U-RANGE System

Bei der Bestimmung der Aerosolkonzentration am Arbeitsplatz, in der Umwelt oder im Innenraum wird oftmals nur eine Teilbetrachtung durchgeführt. Bei Massenbestimmungen, z. B. PM₁₀ und PM_2,5, werden ultrafeine Partikel bzw. Nanopartikel meist nicht berücksichtigt. Dabei dringen gerade diese kleinen Partikel tiefer in den menschlichen Atemtrakt ein.

Das Palas U-RANGE kombiniert ein U-SMPS für Nanopartikelmessungen mit einem optischen Aerosolspektrometer und erlaubt so die automatische und kontinuierliche Messung der Partikelgrössenverteilung luftgetragener Partikel von 8 nm bis 40 µm. Zudem ermittelt es gleichzeitig die PM-Fraktionen PM₁, PM_2,5, PM₄, PM₁₀ und TSP (PM_tot). Die Zeitauflösung des Systems beträgt 5 Minuten, dadurch ist es möglich, den dynamischen Zeitverlauf eines Aerosols (z. B. während eines Arbeitstags) zu messen und auszuwerten.

Beide Systeme sind auch einzeln einsetzbar. Bei ihrer Kombination werden die Daten in einer Datei gespeichert. Eine mitgelieferte Auswertesoftware stellt eine Reihe von detaillierten Auswertungen und Exportfunktionen zur Verfügung.

Das U-RANGE ist bezüglich des Messbereichs die Krönung der Aerosolmesstechnik. Es bietet höchste Genauigkeit und Zuverlässigkeit.

Modellbeschreibung

Das Palas^® U-RANGE kombiniert zwei Systeme für die kontinuierliche Messung luftgetragener Partikel im Grössenbereich von 8 nm bis 40 µm.

Das U-SMPS ist ein Standardsystem für genaueste Messungen von Partikelgrössenverteilungen von Nanopartikeln. Im Grössenklassierer (DEMC) werden die Aerosolpartikel entsprechend ihrer elektrischen Mobilität selektiert und nachfolgend von einem Kondensationspartikelzähler (UF-CPC) gezählt. Den Algorithmus für die Dateninversion der gemessenen Daten zu einer Partikelgrössenverteilung für das U-SMPS hat Palas^® von Prof. Wiedensohler vom Ift (Leipzig) übernommen.

Das Fidas^® 200 ist ein Feinstaubmesssystem zum Zweck einer regulativen Umweltmessung. Es verwendet die anerkannte Messtechnik der optischen Lichtstreuung am Einzelpartikel und ist mit einer LED-Lichtquelle mit hoher Lichtstabilität und langer Lebensdauer ausgestattet.

Zusätzlich zur Messung der Partikelgrössenverteilung im Grössenbereich von 300 nm bis 40 µm ermittelt es kontinuierlich und gleichzeitig die PM-Fraktionen PM₁, PM_2,5, PM₄, PM₁₀ und TSP (PM_tot).

Das Fidas^® 200 verfügt des Weiteren über einen Filterhalter zum Einlegen eines Absolutfilters (ø 47 oder 50 mm). So kann z. B. eine nachträgliche chemische Untersuchung der Zusammensetzung des Aerosols erfolgen.

Das U-RANGE wird über eine grafische Benutzeroberfläche mit Touchscreen bedient. Für die Nanopartikelmessung wird die Spannung im DEMC Grössenklassierer kontinuierlich verändert, was zu einer höheren Zählstatistik pro Grössenkanal führt. Ausserdem ermöglicht dies eine Grössenauflösung von bis zu 64 Grössenklassen pro Dekade. Am Gerät selbst ist über den integrierten Datenlogger eine lineare und logarithmische Darstellung der Messwerte möglich.

Die beiliegende Auswertesoftware ermöglicht vielfältige Datenauswertungen (umfangreiche Statistiken und Durchschnittsberechnungen) und bietet Exportmöglichkeiten.

Das U-RANGE wird üblicherweise als Stand-alone-Gerät betrieben, kann aber durch verschiedene Schnittstellen (USB, LAN, WLAN, RS-232/485) auch an einen Computer oder ein Netzwerk angeschlossen werden. 

In der Anwendung sind eine genaue Grössenbestimmung und zuverlässige Leistung des U-RANGE extrem wichtig. Alle Komponenten müssen einen strengen Qualitätssicherungstest durchlaufen und werden betriebsintern zusammengesetzt.

Das U-RANGE Messergebnis ist eine Kombination der Resultate des U-SMPS und des Fidas^® und kann vollständig auf dem Touchscreen dargestellt und analysiert werden. Bis zu 8 Messungen können hier miteinander verglichen werden (Abbildung 1).

Abbildung 1: Grafische Darstellung der Messdaten auf dem Touchscreen des U-RANGE. Blau: Innenraumluftkonzentration in einem Produktionsgebäude vor Arbeitsaufnahme, rot: Messung am gleichen Standort nach Arbeitsaufnahme

Funktionsprinzip U-SMPS (Abbildung 2):
Bevor das Aerosol in den Grössenklassierer (DEMC-Säule) eintritt, wird es konditioniert (z. B. Trocknung, Neutralisierung). Danach gelangt es durch den Einlass in die DEMC-Säule. Der Aerosolstrom entlang der Aussenelektrode wird dann vorsichtig mit einem Strom Schleierluft kombiniert. Die Schleierluft ist ein trockenes, partikelfreies Trägergas (typischerweise Luft), das kontinuierlich in einem geschlossenen Kreislauf und mit höherem Volumen als das Aerosol zirkuliert. Das Volumenstromverhältnis zwischen partikelfreier und partikelenthaltender Luft definiert das Auflösungsvermögen des Grössenklassierers.

Abbildung 2: Funktionsprinzip des U-SMPS

Durch das Anlegen einer Spannung entsteht zwischen Innen- und Aussenelektrode ein radialsymmetrisches elektrisches Feld. Die Innenelektrode ist positiv geladen und hat am Ende einen kleinen Spalt. Durch Ausgleichen der elektrischen Kraft auf jedem Partikel mit aerodynamischem Luftwiderstand im elektrischen Feld werden negativ geladene Partikel zur positiven Elektrode hin abgelenkt.

Beim Betrieb werden die Spannung und somit das elektrische Feld kontinuierlich geändert. Bei passender elektrischer Mobilität gelangen Partikel durch den Spalt und werden nachfolgend von einem Kondensationspartikelzähler (UF-CPC) gezählt.

Funktionsprinzip Fidas^® Feinstaubmesssystem (Abbildung 3):

Abbildung 3: Funktionsprinzip des Fidas^®

Benutzeroberfläche und Software:
Basierend auf ständigem Kundenfeedback sind Benutzeroberfläche und Software für die intuitive Bedienung, Echtzeitsteuerung und Darstellung von Messdaten und Parametern konzipiert. Ein Datenlogger ist integriert und Netzwerkfunktionen werden unterstützt.

Die mitgelieferte Auswertesoftware PDAnalyze bietet hochentwickelte Analyse- und Exportmöglichkeiten. Die gemessenen Daten können mit vielen verfügbaren Optionen angezeigt und ausgewertet werden. So ist es z. B. möglich, die Daten von U-SMPS und Fidas^® getrennt (Abbildung 4) oder gemeinsam darzustellen und auszuwerten.



Abbildung 4: Auswertesoftware PDAnalyze. Messung einer Innenraumluftkonzentration und Darstellung der Anzahlkonzentration. Blau: Daten des U-SMPS, rot: Daten des Fidas^®

Besondere Vorteile

• Partikelgrössenverteilungen von 8 nm bis 40 µm
• Zusätzlich Erfassung von PM-Fraktionen (z. B. PM_2,5, PM₁₀)
• Kontinuierliches und schnell scannendes Messprinzip
• Hohe Auflösung in bis zu 64 Grössenklassen / Dekade
• Grafische Darstellung der Messdaten
• Intuitive Bedienung durch 7‘‘ Touchscreen und GUI
• Integrierter Datalogger
• Unterstützt mehrere Schnittstellen und Fernzugriff
• Wartungsarm
• Zuverlässige Funktion
• Reduziert Ihre Betriebskosten

Beispielanwendungen

• Aerosolforschung
• Umwelt- und Klimauntersuchungen
• Inhalationsstudien
• Filtertest
• Innenraum- und Arbeitsplatzmessungen
• Ausbreitungsstudien (z. B. Feuer, Vulkan)