liegt, und deren Massendichte (280) kleiner oder gleich einer festgelegten Grenzmassendichte (281) ist, wobei das Verfahren mit unterschiedlichen Impaktor- filtern (160, 170, 180) mit unterschiedlichen Grenz- Massendichten (281, 282, 283) wiederholt wird, um die erste Grenzmassendichte (281) zu bestimmen. said device between the laser-based Partikeldetektions- (140) and the porous filter (110) an impactor filter (160) is arranged, which is permeable only for particles whose size (270) is below the ers ¬ th boundary size (271), and whose mass density (280) is less than or equal to a specified limit mass density (281), wherein the method is repeated with different impactor filters (160, 170, 180) having different limit mass densities (281, 282, 283) to determine the first limit mass density (281).
Partikeldetektionssystem (100, 105) zur Detektion in einem Gas enthaltener Partikel, Particle detection system (100, 105) for detecting particles contained in a gas,
mit einer Partikelmesskammer (140), in der eine streuwinkelabhängige Eigenschaft eines an den Parti¬ keln gestreuten Laserlichts bestimmt werden kann, dadurch gekennzeichnet, having a particle measuring chamber (140) in which an angle-dependent scattering characteristic of a scattered at the Parti ¬ angles laser light can be determined, characterized in that
dass der Partikelmesskammer (140) ein erster Teilchenfilter (110, 160) vorgeschaltet ist. that the particle measuring chamber (140) is preceded by a first particle filter (110, 160).
Partikeldetektionssystem (100, 105) gemäß Anspruch 9, wobei die streuwinkelabhängige Eigenschaft des ge¬ streuten Laserlichts eine Intensität und/oder eine Polarisation und/oder eine Phase des gestreuten Laserlichts ist. Particle detection system (100, 105) according to claim 9, wherein the scatter angle-dependent property of the scattered ¬ laser light is an intensity and / or polarization and / or phase of the scattered laser light.
Partikeldetektionssystem (100, 105) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, Particle detection system (100, 105) according to one of claims 9 or 10,
wobei dem ersten Teilchenfilter (110, 160) ein zweiter Teilchenfilter (120, 170) parallel geschaltet ist, wherein a second particle filter (120, 170) is connected in parallel with the first particle filter (110, 160),
wobei Ventile (115, 125, 165, 175) vorgesehen sind, um einen der Partikelmesskammer (140) zugeführten Gasstrom (157) entweder durch den ersten Teilchenfilter (110, 160) oder durch den zweiten Teilchenfilter (120, 170) zu leiten. wherein valves (115, 125, 165, 175) are provided to direct a gas flow (157) supplied to the particle measuring chamber (140) either through the first particle filter (110, 160) or through the second particle filter (120, 170).
Partikeldetektionssystem (105) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, Particle detection system (105) according to one of claims 9 to 11,
wobei dem ersten Teilchenfilter (160) ein dritter Teilchenfilter (130) vorgeschaltet ist. wherein the first particle filter (160) is preceded by a third particle filter (130).
Partikeldetektionssystem (105) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der erste Teilchenfilter (160) und/oder der zweite Teilchenfilter (170) ein Impaktorfilter ist. Particle detection system (105) according to one of claims 9 to 12, wherein the first particle filter (160) and / or the second particle filter (170) is an impactor filter.
14. Partikeldetektionssystem (105) gemäß Anspruch 13, wobei der erste Teilchenfilter (160) und/oder der zweite Teilchenfilter (170) ein Kaskadenimpaktorfilter ist. 14. Particle detection system (105) according to claim 13, wherein the first particle filter (160) and / or the second particle filter (170) is a cascade impactor filter.
15. Partikeldetektionssystem (100, 105) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, 15. Particle detection system (100, 105) according to one of claims 9 to 14,
wobei der erste Teilchenfilter (110) und/oder der zweite Teilchenfilter (120) und/oder der dritte Teilchenfilter (130) ein Membranfilter ist.  wherein the first particle filter (110) and / or the second particle filter (120) and / or the third particle filter (130) is a membrane filter.
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