실시간 입자 분포 측정을 위한 Multi-Port DMA-CPC System의 개발 및 성능 평가

Abstract

미세 입자의 측정과 제어에 대한 연구는 자동차 배기가스, 황사 등으로 인한 대기오염의 심각성에 대한 인식제고와 클린룸과 같은 초 청정 작업 조건을 필요로 하는 산업현장의 증가 등의 이유로 그 필요성이 증대되고 있다. 최근에 입자 분포 측정에 가장 많이 쓰이고 있는 방법은 DMA(Differential Mobility Analyzer)와 CPC(Condensation Nuclei Counter)를 이용하는 것이다. 초기에는 이를 이용한 입자의 분포 측정에 많은 시간이 소요됐지만, 1990년대 초부터 SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer)이라 불리우는 가속화된 측정법이 개발되어 측정 시간을 2분 이내로 단축시켰다. 하지만 엄밀히 말해 이 방법은 실시간 측정이 아니다. 본 연구는 조건에 따라 시시각각으로 변하는 입자 분포를 실시간으로 측정하기 위한 시스템의 개발 및 성능 평가에 대한 연구이다. 기존의 DMA의 분해능을 높인 Multi-Port DMA와 기존의 CPC를 이용한 Multi-Port CPC를 설계, 제작하였다. 이를 이용하여 Multi-Port DMA-CPC System 을 구성하고 실시간 입자 분포 측정에 쓰일 수 있는지를 평가하였으며 SMPS로 측정된 입자 분포와 비교하였다. 그 결과 입자 분포는 일정하나 농도가 시간에 따라 변하는 환경에서 SMPS에 의해 측정된 입자 분포와 농도는 시시각각으로 변하였다. 반면 Multi-Port DMA-CPC System 에 의해 측정된 농도는 계속해서 변하는 반면 입자 분포는 늘 일정함을 알 수 있었다. 이는 Multi-Port DMA-CPC System 이 실시간 입자 분포 측정에 적합함을 말해주고 있다.; In this research, a Multi-Port DMA-CPC System that consists of a Multi-Port DMA and a Multi-Port CPC has been developed for Real-Time particle distribution measurement. Dimensions for the Multi-Port DMA include outer cylinder radius and inner cylinder radius of 1.6 cm and 0.6 cm, respectively. The Multi-Port DMA consists of 10 ports with spacing of 1 cm in between the ports. Also, there are 5 ports in the Multi-Port CPC in order to measure simultaneously the particle distribution. The Multi-Port DMA-CPC System consists of a Multi-Port DMA, a Multi-Port CPC, a power supply and PC. Today, the most popular method in measuring particle distribution is the SMPS. This system is capable of achieving a measurement time of at least 60 seconds. But by using a Multi-Port DMA-CPC System, a near Real-Time, measurement time of below 1 second, can be achieved. The following steps were performed in conducting the study. First, transfer function of each port of Multi-Port DMA was tested using TDMA. As a result, the transfer functions of all the ports were almost same. Secondly, the particle distribution under steady concentration was measured. As a result, the particle distribution measured by Multi-Port DMA-CPC System was similar with the particle distribution measured by SMPS. Lastly, the particle distribution under unsteady concentration was measured. As a result, the particle distribution, their geometric mean and their geometric standard deviation measured by SMPS was changed according to concentration variation status. However, the particle distribution measured by Multi-Port DMA-CPC System did not change regardless of concentration variation status. This proves that the Multi-Port DMA-CPC System can use for Real-Time particle distribution measurement.