Title: | Metrological Developments for Aerosol and Mass Measurements Metrologian kehittämistä hiukkasten ja massan mittaamiseen |
Author(s): | Högström, Richard |
Date: | 2014 |
Language: | en |
Pages: | 58 + app. 52 |
Department: | Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos Department of Signal Processing and Acoustics |
ISBN: | 978-952-60-6027-9 (electronic) 978-952-60-6028-6 (printed) |
Series: | Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 212/2014 |
ISSN: | 1799-4942 (electronic) 1799-4934 (printed) 1799-4934 (ISSN-L) |
Supervising professor(s): | Ikonen, Erkki, Prof., Aalto University, Department of Signal Processing and Acoustics, Finland |
Thesis advisor(s): | Heinonen, Martti, Dr., Metrology Research Institute, finland |
Subject: | Physics |
Keywords: | filter artefact, inter-comparison, particle number concentration, primary standard, surface contamination, uncertainty evaluation, epävarmuusarvio, hiukkasten lukumäärätiheys, pintakontaminaatio, primaarinormaali, suodatinartefakti, vertailumittaus |
|
|
Abstract:Luotettavia, vertailukelpoisia ja tarkkoja mittaustuloksia saadaan ainoastaan kun mittaukset ovat jäljitettävissä kansainvälisesti tunnustettuihin primaarinormaaleihin. Tieteen ja teknologian edistyminen vaatii ja edellyttää kehitystä jo vakiintuneilla metrologian aloilla, kuten massan mittauksissa, ja uusilla kehittyvillä aloilla, kuten aerosolihiukkasmittauksissa, jossa jäljitettävyys on puutteellista. Tässä väitöskirjatyössä kehitettiin Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) innovaatiosta Single Charged Aerosol Reference (SCAR) primaarinormaali hiukkasten lukumäärätiheydelle. Tätä varten laitteelle tehtiin täydellinen metrologinen validointi jolla määritettiin tuotettujen aerosolihiukkasten lukumäärätiheyden epävarmuus. Tulokset osoittavat että tuotetut hiukkaset ovat kerran varattuja 0,16 % standardiepävarmuudella. Työn tuloksena SCAR on ainoa primaarinormaali jolla voidaan suorittaa kalibrointeja laajalla hiukkaskokoalueella 10 nm – 500 nm alle 2 % suhteellisella epävarmuudella (k = 2). Työssä tehtiin kattava vertailumittaus erilaisille hiukkasten lukumäärätiheyden mittanormaaleille ensimmäistä kertaa. Hiukkasten varaustiheyden mittauksia verrattiin eri hiukkaskoolla ja konsentraatiolla 20 nm – 200 nm ja 0.16 × 10-15 C cm3 – 2.72 × 10-15 C cm-3 (joka vastaa 1000 cm-3 – 17 000 cm-3 kerran varattua hiukkasta). Tulokset olivat pääosin yhteneväiset ja ±3 % sisällä toisistaan muutamia pienillä konsentraatioilla havaittuja poikkeuksia lukuun ottamatta. Tämä luo vankan metrologisen perustan aerosolihiukkasten lukumäärätiheyden mittauksille maailmanlaajuisesti. Merkittävä virhelähde ajoneuvojen hiukkaspäästöjen gravimetrisessa mittaamisessa on ns. suodatinartefakti, eli kaasumaisten yhdisteiden adsorptio näytteenottosuodattimelle. Tutkiaksemme systemaattisesti suodatinartefaktin vaikutusta rakensimme koejärjestelyn joka perustuu kaasumaisten hiilivetyjen ja nokihiukkasten sekoittamiseen. Teflon-pinnoitetuilla suodattimilla ja pentadekaani (C15H32) höyryllä tehdyt kokeet osoittavat että sekä hiukkasten konsentraatiolla että suodattimen hiukkaskuormituksella on vaikutusta suodatinartefaktiin, siten että pienempi konsentraatio ja kuormitus johtivat suurempaan adsorptioon. Sorptio-ilmiöistä johtuva punnusten massan epästabiilisuus aiheuttaa epävarmuutta massan yksikön realisoinnissa, joka on useimpien hiukkasmittausten jäljitettävyyden perusta. Työssä hyödynnettiin atomivoimamikroskooppia (AFM) ruostumattomasta teräksestä valmistettujen punnusten pintakontaminaation muutosten tutkimiseen kun punnuksia puhdistettiin ultra-äänellä etanolissa ja altistettiin tyhjiölle. Tarkoitusta varten kehitettiin tulosten analyysimenetelmä jolla pystytään herkemmin havaitsemaan muutoksia. Tulokset osoittavat että kontaminaatio adsorboituu etupäässä pinnan uurteisiin. |
|
Parts:[Publication 1]: R. Högström, J. Yli-Ojanperä, A. Rostedt, I. Iisakka, J.M. Mäkelä, M. Heinonen and J. Keskinen, ”Validation the single charged aerosol reference (SCAR) as a traceable particle number concentration standard for 10 nm to 500 nm aerosol particles”, Metrologia 48, 426-436 (2011). DOI: 10.1088/0026-1394/48/5/025 View at Publisher [Publication 2]: R. Högström, P. Quincey, D. Sarantaridis, F. Lüönd, A. Nowak, F. Riccobono, T. Tuch, H. Sakurai, M. Owen, M. Heinonen, J. Keskinen and J. Yli-Ojanperä, “First comprehesive inter-comparison of aerosol electrometers for particle sizes up to 200 nm and concentration range 1000 cm-3 to 17 000 cm-3”, Metrologia 51, 293-303 (2014). DOI: 10.1088/0026-1394/51/3/293 View at Publisher [Publication 3]: R. Högström, P. Karjalainen, J. Yli-Ojanperä, A. Rostedt, M. Heinonen, J.M. Mäkelä and J. Keskinen, ”Study of the PM gas-phase filter artifact using a setup for mixing diesel-like soot and hydrocarbons”, Aerosol Science and Technology 46, 1045-1052 (2012). DOI: 10.1080/02786826.2012.689118 View at Publisher [Publication 4]: R. Högström, V. Korpelainen, K. Riski, L. Stenlund and M. Heinonen, ”Atomic force microscopy studies of surface contamination on stainless steel weights”, Metrologia 47, 670-676 (2010). DOI: 10.1088/0026-1394/47/6/006 View at Publisher |
|
|
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Page content by: Aalto University Learning Centre | Privacy policy of the service | About this site