Automatisches Wiegesystem für die gravimetrische Auswertung von staubbelasteten Filtern (Pat. angem.)
Typ: AWS 1

Das automatische Wiegesystem AWS erfasst und dokumentiert den Feinstaub der Aussenluft
gemäß CEN 12341 (PM10) und CEN 14907 (PM2.5) welcher mit Filtergeräten und Probenahmesystemen
auf Filtern gesammelt wurde.

Genaues vollautomatisches Wiegesystem Automatische Erfassung und Dokumentation der Feinstaubkonzentration Vermeidung von Fehlmessungen Deutliche Entlastung der Mitarbeiter durch automatisierten Ablauf des Wiegeprozesses durch stark reduziert personelle Betreuung. Schutzhaube zur Vermeidung der Verunreinigung (Kontamination) des Systems durch das Eindringen von Aussenluft. Bei Aufstellung des automatischen Wiegesystems in einer konditionierten Umgebung z.B. 20°C und 50% rel. Luftfeuchtigkeit ist keine zusätzliche Klimatisierung erforderlich. Integrierte Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung optional.

Einführung in das automatische Wiegesystem

Auf Grund verschiedener Europäischer Richtlinien muss die Feinstaubbelastung der Aussenluft gemessen werden. Hierzu werden überwiegend Referenzgeräte (Low Volume Sampler) eingesetzt, welche die zu messende feinstaubbelastete Luft mit Hilfe einer Vakuumpumpe ansaugen, durch Trennstufen (Impaktoren) in seiner Größe fraktionieren und diese dadurch gewonnenen Staubpartikel auf einem Filter ablegen. Die Erfassung der Staubkonzentration des gesammelten Staubes erfolgt bisher durch manuelle Wägung in einem externen Labor. Zur diskontinuierlichen Erfassung und Dauerüberwachung der Staubkonzentration werden meist Filterwechseleinheiten verwendet, welche die einzelnen über einen definierten Zeitraum beaufschlagten Filter automatisch in einem Magazin ablegen und die Sammler jeweils mit einem neuen Filter bestücken. Dadurch kann über eine relativ lange Zeit Staub für eine danach folgende Bewertung gesammelt werden. Das automatische Wiegesystem AWS wurde für die Erfassung und Dokumentation der Feinstaubkonzentration der Aussenluft entwickelt. Durch das automatische Wiegen einer grossen Anzahl von Filtern entfällt das manuelle Wiegen der einzelnen Filter, wodurch das Personal stark entlastet wird und der Fehlereintrag bei der Messung und Übertragung der Messwerte durch den subjektiven Faktor Mensch praktisch ausgeschlossen wird. Da sowohl die unbelasteten Filter als auch die staubbelasteten Filter zur Bildung eines Mittelwertes mehrere Male gewogen werden müssen, ergibt dies eine sehr grosse Anzahl von Wiegungen, die das Personal durch das konzentrierte und eintönige Arbeiten allgemein stark beansprucht. Die Filter werden sowohl vor dem Sammelzyklus als auch danach bei einer festgelegten Temperatur und definierter rel. Luftfeuchtigkeit über einen wählbaren Zeitraum konditioniert. Deshalb ist es notwendig, dass auch das automatische Wiegesystem diese definierten klimatischen Bedingungen sicherstellt. Aus der Differenz des Gewichtes zwischen beladenen und unbeladenen Filtern und Berücksichtigung der Gesamtluftmenge während der Sammelzeit ergibt sich die Staubkonzentration in μg/m3. Voraussetzung für einen automatisierten Ablauf des gesamten Prozesses ist eine Kennzeichnung und damit eine Identifizierbarkeit der einzelnen Filter. Hierfür wird eine separate Filterkennzeichnungsvorrichtung verwendet. Auf dem automatischen Wiegesystem ist für die Identifizierung eine entsprechende Lesevorrichtung vorhanden.

Lesestation zur Identifikation der Filter

Wie bereits erwähnt, ist eine Voraussetzung zum Betrieb und zum Ablauf des gesamten automatisierten Wiegeprozesses die Notwendigkeit, die Filter zu kenn-zeichnen und zu identifizieren.Bei Filtern mit einem Durchmesser von 47 mm und einem Beladungs-durchmesser von 41 mm steht eine Ringfläche von 3 mm Breite für Markierungen zur Verfügung. Mit einer ausserhalb des automatischen Wiegesystems befind-lichen digital gesteuerten Schneidvorrichtung wird auf dem Kreisbogen auf dem Rand der Filter ein Binärcode eingebracht. Jede Markierung ist ca. 1,5 x1,5 mm gross. Die Programmierung der Codes erfolgt über den Steuer- und Datenerfassungs- PC auf dem eine Software „Filter-markieren“ installiert ist. Die Identifizierung der Filter erfolgt in der im AWS integrierten Lesestation. Der auf dem Filterrand angebrachte Binärcode wird mit einerm digitalen Bildverarbeitungssensor identifiziert. Der Binärcode wird nach dem Lesen im Speicher des Steuer- und Datenerfassungs- PC abgelegt.

Filtererkennung

Zur Filterkennung werden bei Start des Wiege- und
Konditionierungs-Prozesses noch die folgenden
Messwerte gespeichert:

• Temperatur
• Feuchte
• Luftdruck
• Konditionierungszeitraum
• Nummer der Magazinscheibe
• Filterposition innerhalb der Magazinscheibe
• Filtercode zur Identifizierung
• Sammlernummer
• Aufstellungsort
• Datum und Uhrzeit
• Sammelzeit
• Mittelwerte aus der Anzahl der gewählten Wägungen vor bzw. nach der Belastung der Filter mit Staub

Einrichtung zur Temperaturregelung und Feuchtigkeitsregulierung der Umgebungsluft Das automatische Wiegesystem muss die definierten klimatischen Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Feuchtigkeit sicherstellen. Auch der Eintrag von luftgetragenen Fremdpartikeln muss vermieden werden. Das System ist deshalb mit einer Schutzhaube abgeschlossen. Die Temperatur wird durch ein Klimaaggregat mit Peltierelementen sowohl durch Heizen als auch Kühlen sichergestellt. Das Automatische Wiegesystem ist ausserdem mit einer Ultraschall-Luftbefeuchtungsanlage mit hoher Betriebssicherheit (adiabatisches Befeuchtungsprinzip) ausgestattet. Die Anlage, mit einem Aerosolnebelverteiler mit entsprechendem Lüfter und einem Mikroprozessorregler mit einem Hygrostat innerhalb des Systems, ist in der Lage die geforderte Feuchtigkeit sehr genau zu gewährleisten. Die Anlage ist sehr leise und wirtschaftlich und hat ein hervorragendes Regelverhalten. Zur  Sicherheitsausstattung gehört ein Thermoschutz, ein Überlaufschutz und ein Trockenlaufschutz.

Filtertransportvorrichtung

Die Vorrichtung besitzt eine Filtertransportgabel, die sich sowohl radial als auch vertikal bewegt. Radial fährt sie die Positionen Filter-Identifizierung, Filter- Waage, Scheibenmagazin und Kalibrier-Gewichte an.Vertikal entnimmt die Filtertransportgabel die Filter dem Scheibenmagazin und legt sie in die entsprechenden Stationen ein. Nach Abschluss des Identifizier- und Wiegevorganges wird das Filter in das Scheibenmagazin zurückgelegt.Nach dem Wiegen aller vorhandenen Filter kann das Scheibenmagazin ausgetauscht werden.

Nachdem die Magazinscheiben des automatischen Wiegesystems mit den Filtern aus den Kassetten des Probenahmesystems bestückt worden sind, wird vor Beginn eines jeden Wiegeprozesses das Referenzfilter für eventuelle Korrekturmaßnahmen gewogen. Zusätzlich besitzt das automatische Wiegesystem Platz für vier weitere Referenzfilter, welche aus unterschiedlichem Material bestehen können (z.B. Glasfaserfilter, Quarzfaserfilter oder Teflonfilter), die sich in der Aufnahmevorrichtung für die Kalibrier-gewichte befinden, um eine eventuelle Staubanreicherung im Wiegeraum selbst durch Wiegung dieser Filter berücksichtigen zu können. Welche Filter dort eingelegt werden, wird durch das Filtermaterial bestimmt mit dem Feinstaub gesammelt wurde. Diese Referenzfilter werden mit dem Filterscheibenmagazin gewechselt.

Auswertung und Dokumentation

Durch die mitgelieferte Auswertesoftware können die gespeicherten Daten in Datenbanken oder in Excel zur Nachbearbeitung verwendet werden. Kundenspezifische Anpassungen können zusätzlich optional bereitgestellt werden. Neben den vorher bereits erwähnten Daten wird nach dem Wiegeprozess noch das Gewicht des unbelasteten und belasteten Filters abgespeichert.

Informationen zu den Filtermaterialien

Die folgenden Filtermaterialien können mit dem AWS gewogen werden:

• Glasfaserfilter Wathman
• Quarzfaserfilter Munktell. Bei diesen Filtern muss darauf geachtet werden, dass sie möglichst plan in die Scheibenmagazineeingelegt werden.
• Cellulosenitratfilter Munktell

(Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern)

Technische Daten