Laser-optische deeltjestelling vergeleken met poriënblokkeringstechniek

Vloeistofverontreiniging kan worden gemeten met verschillende analysemethoden. In dit artikel vergelijken we de laser optische methode (lichtblokkade, licht-extinctie) met “pore blockage” (poriënblokkering).

Hoe werkt de Light Extinction-methode?

De verlichtingsbron is een laserdiode. De laserlichtbundel wordt gecollimeerd door een lenzenreeks en gevormd tot een rechte en vlakke bundel die wordt gefocusseerd wordt op het optisch meetvenster van de meetcel. De straal gaat door de meetcel en verlaat deze door een tweede optische venster, waarna ze geprojecteerd wordt op een fotodiode. De fotodiode meet dus de lichtintensiteit achter de verontreinigde vloeistofstroom. De fotodiode levert als uitgangssignaal een stroom die evenredig is met de intensiteit van het licht dat ze ontvangt. Elk afzonderlijk deeltje dat doorheen de meetcel stroomt, veroorzaakt een stroomverandering op de fotodiode. De sensorelektronica evalueert deze stroomverandering als een deeltjessignaal. Het schaduwoppervlak op de fotodiode vertegenwoordigt de grootte van het deeltje.

Een licht-extinctie-deeltjesteller telt en meet deeltjes van verschillende afmetingen. Elk afzonderlijk deeltje in de vloeistof wordt gedetecteerd en toegewezen aan een kanaal met een specifieke grootte. Na de meting worden de meetresultaten gerapporteerd als deeltjestellingen voor de afzonderlijke groottekanalen. Bij het rapporteren van de resultaten volgens reinheidsklasse standaard, worden de meetresultaten in vereenvoudigde vorm weergegeven, hetzij in 6 grootteklassen tussen 4 en 70 µm(c) (volgens SAE AS 4059 A-F) of in 5 grootteklassen tussen 6 en 70 µm(c) (volgens SAE AS 4059 B-F). De drievoudige code volgens de ISO 4406 standaard rapporteert drie kanaalgroottes van 4, 6 en 14 µm(c). De optische PAMAS-deeltjestellers overtreffen de eisen van algemene reinheidsnormen en bieden een gedetailleerde deeltjesgrootteverdeling tot maximaal 32 deeltjesgrootte kanalen.

Hoe werkt de poriënblokkeringstechniek?

Bij deze filterblokkeringstechniek wordt de monstervloeistof door een membraan met een gedefinieerde poriegrootte (bijv. 10 µm) geleid. Deeltjesgroottes die de poriegrootte overschrijden, worden gescheiden en gevangen op het oppervlak van het membraan, dus na verloop van tijd worden de poriën van het membraanfilter geblokkeerd door deeltjes.

Bij de porieblokkeringstechniek kunnen twee verschillende varianten worden toegepast:

• Als het debiet stabiel wordt gehouden, kan de toename van het drukverschil worden gemeten.
• Omgekeerd kan de debietvermindering worden bepaald als de drukval op een constant niveau wordt gehouden.

Bij constant debiet kan tijdens de meting een drukverhoging worden waargenomen. Dit komt doordat de open poriën op het membraan verstopt raken. Door de vermindering van het aantal poriën wordt de monsterstroom meer en meer geblokkeerd en neemt het drukverschil toe. Bij constante druk zijn de omstandigheden omgekeerd: het debiet neemt geleidelijk af terwijl het filter steeds meer verstopt raakt. Met behulp van een voor de fabrikant specifieke wiskundige formule worden de meetgegevens vervolgens omgezet in overeenkomstige reinheidsklassen.

Vergeleken met het tellen van deeltjes met de licht-extinctiemethode heeft de porieblokkeringstechniek één voordeel: het meetresultaat wordt nauwelijks beïnvloed door de aanwezigheid van luchtbellen of vrij water. Het meetresultaat kan echter wel worden beïnvloed door onoplosbare additieven die in het filter blijven plakken.

Bovendien is de filterblokkeringsmethode slechts semi-kwantitatief omdat deze informatie geeft over de gehele mate van verontreiniging, terwijl het aantal en de grootte van de individuele verontreinigingen niet wordt gemeten. Meting van afzonderlijke deeltjes en nauwkeurige kennis over de deeltjesgrootteverdeling kan alleen worden verkregen door middel van de licht-extinctietechniek. De porieblokkeringsmethode is ook beperkt tot enkele deeltjesgroottes. Deeltjes kleiner dan de poriegrootte kunnen niet worden gedetecteerd. Deze filterblokkeringstechniek kan ook worden beïnvloed door de vloeistofviscositeit: verschillen in viscositeit kunnen het drukverschil bij constant debiet beïnvloeden. Dit leidt tot foutieve meetresultaten. Als er veranderingen in de vloeistofviscositeit optreden, kan de porieblokkeringsmethode alleen worden toegepast bij constante druk en variabele stroomsnelheid (door de differentiële stroomsnelheid te meten). Bovendien detecteert de porieblokkeringsmethode geen vloeistofverontreiniging (bijv. olieverontreiniging in hydraulische systemen die water-glycol vervoeren) en misleidt het de gebruiker dus door te geloven dat zijn systeem daadwerkelijk schoon is.

Conclusie

Terwijl de porieblokkeringstechniek slechts een grove indicatie van verontreiniging mogelijk maakt, meten licht-extinctiesensoren de afmetingen van elk afzonderlijk deeltje in de monstervloeistof. De porieblokkeringstechniek meet geen individuele deeltjes, maar berekent alleen het drukverschil gerelateerd aan een specifieke deeltjesgrootte.

De porieblokkeringstechniek mag geen deeltjesmeetresultaten rapporteren volgens de reinheidsnormen. Een gestandaardiseerd rapport van verontreinigingsresultaten volgens SAE AS 4059 kan ALLEEN worden bereikt met een optische deeltjesteller, gekalibreerd volgens ISO 11171.

Nauwkeurige informatie over de grootte en aantal van individuele verontreinigingen is in veel toepassingen een onmisbare voorwaarde. De licht-extinctiemethode is hiervoor de enige geschikte methode.

www.pamas.de