Laseroptische Partikelzählung vs. Siebverblockung

Zur Bestimmung der Verschmutzung von Flüssigkeiten stehen unterschiedliche Analysemethoden zur Verfügung. In diesem Blogbeitrag stellen wir die laseroptische Methode der Lichtabschattung der Siebverblockung gegenüber.

Wie funktioniert das Lichtabschattungsprinzip?

Der Lichtstrahl einer Laserdiode durchstrahlt die Messzelle des Partikelsensors und beleuchtet die Fotodiode hinter der Messzelle. Jedes einzelne Partikel der durchströmenden Probe schwächt den Laserstrahl in der Messzelle ab. Partikelschatten verursachen eine Stromänderung an der Fotodiode, die von der Sensorelektronik als Partikelsignal ausgewertet wird. Die Fläche des Partikelschattens repräsentiert die Größe des Partikels. Mit einem Lichtabschattungspartikelzähler werden Partikel in mehreren Größenbereichen gemessen. Jedes einzelne Partikel in der Probenflüssigkeit wird detektiert und einem bestimmten Größenbereich zugeordnet. Bei der Auswertung gemäß dem Reinheitsklassenstandard SAE AS4059 werden die Messergebnisse entweder in 6 Größenklassen zwischen 4 und 70 µm(c) (A–F) oder in 5 Größenklassen zwischen 6 und 70 µm(c) (B–F) vereinfacht dargestellt. Für die Darstellung gemäß ISO 4406 werden die Partikelanzahlen in 3 Größenklassen zwischen 4 und 14 µm(c) angegeben. Die optischen Partikelzähler von PAMAS gehen weit über die Anforderungen der Reinheitsklassenstandards hinaus und stellen eine detaillierte Partikelgrößenverteilung in bis zu 32 Größenbereichen zur Verfügung.

Wie wird bei der Siebverblockungsmethode gemessen?

Bei der Siebverblockungsmethode wird die Probenflüssigkeit durch eine Membran mit einer definierten Porengröße (z.B. 10 µm) geleitet. Partikel, die größer als die Porengröße sind, werden zurückgehalten und führen dazu, dass sich die Membran mit Partikeln zusetzt.

Hier stehen zwei unterschiedliche Messmöglichkeiten zur Verfügung:

Wenn die Fließrate konstant gehalten wird, kann die Erhöhung des Differenzdrucks gemessen werden.
Umgekehrt kann bei gleichbleibenden Druckbedingungen die Reduzierung der Fließgeschwindigkeit bestimmt werden.

Bei konstantem Durchfluss ist eine Zunahme des Drucks zu beobachten. Die Öffnungen der Membran verstopfen. Durch die Abnahme der Anzahl freier Öffnungen wird der Durchfluss zunehmend erschwert und der Differenzdruck steigt. Bei konstantem Druck verhält es sich umgekehrt: Die Fließrate verringert sich, weil der Filter zunehmend verstopft. Durch herstellerspezifische, mathematische Algorithmen werden die Messdaten in entsprechende Reinheitsklassen umgerechnet.

Verglichen mit der Partikelzählung per Lichtabschattung hat die Siebverblockungsmethode den Vorteil, dass das Messergebnis kaum durch Luftblasen oder Wassertropfen beeinträchtigt wird. Allerdings kann das Messergebnis durch enthaltene unlösliche Additive verfälscht werden, die im Filter hängen bleiben. Zudem ist die Methode der Filterblockade nur semi-quantitativ, d.h. sie liefert zwar Informationen über die Gesamtmasse der Verschmutzung, aber die individuelle Größe und die Anzahl der einzelnen Partikel können nicht bestimmt werden. Partikel, die kleiner sind als die Porengröße, können gar nicht erfasst werden.

Außerdem können unterschiedliche Viskositätsgrade der Probenflüssigkeit bei konstanter Fließrate Einfluss auf die Druckverhältnisse nehmen und dadurch das Messergebnis verfälschen. In diesem Fall kann die Filtertechnik nur bei konstantem Druck und variabler Fließrate durchgeführt werden. Zudem erfasst die Siebveblockungsmethode keine Flüssigkontamination (z.B. Ölverschmutzung in Wasser-Glykol führenden Hydrauliksystemen) und täuscht dem Anwender somit eine eigentlich nicht gegebene Reinheit seines Systems vor.

Fazit

Während mit der Siebverblockungsmethode nur ein grober Verschmutzungsgrad gemessen werden kann, detektieren Lichtabschattungssensoren Größe und Anzahl jedes einzelnen Partikels in der Probenflüssigkeit. Die Siebverblockungsmethode misst hingegen keine einzelnen Partikel, sondern sie berechnet nur den Differenzdruck bezogen auf eine bestimmte Partikelgröße. Partikelergebnisse gemäß Reinheitsklassenstandards können mit der Siebverblockungsmethode nicht gemessen werden. Eine normkonforme Ausgabe von Verschmutzungsergebnissen gemäß SAE AS 4059 ist nur mit einem optischen, nach ISO 11171 kalibrierten Partikelzähler möglich. Präzise Informationen über die Größe der einzelnen Partikel sind in vielen Anwendungen unabdingbar. Hierfür eignet sich ausschließlich die Lichtabschattungsmethode mit einem Laseroptischen Partikelmessgerät.