VDI 3491 Blatt 1-2016 Measurement of particles - Methods for generating test aerosols - Principles and overview.pdf

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1、ICS 13.040.01 VDI-RICHTLINIEN Juli 2016 July 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Messen von Partikeln Herstellungsverfahren fr Prfaerosole Grundlagen und bersicht Measurement of particles Methods for generating test aerosols Principles and overview VDI 3491 Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issue

2、 German/English Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeigereinem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The draft of this standard has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Fed

3、eral Gazette). The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbereich Umweltmesstechnik VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 4: Ana

4、lysen- und Messverfahren I Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgaben:09.80;11.12 Entwurf,deutschFormereditions:09/80;11/12 Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorb

5、ehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2016Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung 2 1 Anwendungsbereich 2 2 Begriffe . 3 3 Eigenschaften eines Prfaerosols 5 3.1 Eigenschaften des Partikelmaterials . 5 3.2 Eigenschaften des Trgergases 6 3.3 Kollektive Eigen

6、schaften . 7 4 bersicht ber Verfahren zur Herstellung von Prfaerosolen . 8 4.1 Allgemeines . 8 4.2 Dispergierung 10 4.3 Kondensation . 10 5 Herstellungsverfahren fr Prfaerosole . 10 5.1 Allgemeines . 10 5.2 Dispergieren von Flssigkeiten 11 5.3 Dispergieren von Haufwerken . 12 5.4 Kondensation nach V

7、erdampfung 13 5.5 Kondensation nach chemischer Reaktion 15 6 Transport und Konditionierung 18 6.1 Teilstromentnahme und -aufteilung . 18 6.2 Verdnnung . 18 6.3 Aerosoltransport 19 6.4 nderung des Ladungszustands . 20 6.5 Trocknung 21 6.6 Klassierung 21 6.7 Erhhung der Partikelkonzentration 22 6.8 An

8、passung an die Prfbedingungen . 22 6.9 Entfernen von Strkomponenten . 23 7 Charakterisierung von Leistungskenngren . 23 7.1 Allgemeines . 23 7.2 Aerosolspezifikation 24 7.3 Gertespezifikation 28 Anhang A Ermittlung des Zeitverhaltens und der Reproduzierbarkeit der Aerosolerzeugung 31 Anhang B Grundl

9、agen der Partikelgrenstatistik 35 Schrifttum 39 Preliminary note 2 Introduction . 2 1 Scope 2 2 Terms and definitions 3 3 Properties of a test aerosol . 5 3.1 Properties of the particle material 5 3.2 Properties of the carrier gas . 6 3.3 Collective properties 7 4 Overview of processes for the produ

10、ction of test aerosols . 8 4.1 General 8 4.2 Dispersion 10 4.3 Condensation . 10 5 Production processes for test aerosols . 10 5.1 General 10 5.2 Dispersion of liquids 11 5.3 Dispersion of powders . 12 5.4 Condensation after evaporation . 13 5.5 Condensation after chemical reaction 15 6 Transport an

11、d conditioning . 18 6.1 Sampling of a partial flow and flow splitting . 18 6.2 Dilution 18 6.3 Aerosol transport . 19 6.4 Change in the state of charge . 20 6.5 Drying 21 6.6 Classification . 21 6.7 Increasing the particle concentration . 22 6.8 Adaption to test conditions 22 6.9 Removal of interfer

12、ents . 23 7 Characterisation of performance characteristics 23 7.1 General 23 7.2 Aerosol specification . 24 7.3 Device specification . 28 Annex A Determining the behaviour over time and reproducibility of aerosol generation . 31 Annex B Principles of particle size statistics . 35 Bibliography 39 B9

13、74908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI 3491 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter

14、Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts u

15、nd unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with

16、 the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringem

17、ent of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Ein Prfaerosol (in einigen technischen Bereichen auch als Teststaub“ bezeichnet) im Sin

18、ne dieser Richtlinie ist ein Aerosol, dessen fr die jeweilige Verwendung relevanten Eigenschaften bekannt sind und dessen Herstellungsverfahren die Repro-duzierbarkeit und Konstanz dieser Eigenschaften im Rahmen der Anforderungen sicherstellt. Dabei umfassen die Eigenschaften des Prfaerosols so-wohl

19、 die Eigenschaften der Partikel als auch die Eigenschaften des Trgergases. Das vorliegende Blatt 1 der Richtlinienreihe VDI 3491 beschreibt die Prinzipien, die zur Erzeu-gung von Prfaerosolen eingesetzt werden knnen. Es definiert die zur Beschreibung eines Prfaero-sols notwendigen Gren und legt Anfo

20、rderungen an ein Prfaerosol sowie die zugehrigen Prfver-fahren fest. In Blatt 2 bis Blatt 5 der Richtlinienreihe VDI 3491 werden die Verfahren, zusammengefasst nach dem Prinzip des Aerosolerzeugungsprozesses, nher beschrieben und die Anforderungen verfahrensspe-zifisch genauer definiert: Blatt 2 Dis

21、pergierung von Flssigkeiten Blatt 3 Dispergierung von Haufwerken Blatt 4 Kondensationsverfahren Blatt 5 Herstellung durch Verbrennungspro-zesse/chemische Reaktion Blatt 6 Transport und Konditionierung Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www

22、.vdi.de/3491. Introduction A test aerosol (also known as “test dust” in some technical fields) under the terms of this standard is an aerosol whose properties relevant to the applica-tion in question are known and whose production process ensures the reproducibility and constancy of these properties

23、 in the context of the require-ments. The properties of the test aerosol comprise both the properties of the particles and the proper-ties of the carrier gas. Part 1 of the series of standards VDI 3491 de-scribes the principles that can be applied in the generation of test aerosols. It defines the p

24、arame-ters necessary for describing a test aerosol and specifies the requirements that a test aerosol has to meet and the associated test methods. In Part 2 to Part 5 of the VDI 3491 Series of Stand-ards, the methods, grouped according to the princi-ple of the aerosol generation process, are describ

25、ed in greater detail and the requirements are defined with greater precision for specific methods. Part 2 Dispersion of liquids Part 3 Dispersion of powders Part 4 Condensation methods Part 5 Production by combustion processes/ chemical reaction Part 6 Handling and conditioning A catalogue of all av

26、ailable parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3491. 1 Anwendungsbereich Die Richtlinie beschreibt die Grundlagen fr die Verfahren zur Herstellung von Prfaerosolen, die zum Kalibrieren, Justieren oder berprfen von 1 Scope This standard describes the principle

27、s of the meth-ods for producing test aerosols that can be used for the calibration, adjustment, or checking of particle-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingeni

28、eure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 3491 Blatt 1 / Part 1 3 partikelzhlenden Messgerten sowie zum ber-prfen der zugehrigen Probenahme-, Konditionie-rungs- und Verdnnungssystemen eingesetzt wer-den knnen. Zudem knnen mit diesen Prfaerosolen Abschei-de- oder Durchlassfunktionen abscheidender oder trennender

29、 Systeme (z. B. Filter, Zyklone) bestimmt werden. Weitere Anwendungsmglichkeiten sind in der Bereitstellung von Tracerpartikeln zur optischen Strmungsgeschwindigkeitsmessung und von Test-materialien und standardisierten Proben fr weiter-gehende Analysen (z. B. EC/OC-Analyse) gegeben. Auch in der med

30、izinischen Forschung (z. B. Inhala-tionsexperimente, toxikologische Untersuchungen) finden diese Verfahren Anwendung. counting measuring instruments and for checking the associated sampling, conditioning and dilution systems. In addition, these test aerosols can be used for de-termining the separati

31、on or penetration characteris-tics of collection or separation systems (e.g. filters, cyclones). Further possible applications exist in the provision of tracer particles for optical flow speed measure-ment and of test materials and standardised sam-ples for more detailed analysis (e.g. EC/OC analy-s

32、is). These methods are also used in medical research (e.g. inhalation experiments, toxicological investi-gations). 2 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: aerodynamischer Durchmesser Durchmesser eines kugelfrmigen Partikels aus einem Material mit der Dichte 1000

33、kg/m3, das in ruhender Luft die gleiche Sinkgeschwindigkeit besitzt wie das zu beschreibende Partikel VDI 3867 Blatt 1 Aerosol Mehrphasensystem, bestehend aus einem Trger-gas und darin schwebenden festen und/oder flssi-gen Partikeln im Partikelgrenbereich zwischen 0,001 m und 100 m VDI 3867 Blatt 1

34、Aerosolgenerator Gert zur Herstellung eines Prfaerosols Agglomerat Ansammlung von Partikeln oder Aggregatparti-keln, die durch schwache Krfte (z. B. Van-der-Waals-Kraft, elektrostatische Kraft oder Oberfl-chenspannung) zusammengehalten werden und deren uere Oberflche nahezu gleich der Summe der Ober

35、flchen der einzelnen Komponenten ist Aggregat heterogenes Partikel, in dem verschiedene Kompo-nenten (Partikel) durch relativ starke Krfte (z. B. Sinterbrcken) gebunden sind, die nur schwer auf-gebrochen werden knnen Anmerkung: Die uere Oberflche kann erheblich kleiner als die (theoretische) Summe d

36、er Oberflchen der einzelnen Komponenten sein. 2 Terms and definitions For the purposes if this standard, the following terms and definitions apply: aerodynamic diameter diameter of a spherical particle of a material with a density of 1000 kg/m3which in static air has the same settling velocity as th

37、e particle to be de-scribed VDI 3867 Part 1 aerosol multiphase system consisting of a carrier gas and suspended solid and/or liquid particles, ranging in particle size from 0,001 m to 100 m VDI 3867 Part 1 aerosol generator device for producing a test aerosol agglomerate collection of particles or a

38、ggregate particles that are held together with weak forces (e.g. van der Waals force, electrostatic force or surface tension) and whose external surface area is virtually equal to the sum of the surface areas of the individual components aggregate heterogeneous particle in which various compo-nents

39、(particles) are bound by relatively strong forces (e.g. sinter bridges) and are difficult to over-come Note: The external surface area can be considerably smaller than the (theoretical) sum of the surface areas of the individual components. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB

40、65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI 3491 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Anzahlgrenverteilung Hufigkeitsverteilung der Partikelanzahlkonzentra-tion, dargestellt als Funktion der Partikelgre VDI

41、 3867 Blatt 1 Partikel festes oder flssiges Teilchen mit definierten phy-sikalischen Grenzen VDI 3867 Blatt 1 Anmerkung: Ein homogenes Partikel besteht aus einem ein-heitlichen Stoff konstanter Dichte. Partikelanzahlkonzentration Gesamtanzahl aller dispergierten Partikel pro Vo-lumeneinheit des Trge

42、rgases VDI 3867 Blatt 1 Anmerkung: bliche Formelzeichen sind Cn oder N. Die bevorzugte Einheit ist cm3. Partikelanzahlstrom Partikelanzahl pro Zeiteinheit Partikelgre Lngenangabe zur Beschreibung der Gre eines Partikels, im Allgemeinen ein Durchmesser VDI 3867 Blatt 1 Anmerkung: Die Begriffe Partike

43、lgre“ und Partikel-durchmesser“ werden oft synonym verwendet, wobei auf die Angabe des tatschlich ermittelten quivalentdurchmessers verzichtet wird. bliche Formelzeichen fr den Partikel-durchmesser sind Dp oder dp. Fr kugelfrmige Partikel ist die Partikelgre gleich dem geometrischen Durchmesser der

44、Kugel. Partikelmessverfahren bestimmen im Allgemeinen messprinzipspezifische quivalentdurchmesser, die sich von-einander unterscheiden knnen und deshalb nicht direkt mitei-nander verglichen werden drfen. VDI 3867 Blatt 1 Partikelgrenverteilung Verteilung eines das Partikelkollektiv beschreiben-den H

45、ufigkeitsmaes (einer Menge) ber der Merkmalsgre Partikelgre oder Partikeldurch-messer VDI 3867 Blatt 1 Anmerkung: Als Merkmalsgre knnen die quivalent-durchmesser verwendet werden. in Anlehnung an VDI 3867 Blatt 1 Partikelkonzentration Angabe eines das Partikelkollektiv charakterisie-renden Hufigkeit

46、smaes (einer Menge), bezogen auf die Volumeneinheit des Trgergases VDI 3867 Blatt 1 Anmerkung: Zu einer exakten Konzentrationsangabe gehrt eine Aussage zum Gaszustand (Temperatur und Druck) oder der Bezug auf eine Normvolumenangabe. VDI 3867 Blatt 1 Partikelmassenkonzentration Gesamtmasse aller disp

47、ergierten Partikel pro Vo-lumeneinheit des Trgergases VDI 3867 Blatt 1 Anmerkung: bliche Formelzeichen sind Cm oder M. number size distribution frequency distribution of the particle number con-centration, represented as a function of particle size VDI 3867 Part 1 particle small body of solid or liq

48、uid substance with de-fined physical boundaries VDI 3867 Part 1 Note: A homogeneous particle consists of a uniform substance of constant density. particle number concentration total number of dispersed particles per unit of vol-ume of the carrier gas VDI 3867 Part 1 Note: The usual formula symbols a

49、re Cn or N. The preferred unit is cm3. particle number flow particle number per unit time particle size length describing the size of a particle, generally a diameter adapted from VDI 3867 Part 1 Note: The terms “particle size” and “particle diameter” are often used synonymously, with details of the actually calculat-ed equivalent diameter being waived. The usual formula sym-bols for the parti