Entwicklung einer mobilen, energieautarken, kontinuierlich arbeitenden und telemetrisch betreuten Ozonimmissionsmeßstation in "low cost"-Ausführung und Erprobung ihrer Einsatzfähigkeit
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Diplomarbeit aus dem Jahr 1997 im Fachbereich Geowissenschaften / Geographie - Sonstiges, Note: 1,0, Universität Trier (Geographie/Geowissenschaften FB VI), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:Bisher wurden die Ozonimmissionen mit einer geringen räumlichen Auflösung kontinuierlich durch die Immissionsmessnetze von Bund und Ländern erfasst, wobei jedoch bei der Standortwahl in erster Linie die Messung der primären Luftschadstoffe und eine möglichst gute Infrastrukturanbindung der Messstation ausschlaggebend waren. Der sekundäre Luftschadstoff Ozon wird daher selten an re...
Diplomarbeit aus dem Jahr 1997 im Fachbereich Geowissenschaften / Geographie - Sonstiges, Note: 1,0, Universität Trier (Geographie/Geowissenschaften FB VI), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Bisher wurden die Ozonimmissionen mit einer geringen räumlichen Auflösung kontinuierlich durch die Immissionsmessnetze von Bund und Ländern erfasst, wobei jedoch bei der Standortwahl in erster Linie die Messung der primären Luftschadstoffe und eine möglichst gute Infrastrukturanbindung der Messstation ausschlaggebend waren. Der sekundäre Luftschadstoff Ozon wird daher selten an repräsentativen Standorten ermittelt. Zudem sind die eingesetzten Ozonimmissionsmessgeräte auf der Basis der UV-Photometrie oder des Chemilumineszens-Verfahrens sehr teuer. Räumlich hochauflösende Sondermessnetze der lufthygienischen Forschung oder für klimatologische Planungsgutachten setzen dagegen kostengünstigere Messverfahren (SAM) ein und liefern eine hohe räumliche Auflösung der Ozonimmissionsstruktur. Diese Sondermessnetze können aber nur eine unzureichende zeitliche Auflösung bieten, da bisher aus Kostengründen keine automatisierten, kontinuierlichen Messverfahren eingesetzt wurden.
Zielsetzung dieser Arbeit ist es gewesen, eine telemetrisch betreute und kontinuierlich arbeitende Ozonmessstation in low cost -Ausführung zu entwickeln, um mit vertretbarem finanziellen Aufwand ein sowohl räumlich als auch zeitlich hochauflösendes Ozonimmissionsmessnetz realisieren zu können. Da die geplante Ozonmessstation möglichst unabhängig von der Infrastrukturausstattung eines Messstandortes eingesetzt werden soll, wurden hohe Anforderungen an die Mobilität der Messstation gestellt und eine energieautrakte Stromversorgung angestrebt.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einführung und Zielsetzung1
2.Kontinuierliche Ozonmeßmethoden5
2.1UV-Photometrie6
2.2Chemilumineszenz-Verfahren8
2.3Ozonsensoren auf Halbleiterbasis10
2.4Elektrochemische Ozonsensoren1
15 2.4.1Elektrolytwechselnde Messverfahren15
2.4.2Nicht elektrolytwechselnde Messverfahren18
2.5Zusammenfassung21
3.Der elektrochemische Ozonsensor der Messstation24
3.1Aufbau des elektrochemischen Ozonsensors24
3.2Funktionsweise des elektrochemischen Ozonsensors26
3.3Eigenschaften des elektrochemischen Ozonsensors29
3.3.1Kennlinie und Signalverhalten29
3.3.2Anstiegszeit und Erholzeit32
3.3.3Querempfindlichkeiten33
3.4Funktionskontrolle des elektrochemischen Ozonsensors40
3.5Der automatische Messablauf42
3.6Zusammenfassung43
4.Aufbau und Funktionsweise der Ozonmessstation45
4.1Messverstärker für den Ozonsensor47
4.2Automatische Offsetkorrektur47
4.3Messung von Lufttemperatur und Luftdruck50
4.4Messung der Messzellentemperatur53
4.5Messwerterfassung und -speicherung54
4.6Stromversorgung54
4.7Telemetrie55
4.7.1Telemetrie-Hardware für das D-Netz60
4.7.2Konfiguration der Hardware65
4.8Kosten70
4.9Zusammenfassung71
5.Messfehler72
5.1Querempfindlichkeiten72
5.2Quantisierungsfehler74
5.3Druck- und Temperatureinfluss76
5.4Ozonverluste77
5.5Gesamtfehler der Ozonimmissionsmessung77
5.6Zusammenfassung78
6.Praktische Erprobung der Ozonimmissionsmessstation80
6.1Datenauswertung und Datenanalyse81
6.2Messungen unter Laborbedingungen84
6.3Feldversuche95
6.4Betriebserfahrungen102
6.5Zusammenfassung103
7.Diskussion der Untersuchungsergebnisse105
7.1Ergebnisse der praktischen Erprobung105
7.2Optimierungsvorschläge für das elektrochemische Ozonmessverfahren108
7.3Zusammenfassung110
8.Zusammenfassung und Ausblick111
8.1Zusammenfassung111
8.2Anwendungsmöglichkeiten113
Literaturverzeichnis118
Anhang
Bisher wurden die Ozonimmissionen mit einer geringen räumlichen Auflösung kontinuierlich durch die Immissionsmessnetze von Bund und Ländern erfasst, wobei jedoch bei der Standortwahl in erster Linie die Messung der primären Luftschadstoffe und eine möglichst gute Infrastrukturanbindung der Messstation ausschlaggebend waren. Der sekundäre Luftschadstoff Ozon wird daher selten an repräsentativen Standorten ermittelt. Zudem sind die eingesetzten Ozonimmissionsmessgeräte auf der Basis der UV-Photometrie oder des Chemilumineszens-Verfahrens sehr teuer. Räumlich hochauflösende Sondermessnetze der lufthygienischen Forschung oder für klimatologische Planungsgutachten setzen dagegen kostengünstigere Messverfahren (SAM) ein und liefern eine hohe räumliche Auflösung der Ozonimmissionsstruktur. Diese Sondermessnetze können aber nur eine unzureichende zeitliche Auflösung bieten, da bisher aus Kostengründen keine automatisierten, kontinuierlichen Messverfahren eingesetzt wurden.
Zielsetzung dieser Arbeit ist es gewesen, eine telemetrisch betreute und kontinuierlich arbeitende Ozonmessstation in low cost -Ausführung zu entwickeln, um mit vertretbarem finanziellen Aufwand ein sowohl räumlich als auch zeitlich hochauflösendes Ozonimmissionsmessnetz realisieren zu können. Da die geplante Ozonmessstation möglichst unabhängig von der Infrastrukturausstattung eines Messstandortes eingesetzt werden soll, wurden hohe Anforderungen an die Mobilität der Messstation gestellt und eine energieautrakte Stromversorgung angestrebt.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einführung und Zielsetzung1
2.Kontinuierliche Ozonmeßmethoden5
2.1UV-Photometrie6
2.2Chemilumineszenz-Verfahren8
2.3Ozonsensoren auf Halbleiterbasis10
2.4Elektrochemische Ozonsensoren1
15 2.4.1Elektrolytwechselnde Messverfahren15
2.4.2Nicht elektrolytwechselnde Messverfahren18
2.5Zusammenfassung21
3.Der elektrochemische Ozonsensor der Messstation24
3.1Aufbau des elektrochemischen Ozonsensors24
3.2Funktionsweise des elektrochemischen Ozonsensors26
3.3Eigenschaften des elektrochemischen Ozonsensors29
3.3.1Kennlinie und Signalverhalten29
3.3.2Anstiegszeit und Erholzeit32
3.3.3Querempfindlichkeiten33
3.4Funktionskontrolle des elektrochemischen Ozonsensors40
3.5Der automatische Messablauf42
3.6Zusammenfassung43
4.Aufbau und Funktionsweise der Ozonmessstation45
4.1Messverstärker für den Ozonsensor47
4.2Automatische Offsetkorrektur47
4.3Messung von Lufttemperatur und Luftdruck50
4.4Messung der Messzellentemperatur53
4.5Messwerterfassung und -speicherung54
4.6Stromversorgung54
4.7Telemetrie55
4.7.1Telemetrie-Hardware für das D-Netz60
4.7.2Konfiguration der Hardware65
4.8Kosten70
4.9Zusammenfassung71
5.Messfehler72
5.1Querempfindlichkeiten72
5.2Quantisierungsfehler74
5.3Druck- und Temperatureinfluss76
5.4Ozonverluste77
5.5Gesamtfehler der Ozonimmissionsmessung77
5.6Zusammenfassung78
6.Praktische Erprobung der Ozonimmissionsmessstation80
6.1Datenauswertung und Datenanalyse81
6.2Messungen unter Laborbedingungen84
6.3Feldversuche95
6.4Betriebserfahrungen102
6.5Zusammenfassung103
7.Diskussion der Untersuchungsergebnisse105
7.1Ergebnisse der praktischen Erprobung105
7.2Optimierungsvorschläge für das elektrochemische Ozonmessverfahren108
7.3Zusammenfassung110
8.Zusammenfassung und Ausblick111
8.1Zusammenfassung111
8.2Anwendungsmöglichkeiten113
Literaturverzeichnis118
Anhang
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