Kalibrierung und Rejustierung von Partikelzählern - MT Messtechnik

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Kalibrierung und Rejustierung von Partikelzählern
1. Erfolgt die Kalibrierung unter zertifizierten Bedingungen?
Für die Kalibrierung von Partikelzählern gibt es weder in Deutschland noch in
Europa eine Zertifizierung seitens eines akkreditierten staatlichen Prüflabors
(DKD/ÖKD/SKD). Eine Rückführbarkeit auf ein anerkanntes nationales Normal
ist bei der Partikelzähler-Kalibration also nicht möglich.
MT Messtechnik GmbH kalibriert alle Partikelzähler und –sensoren nach den
gültigen Werksvorschriften der Hersteller.
2. Wie wird eine Kalibration durchgeführt?
Der Partikelsensor wird mit einem monodispersen Strom von Partikeln
(gleichgroße Latexteilchen bekannter Größe in Luft) beaufschlagt und man
erhält (z.B. am Oszilloskop) einen „Wald“ von gleich großen Peaks. Diese
Peaks (in mV) entstehen aus der optischen und elektronischen Reaktion des
Partikelsensors. Jedes Partikel wird im Sensor von einem Laserstrahl
getroffen und beugt einen Teil des Lichts in einem bestimmten Winkel.
Da wir uns bei Partikel mit 0,5µm unterhalb der Lichtwellenlänge des Lasers
befinden, sind die normalen optischen Reaktionen wie Brechung oder
Schattenwurf bei dieser Messmethode nicht anwendbar, nur die Beugung des
Laserlichts löst die Sensorreaktion aus.
Durch die mittlere Höhe der Peaks weiß man nun, welcher mV-Wert von den
runden Partikeln einer bestimmten Größe ausgelöst wird. Wenn man diesen
Test mit einem oder mehreren monodispersten Aerosolen anderer Größe
macht, erhält man eine Kalibrationskurve (im besten Fall: Kalibrations-Gerade)
und kann aus dieser die mV-Schwellwerte für verschiedene Partikelgrößen
ablesen und den Partikelzähler darauf einstellen (justieren).
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3. Ist das Kalibrationsergebnis rückführbar
Im Gegensatz zu einer Kalibration von Messgeräten für Feuchte, Temperatur
etc. gibt es für Partikelzähler kein rückführbares Normal.
Die Kalibrierung / Justierung von Partikelzählern betrifft den Schwellwert für
die Unterscheidung der Partikelgrößen und sagt nicht über die Genauigkeit
des Endergebnisses, nämlich der „Zählung“ von Partikeln aus.
Die „Zählung“ berücksichtigt die gewünschten Fraktionen (z.B. >0,5µm /
>0,7µm, >1,0µm etc), deren relevante untere Messbereichsgrenzen (z.B.
0,5µm) unter Zuhilfenahme der eben beschriebenen monodispersen
Aerosolen ermittelt werden.
Bei polydispersen Aerosolen (Umgebungsluft / Reinraumluft) ist die
Partikelgrößenverteilung vorab nicht bekannt, kann sich aber im Bereich der
Messbereichsgrenze stark konzentrieren. Geringste Abweichungen in der
Schwellwerteinstellung der Partikelsensoren können hier naturgemäß schon
merkliche Zählratenabweichungen hervorrufen.
4. Wie groß ist die Zählratenabweichung nach der Justierung?
Die Zählrate hängt von der Art der zu zählenden Partikeln ab. Bei der
Kalibration / Justierung werden sphärische, weiße, monodisperse Latex-
Partikel gemessen. Bei der normalen Messung unter Reinraumbedingungen
können aber alle möglichen Formen und Farben von Partikeln, verschiedene
Brechungsindizes sowie unterschiedliche Oberflächenstrukturen auftreten.
Eine Zählratenabweichung kann nur für eine höhere Konzentration angegeben
werden (ca. 5000 Partikel / cf), bei der die Statistik „stimmt“.
Bei geringen Partikelkonzentrationen können die Abweichungen höher sein.
Im Extremfall kann ein Partikel rein zufällig an der Messbereichsgrenze
gezählt oder nicht gezählt werden, was eine extreme Zählratenabweichung
bedeuten würde.
Auch die Vergleichsmessung mit einem Referenzzähler ergibt im Extremfall
unzumutbare Ergebnisse: z.B.: 1m³ reine Luft, in dem sich nur ein Partikel
befindet, wird gleichzeitig mit 2 Partikelzählern kontrolliert. Irgendwann wird
einer der Partikelzähler das Partikel „erwischen“ und der andere weiterhin eine
Nullzählung anzeigen. Diese konstruierte Anordnung würde unter realen
Reinraumbedingungen (z.B. Klasse A) zwangsläufig zu einer unzumutbar
hohen Zählratenabweichung führen.
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5. Wie ist der Vergleich zwischen den Messergebnissen mit dem
Kalibrationsaerosol (Latexpartikel) und den im Reinraum auftretenden
Partikeln?
Die Partikelzählung basiert auf einer Äquivalenzmessung: Populär gesagt:
„Dieses soeben gezählte Partikel verhält sich so, wie sich ein sphärisches,
weißes Latexpartikel mit dem Durchmesser X verhalten würde“
Auch lässt sich der Durchmesser eines nicht-spärischen Partikels (z.B. in der
Form eines Wiener Würstchens) nicht im selben Sinne definieren wie bei einer
Kugel.
6. Was bedeuten die Schwellwerte?
Während der Rekalibration werden im Partikelzähler die Schwellwerte für die
Partikelgrößenklassen justiert. Dies geschieht an Potentiometern (oder durch
Softwareeinstellungen), welche auf einen bestimmten, aus der
Kalibrationskurve abgeleitete mV-Wert eingestellt werden. Dieser kann für
>0,5µm z.B. 78mV sein, was bedeutet, dass alle Partikel, welche ein höheres
Signal als 78 mV im Sensor auslösen, in der Klasse >0,5µm gezählt werden.
Entsprechend wird für die anderen Partikelgrößen verfahren.
7. Wie fällt der Vergleich mit anderen Partikelzählern aus?
Ergebnisse der Zählung mit Partikelzählern anderer Hersteller können bei der
Messung von „natürlichen“, polydispersen Partikeln aufgrund der höheren
Konzentration am unteren Ende des Messbereichs und der oben
beschriebenen notwendigen Feinjustierung unterschiedliche Zählergebnisse
aufweisen.
Die Zählratenabweichungen lassen sich nur auf ein Minimum beschränken,
wenn zusätzlich zur Kalibration mit Latex-Aerosolen eine Vergleichsmessung
mittels Referenzgerät vorgenommen wird. Ein Ergebnis von

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8. Was wird an der Messbereichsgrenze gemessen (Zählrate)
Gute und schlechte Partikelzähler unterscheiden sich hauptsächlich bei den
Messwerten an der Messbereichsgrenze (z.B. bei 0,5µm). In der folgenden
Grafik erkennen Sie, dass einige Partikel (statistisch) schon gemessen
werden, obwohl sie kleiner sind als 0,5µm, und andere trotz ihrer relativen
Größe noch nicht gezählt werden. Die ist völlig normal, aber eine schnelle
Annäherung an die 100% nach der Messbereichsgrenze ist anzustreben.
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