WO2022198254A1 - Kalibriereinheit für partikelmessgeräte - Google Patents

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WO2022198254A1
WO2022198254A1 PCT/AT2022/060089 AT2022060089W WO2022198254A1 WO 2022198254 A1 WO2022198254 A1 WO 2022198254A1 AT 2022060089 W AT2022060089 W AT 2022060089W WO 2022198254 A1 WO2022198254 A1 WO 2022198254A1
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WO
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test
dilution
aerosol
particle
unit
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Application number
PCT/AT2022/060089
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mario SCHRIEFL
Alexander Bergmann
Original Assignee
Avl Ditest Gmbh
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Publication date
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    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
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    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • Calibration unit for calibrating at least one particle measuring device, wherein an aerosol line is provided in the calibration unit, which connects a test aerosol inlet connection to a test aerosol outlet connection and the calibration unit provides a test aerosol with a predetermined concentration of test particles at the test aerosol outlet connection.
  • particulate matter pollution is a highly relevant health issue. Therefore, the analysis of particulate matter, for example as emissions from diesel engines, is of crucial importance, especially in the case of alveolar particle sizes.
  • the automotive industry in particular, but also shipping, contributes significantly to this pollution, for example through particles in an exhaust gas stream of a combustion engine, but also through other particle emissions, such as brake wear particles.
  • Regulations for the reduction or even avoidance of particulate matter pollution exist at national and supranational level. Measuring methods of particles, as well as particle measuring devices and their properties are well known. Such particle measuring devices are required in a large number of applications where either particle sizes and/or particle concentration or other particle characteristics are to be determined.
  • particle measuring devices In order to determine a reliable statement about, for example, the particle concentration of a known size in an aerosol, such particle measuring devices must be calibrated and maintained regularly, because drift or other deviations of the particle measuring device often influence the quality of the measurement in the short or long term. Such particle measuring devices are therefore subject to controls in production and also regular controls by quality control in a company.
  • IENW/BSK-2019/202498 (as amended on 11/21/2019).
  • a measurement is compared to a traceable reference device using particles in an aerosol with a geometric mean size (GMD) of 80 nm and at least 5 measuring points including the lowest and highest value of the measuring range (e.g. 5,000 pt/ccm, 50,000 pt/ccm, 100,000 pt/ccm, 500000 pt/ccm, 5000000 pt/ccm).
  • GMD geometric mean size
  • WO 2015/054462 A1 shows a calibration unit for particle measuring devices with a particle generator, a dilution stage via a dilution bridge, a mixing unit and a reference measuring device.
  • the range of the measured test particles is in a very low range with 1,000 pt/L, which corresponds to 1 pt/ccm. These values are extremely low for real particulate matter pollution.
  • WO 2019/120821 A1 discloses a calibration unit for particle measuring devices with two dilution stages and a classification unit.
  • the dilution stages are controlled via valves and venturi pumps.
  • errors in the activation of valves are high and the measurement of the particle concentration is inaccurate.
  • No concentration ranges for particle measurement are given in the disclosure.
  • the calibration units according to the state of the art allow only limited concentration gradations of the produced particle concentration. A flexible, in particular stepless, adjustment of the particle concentration is therefore not possible.
  • the object of the present invention is to provide a calibration unit that enables stepless adjustment with a large concentration range for real particulate matter emitters.
  • the technical problem is solved in that the concentration of test particles in the test aerosol can be continuously adjusted using at least one pump by means of a dilution loop.
  • Various methods can be used to dilute the particle concentration of a test aerosol.
  • part of the test aerosol is taken from an aerosol line, filtered and returned to the aerosol line as a particle-free portion.
  • An aerosol line connects a test aerosol connection to a test aerosol outlet connection, with a dilution loop being arranged between the test aerosol connection and the test aerosol outlet connection.
  • An aerosol in a preferred embodiment a test aerosol, enters the calibration unit with a specific volume flow at the test aerosol connection. From this aerosol line, part of the volume flow is conducted into the dilution loop according to the invention.
  • the level of the extracted volume flow is controlled by an adjustable pump and may not exceed the volume flow itself, in which case the concentration of test particles would be zero.
  • the higher the volume flow the better this dilution loop works, because precise control via the pump is then better possible.
  • This favors the parallel calibration of several particle measuring devices.
  • stepless dilution within different concentration ranges can be made possible, thus ensuring effective calibration of a particle measuring device at the test aerosol outlet connection.
  • expansion tanks can be used before and after the pump to eliminate any pump pulsations and thus ensure stable pump operation
  • the calibration unit according to the invention can work with a large number of different test particles.
  • test aerosols can use test particles from real emitters to be fed into the calibration unit.
  • the filter unit in the dilution loop effectively removes the particles in an aerosol.
  • at least one particle filter is arranged in the dilution loop according to the invention.
  • Particles from, for example, real emitters can also be classified in order to obtain a desired particle size distribution. In a preferred embodiment, this can be implemented using filters with a defined mesh size, or “cut-off”. Others too Classification units are conceivable. In this way, for example, a desired particle size distribution can also be set. Different particle filters with different mesh sizes can also be used.
  • a test aerosol can be made available at the test aerosol connection via a particle generator of the calibration unit.
  • particle generators can produce test particles with different size distributions and concentrations. This can be achieved, for example, via defined combustion, defined evaporation of a solvent after atomization, or ultrasonic evaporation. Depending on the application of the particle measuring device, it may be necessary to generate a test aerosol with a specific test particle size.
  • a gas can also be fed to a particle generator in order to dilute the aerosol provided and to set a specific concentration of test particles.
  • the calibration unit can preferably supply a test aerosol to several particle measuring devices in parallel at the test aerosol outlet connection. This can enable simultaneous calibration of several particle measuring devices.
  • the calibration unit especially the dilution loop, can be designed in such a way that a high volume flow of test aerosol can be processed, thereby enabling a high degree of parallelization.
  • a pressure sensor arranged in front of it can make it possible for the necessary input pressure for the particle measuring devices in the calibration device to be maintained.
  • the volume flow of test aerosol can, for example, be readjusted automatically in order to ensure a target value for the admission pressure.
  • dilution systems can also be used to increase the dynamic dilution range.
  • a gas is supplied to the test aerosol.
  • the diluted volume flow results from the sum of the volume flow of gas and the volume flow of test aerosol.
  • high dilution rates can only be achieved with difficulty because the volume flow of gas cannot be determined with sufficient accuracy.
  • concentration range of the test particles in a volume flow of the test aerosol would have to be reduced by two orders of magnitude, this would correspond to a dilution factor of 100:1.
  • the flow rate of the gas should be 9.99 Ipm, while the volume flow of test aerosol should only be 0.01 Ipm.
  • Such second diluents can therefore preferably be used for pre-dilution with a low dilution factor, since they are easy to implement and ensure a homogeneous test aerosol.
  • these diluters can increase the total volume flow in the calibration unit by adding gas, for example a particle-free gas, and thus enable more precise adjustment via the dilution loop according to the invention.
  • Diluent bridges can also be used as diluents.
  • Dilutor bridges are a subspecies of the "Bifurcated Flow Diluter" category, in which the test aerosol is divided into two branches, one of which filters the test particles of the test aerosol, while the other can use, among other things, a variable flow restriction.
  • the flow resistance can be designed, for example, as a needle valve or hose pinch device. Disadvantages of the diluter bridge are, for example, that there is no defined position of the needle valve that produces a reproducible concentration.
  • the diluter bridges can be used for constant dilutions because they make the measurement of the particle concentration highly reproducible with a single adjustment of a valve or other flow resistance.
  • Diluting bridges can therefore be used, for example, to change a concentration range in the calibration unit according to the invention as a third dilution stage.
  • such a diluting bridge can be switched on selectively via a flow control unit in order to switch between two predetermined concentrations of particles. This is advantageous for further increasing the range of a calibration.
  • only one dilution stage can be used in a calibration unit.
  • a mixing unit can be arranged after the dilution stages and the dilution loop according to the invention.
  • a mixing unit can contain flow breakers, which enable mixing or also generate a turbulent flow of the test aerosol. This ensures a spatially homogeneous distribution of the test particles in the test aerosol after the dilution loop.
  • the entire calibration process can be fully automated using a calibration unit.
  • the initial concentration of particles is important. This can be determined, for example, using an upstream reference measuring device.
  • a reference measuring device can also be arranged after the thinning loop according to the invention.
  • a reference measuring device can measure the concentrations of test particles, with a control loop providing an actual concentration on the reference measuring device, which can be set in the dilution loop, and which can display the calculated target concentrations as defined concentrations for at least one particle measuring device.
  • a reference device can also contain its own reference dilution stage, for example. This can function like a dilution loop and thereby improves the actual values obtained for a concentration of test particles on a reference measuring device for the calibration of the particle measuring device.
  • All valves can be controlled and switched over by a control unit.
  • a dilution stage can automatically switch between two dilution ranges. According to the invention, this can be realized via a diluter bridge.
  • the automated control of all valves can also be used to automatically carry out a response time test. This can sometimes be required for the routine test.
  • FIGS. 1 to 5 show advantageous configurations of the invention by way of example, schematically and not restrictively. while showing
  • FIG 1 shows the schematic structure of the calibration unit according to the invention.
  • 3 shows an exemplary structure of a calibration unit.
  • FIG 5 shows the control unit of the calibration unit according to the invention.
  • FIG. 1 shows a calibration unit 1 according to the invention in an advantageous embodiment.
  • a test aerosol 13 is supplied to the calibration unit 1 in the flow direction Z with a volume flow V.
  • the test aerosol 13 consists of a carrier gas with test particles 13a with a preferred monomodal particle size distribution.
  • Monomodal particle size distribution means a size distribution with a maximum value and a determinable deviation from the maximum value (standard deviation or variance), for example a logarithmic normal density distribution.
  • the test particles 13a in the test aerosol 13 can also have other particle size density distributions, such as bimodal or multimodal distributions, which have two or more size maxima of test particles 13a.
  • a test aerosol 13 with test particles 13a can be provided by a particle generator 2, for example.
  • a particle generator 2 can generate the test particles 13a, for example via combustion (combustion aerosol standard), or by discharge between two graphite electrodes (spark discharge) or by ultrasonic evaporation of a solution.
  • combustion combustion aerosol standard
  • spark discharge discharge between two graphite electrodes
  • ultrasonic evaporation of a solution the test particles 13a can be different and have other particle sizes and particle size distributions.
  • the particle generator 2 is usually not part of the calibration unit 1, but the calibration unit 1 can in principle be operated with any suitable particle generator 2 or other source for the test aerosol 13.
  • a particle generator 2 can produce test particles 13a made of NaCl crystals by atomizing and drying a saline solution (aerosol nebulizer) and make them available to the calibration unit 1 .
  • the calibration unit 1 can have a test aerosol inlet connection 19 to which the particle generator 2 can be connected.
  • the concentration of the test particles 13a in the test aerosol 13 is advantageously in a range of 4,000,000-7,000,000 pt/ccm, most preferably in a range of 5,000,000-5,500,000 pt/ccm. This concentration range can be particularly advantageous for any dilutions of the test aerosol 13 in the calibration unit 1 (as described below) and for the calibration of a particle measuring device 8.
  • the test aerosol 13 is transported further in the flow direction Z in the calibration unit 1 via an aerosol line 14 which is connected to the test aerosol connection 19 .
  • the aerosol line 14 can be made of different materials, which ensure the transport of the test aerosol 13 with test particles 13a.
  • the aerosol line 14 is preferably made of plastic, such as PVC, silicone, PTFE, etc., but other materials are also conceivable, for example stainless steel. Different materials can also be used for the aerosol line 14 in the calibration unit 1, in which case the inner wall of the line can preferably be antistatic or electrically conductive.
  • a dilution branch 20 branches off at a branch point 3, in which a dilution stage 6 is arranged. Downstream after the dilution stage 6, the dilution branch 20 is reintroduced into the aerosol line 14.
  • the dilution branch 20 and the dilution stage 6 form a dilution loop that enables the particle concentration to be continuously adjusted, as described below.
  • the pump 12 is in flow adjustable and enables the volume flow Vs of the test aerosol 13 to be regulated, which is branched off from the aerosol line 14 and passed via the dilution branch 20 .
  • the volume flow Vs is actively branched off from the aerosol line 14 by means of the pump 12 and this volume flow Vs does not result solely from the existing flow conditions.
  • the pump 12 can preferably be regulated in a range which is a volume flow Vs via the dilution branch 20 between zero and the total volume flow V of test aerosol 13 supplied.
  • the particle concentration in the test aerosol 13 can be influenced downstream of the junction of the dilution branch 20 in the aerosol line 14. Due to the controllability of the pump 12, this can be done practically steplessly, or at least in negligibly small increments.
  • the filter unit 17 is designed in such a way that all test particles 13a in the volume flow Vs of the test aerosol 13 are filtered out, a particle concentration of zero can also be generated if the pump 12 guides the entire supplied volume flow V via the dilution branch 20. This is advantageous, for example, in order to carry out a zero point calibration of a particle measuring device 8 downstream of the calibration unit 1 .
  • the pump 12 is switched off, no test aerosol 13 is passed through the dilution branch 20, so that no test particles 13a are filtered out of the volume flow V.
  • the dilution factor through the dilution loop would be zero.
  • only part of the volume flow V of the test aerosol 13 is routed via the dilution branch 20 , which enables flexible and stepless adjustment of the particle concentration at the outlet of the calibration unit 1 .
  • the supplied volume flow V is not changed in this embodiment, so that the same volume flow V leaves the calibration unit 1, for example at a test aerosol outlet connection 21. However, the particle concentration of this output volume flow V was adjusted as needed.
  • a particle measuring device 8 to be calibrated can be connected to the test aerosol outlet connection 21 and can now be calibrated with a defined, variable particle concentration.
  • the at least one pump 12 in the dilution branch 20 of the dilution loop is used to produce different dilutions of the test particles 13a in the test aerosol 13.
  • a concentration range for the calibration of a particle measuring device 8 can therefore be produced in a fluent manner.
  • the function of the thinning loop is explained in more detail in FIG. 2 in an exemplary embodiment.
  • the filter unit 17 can contain a plurality of HEPA filters arranged in parallel, through which the volume flow Vs of the test aerosol 13 is guided. These enable an increase in the effective filter area.
  • a serial arrangement of HEPA filters is also conceivable. This means that certain particle sizes can be classified, for example, if the HEPA filters have different mesh sizes.
  • the function of the dilution loop is made possible by at least one controllable pump 12 .
  • more than one pump 12 is also conceivable, for example in a parallel arrangement with different pump areas, in order to enable better control of the dilution loop at different volume flows in the calibration unit 1 .
  • one pump 12 can be precisely regulated in a low volume flow range, while a second pump 12 provides precise regulation for a high volume flow.
  • Diaphragm pumps, rotary vane pumps, etc. which can pump the required volume flow Vs of the test aerosol 13, can be used as the pump 12.
  • an equalizing tank 18 can be provided.
  • Such an expansion tank 18 is advantageous in order to compensate for pulsations in the pump 12 caused by pressure differences when the pump 12 is used.
  • equalizing tank 18 the dilution loop flows back into aerosol line 14.
  • FIG. 3 shows an advantageous embodiment of a calibration unit 1 according to the invention, which can be used for calibrating at least one particle measuring device 8, for example.
  • the at least one particle measuring device 8, most preferably a large number of particle measuring devices 8 can be used, for example, to measure aerosol particles in an exhaust gas from an engine, for example a diesel engine, for other particle emissions from a vehicle, for fine dust pollution measurements on busy roads, construction sites and the like are used.
  • the particle measuring devices 8 can be serviced and calibrated at regular time intervals, which is also referred to as periodic technical inspection.
  • the calibration unit 1 can preferably work with high volume flows V of test aerosol 13 . This can be preferred in order to achieve the most accurate possible dilution of the test aerosol 13 because the accuracy of the dilution increases at higher volume flows V. However, a high volume flow V can also be provided in order to be able to supply a plurality of particle measuring devices 8 with test aerosol 13 in parallel.
  • a calibration unit 1 can preferably be operated with a volume flow V of 5 to 30 lpm (liters per minute), most preferably in the range of 10-15 lpm.
  • a desired high volume flow V may not be provided by a particle generator 2 .
  • a second dilution stage 4 can therefore be provided in the calibration unit 1 on the input side, at least upstream of the dilution stage 6 in the aerosol line 14 .
  • This second dilution stage 4 can also be used to make a first pre-dilution of the test aerosol 13.
  • the test aerosol 13 is mixed with a particle-free gas 16 and diluted with it.
  • particle-free means that it does not contain any particles that are in the desired calibration range.
  • the second dilution stage 4 is a porous tube diluter.
  • this can implement a specified dilution factor of the test aerosol 13 in the preferred range of 2 to 10, most preferably 5 to 10.
  • This low dilution of the second dilution stage 4 is advantageous because it allows the dilution error to be kept small.
  • the volume flow V G of the particle-free gas 16 can be supplied, for example, via a volume flow or a mass flow controller.
  • the particle-free gas 16 can be compressed air from a compressed air supply or a compressor.
  • the compressed air can be used directly or processed particle-free via particle filters, such as HEPA filters, in order to provide particle-free air for the calibration unit 1 .
  • a first flow control unit 22 can be arranged in the aerosol line 14 at the inlet of the calibration unit 1, for example at the test aerosol inlet connection 19, which can preferably be configured as a valve, for example as a three-way valve.
  • the first flow control unit 22 can be used to route the test aerosol 13 either via an exhaust air line 23 in the direction of an exhaust air outlet 11 of the calibration unit 1 or via the aerosol line 14 in the direction of the dilution stage 6. If no volume flow V is required at the outlet of the calibration unit 1, the supplied volume flow V can simply escape as exhaust air via the exhaust air outlet 11 via the first flow control unit 22 and the exhaust air line 23 .
  • a third dilution stage 5 can be arranged in the aerosol line 14 downstream of the test aerosol inlet connection 19 , for example downstream of the second dilution stage 4 , but preferably upstream of the dilution stage 6 .
  • This third dilution stage 5 can be switched on as required via a flow control unit 24, for example a valve such as a three-way valve.
  • the third dilution stage 5 can be designed in such a way that a fixed dilution factor, in a preferred range of 0-1000, and in a most preferred range of 5-100, is achieved.
  • the third dilution stage 5 can be designed as at least one diluter bridge or as a bifurcated flow diluter.
  • This third dilution stage 5 is shown as an example in FIG. 4 as a dilution bridge.
  • the test aerosol 13 flows in flow direction Z in a constriction, which represents a flow resistance, with part of the test aerosol 13 following the direct flow path and another part of the test aerosol 13 following the parallel flow path via the filter module 17 .
  • the filter module 17 is preferably designed as a particle filter, for example as a HEPA filter.
  • the filter module 17 can also be made up of a plurality of particle filters, which can be arranged in parallel or in series in the filter module 17 .
  • the filter module 17 filters the test particles 13a out of the test aerosol 13 and thereby reduces the concentration of test particles 13a in the test aerosol 13.
  • Pre-dilution can advantageously be achieved by switching on the third dilution stage 5 via the flow control unit 24, preferably to a low concentration of test particles 13a, for example from 1,000,000 to 100,000 pt/ccm.
  • the third dilution stage 5 can be switched on as required.
  • This high concentration range preferably has a test particle 13a concentration of 5,000,000 to 100,000 pt/ccm.
  • a particle measuring device 8 can be calibrated first in the low concentration range and, after completion, to be calibrated further in the high concentration range.
  • the third dilution stage 5 can also be implemented several times in the calibration unit 1 according to the invention, for example connected in series. Then it is also possible to choose between different concentration ranges of test particles 13a in the pre-dilution.
  • the third dilution stage 5 is preferably switched on automatically via a control unit 18.
  • the input-side dilution stages 4, 5 are optional, it also being possible to implement only one of these dilution stages 4, 5 in the calibration unit 1.
  • the exhaust line 23 with the flow control unit 22 is optional and can be combined with the other components of the calibration unit 1 as desired.
  • a mixing unit 7 can be arranged in the direction of flow Z after the dilution loop.
  • the mixing unit 7 can preferably be designed as a laminar-static mixer.
  • buffer volumes in which the test particles 13a mix or mix in the test aerosol 13 via diffusion processes turbulent mixing of the test particles 13a in the test aerosol 13 via an ejector nozzle.
  • Such an ejector nozzle can itself be used as a further dilution, in that pressurized dilution air is blown through a venturi nozzle and the aerosol flow is drawn in in the vacuum area.
  • a bypass line 25 in which a pump 26 is arranged, can branch off from the aerosol line 14 via a branch point 27 downstream of the dilution loop 6 , optionally after the mixing unit 7 .
  • the bypass line 25 opens into the exhaust air line 23 downstream of the pump 26, or serves as separate exhaust air.
  • the volume flow V of test aerosol 13 through the calibration unit 1 can be increased via the bypass line 25, branch point 27 and the pump 26, also if necessary. This can be advantageous because the accuracy of the dilution is better at high volume flows.
  • a pressure sensor P can also be arranged downstream of the dilution loop 6 , optionally after the mixing unit 7 , in order to determine the pressure in the diluted test aerosol 13 .
  • the pressure sensor P can also be arranged in the bypass line 25 .
  • the pressure measurement via the pressure sensor P makes it possible to also set a desired admission pressure for a particle measuring device 8 connected to the calibration unit 1 via the bypass line 25 and the pump 26 .
  • the bypass line 25 with the pump 26, possibly with the pressure sensor P, is also optional and can also be implemented in the calibration unit 1 without the pre-dilutions on the input side.
  • the test aerosol 13 with the set concentration of test particles 13a reaches at least one particle measuring device 8, with a plurality of particle measuring devices 8 preferably being calibrated at the same time.
  • the number of possible particle measuring devices 8 depends on the volume flow V of the test aerosol 13 in the calibration unit 1.
  • a reference measuring device 10 can also be connected to the test aerosol outlet connection 21 of the calibration unit 1, which thus also receives the test aerosol 13 with the set concentration of test particles 13a.
  • the concentration of the test particles 13a in the test aerosol 13, which leaves the calibration unit 1, can thus be determined using the reference measuring device 10.
  • the reference measuring device 10 can also be a particle measuring device 8, which, however, has an accurate (and ideally traceable) calibration.
  • the reference device 10 can also be a particle counter traced back to a national standard with a higher accuracy than the particle measuring device 8 (eg a condensation germ counter).
  • a reference dilution stage 9 can be located in front of the reference measuring device 10, which can also be switched on as required via a flow control unit 27.
  • the Reference dilution stage 9 may be necessary in order to keep the concentration of the test particles 13a in the volume flow supplied to the reference measuring device 10 in an optimal range of a calibration characteristic 15′ of the reference measuring device 10. Determining the concentration of the test particles 13a using the reference measuring device 10 enables an x-value of the particle concentration to be specified for a calibration characteristic 15 (indicated in FIG. 3) of the particle measuring device 8. This allows the particle measuring device 8 to be calibrated. In principle, the error in characteristic curves at the limit values can be many times higher, as is indicated by way of example in confidence intervals 15a in calibration characteristic curve 15' of reference measuring device 10 in FIG. The concentration of the test particles 13a can therefore always be measured in a preferred manner in the central area of the calibration characteristic 15'.
  • the reference dilution stage 9 can therefore be designed like a dilution loop as described above, in order to keep the test particles 13a in the optimum range of the calibration characteristic 15' of the reference measuring device 10.
  • Such a calibration characteristic 15 is preferably determined via a regression.
  • a regression can be mapped using various functions, for example linear, polynomial, logarithmic or also using discontinuous functions.
  • a regression can be represented using a calibration characteristic 15 .
  • a particle concentration x can be plotted against a measurement signal y supplied by a particle measuring device 8, as shown in FIG.
  • More than one particle measuring device 8 is preferably calibrated at the same time. These calibration characteristics 15 can then be used, for example, to obtain the real particle concentration x in real operation via a measurement signal y.
  • the particle measuring device 8 can be designed in any way. Any possible measuring method for measuring signals y of the particle measuring device 8 which is familiar to a person skilled in the art can be used in a particle measuring device 8 .
  • the calibration unit 1 can be controlled via a control unit 18, as shown in FIG.
  • the control unit 18 can control the dilution stage 6 via the pump 12 in order to carry out the calibration with the required concentration of test particles 13a.
  • the setpoint for controlling the pump 12 in the dilution loop 6 can be changed via the control unit 18 in order to produce 5-15 discrete concentrations of test particles 13a.
  • the control unit 18, which can also monitor and control the calibration of the at least one particle measuring device 8, can therefore specify the concentration of test particles 13a in the test aerosol 13 at the test aerosol outlet connection 21 of the calibration unit 1.
  • control unit 18 can calculate the required volume flow V of test aerosol 13 .
  • three particle measuring devices 8 can be connected in parallel and have a requirement for 4 Ipm test aerosol 13 each Particle measuring device 8.
  • the reference measuring device 10 can have a requirement of 1.5 lpm test aerosol 13.
  • Control unit 18 now controls, for example, the inflow of particle-free gas 16 and the first flow control unit 22 in order to ensure the necessary volume flow V.
  • the required volume flow V can be readjusted if necessary if a pressure sensor P registers an inlet pressure that is too low at the entrance to the particle measuring devices 8 .
  • control unit 18 can also switch on second flow control unit 24 for further predilution in third dilution stage 5, in order to achieve a low concentration range of test particles 13a in test aerosol 13.
  • Control unit 18 can also control the concentration of test particles 13a via reference measuring device 10 .
  • the control unit 18 can carry out the calibration of each particle measuring device 8 via a calibration unit 1 in a controlled manner. If the calibration is successful, the particle generator 2 can be shut down and the volume flow V reduced to a minimum value in order to prevent the aerosol lines 14 from becoming blocked.
  • control via the control unit 18 can be specified by the user via a program routine and run completely automatically.
  • control unit 18 can be implemented as microprocessor-based hardware on which the program routine is executed.

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Abstract

Verfahren zum Einstellen einer Partikelkonzentration von Prüfpartikel (13a) in einem Prüfaerosol (13) an einem Prüfaerosolausgangsanschluss (21) einer Kalibriereinheit (1), wobei der Prüfaerosolausgangsanschluss (21) in der Kalibriereinheit über eine Aerosolleitung (14) mit einem Prüfaerosoleingangsanschluss (19) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Aerosolleitung (14) ein Volumenstrom (Vs) in einen an einer Abzweigstelle (3) angeordneten Verdünnungszweig (20) abgezweigt wird, wobei der Volumenstrom (Vs) mittels zumindest einer im Durchfluss regelbaren Pumpe (12) in Verdünnungszweig (20) eingestellt wird, und der abgezweigte Volumenstrom (Vs) über zumindest eine Filtereinheit (17) geführt wird, um Prüfpartikel (13a) aus dem Volumenstrom (Vs) im Verdünnungszweig (20) auszufiltern, und der gefilterte Volumenstrom wieder in die Aerosolleitung (14) rückgeführt wird.

Description

Kalibriereinheit für Partikelmessgeräte
Kalibriereinheit zur Kalibration zumindest eines Partikelmessgeräts, wobei in der Kalibriereinheit eine Aerosolleitung vorgesehen ist, die einen Prüfaerosoleingangsanschluss mit einem Prüfaerosolausgangsanschluss verbindet und die Kalibriereinheit am Prüfaerosolausgangsanschluss ein Prüfaerosol mit einer vorgebebenen Konzentration an Prüfpartikel bereitstellt.
Feinstaubbelastung ist in Zeiten erhöhter Mobilisierung und Globalisierung ein gesundheitlich höchst relevantes Thema. Daher ist die Analyse von Feinstaub, beispielsweise als Ausstoß von Dieselmotoren, speziell bei alveolengängigen Partikelgrößen, von entscheidender Bedeutung. Vor allem die Automobilindustrie, aber auch die Schifffahrt, trägt maßgeblich zu dieser Belastung bei, beispielsweise durch Partikeln in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, aber auch durch andere Partikelemissionen, wie z.B. Bremsabriebpartikeln. Regulationen zur Reduktion oder sogar Vermeidung der Feinstaubbelastung sind auf nationaler und supranationaler Ebene vorhanden. Messmethoden von Partikeln, sowie Partikelmessgeräte und deren Eigenschaften sind hinreichend bekannt. Solche Partikelmessgeräte werden in einer Vielzahl von Anwendungen benötigt, wo entweder Partikelgrößen und/oder Partikelkonzentration, oder andere Partikelcharakteristika bestimmt werden sollen. Um eine verlässliche Aussage über beispielsweise die Partikelkonzentration von bekannter Größe in einem Aerosol zu bestimmen, müssen solche Partikelmessgeräte regelmäßig kalibriert und gewartet werden, weil oftmals ein Drift oder andere Abweichungen des Partikelmessgeräts die Qualität der Messung auf kurze oder lange Dauer beeinflussen. Solche Partikelmessgeräte unterliegen daher Kontrollen in der Fertigung und auch regelmäßigen Kontrollen durch die Qualitätskontrolle in einem Unternehmen.
Die Kalibration solcher Partikelmessgeräte ist jedoch herausfordernd, da beispielweise eine Vielzahl an Größenordnungen im Konzentrationsbereich der Partikel optimalerweise in einem Vorgang kalibriert werden müssen, beispielsweise von 10 Partikel/Kubikzentimeter (pt/ccm) bis zu mehrehren Millionen pt/ccm. Dementsprechend sind Verdünnungsschritte eines Messaerosols während einer Kalibration unerlässlich, jedoch führen viele Verdünnungsschritte vor allem mit unterschiedlichen Volumina von Verdünnungsmittel und Kalibrierstandard durch lineare Fehlerfortpflanzung oftmals zu großen Fehlern, beispielsweise im zweistelligen Prozentbereich.
Im Zuge der Einführung der Partikelanzahlmessung für die Periodisch Technische Überprüfung werden derzeit kostengünstige Partikelzähler entwickelt. Diese Geräte werden im Zuge einer Baumusterprüfung auf Konformität überprüft, und danach in großen Stückzahlen hergestellt. Am Ende vom Herstellungsprozess müssen diese Geräte einzeln noch einmal im Zuge einer Kalibrierung überprüft werden (=Stückprüfung). Bei dieser Stückprüfung wird das Gerät üblicherweise zunächst justiert (z.B. nach einer 1 -Punkt Justierung), und anschließend erfolgt eine Kalibrierung, mit der überprüft wird, ob das einzelne Gerät innerhalb der Genauigkeitsgrenzen liegt. Diese Kalibrierung ist in der Gerätespezifikation definiert. Beispielsweise schreiben nationale und supranationale Normen Spezifikationen für Neugeräte und deren Wartung vor, wie die EU-Richtlinie 2014/32/EU, die Schweizer Verordnung über Abgasmessmittel von Verbrennungsmotoren (in der Fassung vom 1.12.2018) oder auch die Niederländische Norm No. IENW/ BSK-2019/202498 (in der Fassung von 21.11.2019). Letztere kennt eine NPTI ("new PH"; PTI = periodische technische Inspektion) welche vorschreibt, dass das Gerät bei der Stückprüfung einer Linearitätsmessung mit folgenden Spezifikationen unterzogen wird. Eine Messung wird gegenüber einem rückgeführten Referenzgerät mittels Partikel in einem Aerosol mit einer geometrischen, mittleren Größe (GMD) von 80 nm und mindestens 5 Messpunkte inklusive des geringsten und höchsten Wertes des Messbereichs (z.B. 5 000 pt/ccm, 50000 pt/ccm, 100000 pt/ccm, 500000 pt/ccm, 5000000 pt/ccm) durchgeführt.
Alle bekannten Verdünnungsverfahren haben jedoch den Nachteil, dass sie eine partikelgrößenabhängige Verdünnungscharakteristik aufweisen, und deshalb die Partikelgrößenverteilung (PND) verschieben. Zudem ist diese größenabhängige Verdünnungscharakteristik teilweise nicht langzeitstabil und ändert sich z.B. durch Zuwachsen von eingesetzten Filtern. Weiters lässt sich vielfach keine definierte Konzentration einstellen, stattdessen muss manuell die Verdünnung so eingestellt werden, dass das Referenzgerät, mit dem parallel gemessen wird, die gewünschte Konzentration anzeigt.
WO 2015/054462 A1 zeigt eine Kalibriereinheit für Partikelmessgeräte mit einem Partikelgenerator, einer Verdünnungsstufe über eine Verdünnungsbrücke, einer Mischeinheit und einem Referenzmessgerät. Der Bereich der gemessenen Prüfpartikel ist in einem sehr niedrigen Bereich mit 1.000 pt/L, was 1 pt/ccm entspricht. Diese Werte sind für reale Feinstaubbelastungen äußerst gering.
WO 2019/120821 A1 offenbart eine Kalibriereinheit für Partikelmessgeräte mit zwei Verdünnungsstufen und einer Klassifiziereinheit. Die Verdünnungsstufen werden über Ventile und Venturipumpen gesteuert. Im Regelfall sind Fehler bei der Ansteuerung von Ventilen hoch und die Messung der Partikelkonzentration ist ungenau. In der Offenbarung sind keine Konzentrationsbereich für die Partikelmessung angegeben.
Die Kalibriereinheiten nach dem Stand der Technik ermöglichen aufgrund der festgelegten Verdünnungsstufen lediglich eingeschränkte Konzentrationsabstufungen der erzeugten Partikelkonzentration. Eine flexible, insbesondere stufenlose, Einstellung des Partikelkonzentration ist damit nicht möglich.
Die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es eine Kalibriereinheit bereit zu stellen, welche eine stufenlose Einstellung mit großem Konzentrationsbereich für reale Feinstaubemittenten ermöglicht.
Die technische Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Konzentration von Prüfpartikel im Prüfaerosol mittels Verdünnungsschleife über zumindest eine Pumpe stufenlos eingestellt werden kann.
Für Verdünnungen der Partikelkonzentration eines Prüfaerosols können verschiedene Methoden angewandt werden. In der erfindungsgemäßen Verdünnungsschleife wird ein Teil des Prüfaerosols aus einer Aerosolleitung entnommen, gefiltert und wieder als partikelfreier Anteil der Aerosolleitung zugeführt. Eine Aerosolleitung verbindet einen Prüfaerosolanschluss mit einem Prüfaerosolausgangsanschluss, wobei eine Verdünnungsschleife zwischen Prüfaerosolanschluss und Prüfaerosolausgangsanschluss angeordnet ist. Am Prüfaerosolanschluss tritt ein Aerosol, in bevorzugter Ausführung ein Prüfaerosol, in die Kalibriereinheit mit einem bestimmten Volumenstrom ein. Aus dieser Aerosolleitung wird ein Teil des Volumenstrom in erfindungsgemäße Verdünnungsschleife geleitet. Die Höhe des entnommenen Volumenstroms wird über eine regelbare Pumpe geregelt, und darf maximal so hoch sein, wie der Volumenstrom selbst, wobei in diesem Fall die Konzentration an Prüfpartikel null wäre. Diese Verdünnungsschleife funktioniert umso besser, je höher der Volumenstrom ist, weil dann eine genaue Regelung über die Pumpe besser möglich ist. Dies begünstigt die parallele Kalibrierung von mehreren Partikelmessgeräten. Durch Steuern der Pumpendrehzahl kann so eine stufenlose Verdünnung innerhalb verschiedener Konzentrationsbereiche ermöglicht werden und dadurch eine effektive Kalibration eines Partikelmessgeräts am Prüfaerosolausgangsanschluss gewährleisten. Zudem können vor und nach der Pumpe Ausgleichsgefäße verwendet werden, um etwaige Pumpenpulsationen zu eliminieren und so eine stabile Funktion der Pumpe gewährleisten
Erfindungsgemäße Kalibriereinheit kann mit einer Vielzahl von verschiedenen Prüfpartikeln arbeiten. Beispielsweise können Prüfaerosole Prüfpartikel aus realen Emittenten verwenden, um in die Kalibiereinheit eingespeist zu werden. Die Filtereinheit in der Verdünnungsschleife entfernt effektiv die Partikel in einem Aerosol. Dafür ist in erfindungsgemäßer Verdünnungsschleife zumindest ein Partikelfilter angeordnet. Partikel aus beispielsweise realen Emittenten können dabei auch klassifiziert werden, um eine gewünschte Partikelgrößenverteilung zu erhalten. Das kann in einer bevorzugten Ausführungsform über Filter mit definierter Maschenweite, oder auch „Cut-off‘, realisiert werden. Auch andere Klassifiziereinheiten sind denkbar. So kann auch beispielsweise eine gewünschte Größenverteilung an Partikel eingestellt werden. Es könne auch verschiedene Partikelfilter unterschiedlicher Maschenweite verwendet werden. Das kann beispielsweise über eine serielle Anordnung von Partikelfilter ermöglicht werden, um nur gewisse Partikelgrößen zu entfernen. Es können nicht alle Partikelgrößen für Kalibration eines Partikelmessgeräts relevant sein. Es können auch mehrere Partikelfilter parallel angeordnet sein, um die effektive Filterfläche zu erhöhen. Das kann vorteilhaft sein, um einen längeren Betrieb der Kalibriereinheit zu ermöglichen, ohne verblockte Partikelfilter tauschen oder reinigen zu müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Prüfaerosol am Prüfaerosolanschluss über einem Partikelgenerator der Kalibriereinheit zur Verfügung gestellt werden. Solche Partikelgenerator können Prüfpartikel mit unterschiedlichen Größenverteilungen und Konzentrationen hersteilen. Das kann beispielsweise über definierte Verbrennung, definierte Verdampfung eines Lösungsmittels nach Verstäubung oder Ultraschallverdampfung erreicht werden. Je nach Anwendung des Partikelmessgeräts kann es notwendig sein ein Prüfaerosol mit bestimmter Prüfpartikelgröße zu erzeugen. Einem Partikelgenerator kann zusätzlich ein Gas zugeführt werden, um das bereitgestellte Aerosol zu verdünnen und, um eine bestimmte Konzentration an Prüfpartikel einzustellen.
Bevorzugterweise kann die Kalibiereinheit am Prüfaerosolausgangsanschluss mehreren Partikelmessgeräten parallel ein Prüfaerosol zuführen. Das kann eine gleichzeitige Kalibrierung von mehreren Partikelmessgeräten ermöglichen. Die Kalibiereinheit speziell die Verdünnungsschleife kann so ausgelegt sein, dass ein hoher Volumenstrom an Prüfaerosol verarbeitet werden kann und dadurch eine hohe Parallelisierbarkeit ermöglicht werden kann. Ein davor angeordneter Drucksensor kann ermöglichen, dass ebenfalls der nötige Eingangsdruck für die Partikelmessgeräte im Kalibriergerät eingehalten wird. Der Volumenstrom an Prüfaerosol kann beispielsweise automatisiert nachgeregelt werden, um einen Soll-Wert des Vordrucks zu gewährleisten.
Des Weiteren können noch andere Verdünnungssysteme zusätzlich verwendet werden, um den dynamischen Verdünnungsbereich zu erhöhen. Bei Verdünnung durch Zuführen von Verdünnungsluft wird zum Prüfaerosols ein Gas zugeführt. Der verdünnte Volumenstrom ergibt sich dabei als Summe des Volumenstroms an Gas und des Volumenstroms an Prüfaerosol. Bei diesem Verfahren können hohe Verdünnungsraten nur schwer realisieren sein, weil dafür der Volumenstrom an Gas nicht genau genug bestimmt werden kann. Bei einer bespielhaften Anordnung, bei welcher der Konzentrationsbereich der Prüfpartikel in einem Volumenstrom des Prüfaerosols um zwei Größenordnungen abgesenkt werden müsste, würde das einem Verdünnungsfaktor von 100:1 entspricht. Wenn der verdünnte Volumenstrom 10 Ipm (Liter pro Minute) beträgt, müsste der Volumenstrom des Gases 9.99 Ipm, während der Volumenstrom an Prüfaerosol nur 0.01 Ipm betragen dürfte. Daher können solche zweiten Verdünner in bevorzugter Weise für eine Vorverdünnung mit geringem Verdünnungsfaktor herangezogen werden, da sie einfach zu realisieren sind und ein homogenes Prüfaerosol gewährleisten. Weiters können diese Verdünner durch Gaszugabe eines beispielsweise partikelfreien Gases den gesamten Volumenstrom in der Kalibriereinheit erhöhen und damit eine genauere Einstellung über die erfindungsgemäße Verdünnungsschleife ermöglichen.
Als Verdünner können auch sogenannte Verdünnerbrücken verwendet werden. Verdünnerbrücken sind eine Unterart der Kategorie "Bifurcated Flow Diluter", bei denen das Prüfaerosol in zwei Zweige aufgeteilt wird, wobei in einem davon die Prüfpartikel des Prüfaerosols gefiltert werden, während im anderen ein, unter anderem variabler Strömungswiederstand eingesetzt werden kann. Bei der Verdünnerbrücke kann der Strömungswiderstand beispielsweise als Nadelventil oder Schlauchquetschvorrichtung ausgeführt sein. Nachteile der Verdünnerbrücke sind beispielsweise, dass es keine definierte Stellung des Nadelventils gibt, die reproduzierbar eine Konzentration produziert. In einer bevorzugten Ausführung können die Verdünnerbrücken für konstante Verdünnungen eingesetzt werden, weil diese durch einmalige Einstellung eines Ventils oder eines anderen Strömungswiderstands, das Messen der Partikelkonzentration hochproduzierbar werden lassen. Verdünnerbrücken können daher beispielsweise zum Ändern eines Konzentrationsbereichs in erfindungsgemäßer Kalibriereinheit als dritte Verdünnungsstufe eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführung kann eine solche Verdünnerbrücke über eine Durchflusssteuereinheit selektiv zugeschaltet werden, um zwischen zwei vorgegeben Konzentrationen an Partikeln zu wechseln. Das ist vorteilhaft um den Bereich einer Kalibration weiter zu erhöhen. Natürlich kann auch nur jeweils eine Verdünnungsstufe in einer Kalibriereinheit verwendet werden.
Zu der besseren Homogenisierung des Prüfaerosols kann nach den Verdünnungsstufen und erfindungsgemäßer Verdünnungsschleife eine Mischeinheit angeordnet sein. Eine Mischeinheit kann Strömungsbrecher enthalten, welche eine Vermischung ermöglichen, oder auch eine turbulente Strömung des Prüfaerosols erzeugen. Dadurch kann eine räumlich homogene Verteilung der Prüfpartikel im Prüfaerosol nach der Verdünnungsschleife sichergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das ganze Verfahren der Kalibration mittels Kalibriereinheit voll automatisierbar sein. Dabei ist prinzipiell die initiale Konzentration an Partikel wichtig. Diese kann beispielsweise über ein vorgelagertes Referenzmessgerät ermittelt werden. Ein solches Referenzmessgerät kann aber auch nach der erfindungsgemäßen Verdünnungsschleife angeordnet sein. Ein Referenzmessgerät kann die Konzentrationen an Prüfpartikel messen, wobei dabei eine Regelschleife eine Ist- konzentration am Referenzmessgerät erfassen kann, welche in der Verdünnungsschleife eingestellt werden kann, und die errechnete Soll-konzentrationen als definierten Konzentrationen für zumindest ein Partikelmessgerät darstellen kann. Ein Referenzgerät kann beispielsweise auch eine eigene Referenzverdünnungsstufe enthalten. Diese kann wie eine Verdünnungsschleife funktionieren und verbessert dadurch die erhaltenen Ist-Werte an einer Konzentration an Prüfpartikel an einem Referenzmessgerät für die Kalibration des Partikelmessgeräts.
Alle Ventile können von einer Kontrolleinheit ansteuerbar und umschaltbar sein. Eine Verdünnungsstufe kann beispielsweise automatisch zwischen zwei Verdünnungsbereichen umschalten. Erfindungsgemäß kann das über eine Verdünnerbrücke realisiert sein. Die automatisierte Ansteuerung aller Ventile kann außerdem verwendet werden, um eine Ansprechzeittest automatisch durchzuführen. Das kann teilweise bei der Stückprüfung gefordert sein.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt
Fig.1 zeigt den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Kalibriereinheit.
Fig.2 zeigt erfindungsgemäße Verdünnungsschleife
Fig.3 zeigt bespielhaften Aufbau einer Kalibriereinheit.
Fig.4 zeigt beispielhafte Verdünnungsbrücke
Fig.5 zeigt Kontrolleinheit der erfindungsgemäßen Kalibriereinheit.
Fig.1 zeigt eine erfindungsgemäße Kalibriereinheit 1, in einer vorteilhaften Ausgestaltung.
Der Kalibriereinheit 1 wird ein Prüfaerosol 13 in Strömungsrichtung Z mit einem Volumenstrom V zugeführt. Das Prüfaerosol 13 besteht aus einem Trägergas mit Prüfpartikel 13a mit einer bevorzugten monomodalen Partikelgrößenverteilung. Unter monomodaler Partikelgrößenverteilung versteht man eine Größenverteilung mit einem Maximalwert, und bestimmbarer Abweichung vom Maximalwert (Standardabweichung oder Varianz), beispielsweise eine logarithmische Normaldichteverteilungen. Die Prüfpartikel 13a im Prüfaerosol 13 können aber auch andere Partikelgrößendichteverteilungen aufweisen, wie bimodal oder multimodale Verteilungen, welche zwei oder mehrere Größenmaxima von Prüfpartikel 13a aufweisen.
Ein Prüfaerosol 13 mit Prüfpartikel 13a kann beispielsweise von einem Partikelgenerator 2 bereitgestellt werden. Es kann natürlich auch andere Quellen für das Prüfaerosol 13 mit den Prüfpartikeln 13a geben, beispielsweise ein Prüfaerosol 13 in einer Gasflasche. Ein Partikelgenerator 2 kann die Prüfpartikel 13a beispielsweise über Verbrennung (Combustion Aerosol Standard), oder über Entladung zwischen zwei Graphitelektroden (spark discharge) oder über Ultraschallverdampfung einer Lösung hersteilen. Die Prüfpartikel 13a können aber je nach verwendetem Partikelgenerator 2 unterschiedlich sein und andere Partikelgrößen und Partikelgrößenverteilungen aufweisen. Der Partikelgenerator 2 ist üblicherweise nicht Teil der Kalibriereinheit 1, sondern die Kalibriereinheit 1 kann grundsätzlich mit jedem geeigneten Partikelgenerator 2, oder anderer Quelle für das Prüfaerosol 13, betrieben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Partikelgenerator 2 Prüfpartikel 13a aus NaCI Kristallen durch Zerstäuben und Trocknen einer Kochsalzlösung (aerosol nebulizer) erzeugen und der Kalibriereinheit 1 bereitstellen. Die Kalibriereinheit 1 kann dazu einen Prüfaerosoleingangsanschluss 19 aufweisen, an dem der Partikelgenerator 2 angeschlossen werden kann. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, den Partikelgenerator 2 in der Kalibriereinheit 1 zu integrieren.
Die Konzentration der Prüfpartikel 13a im Prüfaerosol 13 liegt vorteilhaft in einem Bereich von 4,000,000 - 7,000,000 pt/ccm, höchst bevorzugt in einem Bereich von 5,000,000 - 5,500,000 pt/ccm sein. Dieser Konzentrationsbereich kann besonders vorteilhaft sein für allfällige Verdünnungen des Prüfaerosols 13 in der Kalibriereinheit 1 (wie weiter unten beschrieben) und für die Kalibration eines Partikelmessgeräts 8.
Das Prüfaerosol 13 wird über eine Aerosolleitung 14, die mit dem Prüfaerosolanschluss 19 verbunden ist, in der Kalibriereinheit 1 in Strömungsrichtung Z weitertransportiert. Die Aerosolleitung 14 kann aus verschiedenen Materialien sein, welche den Transport der Prüfaerosol 13 mit Prüfpartikel 13a gewährleisten. Bevorzugterweise ist die Aerosolleitung 14 aus Kunststoff, wie PVC, Silikon, PTFE usw., aber auch andere Materialien sind vorstellbar, beispielsweise Edelstahl. Es können auch unterschiedliche Materialien für die Aerosolleitung 14 in der Kalibriereinheit 1 verwendet werden, wobei die Leitungsinnenwand vorzugsweise antistatisch oder elektrisch leitend ausgeführt sein kann.
In der Aerosolleitung 14 zweigt an einer Abzweigstelle 3 ein Verdünnungszweig 20 ab, in dem eine Verdünnungsstufe 6 angeordnet ist. Stromabwärts nach der Verdünnungsstufe 6 wird der Verdünnungszweig 20 wieder in die Aerosolleitung 14 eingeleitet. Der Verdünnungszweig 20 und die Verdünnungsstufe 6 bilden eine Verdünnungsschleife aus, die eine stufenlosen Einstellung der Partikelkonzentration ermöglicht, wie nachfolgend beschrieben wird.
Die Verdünnungsstufe 6 besteht aus zumindest einer Filtereinheit 17 und zumindest einer, im Durchfluss regelbaren Pumpe 12. Die Filtereinheit 17 kann beispielsweise aus zumindest einem Partikelfilter, wie ein Hochleistungs-Schwebstofffilter (ULPA = Ultra-Low Penetration Air), Schwebstofffilter (HEPA = High-Efficiency Particulate Air) oder Hochleistungs- Partikelfilter (EPA = Efficient Particulate Air), bestehen. Die Pumpe 12 ist im Durchfluss regelbar und ermöglicht die Regelung des Volumenstroms Vs des Prüfaerosols 13, der von der Aerosolleitung 14 abgezweigt und über den Verdünnungszweig 20 geführt wird. Mittels der Pumpe 12 wird der Volumenstroms Vs aktiv von der Aerosolleitung 14 abgezweigt und dieser Volumenstroms Vs ergibt sich nicht alleine durch die vorhandenen Strömungsverhältnisse.
Die Pumpe 12 kann vorzugsweise in einem Bereich geregelt werden, der einen Volumenstrom Vs über den Verdünnungszweig 20 zwischen Null und dem gesamten zugeführten Volumenstrom V an Prüfaerosol 13 liegt. Nachdem in der Filtereinheit 17 Prüfpartikel 13a aus dem Volumenstroms Vs ausgefiltert werden, kann die Partikelkonzentration im Prüfaerosol 13 stromabwärts der Einmündung des Verdünnungszweiges 20 in die Aerosolleitung 14 beeinflusst werden. Aufgrund der Regelbarkeit der Pumpe 12 kann das praktisch stufenlos erfolgen, oder zumindest in vernachlässigbar kleinen Abstufungen.
Wenn die Filtereinheit 17 so ausgelegt ist, dass alle Prüfpartikel 13a im Volumenstrom Vs des Prüfaerosols 13 ausgefiltert werden, kann auch eine Partikelkonzentration von Null erzeugt werden, wenn durch die Pumpe 12 der gesamte zugeführte Volumenstrom V über den Verdünnungszweig 20 geführt wird. Das ist vorteilhaft, um beispielsweise eine Nullpunktkalibration eines Partikelmessgeräts 8 strömungsabwärts von der Kalibriereinheit 1 durchzuführen. Bei abgestellter Pumpe 12 wird kein Prüfaerosols 13 über den Verdünnungszweig 20 geführt, sodass keine Prüfpartikel 13a aus dem Volumenstrom V ausgefiltert werden. Damit wäre der Verdünnungsfaktor durch die Verdünnungsschleife gleich null. In bevorzugter Weise wird nur ein Teil des Volumenstroms V des Prüfaerosols 13 über den Verdünnungszweig 20 geleitet, was eine flexible und stufenlose Einstellung der Partikelkonzentration am Ausgang der Kalibriereinheit 1 ermöglicht.
Der zugeführte Volumenstrom V wird in dieser Ausführung nicht verändert, sodass derselbe Volumenstrom V die Kalibriereinheit 1, beispielsweise an einem Prüfaerosolausgangsanschluss 21, verlässt. Die Partikelkonzentration dieses Ausgangs Volumenstrom V wurde aber bedarfsgerecht angepasst. An den Prüfaerosolausgangsanschluss 21 kann ein zu kalibrierendes Partikelmessgerät 8 angeschlossen werden, dass nun mit einer definierten, veränderlichen Partikelkonzentration kalibriert werden kann.
Erfindungsgemäß wird die zumindest eine Pumpe 12 im Verdünnungszweig 20 der Verdünnungsschleife dazu verwendet, um verschiedene Verdünnungen der Prüfpartikel 13a im Prüfaerosols 13 herzustellen. Durch Steuerung des Durchflusses der Pumpe 12 kann daher fließend ein Konzentrationsbereich für Kalibration eines Partikelmessgeräts 8 hergestellt werden. Die Funktion der Verdünnungsschleife ist in Fig. 2 in einer beispielshaften Ausführung näher erläutert. In dieser beispielhaften Ausführungsform kann die Filtereinheit 17 eine Mehrzahl von HEPA Filtern in paralleler Anordnung enthalten durch welche der Volumenstrom Vs des Prüfaerosols 13 geführt wird. Diese ermöglichen eine Erhöhung der effektiven Filterfläche. Auch eine serielle Anordnung von HEPA Filtern ist vorstellbar. Dadurch kann beispielsweise ein Klassifizieren gewisser Partikelgrößen erfolgen, wenn die HEPA Filter unterschiedliche Maschenweiten haben. Das kann vorteilhaft sein, wenn eine bi- oder multimodale Partikelgrößenverteilung der Prüfpartikel 13a vorliegt. Die Funktion der Verdünnungsschleife wird über zumindest eine regelbare Pumpe 12 ermöglicht. Es ist aber auch mehr als eine Pumpe 12 denkbar, beispielsweise in paralleler Anordnung mit verschieden Pumpbereichen, um eine bessere Steuerung der Verdünnungsschleife bei verschieden hohen Volumenströmen in Kalibriereinheit 1 zu ermöglichen. Eine Pumpe 12 kann beispielsweise in einem niedrigen Volumenstrombereich genau regelbar sein, während eine zweite Pumpe 12 für einen hohen Volumenstrom genaue Regelung vorsieht. Als Pumpe 12 kommen Membranpumpen, Drehschieberpumpen, etc. in Betracht, welche den erforderlichen Volumenstrom Vs des Prüfaerosols 13 pumpen können. Nach der Filtereieinheit 17 und/oder nach der Pumpe 12 kann ein Ausgleichsgefäß 18 vorgesehen sein. Ein solches Ausgleichsgefäß 18 ist vorteilhaft, um Pulsationen der Pumpe 12, verursacht durch Druckdifferenzen bei Verwendung der Pumpe 12, auszugleichen. Nach Ausgleichsgefäß 18 mündet die Verdünnungsschleife wieder in Aerosolleitung 14.
In Fig.3 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kalibriereinheit 1 dargestellt, die beispielsweise für die Kalibration zumindest eines Partikelmessgeräts 8 verwendet werden kann. Das zumindest eine Partikelmessgerät 8, höchst bevorzugt eine Vielzahl von Partikelmessgeräten 8 (wie in Fig.3), können beispielsweise zur Messung von Aerosolpartikel in einem Abgas eines Motors, beispielsweise eines Dieselmotors, für andere Partikelemissionen eines Fahrzeugs, für Feinstaubbelastungsmessungen auf dichtbefahrenen Straßen, Baustellen und ähnlichem verwendet werden. Die Partikelmessgeräte 8 können bedarfsweise in regelmäßigen Zeitintervallen gewartet und kalibriert werden, was auch als periodische technische Inspektion bezeichnet wird.
Die Kalibriereinheit 1 kann bevorzugterweise mit hohen Volumenströmen V an Prüfaerosol 13 arbeiten. Das kann bevorzugt sein, um möglichst genaue Verdünnungen des Prüfaerosols 13 zu realisieren, weil die Genauigkeit der Verdünnung bei höheren Volumenströmen V zunimmt. Ein hoher Volumenstrom V kann aber auch dafür vorgesehen sein, um eine Mehrzahl an Partikelmessgeräten 8 parallel mit Prüfaerosol 13 versorgen zu können. Bevorzugterweise kann eine Kalibriereinheit 1 mit Volumenstrom V von 5 bis 30 Ipm (Liter pro Minute), in höchst bevorzugterweise im Bereich 10-15 Ipm betrieben werden. Ein gewünscht hoher Volumenstrom V wird möglicherweise von einem Partikelgenerator 2 nicht bereitgestellt. Daher kann in der Kalibriereinheit 1 eingangsseitig, jedenfalls stromaufwärts der Verdünnungsstufe 6 in der Aerosolleitung 14 eine zweite Verdünnungsstufe 4 vorgesehen sein. Diese zweite Verdünnungsstufe 4 kann auch dazu verwendet werden, um eine erste Vorverdünnung des Prüfaerosols 13 zu machen. In dieser zweiten Verdünnungsstufe 4 wird das Prüfaerosol 13 mit einem partikelfreien Gas 16 gemischt und damit verdünnt. „Partikelfrei“ bedeutet dabei, dass keine Partikel enthalten sind, die im gewünschten Kalibrationsbereich liegen.
Die zweite Verdünnungsstufe 4 ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein poröser Rohrverdünner (Porous Tube Diluter). Dieser kann mittels des partikelfreien Gases 16 einen festgelegten Verdünnungsfaktor des Prüfaerosol 13 im bevorzugten Bereich von 2 bis 10, höchst bevorzugt 5 bis 10 realisieren. Diese niedrige Verdünnung der zweiten Verdünnungsstufe 4 ist vorteilhaft, weil dadurch der Verdünnungsfehler klein gehalten werden kann.
Der Volumenstrom VG des partikelfreien Gases 16 kann beispielsweise über Volumenstrom oder Massenstromregler zugeführt werden. Bevorzugterweise kann das partikelfreie Gas 16 Druckluft aus einer Druckluftversorgung oder einem Kompressor sein. Die Druckluft kann direkt verwendet werden, oder aber über Partikelfilter, wie beispielsweise HEPA Filter, partikelfrei prozessiert werden, um partikelfreie Luft für die Kalibriereinheit 1 bereitzustellen.
Am Eingang der Kalibriereinheit 1, beispielsweise am Prüfaerosoleingangsanschluss 19, kann in der Aerosolleitung 14 eine erste Durchflusssteuereinheit 22 angeordnet sein, welche bevorzugt als Ventil, beispielsweise als Dreiwegeventil, ausgestaltet sein kann.
Die erste Durchflusssteuereinheit 22 kann verwendet werden, um das Prüfaerosol 13 entweder über eine Abluftleitung 23 in Richtung eines Abluftausgangs 11 der Kalibriereinheit 1 zu leiten oder über die Aerosolleitung 14 in Richtung der Verdünnungsstufe 6. Wenn kein Volumenstrom V am Ausgang der Kalibriereinheit 1 benötigt wird, kann der zugeführte Volumenstrom V über die erste Durchflusssteuereinheit 22 und die Abluftleitung 23 einfach als Abluft über Abluftausgangs 11 entweichen.
Stromabwärts des Prüfaerosoleingangsanschluss 19, beispielsweise stromabwärts der zweiten Verdünnungsstufe 4, aber vorzugsweise stromaufwärts der Verdünnungsstufe 6, kann in der Aerosolleitung 14 eine dritte Verdünnungsstufe 5 angeordnet sein. Diese dritte Verdünnungsstufe 5 kann über eine Durchflusssteuereinheit 24, beispielsweise ein Ventil wie ein Dreiwegeventil, bedarfsweise zugeschaltet werden. Die dritte Verdünnungsstufe 5 kann so ausgestaltet sein, dass ein fester Verdünnungsfaktor, in einem bevorzugten Bereich von 0-1000, und in einem höchst bevorzugten Bereich von 5-100 erreicht wird. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die dritte Verdünnungsstufe 5 als zumindest eine Verdünnerbrücke oder als gegabelter Flussverdünner (Bifurcated Flow Diluter) ausgestaltet sein. Diese dritte Verdünnungsstufe 5 ist in Fig. 4 bespielhaft als Verdünnerbrücke dargestellt. Das Prüfaerosol 13 strömt in Strömungsrichtung Z in eine Verjüngung, welche einen Strömungswiderstand darstellt, wobei ein Teil des Prüfaerosols 13 den direkten Strömungsweg folgt, und ein anderer Teil des Prüfaerosols 13 den parallelen Strömungsweg über das Filtermodul 17 folgt. Das Filtermodul 17 ist bevorzugterweise als Partikelfilter, beispielsweise als HEPA Filter ausgeführt. Das Filtermodul 17 kann auch aus einer Mehrzahl von Partikelfiltern, welche parallel oder seriell im Filtermodul 17 angeordnet sein können, ausgeführt sein. Das Filtermodul 17 filtert die Prüfpartikel 13a aus dem Prüfaerosol 13 aus und reduziert dadurch die Konzentration an Prüfpartikel 13a im Prüfaerosol 13.
Über das Zuschalten der dritten Verdünnungsstufe 5 über die Durchflusssteuereinheit 24 kann vorteilhaft eine Vorverdünnung erzielt werden, vorzugsweise auf eine niedrige Konzentration an Prüfpartikel 13a, beispielsweise von 1,000,000 bis 100,000 pt/ccm. Abhängig vom zu kalibrierenden Konzentrationswert in der Kalibration eines Partikelmessgeräts 8 kann die dritte Verdünnungsstufe 5 bedarfsweise zugeschaltet werden. Bei Kalibration im hohen Konzentrationsbereich an Prüfpartikel 13a kann vorgesehen sein, die dritte Verdünnungsstufe 5 nicht zuzuschalten. Dieser hohe Konzentrationsbereich hat bevorzugterweise eine Konzentration an Prüfpartikel 13a von 5,000,000 bis 100,000 pt/ccm. Beispielsweise kann vorgesehen sein, ein Partikelmessgerät 8 zuerst im niedrigen Konzentrationsbereich zu kalibrieren und nach Abschluss im hohen Konzentrationsbereich weiter zu kalibrieren. In einer höchst bevorzugten Ausführungsform kann die dritte Verdünnungsstufe 5 auch mehrmals in erfindungsgemäßer Kalibriereinheit 1 ausgeführt sein, beispielsweise hintereinandergeschaltet. Dann kann auch in der Vorverdünnung zwischen verschiedenen Konzentrationsbereichen an Prüfpartikel 13a gewählt werden. Das Zuschalten der dritten Verdünnungsstufe 5 erfolgt bevorzugterweise automatisiert über eine Kontrolleinheit 18.
Die eingangsseitigen Verdünnungsstufen 4, 5 sind aber optional, wobei es auch möglich ist, in der Kalibriereinheit 1 nur eine dieser Verdünnungsstufen 4, 5 zu implementieren. Ebenso ist die Abluftleitung 23 mit der Durchflusssteuereinheit 22 optional und kann beliebig mit den anderen Komponenten der Kalibriereinheit 1 kombiniert werden.
Um die Prüfpartikel 13a nach der Verdünnungsstufe 6 in Form der Verdünnungsschleife im Volumenstrom V zu homogenisieren, kann eine Mischeinheit 7 in Strömungsrichtung Z nach der Verdünnungsschleife angeordnet sein. Die Mischeinheit 7 kann bevorzugterweise als laminar-statischer Mixer ausgestaltet sein. Ebenfalls denkbar wären Puffervolumina in denen sich die Prüfpartikel 13a über Diffusionsvorgänge im Prüfaerosol 13 durchmischen oder ein turbulentes Vermischen der Prüfpartikel 13a im Prüfaerosol 13 über eine Ejektordüse. Eine solche Ejektordüse kann selbst als nochmalige Verdünnung genutzt werden, indem mit Druck beaufschlagte Verdünnungsluft über eine Venturidüse geblasen wird und im Unterdruckbereich der Aerosolstrom angezogen wird.
Stromab der Verdünnungsschleife 6, gegebenenfalls nach der Mischeinheit 7, kann eine Bypassleitung 25, in der eine Pumpe 26 angeordnet ist, von der Aerosolleitung 14 über eine Abzweigstelle 27 abzweigen. Die Bypassleitung 25 mündet stromab der Pumpe 26 in die Abluftleitung 23, oder dient als separate Abluft. Über die Bypassleitung 25, Abzweigstelle 27 und die Pumpe 26 kann der Volumenstrom V an Prüfaerosol 13 durch die Kalibriereinheit 1 erhöht werden, auch bedarfsweise. Das kann vorteilhaft sein, weil die Genauigkeit der Verdünnung bei hohen Volumenströmen besser ist.
Stromab der Verdünnungsschleife 6, gegebenenfalls nach der Mischeinheit 7, kann auch ein Drucksensor P angeordnet sein, um den Druck im verdünnten Prüfaerosol 13 zu ermitteln. Der Drucksensor P kann auch in der Bypassleitung 25 angeordnet sein. Die Druckmessung über den Drucksensor P ermöglicht es, über die Bypassleitung 25 und die Pumpe 26 auch einen gewünschten Vordruck für ein an die Kalibriereinheit 1 angeschlossenes Partikelmessgerät 8 einzustellen.
Die Bypassleitung 25 mit Pumpe 26, gegebenenfalls mit Drucksensor P, ist ebenfalls optional und kann in der Kalibriereinheit 1 auch ohne den eingangsseitigen Vorverdünnungen implementiert sein.
Stromabwärts der Kalibriereinheit 1 gelangt das Prüfaerosols 13 mit der eingestellten Konzentration an Prüfpartikel 13a zu zumindest einem Partikelmessgerät 8, wobei bevorzugterweise eine Mehrzahl an Partikelmessgeräten 8 gleichzeitig kalibriert werden. Die Anzahl von möglichen Partikelmessgeräten 8 ist anhängig vom Volumenstrom V des Prüfaerosols 13 in Kalibriereinheit 1.
An den Prüfaerosolausgangsanschluss 21 der Kalibriereinheit 1 kann auch ein Referenzmessgerät 10 angeschlossen sein, welches damit ebenfalls das Prüfaerosol 13 mit der eingestellten Konzentration an Prüfpartikel 13a erhält. Die Konzentration der Prüfpartikel 13a im Prüfaerosols 13, welches die Kalibriereinheit 1 verlässt, kann somit über das Referenzmessgerät 10 ermittelt werden. Das Referenzmessgerät 10 kann ebenfalls ein Partikelmessgeräts 8 sein, welches allerdings eine aufrechte (und im Idealfall rückgeführte) Kalibration aufweist. Das Referenzgerät 10 kann aber auch ein auf ein Nationales Normal rückgeführter Partikelzähler mit einer höheren Genauigkeit als das Partikelmessgerät 8 sein (z.B. ein Kondensationskeimzähler). In einer bevorzugten Ausführung kann sich vor dem Referenzmessgerät 10 eine Referenzverdünnungsstufe 9 befinden, welche ebenfalls über eine Durchflusssteuereinheit 27 bedarfsweise zugeschalten werden kann. Die Referenzverdünnungsstufe 9 kann notwendig sein, um die Konzentration der Prüfpartikel 13a im dem Referenzmessgerät 10 zugeführten Volumenstrom in einem optimalen Bereich einer Kalibrationskennlinie 15‘ des Referenzmessgeräts 10 zu halten. Die Konzentrationsbestimmung der Prüfpartikel 13a über Referenzmessgerät 10 ermöglicht eine Vorgabe eines x-Werts der Partikelkonzentration für eine Kalibrationskennlinie 15 (in Fig.3 angedeutet) des Partikelmessgeräts 8. Dadurch kann die Kalibration des Partikelmessgeräts 8 ermöglicht werden. Prinzipiell kann der Fehler bei Kennlinien an den Grenzwerten um ein Vielfaches höher sein, wie bespielhaft an Konfidenzintervallen 15a in Kalibrationskennlinie 15‘ des Referenzmessgerätes 10 in Fig.3 angedeutet wird. Die Konzentration der Prüfpartikel 13a kann in einer bevorzugten Weise daher immer im mittleren Bereich der Kalibrationskennlinie 15‘ gemessen werden. Die Referenzverdünnungsstufe 9 kann daher wie eine oben beschriebene Verdünnungsschleife ausgestaltet sein, um die Prüfpartikel 13a im optimalen Bereich der Kalibrationskennlinie 15‘ des Referenzmessgeräts 10 zu halten.
Eine solche Kalibrationskennlinie 15 wird bevorzugterweise über eine Regression bestimmt. Eine Regression kann über verschiedene Funktionen abgebildet werden, beispielsweise linear, polynomisch, logarithmisch oder auch über unstetige Funktionen. In einer bevorzugten Ausführung kann eine Regression über eine Kalibrationskennlinie 15 dargestellt werden. Dabei kann beispielsweise eine Partikelkonzentration x über ein von einem Partikelmessgerät 8 gelieferten Messsignal y aufgetragen werden, wie in Fig. 3 dargestellt.
Bevorzugterweise werden mehr als ein Partikelmessgerät 8 gleichzeitig kalibriert. Diese Kalibrationskennlinien 15 können dann beispielsweise verwendet werden, um im Realbetrieb über ein Messignal y die reale Partikelkonzentration x zu erhalten. Das Partikelmessgerät 8 kann beliebig ausgeführt sein. Jede mögliche Messmethoden für Messsignale y des Partikelmessgeräts 8, welche dem Fachmann geläufig ist, kann in einem Partikelmessgerät 8 verwendet werden.
Die Kalibriereinheit 1 kann über eine Kontrolleinheit 18 gesteuert werden, wie in Fig.5 dargestellt. Dazu kann die Kontrolleinheit 18 Verdünnungsstufe 6 über Pumpe 12 steuern, um die Kalibration mit der benötigten Konzentration an Prüfpartikel 13a durchzuführen. Dazu kann der Sollwert zur Regelung der Pumpe 12 in Verdünnungsschleife 6 über Kontrolleinheit 18 verändert werden, um 5-15 diskrete Konzentrationen an Prüfpartikel 13a herzustellen. Die Kontrolleinheit 18, welche ebenfalls die Kalibration des zumindest einen Partikelmessgeräts 8 überwachen und kontrollieren kann, kann daher die Konzentration an Prüfpartikel 13a im Prüfaerosol 13 am Prüfaerosolausgangsanschluss 21 der Kalibriereinheit 1 vorgeben.
Beispielsweise kann in einem ersten Schritt die Kontrolleinheit 18 den nötigen Volumenstrom V an Prüfaerosol 13 berechnen. Beispielsweise können drei Partikelmessgeräte 8 parallel angeschlossen werden und haben einem Bedarf an 4 Ipm Prüfaerosol 13 je Partikelmessgerät 8. Das Referenzmessgerät 10 kann einen Bedarf von 1,5 Ipm Prüfaerosol 13 haben. Kontrolleinheit 18 steuert jetzt beispielsweise den Zufluss an partikelfreiem Gas 16 und die erste Durchflusssteuereinheit 22 an, um den nötigen Volumenstrom V zu gewährleisten. Der nötige Volumenstrom V kann gegebenenfalls nachgeregelt werden, wenn ein Drucksensor P einen zu geringen Eingangsdruck am Zugang zu den Partikelmessgeräten 8 registriert.
Nach Einstellen des nötigen Volumenstroms V, kann die Kalibration der Partikelmessgeräte 8 erfolgen. Neben der Steuerung von Verdünnungsstufe 6 kann die Kontrolleinheit 18 zusätzlich die zweite Durchflusssteuereinheit 24 für eine weitere Vorverdünnung in der dritten Verdünnungsstufe 5 zuschalten, um einen niedrigen Konzentrationsbereich an Prüfpartikel 13a im Prüfaerosol 13 zu realisieren.
Kontrolleinheit 18 kann auch die Konzentration an Prüfpartikel 13a über das Referenzmessgerät 10 kontrollieren. Somit kann die Kontrolleinheit 18 kontrolliert die Kalibration jedes Partikelmessgeräts 8 über eine Kalibriereinheit 1 durchführen. Bei erfolgreicher Kalibration kann der Partikelgenerator 2 heruntergefahren und Volumenstrom V auf einen Minimalwert reduziert werden, um ein Verblocken der Aerosolleitungen 14 zu vermeiden.
Die Steuerung über der Kontrolleinheit 18 kann über eine Programmroutine vom Anwender vorgegeben sein und vollständig automatisiert ablaufen. Die Kontrolleinheit 18 kann dazu als mikroprozessorbasierte Hardware ausgeführt sein, auf der die Programmroutine ausgeführt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Einstellen einer Partikelkonzentration von Prüfpartikel (13a) in einem Prüfaerosol (13) an einem Prüfaerosolausgangsanschluss (21) einer Kalibriereinheit (1), wobei der Prüfaerosolausgangsanschluss (21) in der Kalibriereinheit über eine Aerosolleitung (14) mit einem Prüfaerosoleingangsanschluss (19) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Aerosolleitung (14) ein Volumenstrom (Vs) in einen an einer Abzweigstelle (3) angeordneten Verdünnungszweig (20) abgezweigt wird, wobei der Volumenstrom (Vs) mittels zumindest einer im Durchfluss regelbaren Pumpe (12) in Verdünnungszweig (20) eingestellt wird, und der abgezweigte Volumenstrom (Vs) über zumindest eine Filtereinheit (17) geführt wird, um Prüfpartikel (13a) aus dem Volumenstrom (Vs) im Verdünnungszweig (20) auszufiltern, und der gefilterte Volumenstrom wieder in die Aerosolleitung (14) rückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Prüfpartikel (13a) des Prüfaerosols (13) stromaufwärts der Verdünnungsstufe (6) in einer zweiten Verdünnungsstufe (4) zusätzlich verdünnt wird, wobei die Verdünnung über Zugabe eines Volumenstroms (VG) eines partikelfreien Gases (16) zum Prüfaerosol bewirkt wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Verdünnungsstufe (6) das Prüfaerosol (13) in eine dritte Verdünnungsstufe (5) gelangt, wobei die dritte Verdünnungsstufe (5) über eine Durchflusssteuereinheit (24) zugeschalten werden kann, und eine Verdünnung der Prüfpartikel (13a) des Prüfaerosol (13) bewirkt.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Verdünnungsschleife die Prüfpartikel (13a) im Prüfaerosol (13) mittels Mischkammer (7) homogenisiert werden.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Verdünnungsschleife und der Mischeinheit (7) das Prüfaerosol (13) an einer Abzweigstelle (27) über eine Bypassleitung (25) über eine regelbare Pumpe (26) abgezweigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Verdünnungsschleife und der Mischeinheit (7) der Druck des Prüfaerosols gemessen wird und die Pumpe (26) anhand des gemessenen Druckes geregelt wird, um einen vorgegebenen Druck am Prüfaerosolausgangsanschluss (21) einzustellen.
7. Kalibriereinheit (1) zur Kalibration zumindest eines Partikelmessgeräts (8), wobei in der Kalibriereinheit eine Aerosolleitung (14) vorgesehen ist, die einen
Prüfaerosoleingangsanschluss (19) mit einem Prüfaerosolausgangsanschluss (21) verbindet und die Kalibriereinheit (1) am Prüfaerosolausgangsanschluss (21) ein Prüfaerosol (13) mit einer vorgebebenen Konzentration an Prüfpartikel (13a) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass von der Aerosolleitung (14) an einer Abzweigstelle (3) ein Verdünnungszweig (20) einer Verdünnungsstufe (6) abzweigt, wobei im Verdünnungszweig (20) zumindest eine Filtereinheit (17) und zumindest eine im Durchfluss regelbare Pumpe (12) angeordnet sind und der Verdünnungszweig (20) stromabwärts der Filtereinheit (17) und Pumpe (12) und stromaufwärts des Prüfaerosolausgangsanschlusses (21) wieder in die Aerosolleitung (14) mündet.
8. Kalibriereinheit (1) nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Verdünnungsschleife eine Durchflusssteuereinheit (22) angeordnet ist und über diese das Prüfaerosol (13) in eine Abluftleitung (23) in Richtung eines Abluftausgangs (11) leitbar ist.
9. Kalibriereinheit (1) nach Anspruch 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Verdünnungsschleife und stromabwärts der Durchflusssteuereinheit (22) in der Aerosolleitung (14) eine zweite Verdünnungsstufe (4) angeordnet ist, welche über Zugabe eines Volumenstroms (VG) eines partikelfreien Gases (16) eine Verdünnung des Prüfaerosols (13) bewirkt.
10. Kalibriereinheit (1) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verdünnungsstufe (4) eine Verdünnung des Prüfaerosols (13) im Bereich eines Faktors von 2-10 ermöglicht.
11. Kalibriereinheit (1) nach Ansprüchen 7 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Verdünnungsschleife und stromabwärts der Durchflusssteuereinheit (22) in der Aerosolleitung (14) eine dritte Verdünnungsstufe (5) angeordnet ist, welche über eine Durchflusssteuereinheit (24) zuschaltbar ist.
12. Kalibriereinheit (1) nach Ansprüchen 7 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Verdünnungsschleife in der Aerosolleitung (14) eine Mischeinheit (7) angeordnet ist.
13. Kalibriereinheit (1) nach Ansprüchen 7 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Verdünnungsschleife und der Mischeinheit (7) eine Bypassleitung (25) über eine Abzweigstelle (27) von der Aerosolleitung (14) abzweigt, wobei in der Bypassleitung (25) eine regelbare Pumpe (26) angeordnet ist.
14. Kalibriereinheit (1) nach Ansprüchen 7 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Verdünnungsschleife und der Mischeinheit (7) ein Druckmesssensor (P) vorgesehen ist, der den Druck des Prüfaerosols am Prüfaerosolausgangsanschluss (21) erfasst.
15. Verfahren zur Kalibration zumindest eines Partikelmessgeräts (8) mit einer Kalibriereinheit (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei das zumindest eine Partikelmessgerät (8) an den Prüfaerosolausgangsanschluss (21) der Kalibriereinheit (1) angeschlossen wird und die Kalibriereinheit (1) zur Kalibration am Prüfaerosolausgangsanschluss (21) ein Prüfaerosol (13) mit verschiedenen Konzentrationen an Prüfpartikel (13a) bereitstellt.
16. Verfahren zur Kalibration zumindest eines Partikelmessgeräts (8) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrolleinheit (18) die Pumpe (12) in der Verdünnungsstufe (6) auf einen vorgegebenen Sollwert regelt, um die Konzentrationen an Prüfpartikel (13a) im Prüfaerosol (13) für die Kalibration einzustellen.
17. Verfahren zur Kalibration zumindest eines Partikelmessgeräts (8) nach Ansprüchen 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (18) über die Durchflusssteuereinheit (24) die dritte Verdünnungsstufe (5) zuschaltet, um eine weitere Verdünnung der Prüfpartikel (13a) im Prüfaerosol (13) vorzunehmen.
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