WO2019120820A1 - System zum überprüfen von aerosol- und flussmessgeräten - Google Patents

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WO2019120820A1
WO2019120820A1 PCT/EP2018/081788 EP2018081788W WO2019120820A1 WO 2019120820 A1 WO2019120820 A1 WO 2019120820A1 EP 2018081788 W EP2018081788 W EP 2018081788W WO 2019120820 A1 WO2019120820 A1 WO 2019120820A1
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gas flow
particle
flow
tested
aerosol
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PCT/EP2018/081788
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Thomas Maier
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Horiba Europe Gmbh
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    • 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
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/1012—Calibrating particle analysers; References therefor
    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • G01F25/13—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters using a reference counter
    • G—PHYSICS
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    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • G01F25/15—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters specially adapted for gas meters
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
    • G01N1/2252—Sampling from a flowing stream of gas in a vehicle exhaust
    • G01N2001/2255—Sampling from a flowing stream of gas in a vehicle exhaust with dilution of the sample
    • 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
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the invention relates to a system for checking aerosol and / or flow measuring instruments.
  • corresponding particle measuring devices are known, which are used in test stands or measuring systems equipped therefor.
  • the particle measuring instruments must be regularly maintained, checked and calibrated in order to permanently ensure the required accuracy of the measurements.
  • legal regulations are, for example, UNECE Regulation No. 83, Rev. 5, Series 05 or UNECE Regulation No. 49, Rev. 4, Series 05 or the Global Technical Regulation (GTR) no. 15 etc. These regulations require eg a regular review of the systems every 12 months.
  • Verification of a meter may include validation and / or calibration of the meter. During validation, it is usually only a check that the measuring instrument still measures sufficiently accurately within the limits specified. Calibration also makes it possible to readjust the device.
  • a particle generator which generates particles in a mass flow and transfers them into a carrier medium (air, nitrogen, etc.).
  • This "aerosol" is generated with regard to the particle characteristics to be tested (particle concentration, particle number of beads, particle mass, opacity, etc.) are measured in parallel by a reference measuring device and also supplied to the device to be validated or calibrated. By comparing the measurement results of the reference meter and the device to be checked, the device to be checked can be readjusted.
  • This process is complex and requires respective conversion measures. For example, must be used for every check, e.g. Validation or calibration, appropriate connections between the reference meter and the device to be tested are created or even during the Validier- or calibration measure between different inputs are changed.
  • the invention has for its object to provide a system for checking Aero sol and / or flow meters, which allows for a user be particularly simple and compact way to verify the devices.
  • the invention relates to a system for testing aerosol and / or flow measuring devices in a device to be tested, which is to be tested, with a reference particle measuring device, a reference gas flow measuring device, a connection device for connecting a device to be tested, and with a Switching device for switching a gas flow as a function of a desired mode in various ways, namely in an aerosol validation mode of operation from a particle source to the reference particle measuring device, or
  • the aerosol validation mode in a flow validation mode to or from a valve unit with the reference gas flow meter, wherein in the aerosol validation mode, at least a portion of the particulate gas flow produced in this mode is performed by the reference particulate meter and another portion of the gas flow is to be tested Device is performed, and wherein in the Flußvalid ists- mode at least a portion of the particle-free gas flow generated in this mode is serially guided by the reference gas flow measuring device and from or to be connected to the connection device to be tested device.
  • the system thus provides uniform, ie in a compact and possibly independent unit, the possibility of two different verification or validation modes, namely aerosol validation and flow validation.
  • the system provides a corresponding (defined) conditioned aerosol precisely measured by the reference particle measurement device.
  • the system provides a precisely defined gas flow that is measured in the system by the reference gas flow meter.
  • test system The system will also be referred to as a "test system” below.
  • the reference gas flow measuring device may in particular be a reference mass flow measuring device.
  • the mass flow measuring devices described below can thus also be understood as gas flow measuring devices.
  • an aerosol with known particle concentration, particle size (optional) and pressure is provided in the aerosol validation mode.
  • the gas or mass flow (mass, volume) can remain unknown and does not have to be measured in this case.
  • the aerosol gas flow or particle flow is split and guided parallel to the reference particle measuring device and the device under test or to the device to be tested (or to a component) present in the device to be tested.
  • the gas flow is serially routed through the reference gas flow meter and a gas flow meter in the device under test.
  • the flow direction of the gas flow can be suitably selected and set in the flow validation mode.
  • the gas flow can first flow through the test system with the respectively selected reference gas flow measuring devices and then through the device to be tested or the component to be tested there.
  • the gas flow can also flow through to the next device to be tested and then be guided to the test system and the reference gas flow measuring devices.
  • a defined mass flow is generated, which flows between the system and the device under test, whereby the direction of flow (from the test system to the device or vice versa) can be selected according to the circumstances or the test method.
  • test system as well as the switching between the operating modes as well as the execution of various tests within one operating mode can take place automatically. In this way, particle measuring systems can be easily and conveniently validated and calibrated at the desired time intervals.
  • any tests that may be performed by the system, or even a selection of tests, may be automated and without further user interaction (e.g., rebuilding operations).
  • the device to be tested has, for example, the particle measuring systems or flow measuring systems to be tested in test devices or test rigs and can be connected to the connecting device in a simple manner.
  • the connecting device can thus provide the necessary or sensible connection possibilities in order to be able to connect the device to be tested to the test system and to realize the desired gas paths to the measuring devices arranged in the device to be tested. It can eg. Hose couplings, plug connections, screw connections, bayonet connections may be present. To- the corresponding line paths are provided to perform the desired gas flows (eg air, aerosol, etc.).
  • the size-dependent efficiency of the entire device under test as well as its individual (sensor) components can be detected automatically.
  • a particle source for providing egg nes serving as a gas flow particle flow for the Aerosolvalid ists- mode.
  • the particle source includes i.a. a particle generator and particle conditioning, e.g. in the form of e.g. Dilution and particle classification.
  • the particle source thus provides the aerosol in the manner desired by the test system, ie conditioned in particular with regard to the desired parameters.
  • the particle source can be used in the aerosol validation mode to generate a particle-carrying gas flow.
  • the particle source or its operation is not required, because only a particle-free gas flow is needed there.
  • a particle source is in particular for the production of an aerosol per se be known and may be constructed in a suitable manner and have corresponding compo nents. It may have a known particle generator for He testify of particles. The particles may be passed into a gas stream to form the aerosol. The particle generator can thus generate an aerosol which can then be diluted with dilution air in a dilution system. The dilution can be carried out in one or more stages.
  • a classifying device can be provided in the particle source which classifies the particles in the aerosol stream upstream, downstream or even between the individual dilution stages.
  • the correspondingly conditioned aerosol can be divided equally or proportionally in the aerosol validation mode, but in any case homogeneously (equivalent concentrations), namely into one flow to the reference particle measurement device and into another flow to a particle measurement system provided in the device to be tested which is to be checked.
  • the switching device decisively influences whether the aerosol validation mode or the flow validation mode is carried out and which gas flows or gas paths are respectively formed.
  • the switching device have a ball valve switching device.
  • a solenoid valve unit in communication with the switching device may be provided.
  • the delivery of the aerosol to the device to be tested can be effected, in particular, by means of a ball valve unit serving as a switching device, with which the aerosol stream can be supplied to suitable points of the particle measuring system to be checked or calibrated in the aerosol validation mode.
  • the aerosol flow is thereby loss of the corresponding to the circuit to be tested device out.
  • a gas flow or gas flow can be generated, which can then be used to control a flow in the particle measuring device (in the device under test) or a flow component in the particle meter.
  • the individual rivers or the total flow can be conditioned in a similar manner, as described above ben.
  • the gas flow is possible in many different ways.
  • the device under test may be connected to a solenoid valve unit, which in turn determines how and to which component the respective gas flow is passed.
  • Suitable gas flow measuring devices may be suitable devices, e.g. Mass flow meter (MFM) or volume flow meter.
  • the reference gas flow measuring device which in turn has, for example, a single or two or more intercalibrated reference gas flow measuring devices.
  • the solenoid valve unit is again designed to allow a serial connection of the reference gas flow meters.
  • the reference gas flow meters can be intercalibrated by means of the solenoid valve realized serial circuit (self-validation). With appropriate design of the switching units and components in the test system itself can be checked with the reference mass flow device (self-validation).
  • the system represents a complete unit that is able to carry out both flow validation and aerosol validation without any further modifications by the user.
  • flow validation all flow-influencing flow elements in the device under test can be validated against one or more reference flow meters (eg MFM - Mass Flow Meter).
  • the device to be tested or an internal particle-carrying component or particle sensor component, is compared with the reference particle measuring device (for example a reference particle counting instrument, for example CPC - Condensation Particle Counter) with the aid of a delta nerosol.
  • the reference particle measuring device for example a reference particle counting instrument, for example CPC - Condensation Particle Counter
  • the validation processes can be carried out successively, automatically and in any combination of the components involved without removing or modifying components from the device under test. There is no need for conversion or reloading, for example of pneumatic connections, between the validation system and the device under test. Thus, a conversion during the various test sequences can be avoided.
  • the variety of necessary for this configuration of gas and Aerosol compassion is given by the design of Kugelventiliser- (several ball valves), the Mag netventiliser (variety of directional control valves). Under certain circumstances, switching devices in the system under test may also be used and controlled.
  • the switching device may include a valve device, in particular a ball valve switching device, eg a ball valve unit, and a control device for automated control of the various loading modes and for switching between the two operating modes. It is possible, in addition to the two Validierungsconcesart (flow validation, aerosol validation) to provide other modes, such as a particle-free operation and in particular a working mode in which the device under test is in the normal working mode. Thus, this can be done In normal operation, the device should be operated without interference if the connections to the inspection system remain intact.
  • a valve device in particular a ball valve switching device, eg a ball valve unit
  • a control device for automated control of the various loading modes and for switching between the two operating modes.
  • connection device can have a plurality of lines to which the device to be tested can be connected.
  • additional connections can be realized on the device under test in order to (specifically in connection with the switching devices and switching devices in the device under test) provide specific flow paths to individual internal components of the device to be tested realize.
  • the particle generator is known per se and serves to generate particles in a polydisperse aerosol with a certain particle size distribution.
  • the dilution system may comprise a first dilution stage and a second dilution stage (or else further dilution stages) which, depending on the equipment, optionally permit a concentration adjustment and / or a flux increase.
  • a rotary vane pump may be provided downstream of the dilution system.
  • a pressure-controlled, environmentally-sealed dilution may be performed that is not subject to ambient pressure. Independently of different flows provided by the aerosol source, the same pressure is thus always regulated in the dilution stage. This can be achieved always defined, separated from the environment and other test conditions pressure conditions.
  • a pressure-controlled, completed by the environment dilution can take place, so that correspondingly defined, separated from the environment and the other test conditions pressure conditions can be achieved.
  • a classifier may be provided for classifying the particles in the particle flow.
  • the classifier may achieve particle size classification or size selection.
  • Corresponding devices are known, for example a differential mobility analyzer - DMA. This makes it possible to eliminate a monodisperse aerosol with a desired particle diameter from the aerosol generated by the particle generator.
  • the pressures in the two dilution stages can be adjusted independently of the ambient conditions, it is possible to regulate the flow, for example by the DMA, to actively regulate the pressure difference between the two dilution stages so that the resulting flow reaches the desired value.
  • downstream of the dilution system at the exit of the particle source
  • a model aerosol with particles of defined size and with a set or known concentration This can also be measured, characterized and controlled by means of the reference particle measuring device.
  • a vacuum pump for providing a negative pressure for the dilution system.
  • the vacuum pump may be the rotary vane pump already described above, which allows a regulated under pressure supply. Irrespective of different flows provided by the Aero solán (particle generator), the same pressure is always adjusted in the respective dilution stage. Thus, there are always defi ned, independent of the environment and other test conditions pressure conditions for the particle generator, the classifier and the reference devices and the device to be tested.
  • a venturi pump may be provided between the classifier and the second dilution stage.
  • the venturi pump can create an additional positive pressure gradient and thereby control the flow through the classifier (DMA).
  • the Venturi pump can be particularly geous because it does not change the aerosol flow and in particular can hardly deposit particles.
  • a bypass to an outlet may be provided between the venturi pump and the second dilution stage. This allows part of Venturi's Pump emerging aerosol stream are diverted via the bypass and discarded through the outlet.
  • the particle concentration often has to be varied widely, which is usually achieved by a strong increase in the dilution air flow.
  • a corresponding portion of the aerosol downstream of the venturi pump and before the second dilution stage branched off and discarded.
  • a solenoid valve unit may be provided, which is arranged in terms of flow between the device under test, optionally the order switching device (for example, the ball valve switching device) and the reference gas flow measuring device such that a gas flow between tween the switching device and the Reference gas flow meter is enabled via the solenoid valve unit.
  • the solenoid valve unit is therefore realized for realizing a plurality of gas paths and flow directions by a plurality of directional control valves. It is also possible that in the realization of a gas path, the solenoid valve unit is repeatedly flowed through in separate ways.
  • the gas flow through the solenoid valve unit can be carried out via the ball valve switching device to the device to be tested (eg if this connection is also to be supplied with aerosol on the device under test in another operating mode) or directly from the solenoid valve unit device to be tested (if the connection to the device to be used is only required for the gas flow measurement).
  • reverse flow directions are also possible in each case, that is to say from the device to be tested to the magnetic valve unit in the test system.
  • the ambient air as a gas flow through the solenoid valve unit to the reference gas flow meter and / or to the ball valve unit fed, the ambient air gas flow to flow through the reference gas flow meter via the solenoid valve unit and / or via the ball valve unit to the connection device can be supplied, for supplying the ambient air gas flow to the device under test or a component therein.
  • the reference gas flow meter may include one or more reference gas flow meters.
  • the reference gas flow measuring device may comprise two different reference gas flow meters, namely a first reference gas flow meter for small mass flows and a second reference gas flow meter for large mass flows. Small rivers can reach for example up to a maximum of 6 liters per minute, while large rivers can reach, for example, up to 60 liters per minute. By providing the two reference gas flow meters, it is possible to reliably and accurately measure a wide range of mass flows.
  • the two reference gas flow meters may also be inter-calibrated, that is, calibrated against each other, as will be explained later by way of one embodiment.
  • the entire test system can be designed in the form of a mobile unit.
  • the unit can be placed in a frame, frame or cabinet underweight, which is also displaceable or, for example, on wheels movable.
  • all components in the rack or cabinet can be placed underweight, so that the system can also be performed to various devices and equipment to be tested. It is therefore not necessary to take each maneuvering up and dismantling measures to check various devices to be tested.
  • the invention thus relates to a complete verification system for verification, i. Validation and / or calibration of particle measurement systems in the sense of Aero sol and flow validation.
  • this can be done under precise de-defined and reproducible conditions throughout the test system and / or in one of its component groups, regardless of changing ambient conditions (pressure, temperature).
  • the changing environmental conditions for example due to the installation site or the weather, have no influence on the accuracy of the measurement since the pressure regulation of the flows takes place independently in a closed system.
  • a large number of flows, particle losses and aerosol measurement efficiencies of the particle measuring system to be validated or calibrated can thus be automated controlled, measured and checked - in the whole and in subordinate parts.
  • the described system significantly simplifies the technical problem of regular maintenance and calibration of particle gauges used in test benches. Due to the mobile arrangement of all components, it is very easy to carry out the automated test methods of both modes for testing the respective devices. This ensures a high standard of measurement accuracy for the user. The changes in the respective particle measuring devices, for example due to faulty operations, can be reliably and automatically determined.
  • test system it is possible, after passing through a selection or the entirety of the various tests to perform an (automatic) evaluation and / or reporting.
  • an (automatic) evaluation and / or reporting One or more of the following points may be taken into account:
  • Figure 1 is a schematic overview of an example of a erfindungsge MAESSEN test system for validating or calibrating aerosol and flow meters.
  • FIG. 2 is a more detailed illustration of the system of Fig. 1;
  • Fig. 3 shows the system in the aerosol validation mode
  • Fig. 1 shows a serving as a test system calibration and validation system 1 for validating aerosol and flow measuring devices in a system to the system ble, to be tested device.
  • the cabinet 2 may be mounted on rollers and easily movable in the manner to move it to the desired location for the respective calibration or validation operations.
  • a device to be tested 4 can be connected.
  • one or more lines may be provided on the device 3 Anschlußussein, which - in the simplest case - have plug-in couplings, so that the corresponding line connections must be inserted only.
  • ball valve Umschalteinrich- device 12 to be tested device to be tested 4 and solenoid valve unit 16 may be executed in each case several re parallel lines (eg depending on a connection of the device under test 4, which can be selected individually by the switching device) ,
  • the device to be tested 4 is connected via the dargestell te by a symbolic box te connection device 3 with the system 1 in the cabinet 2.
  • the device under test 4 may also be a larger unit, e.g. act a test bench, in which several measuring devices are provided, which are connected to the Sys tem 1, to be checked by this.
  • connection device 3 If necessary, further devices 5 can be connected to the connection device 3.
  • an overall system controlling controller 6 is provided.
  • the controller 6 may on the one hand be provided on the device 4 to be tested. But it can also be part of the system 1 and in this case also be housed in or on the cabinet 2.
  • the controller 6 can thus completely control both the system 1 and the device 4 to be tested.
  • the controller 6 may also have mutually independent sub-controls, which each separately or coordinated to each other, the system 1 and the device to be tested 4 to control.
  • the controller 6 is able to drive all the components of the system 1 to perform the various modes automatically. Switching over the various operating modes can also be done automatically with the aid of the controller 6.
  • a per se known particle generator 7 generates a polydispersed aerosol with a certain particle size distribution. Due to a pressure gradient in the system 1, which can be generated, for example, by one or more pumps not shown in FIG. 1, the particle aerosol flow flows into a dilution system 8 in which the particle flow can be conditioned and diluted. For this purpose the dilution system 8 is supplied with dilution air 9 from the outside.
  • a classifying device 10 can be provided which classifies the particles more precisely in order to be able to separate out a monodisperse aerosol having the desired particle diameter.
  • the classifier 10 may be, for example, a per se known differential mobility analyzer (DMA) for particle size classification and size selection.
  • DMA differential mobility analyzer
  • the desired particle selection can be carried out, for example, by means of an electrostatic classification.
  • one or more, in the case shown here two dilution stages may be provided.
  • the design takes place as needed for concentration adjustment and flux increase.
  • a portion of the mass flow is led to an outlet 1 1, while another part to a ball valve switching device 12 (also: ball valve unit) is guided.
  • the ball valve switching device 12 is part of a switching device for switching the gas flow as a function of the desired mode of operation, which he later läutert, and the supply of the aerosol or flux to different Stel len of the device to be tested. 4
  • the ball valve switching device 12 also makes it possible to connect a reference particle measuring device 13, which in the example shown has two reference particle measuring devices, a first reference particle measuring device 14 and a second reference particle measuring device 15.
  • the mass flow conducted to the reference particle measuring devices 14, 15 can be diverted through a flow divider 13a, not shown.
  • the reference particle measuring devices 14, 15 may, for example, be a CPC
  • the other part of the model aerosol which is not guided to the reference Molchenmesseinrich device 13, passes through the connection device 3 to the test device 4 and there, for example. to the particle meter inside the device to be tested 4.
  • the count of the reference particle measuring devices 14, 15 on the one hand and the device to be tested 4 or a particle sensor therein the latter can be validated or calibrated.
  • the instrument will be validated or calibrated against the reference particle gauges 14, 15 alone in the device under test 4, or the particle dilution and particle losses in the device 4 under test will be measured as a whole or in detail.
  • VPR calibration Volatile Particle Remover
  • the first mode described above with its various tests may also be referred to as aerosol validation mode.
  • the controller 6 appropriately switches the ball valve switching device 12 to provide connection of a port of the device under test to a solenoid valve assembly 16.
  • a solenoid valve assembly 16 In addition, direct gas paths between device to be tested and solenoid valve unit may be provided.
  • the solenoid valve unit 16 has solenoid valves that can open and close different flow paths, depending on the drive by the controller 6. With the solenoid valve unit 16 serving as a reference gas flow measuring device reference mass flow measuring device 17 is coupled in terms of flow, in which one or more reference variable mass flow measuring devices to be described later are provided.
  • the guided in the flow validation mode by the reference Massenpoundmessein direction 17 gas or mass flow is there precisely measured and closing to a - through the valve units (the test system and the tes tendem device) - serially connected flow measuring component in testing device 4 out where also takes place a measurement of this mass flow.
  • the mass flow device provided in the device 4 to be tested and serving as a gas flow measuring device can be validated or calibrated by comparison with the results of the reference mass flow measuring device 17.
  • a selection or all of the flow measurement components in the device to be scanned can be sequentially checked.
  • the flow direction of the gas flow can also be reversed. It is thus possible for the gas flow to first flow through the measuring devices in the device 4 to be tested and then be guided through the system 1 in order to check the measuring devices of the device 4 to be tested in this way.
  • the solenoid valve unit switching both flow directions is possible.
  • the flow direction can be kept the same by the iquessgebun dene reference mass flow device.
  • the entire valve configuration may allow for a review of other internal flow measurement components of the test system itself (e.g., dilution air MFM).
  • FIG. 2 shows a more detailed construction of the system 1 of FIG. 1.
  • the particle flow from the particle generator 7 reaches a first dilution stage 18, where dilution air is supplied via a particle conditioner 19.
  • dilution air is supplied via a particle conditioner 19.
  • the dilution air flow is shown in the figures 2 to 4 by surrounded arrows, while the aerosol flow is symbolized by solid black arrows.
  • the classifier 10 Downstream of the dilution stage 1, the classifier 10 (optional) is provided, behind which in turn a venturi pump 20 is provided for generating a pressure gradient in the dilution system 8. Downstream of the venturi pump 20, a second dilution stage 21 is angeord net.
  • a pump 22 for example a rotary vane pump, which conveys a mass flow to the outlet 1 1.
  • the pump 22 has corresponding connections to the first dilution stage 18 and to the second dilution stage 21.
  • mass flow meters - MFM mass flow meters serving as gas flow meters
  • model aerosol stream 25 serves to illustrate a concrete application example.
  • the test system according to the invention (system 1) for checking aerosol measuring devices, however, can also use any other particle source for providing a particle flow (aerosol). It is therefore not important for the provision of the model aero solstrom 25 that a corresponding particle source has the structure described above.
  • the ball valve assembly 12 allows the aerosol flow 25 to pass easily to the ball valve-selected ports on the device under test 4 as well as to the same (by ball valve) upshifted reference particle gauge.
  • the aerosol is here ent divided either in the ball valve switching device 12 or via an optional flow divider 26.
  • Part of the aerosol flow passes through the connection device 3 to the device to be tested 4 and there to the inte grated in the device 4 particle counter.
  • Another part passes to one of the reference particle measuring devices 14, 15, for example to the first reference particle measuring device 14, so that the count values of the particle counter in the device 4 to be tested can be compared with the values of the first reference particle measuring device 14.
  • the second reference particle measuring device 15 can also be provided to further improve the accuracy.
  • the system can also be operated with only one reference particle measuring device 14.
  • connection for the flow validation mode, there is also a connection between the ball valve change-over device 12 and the solenoid valve unit 16, optionally having several line connections, and optionally directly to the connection unit. Ambient air can thus be conducted to the reference mass flow measuring device 17 via the solenoid valve unit 16, and subsequently, in turn, via the solenoid valve unit 16 (and optionally via the ball valve unit) to the selected connection of the device 4 to be tested.
  • the reference mass flow measuring device 17 has a first reference mass flow meter 27 and a second reference mass flow meter 28.
  • the first reference mass flow meter 27 may be provided only for smaller mass flows, for example, up to a maximum of 6 liters per minute, while the second reference mass flow meter 28 may be used for larger flows, e.g. a maximum of 60 liters per minute can be provided.
  • a broad dynamic range of mass flows can be covered.
  • Fig. 3 shows the system 1 in the aerosol validation mode.
  • the ball valve switching device 12 (ball valve unit) is designed such that the model aerosol flow 25 via the ball valve switching device 12 out and from there to the two reference particle measuring devices 14, 15 and the selected connection of the 4 to be tested.
  • the model aerosol stream 25 is generally provided by a particle source.
  • This particle source can be formed by the components shown in Fig. 3, in particular by the particle generator 7 and the dilution stages 18, 21 who the.
  • Fig. 4 shows the system in the flow validation mode. In this case, most of the components required for aerosol validation are unused and can be turned off accordingly. Single Lich the ball valve switching device 12 is used to guide the measured mass flows to the device under test 4.
  • ambient air is sucked from the inside of the cabinet 2.
  • the (by filtering substantially particle-free) ambient air flows through - depending on the flow strength selected by the solenoid valve unit 16 - one of the two reference mass flow meters 27, 28 (Mass Flow Meter) to determine the exact flow.
  • From the output of the reference mass flow meter 27, 28 of the now precisely determined mass flow via the solenoid valve unit 16 and / or the ball valve switching device 12 is introduced into the device to be tested 4.
  • the flow is fed to the device 4 to be tested at various points. Accordingly, the on closing device 3 on different coupling points with the device to be tested 4, as shown in Fig. 4 can be seen.
  • existing in the device under test 4 valves or components ge uses or can be switched to direct the gas flow accordingly.
  • the injected gas or mass flow is possibly passed through defined valves contained therein and then measured with the aid of one of the sensors present there. Subsequently, a comparison is made of the measured flows of the relevant reference mass flow meter 27, 28 with the results of the sensors in the device 4 to be tested. Subsequently, an error can be detected and localized or the sensors in the device 4 to be tested can be corrected such that they show the measurement result of the flux measured by the reference mass flow meter 27, 28.
  • first reference mass flow meter 27 or the second reference mass flow meter 28 is used, each designed for bestimm te flow rates, as above explained.
  • first reference mass flow meter 27 a flow of ⁇ 1 liter per minute and for the larger second reference mass flow meter 28 a flow of> 1 liter per minute.
  • the gas or mass flow is fed into the device 4 to be tested at different locations.
  • the intercalibration ie the mutual balancing of the devices 27, 28 (self-validation), takes place according to the following scheme:
  • first reference mass flow meter 27 First, ambient air is sucked in from the inside of the cabinet, which subsequently flows through the first reference mass flow meter 27. Here is the determination of the exact flow. From the output of the first reference mass flow meter 27, the now precisely determined flow is introduced into the second reference mass flow meter 28 where the measurement of the injected flow also takes place. The measured values from the first reference mass flow meter 27 and from the second reference mass flow meter 28 are compared below. The result of the second reference mass flow meter 28 is first validated based on the result of the first reference mass flow meter 27 and corrected if necessary (calibrated).

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Abstract

Ein System (1) zum Überprüfen von Aerosol- und/oder Flussmessgeräten in einem an das System anschließbaren, zu testenden Gerät (4) ermöglicht die Umschaltung zwischen verschiedenen Prüfbetriebsarten. Dafür eine Umschalteinrichtung (12) vorgesehen, die das Umschalten eines Gasflusses in Abhängigkeit von einer gewünschten Betriebsart in verschiedenen Wegen ermöglicht, nämlich in einer Aerosolvalidierungs-Betriebsart zu einer Referenz-Partikelmesseinrichtung (13), oder in einer Flussvalidierungs-Betriebsart zu einer Ventileinheit (16) mit der Referenz-Gasflussmesseinrichtung (17). In der Aerosolvalidierungs-Betriebsart wird wenigstens ein Teil des in dieser Betriebsart erzeugten Gasflusses durch die Referenz-Partikelmesseinrichtung (13) geführt, während ein anderer Teil des Gasflusses zu dem zu testenden Gerät (4) geführt wird. In der Flussvalidierungs-Betriebsart wird wenigstens ein Teil des in dieser Betriebsart erzeugten Gasflusses durch die Referenz-Gasflussmesseinrichtung (17) sowie durch eine Komponente des zu testenden Geräts geführt.

Description

System zum Überprüfen von Aerosol- und Flussmessgeräten
Die Erfindung betrifft ein System zum Überprüfen von Aerosol- und/ oder Fluss messgeräten.
Zur Emissionsüberwachung von Motoren und Fahrzeugen ist es gesetzliche Vor schrift, die Abgase auf einem Prüfstand oder auch unter realen Bedingungen, z.B. auf der Straße, zu erfassen und hinsichtlich ihrer Zusammensetzung im Einzel nen zu untersuchen. Dabei sind neben vielfältigen Schadstoffanteilen vor allem auch Feinstaubpartikel von besonderem Interesse. Die Feinstaubpartikel, zum Beispiel auch Nanopartikel, können über die Atmung tief in die Lunge eindringen und zu erheblichen gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen. Neben den von Motoren emittierten Partikeln können zukünftig auch Partikelemissionen anderer Komponenten, wie Bremsen- und Reifenabrieb, auf ähnliche Weise reglementiert werden.
Zum Erfassen der Partikel sind entsprechende Partikelmessgeräte bekannt, die in dafür ausgerüsteten Prüfständen bzw. Messsystemen zum Einsatz kommen. Die Partikelmessgeräte müssen - nicht zuletzt aufgrund von gesetzlichen Vorschriften - regelmäßig gewartet, überprüft und kalibriert werden, um die erforderliche Ge nauigkeit der Messungen dauerhaft zu sichern. Beispiele für derartige gesetzliche Vorschriften sind zum Beispiel die UNECE Regelung Nr. 83, Rev. 5 , Serie 05 oder die UNECE Regelung Nr. 49, Rev. 4, Serie 05 oder die Globale Technische Verord nung (Global Technical Regulation - GTR) Nr. 15 etc. Diese Vorschriften fordern z.B. eine regelmäßige Überprüfung der Systeme alle 12 Monate.
Die Überprüfung eines Messgeräts kann die Validierung und/ oder die Kalibrie rung des Geräts umfassen. Bei der Validierung erfolgt meist lediglich eine Kon trolle, ob das Messgerät noch im Rahmen vorgegebener Grenzen ausreichend ge nau misst. Bei der Kalibrierung ist auch ein Nachjustieren des Geräts möglich.
Als internationaler Standard für die Kalibrierung von Kondensationskernzählern gilt zudem zum Beispiel die im März 2015 veröffentlichte ISO 27891 .
Für die Kalibrierung von Partikelmessgeräten ist es bekannt, einen Partikelgene rator bereitzustellen, der in einem Massenfluss Partikel generiert und in ein Trä germedium (Luft, Stickstoff etc. ) übergibt. Dieses so generierte "Aerosol" wird in Hinsicht auf die zu testende Partikelcharakteristik (Partikelkonzentration, Parti- kelanzahl, Partikelmasse, Opazität etc. ) parallel durch ein Referenzmessgerät ge messen und auch dem zu validierenden oder kalibrierenden Gerät zugeführt. Durch einen Vergleich der Messergebnisse des Referenzmessgeräts und des zu überprüfenden Geräts kann das zu überprüfende Gerät nachjustiert werden.
Dieser Prozess ist aufwendig und erfordert jeweilige Umbaumaßnahmen. Z.B. müssen für jede Überprüfung, also z.B. Validierung oder Kalibrierung, entspre chende Anschlüsse zwischen dem Referenzmessgerät und dem zu überprüfenden Gerät erstellt werden bzw. auch während der Validier- oder Kalibriermaßnahme zwischen verschiedenen Eingängen umgesteckt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zum Überprüfen von Aero sol- und/ oder Flussmessgeräten anzugeben, welches in für einen Anwender be sonders einfacher und kompakter Weise die Überprüfung der Geräte ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Es wird ein System zum Überprüfen von Aerosol- und/ oder Fluss-Messgeräten in einem an das System anschließbaren, zu testenden Gerät angegeben, mit einer Referenz-Partikelmesseinrichtung, einer Referenz-Gasflussmesseinrichtung, einer Anschlusseinrichtung zum Anschließen eines zu testenden Geräts, und mit einer Umschalteinrichtung zum Umschalten eines Gasflusses in Abhängigkeit von einer gewünschten Betriebsart in verschiedenen Wegen, nämlich in einer Aerosolvalidierungs-Betriebsart von einer Partikelquelle zu der Re ferenz-Partikelmesseinrichtung, oder
in einer Flussvalidierungs-Betriebsart zu oder von einer Ventileinheit mit der Referenz- Gasflussmesseinrichtung, wobei in der Aerosolvalidierungs-Betriebsart wenigstens ein Teil des in dieser Be triebsart erzeugten partikelführenden Gasflusses durch die Referenz- Partikelmesseinrichtung durchgeführt wird und ein anderer Teil des Gasflusses zu dem zu testenden Gerät geführt wird, und wobei in der Flussvalidierungs- Betriebsart wenigstens ein Teil des in dieser Betriebsart erzeugten partikelfreien Gasflusses seriell durch die Referenz-Gasflussmesseinrichtung und von bzw. zu dem an der Anschlusseinrichtung anschließbaren zu testenden Gerät geführt wird. Das System stellt somit einheitlich, d.h. in einer kompakten und ggfs eigenstän digen Einheit, die Möglichkeit von zwei verschiedenen Überprüfungs- bzw. Validie rungs-Betriebsarten zur Verfügung, nämlich eine Aerosolvalidierung und eine Flussvalidierung. Mit den beiden Validierungs-Betriebsarten kann das entspre chende Aerosol- bzw. Flussmessgerät in dem an das System anschließbaren Ge rät, zum Beispiel einer Test- oder Prüfstandseinrichtung o.ä. , fallweise validiert und kalibriert werden. Das System stellt in der Aerosolvalidierungs-Betriebsart ein entsprechend (definiert) konditioniertes und durch die Referenz- Partikelmesseinrichtung präzise vermessenes Aerosol zur Verfügung. In der Fluss- validierungs-Betriebsart stellt das System einen präzise definierten Gasfluss zur Verfügung, der in dem System durch die Referenz-Gasflussmesseinrichtung ver messen wird.
Da die Gesamtgenauigkeit des zu testenden Systems zum Einen vom Zusammen spiel einer Vielzahl von internen Gasflussmesseinrichtungen und zum Anderen von der Charakteristik einer Vielzahl von partikelführenden Komponenten sowie dem internen Partikelsensor abhängt, kann durch die Kombination der beiden Betriebsarten nun von extern und auf einfachem Weg eine detaillierte Überprü fung aller relevanten Parameter erfolgen bzw. eine einfache Identifizierung und Lokalisation von Fehlern.
Das System wird nachfolgend auch als "Prüfsystem" bezeichnet.
Bei der Referenz-Gasflussmesseinrichtung kann es sich insbesondere um eine Referenz-Massenflussmesseinrichtung handeln. Nachfolgend beschriebene Mas senflussmesseinrichtungen können somit auch als Gasflussmesseinrichtungen verstanden werden.
Für die Aerosolvalidierung wird in der Aerosolvalidierungs-Betriebsart ein Aerosol mit bekannter Partikelkonzentration, Partikelgröße (optional) und Druck bereitge stellt. Der Gas- bzw. Massenfluss (Masse, Volumen) kann dabei unbekannt blei ben und muss in diesem Fall nicht gemessen werden. Der Aerosol-Gasfluss bzw. Partikelfluss wird aufgeteilt und parallel zu der Referenz-Partikelmesseinrichtung und dem zu testenden Gerät bzw. zu dem in dem zu testenden Gerät vorhanden, zu überprüfenden Gerät (oder zu einer Komponente) geführt.
In der Flussvalidierungs-Betriebsart wird der Gasfluss seriell durch die Referenz- Gasflussmesseinrichtung und eine Gasflussmesseinrichtung im zu testenden Ge rät geführt. Die Strömungsrichtung des Gasflusses kann in der Flussvalidierungs-Betriebsart in geeigneter Weise gewählt und eingestellt werden. So kann der Gasfluss zu nächst das Prüfsystem mit den jeweils gewählten Referenz-Gasflussmesseinrich- tungen durchströmen und danach das zu testende Gerät bzw. die dort angeordne te zu überprüfende Komponente. Ebenso kann umgekehrt der Gasfluss auch zu nächst das zu testende Gerät durchströmen und dann zu dem Prüfsystem und den Referenz-Gasflussmesseinrichtungen geführt werden.
Trotz der Realisierung beider Flussrichtungen (in das bzw. zum zu testenden Ge rät), z.B. mittels einer Magnetventileinheit, kann die Flussrichtung durch eine richtungsgebundene Referenz-Massenflusseinrichtung gleich gehalten werden.
Für die Flussvalidierung wird ein definierter Massenstrom erzeugt, der zwischen dem System und dem zu testenden Gerät strömt, wobei die Strömungsrichtung (vom Prüfsystem zum Gerät oder umgekehrt) je nach den Gegebenheiten bzw. Testweise gewählt werden kann.
Das Betreiben des Prüfsystems sowie auch das Umschalten zwischen den Be triebsarten sowie der Ablauf diverser Tests innerhalb einer Betriebsart kann au tomatisch erfolgen. Auf diese Weise können Partikelmesssysteme in den ge wünschten zeitlichen Abständen in einfacher und bequemer Weise validiert und kalibriert werden. Je nach Wunsch können sämtliche durch das System mögli chen Tests oder auch nur eine Auswahl an Tests automatisiert und ohne weitere Benutzerinteraktion (z.B. Umbaumaßnahmen) durchgeführt werden. Hierfür kann auch das zu testende Gerät durch das System automatisiert (fern-)gesteuert wer den, um im Zusammenspiel mit der pneumatischen Realisierung des Systems (z.B. der später erläuterten Magnetventil-Einheit sowie der Kugelventil-Einheit) und des zu testenden Geräts alle zu testenden Gaswege zu realisieren.
Das zu testende Gerät weist z.B. die zu überprüfenden Partikelmesssysteme oder Flussmesssysteme in Testeinrichtungen bzw. Prüfständen auf und kann in einfa cher Weise an der Anschlusseinrichtung angeschlossen werden. Die Anschlussein richtung kann somit die notwendigen bzw. sinnvollen Anschlussmöglichkeiten bereitstellen, um das zu testende Gerät mit dem Prüfsystem verbinden zu können und die gewünschten Gaswege zu den in dem zu testenden Gerät angeordneten Messeinrichtungen zu realisieren. Dabei können z.B . Schlauchkupplungen, Steck verbindungen, Schraubverbindungen, Bajonettverbindungen vorhanden sein. Zu- dem sind entsprechende Leitungswege vorgesehen, um die gewünschten Gasflüsse (z.B. Luft, Aerosol etc. ) durchzuführen.
Bei einer Ausführungsform kann die größenabhängige Effizienz des gesamten zu testenden Gerätes als auch von dessen einzelnen (Sensor-)komponenten automa tisiert erfasst werden.
Es kann im Prüfsystem eine Partikelquelle vorgesehen sein, zum Bereitstellen ei nes als Gasfluss dienenden Partikel-Flusses für die Aerosolvalidierungs- Betriebsart. Die Partikelquelle beinhaltet u.a. einen Partikelgenerator sowie eine Partikel-Konditionierung, z.B. in Form von z.B. Verdünnung und Partikelklassifi kation. Die Partikelquelle stellt dem Prüfsystem das Aerosol somit in der ge wünschten Weise, also insbesondere hinsichtlich der gewünschten Parameter konditioniert zur Verfügung.
Die Partikelquelle kann dementsprechend in der Aerosolvalidierungs-Betriebsart genutzt werden, um einen partikelführenden Gasfluss zu erzeugen. In der Fluss- validierungs-Betriebsart ist die Partikelquelle bzw. deren Betrieb hingegen nicht erforderlich, weil dort lediglich ein partikelfreier Gasfluss benötigt wird.
Eine Partikelquelle ist insbesondere zur Erzeugung eines Aerosols an sich be kannt und kann in geeigneter Weise aufgebaut sein und entsprechende Kompo nenten aufweisen. Sie kann einen an sich bekannten Partikelgenerator zum Er zeugen von Partikeln aufweisen. Die Partikel können in einen Gasstrom zum Bil den des Aerosols geführt werden. Der Partikelgenerator kann somit ein Aerosol erzeugen, das anschließend in einem Verdünnungssystem mit Verdünnungsluft verdünnt werden kann. Die Verdünnung kann ein- oder mehrstufig erfolgen.
Optional kann in der Partikelquelle auch eine Klassifiziereinrichtung vorgesehen werden, die stromauf, stromab oder auch zwischen den einzelnen Verdünnungs stufen die Partikel im Aerosolstrom klassifiziert.
Das entsprechend konditionierte Aerosol kann in der Aerosolvalidierungs- Betriebsart gleichförmig oder anteilig, jedoch in jedem Fall homogen (gleichwertige Konzentrationen) aufgeteilt werden, nämlich in einen Strom zu der Referenz- Partikelmesseinrichtung und in einen anderen Strom zu einem in dem zu testen den Gerät vorgesehenen Partikelmesssystem, das zu überprüfen ist. Die Umschalteinrichtung beeinflusst in entscheidender Weise, ob die Aerosolvali- dierungs-Betriebsart oder die Flussvalidierungs-Betriebsart durchgeführt wird und welche Gasströme bzw. Gaswege jeweils ausgebildet sind. Dazu kann bei ei ner Variante die Umschalteinrichtung eine Kugelventil-Umschalteinrichtung auf weisen. Für die Verwirklichung der Flussvalidierung und deren Vielzahl an Gas wegen und Flussrichtungen kann eine mit der Umschalteinrichtung in Verbindung stehende Magnetventileinheit vorgesehen sein.
Die Zuführung des Aerosols zum zu testenden Gerät kann insbesondere über eine als Umschalteinrichtung dienende Kugelventileinheit erfolgen, mit der in der Ae- rosolvalidierungs-Betriebsart der Aerosolstrom an geeignete Stellen des zu über prüfenden bzw. kalibrierenden Partikelmesssystems zugeführt werden kann. Ins besondere soll der Aerosolstrom hierdurch verlustarm an den entsprechenden An schluss des zu testenden Geräts geführt werden.
In der durch die Umschalteinrichtung (evtl im Zusammenspiel mit der Mag netventileinheit) bewirkbaren Flussvalidierungs-Betriebsart kann ein Gasstrom bzw. Gasfluss erzeugt werden, der dann dazu verwendet werden kann, einen Fluss in dem Partikelmessgerät (im zu testenden Gerät) oder einer Fluss-Komponente im Partikelmessgerät zu überprüfen. Die einzelnen Flüsse oder auch der Gesamt durchfluss können in ähnlicher Weise konditioniert werden, wie oben beschrie ben. Der Gasfluss ist auf vielen verschiedenen Wegen möglich.
Insbesondere kann das zu testende Gerät mit einer Magnetventileinheit verbunden sein, die wiederum bestimmt, wie und zu welcher Komponente der jeweilige Gas fluss geleitet wird.
Als Gasflussmesseinrichtungen können geeignete Geräte zum Einsatz kommen, z.B. Massendurchflussmesser (Mass Flow Meter - MFM) oder Volumenflussmesser.
Einzelne Flüsse in dem zu prüfenden Partikelmessgerät können gegen die Refe renz-Gasflussmesseinrichtung kalibriert werden, die ihrerseits zum Beispiel ein einzelnes oder zwei oder auch mehr interkalibrierte Referenz-Gasflussmessgeräte aufweist. Durch eine Interkalibrierung der beiden oder mehreren Referenz- Gasflussmessgeräte ist es zudem möglich, Abweichungen innerhalb der Referenz geräte zu kompensieren. Hierzu ist die Magnetventileinheit wiederrum so gestal tet, eine serielle Schaltung der Referenz-Gasflussmessgeräte zu erlauben. Dementsprechend können die Referenz-Gasflussmessgeräte durch mittels der Magnetventileinheit realisierter Seriell-Schaltung interkalibriert werden (Selbst validierung). Bei entsprechender Auslegung der Umschalteinheiten können auch Komponenten im Prüfsystem selbst mit der Referenz-Massenflusseinrichtung überprüft werden (Selbstvalidierung).
Das System stellt eine Kompletteinheit dar, die automatisiert und ohne weitere Umbauten durch den Nutzer in der Lage ist, sowohl Flussvalidierungen als auch Aerosolvalidierungen durchzuführen. Bei den Flussvalidierungen können sämtli che die Genauigkeit beeinflussenden Flusselemente im zu testenden Gerät gegen über einem oder mehreren Referenz-Flussmessern (zum Beispiel MFM - Mass Flow Meter) validiert bzw. geprüft werden.
Bei der Aerosolvalidierung wird das zu testende Gerät, oder darin eine interne partikelführende Komponente oder Partikelsensor-Komponente mithilfe eines Mo dellaerosols gegenüber der Referenz-Partikelmesseinrichtung (zum Beispiel einem Referenz-Partikelzählinstrument, zum Beispiel CPC - Condensation Particle Coun ter) verglichen.
Die Validierungsvorgänge können nacheinander, automatisiert und in beliebiger Kombination der beteiligten Komponenten ohne Aus- oder Umbau von Komponen ten aus dem zu testenden Gerät durchgeführt werden. Es ist weder ein Umbau noch ein Umstecken, zum Beispiel von pneumatischen Verbindungen, zwischen dem Validierungssystem und dem zu testenden Gerät erforderlich. So kann ein Umbau während der verschiedenartigen Testsequenzen vermieden werden. Die Vielzahl der hierfür nötigen Ausgestaltungen an Gas- und Aerosolwegen wird durch die Gestaltung der Kugelventileinheit- (mehrere Kugelventile), der Mag netventileinheit (Vielzahl von Wegeventilen) gegeben. Es werden unter Umständen zudem Schalteinrichtungen im zu testenden System genutzt und gesteuert.
Die Umschalteinrichtung kann eine Ventileinrichtung, insbesondere eine Kugel- ventil-Umschalteinrichtung, z.B. eine Kugelhahnventil-Einheit, aufweisen, sowie eine Steuerungseinrichtung zum automatisierten Steuern der verschiedenen Be triebsarten und zum Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten. Dabei ist es möglich, neben den beiden Validierungsbetriebsarten (Flussvalidierung, Aerosol validierung) noch weitere Betriebsarten vorzusehen, so zum Beispiel einen parti kelfreien Betrieb und insbesondere einen Arbeitsbetrieb, in dem das zu testende Gerät sich im normalen Arbeitsbetriebszustand befindet. Somit kann das zu tes- tende Gerät im normalen Arbeitsbetrieb störungsfrei betrieben werden, wenn die Verbindungen zu dem Überprüfungssystem bestehen bleiben.
Die Anschlusseinrichtung kann mehrere Leitungen aufweisen, an denen das zu testende Gerät anschließbar ist. Hierbei können am zu testenden Gerät neben den zum Betrieb vorgesehenen Ein- und Ausgängen auch zusätzliche Verbindungen realisiert werden, um (in Verbindung mit den Umschalteinrichtungen und Schalt einrichtungen im zu testenden Gerät) gezielt zur Testung notwendige Flusswege zu einzelnen internen Komponenten des zu testenden Geräts zu realisieren. Dabei ist es insbesondere von Interesse, dass das zu testende Gerät lediglich einmal vollständig über die Anschlusseinrichtung an das Kalibrier- und Validier-System angeschlossen wird und danach sämtliche Validierungsbetriebsarten automatisch durchgeführt werden können, ohne dass weitere Umsteck- oder Anschlussmaß nahmen erforderlich sind.
Der Partikelgenerator ist an sich bekannt und dient zur Erzeugung von Partikeln in einem polydispersen Aerosol mit einer bestimmten Partikelgrößenverteilung.
Das Verdünnungssystem kann eine erste Verdünnungsstufe und eine zweite Ver dünnungsstufe (oder auch weitere Verdünnungsstufen) aufweisen, die je nach Ausstattung optional eine Konzentrationsanpassung und/ oder eine Flusserhö hung ermöglichen.
Zum Bereitstellen eines Unterdrucks für die Verdünnungsstufen und zur Förde rung des Aerosols und der Verdünnungsluft kann eine Drehschieberpumpe strom ab von dem Verdünnungssystem vorgesehen sein.
In der ersten Verdünnungsstufe kann eine druckgeregelte, von der Umgebung ab geschlossene Verdünnung durchgeführt werden, die keinem Umgebungsdruckein fluss unterliegt. Unabhängig von unterschiedlichen, von der Aerosolquelle bereit gestellten Flüssen wird damit stets der gleiche Druck in der Verdünnungsstufe eingeregelt. Damit können stets definierte, von der Umgebung und sonstigen Testbedingungen abgetrennte Druckverhältnisse erreicht werden.
Auch in der zweiten Verdünnungsstufe bzw. den weiteren Verdünnungsstufen kann eine druckgeregelte, von der Umgebung abgeschlossene Verdünnung statt finden, sodass entsprechend definierte, von der Umgebung und den sonstigen Testbedingungen abgetrennte Druckverhältnisse erreicht werden. Optional kann eine Klassifizier-Einrichtung vorgesehen sein, zum Klassifizieren der Partikel im Partikelfluss. Die Klassifizier-Einrichtung kann zum Beispiel eine Partikelgrößenklassifizierung bzw. -größenselektion erreichen. Entsprechende Ge räte sind bekannt, zum Beispiel ein Differential Mobility Analyser - DMA. Damit ist es möglich, ein monodisperses Aerosol mit einem gewünschten Partikeldurch messer aus dem vom Partikelgenerator erzeugten Aerosol auszuscheiden.
Da die Drücke in den beiden Verdünnungsstufen unabhängig von den Umge bungsbedingungen eingeregelt werden können, ist es zur Flussregelung, zum Bei spiel durch den DMA möglich, aktiv die Druckdifferenz zwischen den beiden Ver dünnungsstufen einzuregeln, sodass der sich somit einstellende Durchfluss den gewünschten Wert erreicht.
Je nach Ausstattung des Systems ist es somit möglich, stromab von dem Verdün nungssystem (am Ausgang der Partikelquelle) ein Modellaerosol mit Partikeln de finierter Größe und mit einer eingestellten bzw. bekannten Konzentration zu er halten. Dieses kann auch mittels der Referenz-Partikelmesseinrichtung vermes sen, charakterisiert und kontrolliert werden.
Es kann eine Vakuumpumpe vorgesehen sein, zum Bereitstellen eines Unter drucks für das Verdünnungssystem. Bei der Vakuumpumpe kann es sich um die oben bereits beschriebene Drehschieberpumpe handeln, die eine geregelte Unter druckbereitstellung ermöglicht. Unabhängig von unterschiedlichen, von der Aero solquelle (Partikelgenerator) bereitgestellten Flüssen wird damit stets der gleiche Druck in der jeweiligen Verdünnungsstufe eingeregelt. Somit bestehen stets defi nierte, von der Umgebung und sonstigen Testbedingungen unabhängige Druck verhältnisse für den Partikelgenerator, den Klassifizierer und den Referenzgeräten sowie dem zu überprüfenden Gerät.
Zwischen der Klassifizier-Einrichtung und der zweiten Verdünnungsstufe kann eine Venturi-Pumpe vorgesehen sein. Durch die Venturi-Pumpe kann ein zusätzli cher positiver Druckgradient erzeugt werden und dadurch der Fluss durch den Klassifizierer (DMA) eingeregelt werden. Die Venturi-Pumpe kann besonders vor teilhaft sein, weil sie den Aerosolstrom nicht verändert und sich insbesondere kaum Partikel ablagern können.
Zwischen der Venturi-Pumpe und der zweiten Verdünnungsstufe kann ein Bypass zu einem Auslass vorgesehen sein. Damit kann ein Teil des aus der Venturi- Pumpe austretenden Aerosolstromes über den Bypass abgezweigt und über den Auslass verworfen werden.
Für eine Linearitätsprüfung der Prüflinge (der zu testenden Geräte) muss häufig die Partikelkonzentration stark variiert werden, was üblicherweise durch eine starke Anhebung des Verdünnungsluftstroms realisiert wird. In diesem Fall kann zur Senkung der Partikelkonzentration ein entsprechender Anteil des Aerosols stromab von der Venturi-Pumpe und noch vor der zweiten Verdünnungsstufe ab gezweigt und verworfen werden.
Für die Flussvalidierungs-Betriebsart kann eine Magnetventileinheit vorgesehen sein, die strömungsmäßig zwischen dem zu testenden Gerät, optional der Um schalteinrichtung (zum Beispiel der Kugelventil-Umschalteinrichtung) und der Referenz-Gasflussmesseinrichtung angeordnet ist, derart, dass ein Gasfluss zwi schen der Umschalteinrichtung und der Referenz-Gasflussmesseinrichtung über die Magnetventileinheit ermöglicht wird. Damit kann erreicht werden, dass für die Flussvalidierung der Massenstrom verlustfrei über die Referenz-Gasflussmessein richtung geführt werden kann. Die Magnetventileinheit wird daher zur Realisie rung einer Vielzahl von Gaswegen und Strömungsrichtungen durch eine Vielzahl von Wegeventilen realisiert. Ebenso ist es möglich, dass bei der Realisierung eines Gasweges die Magnetventileinheit mehrfach auf getrennten Wegen durchströmt wird.
Bei der Flussvalidierung kann der Gasstrom durch die Magnetventileinheit entwe der über die Kugelventil-Umschalteinrichtung zum zu testenden Gerät geführt werden (z.B. wenn dieser Anschluss am zu testenden Gerät in einer anderen Be triebsart auch mit Aerosol versorgt werden soll) oder direkt von der Magnetventi leinheit zum zu testenden Gerät geführt werden (falls der Anschluss am zu tes tenden Gerät ausschließlich für die Gasflussmessung benötigt wird). Bei der Flussvalidierung sind jeweils auch umgekehrte Strömungsrichtungen möglich, also vom zu testenden Gerät zu der Magnetventileinheit im Prüfsystem.
Bei einer Variante ist die Umgebungsluft als Gasfluss über die Magnetventil einheit zu der Referenz-Gasflussmesseinrichtung und / oder zu der Kugelventil- Einheit zuführbar, wobei der Umgebungsluft-Gasfluss nach Durchströmen der Referenz-Gasflussmesseinrichtung über die Magnetventileinheit und/ oder über die Kugelventil-Einheit zu der Anschlusseinrichtung zuführbar ist, zum Zuführen des Umgebungsluft-Gasflusses zu dem zu testenden Gerät bzw. einer Komponente darin. Die Referenz-Gasflussmesseinrichtung kann ein oder mehrere Referenz- Gasflussmessgeräte aufweisen. Insbesondere kann die Referenz-Gasflussmess einrichtung zwei verschiedene Referenz-Gasflussmessgeräte aufweisen, nämlich ein erstes Referenz-Gasflussmessgerät für kleine Massenflüsse und ein zweites Referenz-Gasflussmessgerät für große Massenflüsse. Kleine Flüsse können bei spielsweise bis maximal 6 Liter pro Minute reichen, während große Flüsse zum Beispiel bis maximal 60 Liter pro Minute reichen können. Durch die Bereitstel lung der beiden Referenz-Gasflussmessgeräte ist es möglich, einen breiten Bereich von Massenflüssen zuverlässig und genau messen zu können.
Die beiden Referenz-Gasflussmessgeräte (z.B. Referenz-Massenflussmessgeräte - MFM - Mass Flow Meter - oder auch Referenz-Volumenflussmessgeräte) können auch interkalibriert, das heißt gegeneinander kalibriert werden, wie später noch anhand einer Ausführungsform erläutert wird.
Das gesamte Prüfsystem kann in Form einer mobilen Einheit ausgebildet sein. Insbesondere kann die Einheit in einem Gestell, Rahmen bzw. Schrank unterge bracht werden, der auch verschiebbar oder zum Beispiel auf Rollen verfahrbar ist. Damit können sämtliche Komponenten in dem Gestell bzw. Schrank unterge bracht werden, sodass das System auch zu verschiedenen zu testenden Geräten und Anlagen geführt werden kann. Es ist damit nicht erforderlich, jeweils auf wendige Auf- und Abbaumaßnahmen zu ergreifen, um verschiedene zu testende Geräte zu überprüfen.
Die Erfindung betrifft somit ein komplettes Prüfsystem für die Überprüfung, d.h. Validierung und/ oder Kalibrierung von Partikelmesssystemen im Sinne der Aero sol- sowie der Flussvalidierung.
Bei einer besonderen Ausführungsform kann dies insbesondere unter präzise de finierten und reproduzierbaren Bedingungen im gesamten Prüfsystem und / oder in einer dessen Komponentengruppen, unabhängig von sich verändernden Umge bungsbedingungen (Druck, Temperatur) erfolgen. Die veränderlichen Umgebungs bedingungen, zum Beispiel aufgrund des Installationsortes oder des Wetters, ha ben keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Messung, da die Druckregulierung der Flüsse unabhängig in einem geschlossenen System erfolgt.
Eine Vielzahl der Flüsse, Partikelverluste sowie Aerosol-Messeffizienzen des zu validierenden bzw. kalibrierenden Partikelmesssystems können so automatisch gesteuert, gemessen und überprüft werden - im Gesamten sowie in untergeordne ten Teilen. Mithilfe des beschriebenen Systems wird das technische Problem der regelmäßigen Wartung und Kalibrierung von in Prüfständen eingesetzten Parti kelmessgeräten deutlich vereinfacht. Aufgrund der mobilen Anordnung sämtlicher Komponenten ist es sehr leicht möglich, die automatisierten Prüfverfahren beider Betriebsarten zum Testen der jeweiligen Geräte durchzuführen. Dadurch wird ein hoher Standard der Messgenauigkeit für den Nutzer gewährleistet. Die Verände rungen in den jeweiligen Partikelmessgeräten, zum Beispiel aufgrund von fehler haften Bedienungen, können zuverlässig und automatisch bestimmt werden.
Bei einer Ausführungsform des Prüfsystems ist es möglich, nach Durchlauf einer Auswahl bzw. der Gesamtheit der verschiedenen Tests eine (automatische) Aus wertung und/ oder Berichterstellung durchzuführen. Dabei können einer oder mehrere der folgenden Punkte berücksichtigt werden:
Ausgabe eines Gesamt-Resultats: z.B. Prüfling/System in Ordnung bzw. nicht in Ordnung (im Rahmen gegebener Grenzwerte)
Darstellung von problematischen bzw. fehlerhaften (Teil-)Komponenten, unter Umständen inklusive deren Lokalisation und Handlungsvorschlägen
Abschätzung ggf. erhöhter Fehler-Spannen auf Basis der Testergebnisse Ausgabe von Faktoren zur Neujustierung von Komponenten im zum testen den Gerät. Unter Umständen direkte Neu-Justage des Systems oder der Kompo nente (Programmierung neuer Justagefaktoren) durch die Steuerung (6)
Ausgabe eines gesamten Kalibrier-Reports mit allen relevanten Ergebnis sen, z.B. zum Nachweis der Konformität des zu testenden Gerätes in Bezug auf entsprechende Richtlinien oder Normen.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden nachfolgend anhand von Bei spielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Übersicht über ein Beispiel eines erfindungsge mäßen Prüfsystems zum Validieren bzw. Kalibrieren von Aerosol- und Flussmessgeräten;
Fig. 2 eine detailliertere Darstellung des Systems von Fig. 1 ;
Fig. 3 das System in der Aerosolvalidierungs-Betriebsart; und
Fig. 4 das System in der Flussvalidierungs-Betriebsart. Fig. 1 zeigt ein als Prüfsystem dienendes Kalibrier- und Validier-System 1 zum Validieren von Aerosol- und Flussmessgeräten in einem an das System anschließ baren, zu testenden Gerät.
Die meisten Komponenten des Systems 1 sind in einem temperierten Schrank 2 untergebracht. Der Schrank 2 kann zum Beispiel auf Rollen montiert und auf die se Weise leicht bewegbar sein, um ihn für die jeweiligen Kalibrier- bzw. Validier vorgänge an den gewünschten Ort zu bewegen.
An einer an dem Schrank 2 gut zugänglichen Anschlusseinrichtung 3 ist ein zu testendes Gerät 4 anschließbar. Zu diesem Zweck können an der Anschlussein richtung 3 eine oder mehrere Leitungen vorgesehen sein, die - im einfachsten Fall - über Steckkupplungen verfügen, sodass die entsprechenden Leitungsanschlüsse lediglich eingesteckt werden müssen.
Zwischen den später noch erläuterten Komponenten Kugelventil-Umschalteinrich- tung 12, zu testendem Gerät 4 und Magnetventileinheit 16 können jeweils mehre re parallele Leitungen ausgeführt sein können (z.B. je zu einem Anschluss des zu testenden Geräts 4, welcher einzeln durch die Umschalteinrichtung ausgewählt werden kann).
Das zu testende Gerät 4 ist über die durch einen symbolischen Kasten dargestell te Anschlusseinrichtung 3 mit dem System 1 in dem Schrank 2 verbunden. Es kann sich bei dem zu testenden Gerät 4 auch um eine größere Anlage, z.B. einen Prüfstand handeln, in dem mehrere Messgeräte vorgesehen sind, die an das Sys tem 1 angeschlossen werden, um von diesem überprüft zu werden.
Bei Bedarf können an der Anschlusseinrichtung 3 noch weitere Geräte 5 ange schlossen werden.
Weiterhin ist eine das Gesamtsystem steuernde Steuerung 6 vorgesehen. Die Steuerung 6 kann einerseits an dem zu testenden Gerät 4 vorgesehen sein. Sie kann aber auch Teil des Systems 1 sein und in diesem Fall ebenfalls in oder an dem Schrank 2 untergebracht sein. Die Steuerung 6 kann somit sowohl das Sys tem 1 als auch das zu testende Gerät 4 vollständig steuern. Die Steuerung 6 kann auch voneinander unabhängige Teilsteuerungen aufweisen, die jeweils getrennt voneinander oder koordiniert zueinander das System 1 und das zu testende Gerät 4 ansteuern. Die Steuerung 6 ist in der Lage, sämtliche Komponenten des Systems 1 anzusteu ern, um die verschiedenen Betriebsarten automatisch durchzuführen. Auch ein Umschalten der verschiedenen Betriebsarten kann mithilfe der Steuerung 6 auto matisch erfolgen. Es ist somit möglich, nach dem einmaligen Verbinden des zu testenden Geräts 4 mit dem System 1 über die Anschlusseinrichtung 3 sämtliche Kalibrier- und Validiervorgänge in einem Zug automatisch durchführen zu lassen, ohne dass ein Bediener zwischendurch irgendwelche Umschalt- oder gar Umbau maßnahmen vornehmen muss. Die verschiedenen Arbeitsschritte werden durch die Steuerung 6 nacheinander in beliebiger bzw. geeigneter Sequenz durchgeführt, ohne dass ein Eingriff durch einen Bediener notwendig ist.
Nachfolgend werden das System 1 und die wesentlichen Komponenten erläutert:
Ein an sich bekannter Partikelgenerator 7 erzeugt ein polydisperses Aerosol mit einer bestimmten Partikelgrößenverteilung. Aufgrund eines in dem System 1 be stehenden Druckgradienten, der zum Beispiel durch eine oder mehrere in Fig. 1 nicht dargestellte Pumpen erzeugt werden kann, strömt der Partikelaerosolstrom in ein Verdünnungssystem 8, in dem der Partikelstrom konditioniert und ver dünnt werden kann. Dazu wird dem Verdünnungssystem 8 Verdünnungsluft 9 von außen zugeführt. Zudem kann eine Klassifiziereinrichtung 10 vorgesehen sein, die die Partikel genauer klassifiziert, um ein monodisperses Aerosol mit gewünschtem Partikeldurchmesser ausscheiden zu können. Die Klassifiziereinrichtung 10 kann zum Beispiel ein an sich bekannter Differential Mobility Analyser (DMA) zur Parti kelgrößenklassifizierung und -größenselektion sein. Die gewünschte Partikelselek tion kann beispielsweise mithilfe einer elektrostatischen Klassifizierung durchge führt werden.
In dem Verdünnungssystem 8 können eine oder mehrere, im hier gezeigten Bei spiel zwei Verdünnungsstufen vorgesehen sein. Die Ausgestaltung erfolgt je nach Bedarf der Konzentrationsanpassung und Flusserhöhung.
Stromab von dem Verdünnungssystem 8 wird ein Teil des Massenstroms zu einem Auslass 1 1 geführt, während ein anderer Teil zu einer Kugelventil-Umschalt- einrichtung 12 (auch: Kugelhahnventil-Einheit) geführt wird. Die Kugelventil- Umschalteinrichtung 12 ist Teil einer Umschalteinrichtung zum Umschalten des Gasflusses in Abhängigkeit von der gewünschten Betriebsart, die später noch er läutert wird, sowie der Zuführung des Aerosols bzw. Flusses an verschiedene Stel len des zu testenden Gerätes 4. Die Kugelventil-Umschalteinrichtung 12 ermöglicht zudem ein Aufschalten einer Referenz-Partikelmesseinrichtung 13, die im gezeigten Beispiel zwei Referenz- Partikelmessgeräte, ein erstes Referenz-Partikelmessgerät 14 und ein zweites Re ferenz-Partikelmessgerät 15 aufweist. Der zu den Referenz-Partikelmessgeräten 14, 15 geführte Massenstrom kann durch einen nicht gezeigten Flussteiler 13a abgezweigt werden.
Die Referenz-Partikelmessgeräte 14, 15 können zum Beispiel eine CPC-
Kalibrierung ermöglichen (Condensation Particle Counter), bei der mithilfe von Kondensationskernzählern die Zählraten des entsprechend angeschlossenen zu testenden Geräts 4 gegenüber den Referenz-Partikelmessgeräten 14, 15 verglichen wird.
Der andere Teil des Modellaerosols, der nicht zu der Referenz-Partikelmesseinrich tung 13 geführt wird, gelangt über die Anschlusseinrichtung 3 zu dem zu testen den Gerät 4 und dort z.B. zu dem Partikelmessgerät im Inneren des zu testenden Geräts 4. Durch den Vergleich der Zählwerte der Referenz-Partikelmessgeräte 14, 15 einerseits und des zu testenden Gerätes 4 oder eines Partikelsensors darin können letztere validiert bzw. kalibriert werden. Somit wird entweder das Messge rät im zu testenden Gerät 4 alleine gegen die Referenz-Partikelmessgeräte 14, 15 validiert bzw. kalibriert oder es werden die Partikelverdünnung sowie Partikelver luste im zu testenden Gerät 4 im Gesamten oder im Einzelnen mit vermessen.
Auch andere Messverfahren sind möglich, zum Beispiel eine VPR-Kalibrierung (Volatile Particle Remover) zum Erfassen der Partikelverluste über Komponenten im zu testenden System über entsprechende Zählraten am Ein- und Ausgang der Komponente (Wechsel durch Kugelventil-Umschalteinrichtung).
Die oben beschriebene erste Betriebsart mit deren diversen Tests kann auch als Aerosolvalidierungs-Betriebsart bezeichnet werden.
Für das (automatische) Durchführen der als zweite Betriebsart dienenden Fluss- validierungs-Betriebsart schaltet die Steuerung 6 die Kugelventil-Umschaltein- richtung 12 in geeigneter Weise um, sodass eine Verbindung eines Anschlusses des zu testenden Geräts zu einer Magnetventileinheit 16 geschaffen wird. Zudem können direkte Gaswege zwischen zu testenden Gerät und Magnetventileinheit vorgesehen sein. Die Magnetventileinheit 16 weist Magnet-Wegeventile auf, die verschiedene Strömungswege öffnen und schließen können, je nach Ansteuerung durch die Steuerung 6. Mit der Magnetventileinheit 16 ist eine als Referenz- Gasflussmesseinrichtung dienende Referenz-Massenflussmesseinrichtung 17 strömungsmäßig gekoppelt, in der ein oder mehrere später noch beschriebene Re ferenz-Massenflussmessgeräte vorgesehen sind.
Der in der Flussvalidierungs-Betriebsart durch die Referenz-Massenflussmessein richtung 17 geführte Gas- bzw. Massenfluss wird dort präzise gemessen und an schließend zu einer - durch die Ventileinheiten (des Prüfsystem und des zu tes tendem Gerät) - seriell geschalteten Flussmess-Komponente im zu testenden Gerät 4 geführt, wo ebenfalls eine Messung dieses Massenflusses erfolgt. Auf diese Wei se kann das in dem zu testenden Gerät 4 vorgesehene und dort als Gasflussmess gerät dienende Massenflussgerät durch einen Vergleich mit den Ergebnissen der Referenz-Massenflussmesseinrichtung 17 validiert bzw. kalibriert werden. Sequen tiell können somit eine Auswahl oder alle der Flussmesskomponenten im zu tes tenden Gerät überprüft werden.
Die Strömungsrichtung des Gasflusses kann auch umgekehrt erfolgen. So ist es möglich, dass der Gasfluss zunächst die Messgeräte im zu testenden Gerät 4 durchströmt und anschließend durch das System 1 geführt wird, um auf diese Weise die Messgeräte des zu testenden Geräts 4 zu überprüfen. Durch die Ausle gung der Magnetventileinheit ist eine Umschaltung beider Strömungsrichtungen möglich. Hierbei kann zudem die Strömungsrichtung durch die richtungsgebun dene Referenz-Massenflusseinrichtung trotzdem gleich gehalten werden. Auch kann durch die die gesamte Ventilkonfiguration eine Überprüfung anderer inter ner Flussmesskomponenten des Prüfsystems selbst (z.B. Verdünnungsluft-MFM) ermöglicht werden.
Fig. 2 zeigt einen detaillierteren Aufbau des Systems 1 von Fig. 1 .
In der Aerosolvalidierungs-Betriebsart gelangt der Partikelstrom vom Partikelgene rator 7 in eine erste Verdünnungsstufe 18 , wo Verdünnungsluft über einen Parti - kelkonditionierer 19 zugeführt wird. Zur besseren Darstellung ist in den Figuren 2 bis 4 der Verdünnungsluftstrom durch umrandete Pfeile dargestellt, während der Aerosolstrom durch vollschwarze Pfeile symbolisiert ist.
Stromab von der Verdünnungsstufe 1 ist die Klassifiziereinrichtung 10 (optional) vorgesehen, hinter der wiederum eine Venturi-Pumpe 20 zum Erzeugen eines Druckgradienten in dem Verdünnungssystem 8 vorgesehen ist. Stromab von der Venturi-Pumpe 20 ist eine zweite Verdünnungsstufe 21 angeord net.
Zum Erzeugen eines Aerosolstroms und eines dafür notwendigen Druckgradienten ist zudem eine Pumpe 22, zum Beispiel eine Drehschieberpumpe, vorgesehen, die einen Massenstrom zum Auslass 1 1 fördert. Die Pumpe 22 hat entsprechende An schlüsse zu der ersten Verdünnungsstufe 18 und zu der zweiten Verdünnungsstu fe 21 .
Zudem können weitere Zuführungen von Umgebungsluft über einen Druckminde rer 23 und verschiedene als Gasflussmessgeräte dienende Massenflussmessgeräte (Mass Flow Meter - MFM) 24 vorgesehen sein, um die jeweiligen Gas- bzw. Mas senströme überwachen zu können. Damit ist eine vollständige Kontrolle der Mas sen- bzw. Aerosolströme möglich, sodass schließlich ein vollständig definierter und kontrollierter Modellaerosolstrom 25 zu der Kugelventil-Umschalteinrichtung 12 (Kugelhahnventil-Einheit) gefördert wird.
Die vorstehend erläuterte Bereitstellung des Modellaerosolstroms 25 („Partikel quelle“) dient zur Verdeutlichung eines konkreten Anwendungsbeispiels. Das er findungsgemäße Prüfsystem (System 1 ) zum Überprüfen von Aerosolmessgeräten kann jedoch auch jede andere Partikelquelle zum Bereitstellen eines Partikel- Flusses (Aerosol) nutzen. Es kommt somit für die Bereitstellung des Modellaero solstroms 25 nicht darauf an, dass eine entsprechende Partikelquelle den oben beschriebenen Aufbau aufweist.
In der Aerosolvalidierungs-Betriebsart lässt die Kugelhahnventileinheit 12 den Aerosolstrom 25 in einfacher Weise zu den mittels Kugelventilen gewählten An schlüssen am zu testenden Gerät 4 sowie zum ebenso (mittels Kugelventil) aufge schalteten Referenz-Partikelmessgerät passieren. Dass Aerosol wird hierbei ent weder in der Kugelventil-Umschalteinrichtung 12 oder über einen optionalen Flussteiler 26 aufgeteilt. Ein Teil des Aerosolstroms gelangt über die Anschluss einrichtung 3 zu dem zu testenden Gerät 4 und dort zu dem in dem Gerät 4 inte grierten Partikelzähler. Ein anderer Teil gelangt zu einem der Referenz- Partikelmessgeräte 14, 15 , z.B. zu dem ersten Referenz-Partikelmessgerät 14, so dass die Zählwerte des Partikelzählers im zu testenden Gerät 4 mit den Werten des ersten Referenz-Partikelmessgeräts 14 abgeglichen werden können. Optional kann zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit auch noch das zweite Referenz-Partikelmessgerät 15 vorgesehen sein. Ohne weiteres kann die Anlage aber auch mit nur einem Referenz-Partikelmessgerät 14 betrieben werden.
Für die Flussvalidierungs-Betriebsart besteht weiterhin eine, gegebenenfalls meh rere Leitungsverbindungen aufweisende, Verbindung zwischen der Kugelventil- Umschalteinrichtung 12 und der Magnetventileinheit 16 sowie optional direkt zur Anschlusseinheit. Über die Magnetventileinheit 16 kann somit Umgebungsluft zu der Referenz-Massenflussmesseinrichtung 17 geführt werden, und anschließend wiederrum über die Magnetventileinheit 16 (und optional über die Kugelventilein heit) dem gewählten Anschluss des zu testenden Geräts 4 zugeführt werden.
Die Referenz-Massenflussmesseinrichtung 17 weist ein erstes Referenz-Massen- flussmessgerät 27 und ein zweites Referenz-Massenflussmessgerät 28 auf. Das erste Referenz-Massenflussmessgerät 27 kann zum Beispiel lediglich für kleinere Massenflüsse, zum Beispiel bis zu maximal 6 Liter pro Minute vorgesehen sein, während das zweite Referenz-Massenflussmessgerät 28 für größere Flüsse bis z.B. maximal 60 Liter pro Minute vorgesehen sein kann. Durch die Kombination der beiden Referenz-Massenflussmessgeräte 27, 28 kann ein breiter Dynamik-Bereich von Massenflüssen abgedeckt werden.
Fig. 3 zeigt das System 1 in der Aerosolvalidierungs-Betriebsart.
Da die einzelnen Komponenten und ihr Zusammenwirken bereits oben anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben wurden, erübrigt sich eine erneute umfassende Darstel lung zur Vermeidung von Wiederholungen.
Erkennbar ist jedoch, dass die Kugelventil-Umschalteinrichtung 12 (Kugelhahn ventil-Einheit) derart gestaltet ist, dass der Modellaerosolstrom 25 über die Ku- gelventil-Umschalteinrichtung 12 geführt und von dort auf die beiden Referenz- Partikelmessgeräte 14, 15 sowie zum gewählten Anschluss des zu testenden Ge räts 4 aufgeteilt wird.
Der Modellaerosolstrom 25 wird allgemein durch eine Partikelquelle bereitgestellt. Diese Partikelquelle kann durch die in Fig. 3 gezeigten Komponenten, insbesonde re durch den Partikelgenerator 7 und die Verdünnungsstufen 18, 21 gebildet wer den.
Fig. 4 zeigt das System in der Flussvalidierungs-Betriebsart. In diesem Fall ist der größte Teil der für die Aerosolvalidierung erforderlichen Komponenten ungenutzt und kann dementsprechend abgeschaltet werden. Ledig lich die Kugelventilumschalteinrichtung 12 wird genutzt, um die gemessenen Massenflüsse an das zu testende Gerät 4 zu führen.
Die Flussvalidierung erfolgt nach folgendem Schema:
Zunächst wird Umgebungsluft aus dem Inneren des Schranks 2 angesaugt. Die (durch Filterung im Wesentlichen partikelfreie) Umgebungsluft durchströmt - je nach Flussstärke gewählt durch die Magnetventileinheit 16 - eines der beiden Re ferenz-Massenflussmessgeräte 27, 28 (Mass Flow Meter), um den genauen Fluss zu bestimmen. Aus dem Ausgang des Referenz-Massenflussmessgeräts 27, 28 wird der nun genau bestimmte Massenfluss über die Magnetventileinheit 16 und/ oder die Kugelventil-Umschalteinrichtung 12 in das zu testende Gerät 4 eingeleitet. Die Einspeisung des Flusses erfolgt je nach zu untersuchender Komponente an dem zu testenden Gerät 4 an verschiedenen Stellen. Dementsprechend weist die An schlusseinrichtung 3 verschiedene Kopplungsstellen mit dem zu testenden Gerät 4 auf, wie in Fig. 4 erkennbar. Eventuell können in diesem Zusammenhang auch weitere, in dem zu testenden Gerät 4 vorhandene Ventile bzw. Komponenten ge nutzt oder geschaltet werden, um den Gasstrom entsprechend zu leiten.
In dem zu testenden Gerät 4 wird der eingespeiste Gas- bzw. Massenfluss evtl über darin enthaltene definiert geschaltete Ventil geleitet und dann mithilfe eines der dort vorhandenen Sensoren gemessen. Anschließend erfolgt ein Vergleich der gemessenen Flüsse des betreffenden Referenz-Massenflussmessgeräts 27, 28 mit den Ergebnissen der Sensoren in dem zu testenden Gerät 4. Im Anschluss daran kann ein Fehler detektiert sowie lokalisiert werden oder es können die Sensoren in dem zu testenden Gerät 4 korrigiert werden, sodass sie das Messergebnis des vom Referenz-Massenflussmessgerät 27, 28 gemessenen Fluss zeigen.
Je nach zu erwartendem Gas- bzw. Massenfluss (hängt meist von dem zu testen den Gerät 4 ab) wird entweder das erste Referenz-Massenflussmessgerät 27 oder das zweite Referenz-Massenflussmessgerät 28 verwendet, die jeweils für bestimm te Durchflussraten ausgelegt sind, wie oben bereits erläutert. Selbstverständlich sind auch andere Grenzwerte als die oben genannten denkbar, zum Beispiel für das erste Referenz-Massenflussmessgerät 27 ein Fluss von < 1 Liter pro Minute und für das größere zweite Referenz-Massenflussmessgerät 28 ein Fluss von > 1 Liter pro Minute. Je nach zu untersuchender Komponente in dem zu testenden Gerät 4 wird der Gas- bzw. Massenfluss an unterschiedlichen Stellen in das zu testende Gerät 4 eingespeist. Manche Anschlüsse in dem zu testenden Gerät 4 sind nur über einen Umweg über die Kugelventil-Umschalteinrichtung 12 erreichbar, wie auch in Fig. 4 erkennbar - insbesondere wenn dieser Anschluss ebenso für Tests in der Aero- solvalidierungs-Betriebsart verwendet wird. Die Flusswege sind dann insbesonde re durch Umschalten der Kugelventil-Umschalteinrichtung 12 entsprechend um- schaltbar.
Zur Verbesserung der Genauigkeit ist zudem eine Interkalibrierung der beiden Referenz-Massenflussmessgeräte 27, 28 möglich. Die Interkalibrierung, das heißt der gegenseitige Abgleich der Geräte 27, 28 (Selbstvalidierung), erfolgt nach fol gendem Schema:
Zunächst wird Umgebungsluft aus dem Schrankinneren angesaugt, die nachfol gend durch das erste Referenz-Massenflussmessgerät 27 strömt. Hier erfolgt die Bestimmung des genauen Flusses. Aus dem Ausgang des ersten Referenz- Massenflussmessgeräts 27 wird der nun genau bestimmte Fluss in das zweite Re ferenz-Massenflussmessgerät 28 eingeleitet, wo die Messung des eingespeisten Flusses ebenfalls erfolgt. Nachfolgend werden die gemessenen Werte von dem ers ten Referenz-Massenflussmessgerät 27 und von dem zweiten Referenz-Massen- flussmessgerät 28 verglichen. Das Ergebnis des zweiten Referenz-Massenfluss messgeräts 28 wird anhand des Ergebnisses des ersten Referenz- Massenflussmessgeräts 27 zunächst validiert und ggfs korrigiert (kalibriert). Die Umschaltung und Realisierung dieser Gaswege und des seriellen Flusses durch beide Referenz-Massenflussgeräte 27, 28 wird ebenso wie die Schaltung auf diver se Komponenten des zu testenden Geräts 4 durch die Auslegung der Magnetventi leinheit 16 realisiert. Hierbei kann der Gasfluss auch mehrfach auf getrennten Wegen durch die Magnetventileinheit 16 geleitet werden.

Claims

Patentansprüche
1 . System ( 1 ) zum Überprüfen von Aerosol- und / oder Flussmessgeräten in einem an das System anschließbaren, zu testenden Gerät (4), mit
einer Referenz-Partikelmesseinrichtung ( 13);
einer Referenz-Gasflussmesseinrichtung ( 17);
einer Anschlusseinrichtung (3) zum Anschließen des zu testenden Geräts (4); und mit
einer Umschalteinrichtung ( 12) zum Umschalten eines Gasflusses in Ab hängigkeit von einer gewünschten Betriebsart in verschiedenen Wegen, nämlich
+ in einer Aerosolvalidierungs-Betriebsart von einer Partikelquelle (7, 8) zu der Referenz-Partikelmesseinrichtung ( 13), oder
+ in einer Flussvalidierungs-Betriebsart zu oder von einer Ventileinheit ( 16) mit der Referenz-Gasflussmesseinrichtung ( 17);
wobei
in der Aerosolvalidierungs-Betriebsart wenigstens ein Teil des in dieser Be triebsart erzeugten partikelführenden Gasflusses durch die Referenz- Partikelmesseinrichtung ( 13) geführt wird und ein anderer Teil des Gasflusses durch die Anschlusseinrichtung (3) geführt wird, derart, dass der Gasfluss auch zu dem an der Anschlusseinrichtung (3) anschließbaren, zu testenden Gerät (4) führbar ist; und wobei
in der Flussvalidierungs-Betriebsart wenigstens ein Teil des in dieser Be triebsart erzeugten partikelfreien Gasflusses durch die Referenz-Gasflussmessein richtung ( 17) und von oder zu dem an der Anschlusseinrichtung (3) anschließba ren, zu testenden Gerät (4) geführt wird.
2. System nach Anspruch 1 , wobei die Anschlusseinrichtung (3) eine oder mehrere Leitungen aufweist, an denen das zu testende Gerät (4) anschließbar ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Partikelquelle (7, 8) zum Bereit stellen eines als Gasfluss dienenden Partikel-Flusses für die Aerosolvalidierungs- Betriebsart dient.
4. System nach Anspruch 3, wobei die Partikelquelle einen Partikelgenerator (7) zum Erzeugen von Partikeln aufweist.
5. System nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Partikelquelle wenigstens eine der folgenden Komponenten aufweist: ein Verdünnungssystem (8) zum Verdünnen des Partikel-Flusses mit Ver dünnungsluft; und/ oder
stromauf von dem Verdünnungssystem (8) einen Partikel-Konditionierer
( 19).
6. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verdünnungs system (8) eine erste Verdünnungsstufe ( 18) und wenigstens eine zweite Verdün nungsstufe (21 ) aufweist.
7. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verdünnungs system (8) eine Klassifizier-Einrichtung ( 10) aufweist, zum Klassifizieren der Par tikel im Partikel-Fluss.
8. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in der Flussvalidie- rungs-Betriebsart der Gasfluss wahlweise eine Strömungsrichtung von der Venti leinheit zu der Anschlusseinrichtung oder, umgekehrt, von der Anschlusseinrich tung zu der Ventileinheit aufweist.
9. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für die Flussvali- dierungs-Betriebsart eine als Ventileinheit dienende Magnetventileinheit ( 16) vor gesehen ist, die strömungsmäßig zwischen dem zu testenden Gerät (4), der Um schalteinrichtung ( 12) und der Referenz-Gasflussmesseinrichtung ( 17) angeordnet ist, derart, dass ein Gasfluss zwischen der Umschalteinrichtung ( 12) und der Re ferenz-Gasflussmesseinrichtung ( 17) über die Magnetventileinheit ( 16) ermöglicht wird.
10. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
Umgebungsluft als Gasfluss über die Magnetventileinheit ( 16) zu der Refe renz-Gasflussmesseinrichtung ( 17) und/ oder zu der Kugelventil-Einheit ( 12) zu- führbar ist; und wobei
der Umgebungsluft-Gasfluss nach Durchströmen der Referenz-Gasfluss messeinrichtung ( 17) über die Magnetventileinheit ( 16) und/ oder über die Kugel- ventil-Einheit ( 12) zu der Anschlusseinrichtung (3) zuführbar ist, zum Zuführen des Umgebungsluft-Gasflusses zu dem zu testenden Gerät (4).
1 1 . System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Referenz- Gasflussmesseinrichtung ( 17) wenigstens zwei verschiedene Referenz- Gasflussmessgeräte aufweist, nämlich ein erstes Referenz-Gasflussmessgerät (27) für kleine Gasflüsse und ein zweites Referenz-Gasflussmessgerät (28) für große Gasflüsse.
12. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das System ( 1 ) in Form einer mobilen Einheit (2) ausgebildet ist.
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