Kalibration der Messgeräte warum ist die richtige Kalibration wichtig?

Transkript

1 Kalibration der Messgeräte warum ist die richtige Kalibration wichtig? Markus Pesch/Christian Stabbert

2 Übersicht o o o o o o Bedeutung der Kalibrierung Ziele der Kalibrierung und Validierung Latex (PSL) und Dolomit als Kalibrieraerosole Kalibrier-Turm Validierung durch Außenmessungen Neue Report-Funktionen Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

3 Bedeutung der Kalibrierung Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

4 Ziele der Kalibrierung Das übergeordnete Ziel der Kalibrierung ist die fortlaufende Konsistenz in den Messergebnissen der EDM180 seit der Eignungsprüfung durch die UMEG, Karlsruhe (2005) Ziel ist die Herstellung eines bestmöglichen Duplikates des baugleichen und genau definierten Referenzgerätes (geprüft durch die UMEG) Bestmögliche Übereinstimmung bedeutet, eine möglichst geringe Abweichung der Messgrößen Partikelanzahl/Größenkanal und Massenfraktionen (PM- Werte) nach derzeitigen Stand des Wissens und der Technik Bestmögliche Übereinstimmung bedeutet: ± 3 % bei der Partikelanzahl [1/l] (15 min Mittelwerte, während einer Rampe nach Abschluss des Kalibrierprozesses, startend ab 1 Mio. P/l) ± 3 % oder ± 2 µg/m³ bei PM-Werten (48 h Werte im Außentest) Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

5 Verwendete Aerosole Die Fa. GRIMM Aerosol Technik GmbH verwendet während des Kalibrierund Validierprozesses drei unterschiedliche Aerosole, die aufgrund ihrer sehr spezifischen Eigenschaften wie folgt im Prozess genutzt werden: 1) Latex (Polystyrol), monodispers Dient zur Rückführbarkeit, der Überprüfung des Referenzgerätes und zur Einstellung der optischen Zelle (Spiegelschraube) des Kandidaten 2) Dolomit, polydispers Einstellen der Kalibrierschwellen während des Kalibrierprozesses, Validierrampen für Partikelzahl und PM-Werte vor und nach der Kalibrierung 3) Außenluft (urbanes Aerosol), polydispers Abschließende Validierung der PM-Werte Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

6 Latex (PSL) zur Kalibrierung Vorteile Latex (Polystyrol) ist ein weltweit anerkanntes Aerosol zur Kalibrierung von optischen Partikelmessgeräten Es lässt sich sehr präzise monodispers herstellen und mit Generatoren zerstäuben Latex ist kugelförmig, daher stimmen geometrischer Durchmesser und Mobilitätsdurchmesser (SMPS) überein Latex hat genau definierte Eigenschaften und einen Brechungsindex von 1,59 Nachteile Latex ist recht aufwendig zu zerstäuben (nur als Suspension) Es muss nach dem Zerstäuben getrocknet werden um eine scharfe Verteilung zu gewährleisten Es kann bei hohen Konzentrationen Agglomerate bilden Es ist nicht in allen monodispersen Größen verfügbar, es passt daher nicht für alle EDM180-Größenkanäle Recht teuer und nur begrenzt haltbar Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

7 Latex (PSL) zur Kalibrierung Beispiel: 1 µm monodisperses Latex Log-normale Verteilung mit Maximum bei 1 µm (rosa Kurve) Kanal B: untere Kanalgrenze = 1 µm 50 % der Gesamtpartikelkonzentration (akkumulativ, gelbe Balken) Schwellenwert des 1 µm Kanal (B) wird elektronisch so angepasst, dass in diesem Kanal genau 50 % der Gesamtkonzentration gemessen wird. Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

8 Dolomit zur Kalibrierung Vorteile Dolomit hat einen Brechungsindex von 1,60 ist daher dem Latex (1,59) sehr ähnlich (siehe Tabelle) Es lässt sich sehr gut trocken zerstäuben Dolomit ist polydispers über einen weiten Größenbereich mit einer genau bekannten und zeitlich stabilen Verteilung verfügbar Ist für alle EDM180 Größenkanäle geeignet Dolomit: 1,60 Nachteile Nicht monodispers verfügbar Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

9 Dolomit zur Kalibrierung Polydisperse Größenverteilung des Dolomitstaubes zur Kalibrierung und Validierung Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

10 Kalibrier-Turm Zielstellung und Prinzip Erzeugung bestmöglich übereinstimmender Duplikate (Kandidaten) eines baugleichen Referenzgerätes Alle Kandidaten und das Referenzgerät erhalten dasselbe Aerosol, polydisperses Dolomit Die Kalibrierung basiert auf einem Abgleich der Partikelanzahl/Größenkanal und erfolgt über einen weiten Konzentrationsbereich Hohe Präzision und Effizienz Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

11 Kalibrier-Turm Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

12 Ziel der Validierung Ziel der Validierung ist der Vergleich von Ist-Zustand des Kandidaten zu einem baugleichen Referenzgerät Verglichen werden die Partikelanzahlen und die Partikelmassen (PM-Werte) über einen weiten Konzentrationsbereich (Linearitätskontrolle) Die Validierung erfolgt zunächst mit Dolomit am Kalibrierturm vor der Kalibrierung zur Bestandsaufnahme des Gerätes und erneut nach der Kalibrierung um dessen Ergebnis zu beurteilen Ergebnisse der Validierung sind Kalibrier-Rampen für die Partikelzahlen je Größenkanal und zusätzlich für die PM-Werte Nach der Validierung am Turm erfolgt stets ein weitere Validierung mit einem Umweltaerosol zum Überprüfen der Kalibrierung Die geforderte Toleranz der Validierung mit Aussenluft beträgt für alle PM-Werte ± 1 µg/m³ (Tagesmittelwerte) Wird diese Toleranz nicht eingehalten wird das Gerät hardwareseitig analysiert und dann dem gesamten Kalibrier- und Validier-Prozess erneut unterzogen Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

13 Neue Validierfunktion in der Calsoft Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

14 Validierung der Partikelzahlen / Größenkanal Kalibrier-Rampe für die Partikelzahlen je Größenkanal, Start bei 1 Mio. P/l, 15 min Dauer Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

15 Validierung der PM-Werte Kalibrier-Rampe für die Partikelmassen (PM-Werte) Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

16 Export der Daten-Ablauf 1. Verification starten, Dolomit wird automatisch injiziert 2. Warten bis Counts (akkumluativ) im ersten Kanal > 1 Mio. Partikel/Liter min messen 4. Button 2 cursors aktivieren und linken Cursor (grün auf 1 Mio. P/l) setzen 5. Rechten Cursor (rot) genau 15 min davon entfernt setzen 6. Export-Data Button drücken Es werden 3 Rampen als Graphiken (png-format) abgespeichert: Counts, Massen, PM-Werte Ebenso werden 3 Datentabellen mit den dazugehörigen Werten werden erzeugt und abgespeichert Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

17 Export der Daten (Partikelanzahl) Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

18 Export der Daten (PM-Werte) Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

19 Export der Daten (Tabellen mit % Abweichungen) Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

20 Neues Zertifikat (Neugeräte und für Service) Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

21 Umweltaerosol zur Validierung Die abschließende Validierung vor der Auslieferung erfolgt mit Außenluft Als Vergleich dient ein baugleiches Referenzgerät, das mit dem Referenzgerät am Kalibrier-Turm genauestens abgeglichen wurde Zielstellungen: Aufzeichnung und Auswertung von 48 h Messzeit (Halbstundenwerte) von Kandidat und Referenz Abschließender Vergleich der PM-Werte (PM10, PM2.5 und PM1) mit der Referenz Test des gesamten Systems (mit Probenrohr, Trocknung ect.) Untersuchung des Einfluss von Temperatur und Feuchtigkeit Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

22 Validierung: 48 h Außenmessung Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

23 Zusammenfassung Eine sorgfältige und reproduzierbare Kalibrierung mit anschließender Validierung ist bei Partikelmessgeräten unerlässlich und ein wesentlicher Faktor für die Qualität der Messergebnisse Die Fa. GRIMM hat als oberstes Ziel der Kalibrierung eine fortlaufende Konsistenz aller (seit der Eignungsprüfung bei der UMEG/Karlsruhe) ausgelieferten EDM180 Der Kalibrier- und Validierprozess dient dazu, bestmögliche Duplikate eines baugleichen und definierten Referenzgerätes zu bekommen Diese Prozesse können mit der Kalibriersoftware durch von Grimm geschultes Personal durchgeführt werden Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,

24 Vielen Dank für die Unterstützung Grimm Erfahrungsaustausch der Messnetze, Wals,