AiF-FV-Nummer 15008 BR

Nachweis von Aerosolen durch Schwingquarze und deren dynamische Verhaltenscharakteristik

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.11.2006 bis 31.01.2009

Forschungsstellen

Zusammenfassung

In diesem Forschungsvorhaben wurden im Rahmen der vorwettbewerblichen Forschung grundlegende physikalische Prozesse bei der Anlagerung kleinster Aerosolbestandteile auf Schwingquarzoberflächen untersucht. Im Projektzeitraum wurde an der BTU Cottbus ein Sensorprüfstand zur Benutzung des Netzwerkanalysators unter Laborbedingungen und zur Optimierung der Hard- und Software des Netzwerkanalysators aufgebaut. Nach der Erarbeitung der Grundlagen und des Handlings der Hardware wurden verschiedene Versuche zur Messung des Phasen- und Amplitudenganges an einem Schwingquarz durchgeführt. Hier konnten die Untersuchungen an einem 10MHz-Schwingquarz gezeigt werden. Bei der Grundschwingung zeigte sich der erwartete Verlauf. Die zweite Harmonische und auch alle anderen geradzahligen Harmonischen treten nicht auf. Bei den höheren Harmonischen treten zunehmend Nebenschwingungen auf. Zur Beschreibung der Schwingungsvorgänge wurden Ersatzschaltbilder mit zusätzlichen LCR-Gliedern erstellt und in eine neu entwickelte Datenerfassungsund Auswertungs-Software implementiert. In einem weiteren Schritt erfolgt die Überführung des Messsystems der BTU an die Messeinrichtung des ILK zur Analyse industrieller Aerosole und Stäube. Im vorliegenden Projekt wurden verschiedene Verfahren der Aerosoldosierung und Dispergierung an einem Prüfstand aufgebaut und realisiert, diese Aerosole in eine Prüfkammer einzukoppeln. Dabei zeichnen sich die Aerosole durch ein weitgehend übereinstimmendes Partikelspektrum aus, sind aber von den Stoffeigenschaften und der Zusammensetzung völlig verschieden. Die unterschiedlichen Konzentrationen, welche durch den Aerosolerzeugungs- und Dispergierungs-Prozess realisiert wurden, sind durch die Nachführung des Trägerluft-Volumenstromes aufeinander abgestimmt worden. Dafür wurden Anpassungsfaktoren bestimmt. Damit wurden die Vorraussetzungen geschaffen, in den weiteren Arbeitspaketen das dynamische Schwingverhalten der Quarze bei unterschiedlichen Aerosolen untersuchen zu können. Partikelkonzentration und Partikelgrößenverteilung der zu untersuchenden Aerosole wurden charakterisiert. Die Messungen haben gezeigt, dass sich mit der Applikation des Netzwerkanalysators an den Versuchsstand unterschiedliche Aerosole detektieren lassen. Es erwies sich als sinnvoll die Aerosolanlagerung nicht nur bei der Resonanzfrequenz wie es Quarzmikrowaagen ermöglichen zu untersuchen, sondern das Impedanz- und Phasenspektrum in Nähe der 1. und 3. Harmonischen zu analysieren. Verschiedene Parameter der Impedanz- und Phasenspektren (Resonanzfrequenz, Intensitätsverhältnis, Halbwertsbreite, Dämpfung) und ihre Änderung bei Aerosoldeposition wurden einzeln untersucht und zusammenfassend in Radarplots dargestellt. Hierbei ist es möglich sowohl feste als auch flüssige Aerosole zu unterscheiden. Weiterhin können sie in ihrer Konzentration unterschieden werden. In Messungen von Mischaerosolen konnte nachgewiesen werden, dass diese bei entsprechenden Vergleichsmessungen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung analysiert werden können. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich die Signale beim Mischaerosol nicht aus einer einfachen Summation der Signale der Einzelbestandteile ergeben. Dies kann in einer intelligenten Datenauswertung (neuronale Netze), die nicht Bestandteil dieses Projektes waren, ausgenutzt werden. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente