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Characterization of two types of CEN-certified condensation particle counters at ambient and low pressure conditions
Martina Eisenhut
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Bernadett Weinzierl
DOI
10.25365/thesis.72113
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-22249.14051.106479-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Partikelanzahlkonzentration ist einer der wichtigsten Parameter bei der Messung von Aerosolen. Hierbei sind Kondensationskernzähler, kurz CPCs, die am häufigsten verwendeten Messgeräte zur Messung der Anzahlkonzentration von Aerosolpartikeln bis in den Nanometerbereich. Um Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit über verschiedene Messeinrichtungen und Messkampagnen hinweg zu ermöglichen, müssen die Geräte nach einem gemeinsamen Standard arbeiten. Im Bereich der Aerosolmessungen hat das CEN die technische Norm CEN/TS 16976:2016 für CPCs festgelegt. Diese Norm legt bestimmte Bedingungen für die Messgenauigkeit unter Standarddruck und -temperatur fest. Allerdings können diese Bedingungen in zahlreichen realen Szenarien nicht erfüllt werden. So müssen beispielsweise bei Messkampagnen in Flugzeugen oder in Messeinrichtungen hoch über dem Meeresspiegel (z.B. in den Bergen) die Instrumente im Unterdruck arbeiten. Ziel dieser Arbeit ist es, die Performance, genauer gesagt die Zähleffizienz, von CEN-zertifizierten CPCs bei Umgebungsdruck und verschiedenen Unterdruckstufen zu charakterisieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die beiden Modelle Grimm 5410 CEN und TSI 3772-CEN verwendet. Bei allen gemessen Druckstufen wird untersucht, ob der CEN-Standard eingehalten werden kann und die Performance der beiden CPC Modelle wird verglichen. Die Messungen haben gezeigt, dass bei Umgebungsdruck (1000 hPa) und bei 750 hPa beide Modelle die CEN-Anforderungen erfüllen und vergleichbar gute Ergebnisse liefern. Für Unterdruckstufen von 500 hPa und darunter kann die CEN-Norm nicht erfüllt werden. Die Messungen bei Unterdruck zeigten für beide CPC-Modelle das gleiche Verhalten: Mit abnehmendem Druck nimmt die Zähleffizienz ab. Hier zeigte der Grimm 5410 CEN CPC bei Messungen bei 500 hPa und niedrigerem Druck im Allgemeinen eine höhere v als der TSI 3772-CEN CPC. Die Ergebnisse können als Motivation für die Entwicklung einer neuen Norm gesehen werden, die diese Druckabhängigkeit berücksichtigt, da es in der Praxis eine Vielzahl von Szenarien mit diesen niedrigen Druckbedingungen gibt.
Abstract
(Englisch)
The particle number concentration is one of the most important parameters when measuring aerosols. Condensation particle counters (CPCs) are the most commonly used measurement devices for measuring the number concentration of aerosol particles down to the nanometer size range. In order to enable comparability and reproducibility over different measurement facilities and measurement campaigns, the instruments have to work according to a common standard. In the field of aerosol measurements the European Committee for Standardization (CEN) specified the technical standard CEN/TS 16976:2016 for CPCs. This standard specifies certain conditions on the measurement accuracy under standard pressure and temperature, but in various real-life scenarios, these environmental conditions are not fulfilled. For example, in aircraft measurement campaigns or in measurement facilities high above sea level (e.g. in the mountains), the instruments have to work under low pressure conditions. The aim of this thesis is to characterize the performance, i.e. the counting efficiency, of two CEN certified CPCs, namely the Grimm 5410 CEN and the TSI 3772-CEN at ambient pressure and various low pressure levels. At all measured pressure levels the CEN compliance will be examined and the performance of the two different CPC models will be compared. The measurements showed that at ambient pressure (1000 hPa) and at 750 hPa both models fulfill the CEN requirements and deliver comparable good results. For low pressure levels of 500 hPa and below, the CEN standard can not be met. The measurements at low pressure showed the same behavior for both CPC models: With decreasing pressure, the counting efficiency decreases. Here, the Grimm 5410 CEN showed, in general, higher counting efficiencies compared to the TSI 3772-CEN, when measuring at 500 hPa and lower. The findings can be seen as a motivation to develop a new standard which takes this pressure dependence into account, given the abundance of real-world scenarios with these low pressure conditions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Aerosole Kondensationskernzähler CEN Standard Unterdruck Zähleffizienz Grimm 5410 CEN TSI 3772-CEN
Schlagwörter
(Englisch)
Aerosols Condensation Particle Counters CEN Standard Low Pressure Counting Efficiency Grimm 5410 CEN TSI 3772-CEN
Autor*innen
Martina Eisenhut
Haupttitel (Englisch)
Characterization of two types of CEN-certified condensation particle counters at ambient and low pressure conditions
Paralleltitel (Deutsch)
Charakterisierung von zwei Arten von CEN-zertifizierten Kondensationskernzählern bei Umgebungs- und Unterdruck
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
v, 81 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Bernadett Weinzierl
Klassifikation
33 Physik > 33.05 Experimentalphysik
AC Nummer
AC16601757
Utheses ID
64000
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |