High-efficiency filters and filter media for removing particles in air — Part 2: Aerosol production, measuring equipment and particle-counting statistics

ISO 29463-2:2011 specifies the aerosol production and measuring equipment used for testing high-efficiency filters and filter media in accordance with ISO 29463-3, ISO 29463-4 and ISO 29463-5, as well as the statistical basis for particle counting with a small number of counted events. It is intended to be used in conjunction with ISO 29463-1, ISO 29463-3, ISO 29463-4 and ISO 29463-5.

Filtres à haut rendement et filtres pour l'élimination des particules dans l'air — Partie 2: Production d'aérosol, équipement de mesure et statistique de comptage de particules

La présente partie de l'ISO 29463 spécifie la production d'aérosol et l'équipement de mesure utilisé pour soumettre à essai des filtres à haut rendement et des médias filtrants conformément à l'ISO 29463‑3, à l'ISO 29463‑4 et à l'ISO 29463‑5, ainsi que les bases statistiques des comptages de particules sur un nombre limité d'événements dénombrés. Elle est destinée à être utilisée conjointement avec l'ISO 29463‑1, l'ISO 29463‑3, l'ISO 29463‑4 et l'ISO 29463‑5.

General Information

Status
Published
Publication Date
06-Oct-2011
Current Stage
9093 - International Standard confirmed
Start Date
03-Oct-2017
Completion Date
03-Oct-2017
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ISO 29463-2:2011 - High-efficiency filters and filter media for removing particles in air
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ISO 29463-2:2011 - Filtres à haut rendement et filtres pour l'élimination des particules dans l'air
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 29463-2
First edition
2011-10-15
High-efficiency filters and filter media for
removing particles in air —
Part 2:
Aerosol production, measuring
equipment and particle-counting
statistics
Filtres à haut rendement et filtres pour l'élimination des particules dans
l'air —
Partie 2: Production d'aérosol, équipement de mesure et statistique de
comptage de particules
Reference number
ISO 29463-2:2011(E)
ISO 2011
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ISO 29463-2:2011(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2011

All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,

electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or

ISO's member body in the country of the requester.
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Fax + 41 22 749 09 47
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Published in Switzerland
ii © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 29463-2:2011(E)
Contents Page

Foreword ............................................................................................................................................................ iv

Introduction ......................................................................................................................................................... v

1  Scope ...................................................................................................................................................... 1

2  Normative references ............................................................................................................................ 1

3  Terms and definitions ........................................................................................................................... 2

4  Aerosol production ............................................................................................................................... 2

4.1  Aerosol substances .............................................................................................................................. 2

4.2  Producing mono-disperse aerosols .................................................................................................... 3

4.3  Generating poly-disperse aerosols ..................................................................................................... 6

4.4  Neutralization of aerosols .................................................................................................................... 8

4.5  Minimum performance parameters for aerosol generators .............................................................. 8

4.6  Sources of error ..................................................................................................................................... 8

4.7  Maintenance and inspection ................................................................................................................ 8

5  Measuring devices ................................................................................................................................ 9

5.1  Optical particle counters ...................................................................................................................... 9

5.2  Condensation particle counter .......................................................................................................... 11

5.3  Differential mobility analyser ............................................................................................................. 14

5.4  Particle size analysis system on the basis of differential mobility analysis ................................. 16

5.5  Dilution systems .................................................................................................................................. 16

5.6  Aerosol photometer ............................................................................................................................ 17

5.7  Differential pressure measuring equipment ..................................................................................... 19

5.8  Absolute pressure measuring equipment ........................................................................................ 19

5.9  Thermometers ...................................................................................................................................... 19

5.10  Hygrometer .......................................................................................................................................... 20

6  Maintenance and inspection intervals .............................................................................................. 20

7  Particle counting statistics ................................................................................................................. 21

Annex A (informative) Mean size of particle size distributions .................................................................... 22

Bibliography ...................................................................................................................................................... 24

© ISO 2011 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 29463-2:2011(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies

(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO

technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been

established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and

non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the

International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards

adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an

International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent

rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 29463-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 142, Cleaning equipment for air and other gases.

ISO 29463 consists of the following parts, under the general title High-efficiency filters and filter media for

removing particles in air:
 Part 1: Classification, performance, testing and marking
 Part 2: Aerosol production, measuring equipment, particle-counting statistics
 Part 3: Testing flat sheet filter media
 Part 4: Test method for determining leakage of filter element — Scan method
 Part 5: Test method for filter elements
iv © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 29463-2:2011(E)
Introduction

ISO 29463 (all parts) is derived from EN 1822 (all parts) with extensive changes to meet the requests from

non-EU p-members. It contains requirements, fundamental principles of testing and the marking for high-

efficiency particulate air filters with efficiencies from 95 % to 99,999 995 % that can be used for classifying

filters in general or for specific use by agreement between users and suppliers.

ISO 29463 (all parts) establishes a procedure for the determination of the efficiency of all filters on the basis of

a particle counting method using a liquid (or alternatively a solid) test aerosol, and allows a standardized

classification of these filters in terms of their efficiency, both local and overall efficiency, which actually covers

most requirements of different applications. The difference between ISO 29463 (all parts) and other national

standards lies in the technique used for the determination of the overall efficiency. Instead of mass

relationships or total concentrations, this technique is based on particle counting at the most penetrating

particle size (MPPS), which, for micro-glass filter mediums, is usually in the range of 0,12 µm to 0,25 µm. This

method also allows testing ultra-low penetration air filters, which was not possible with the previous test

methods because of their inadequate sensitivity. For membrane filter media, separate rules apply, and are

described in ISO 29463-5:2011, Annex B. Although no equivalent test procedures for testing filters with

charged media is prescribed, a method for dealing with these types of filters is described in ISO 29463-5:2011,

Annex C. Specific requirements for test method, frequency, and reporting requirements can be modified by

agreement between supplier and customer. For lower efficiency filters (group H, as described below),

alternate leak test methods noted in ISO 29463-4:2011, Annex A, can be used by specific agreement between

users and suppliers, but only if the use of these other methods is clearly designated in the filter markings as

described in ISO 29463-4:2011, Annex A.

There are differences between ISO 29463 (all parts) and other normative practices common in several

countries. For example, many of these rely on total aerosol concentrations rather than individual particles. For

information, a brief summary of these methods and their reference standards are provided in

ISO 29463-5:2011, Annex A.
© ISO 2011 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 29463-2:2011(E)
High-efficiency filters and filter media for removing particles in
air —
Part 2:
Aerosol production, measuring equipment and particle-
counting statistics
1 Scope

This part of ISO 29463 specifies the aerosol production and measuring equipment used for testing high-

efficiency filters and filter media in accordance with ISO 29463-3, ISO 29463-4 and ISO 29463-5, as well as

the statistical basis for particle counting with a small number of counted events. It is intended to be used in

conjunction with ISO 29463-1, ISO 29463-3, ISO 29463-4 and ISO 29463-5.
2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated

references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.

ISO 29463-1, High-efficiency filters and filter media for removing particles in air — Part 1: Classification,

performance, testing and marking

ISO 29463-3, High-efficiency filters and filter media for removing particles in air — Part 3: Testing flat sheet

filter media

ISO 29463-4:2011, High-efficiency filters and filter media for removing particles in air — Part 4: Test method

for determining the leakage of filter element — Scan method

ISO 29463-5:2011, High-efficiency filters and filter media for removing particles in air — Part 5: Test method

for filter elements
ISO 29464 , Cleaning equipment for air and other gases — Terminology
1) To be published.
© ISO 2011 – All rights reserved 1
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ISO 29463-2:2011(E)
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 29463-1, ISO 29464, and the

following apply.
3.1
counting efficiency

expression of that proportion of the particles of detectable size suspended in the volume flow under analysis

that make their way through the measured volume and are counted by the particle counter

EXAMPLE The ratio of the concentration measured to actual aerosol concentration.

NOTE The counting efficiency depends on the particle size, and decreases progressively in the proximity of the lower

detection limit of the particle counter.
4 Aerosol production

When testing a filter, a test aerosol with liquid particles shall be used as reference test method in accordance

with ISO 29463-1. Alternatively, a solid PSL aerosol may be used for local efficiency (leak) testing (see

ISO 29463-4:2011, Annex E).

The testing of high-performance filters (ISO 65 U and higher) requires methods of aerosol production with high

10 1 11 1

production rates (10 s to 10 s ), in order to provide statistically significant measurements downstream

of the filter.

By adjusting the operating parameters of the aerosol generator, it shall be possible to adjust the mean particle

diameter of the aerosol so that it is equal to the MPPS. The concentration and the size distribution of the

aerosol produced shall remain constant throughout the test.
4.1 Aerosol substances

A suitable aerosol substance for the reference test method is a liquid with a vapour pressure that is so low at

the ambient temperature that the size of the droplets produced does not change significantly due to

evaporation over the time scale relevant for the test procedure (in the order of a few seconds).

4.1.1 Possible substances include, but are not limited to,
 DEHS,
 PAO,
 paraffin oil (low viscosity).

4.1.2 The most critical properties of a possible aerosol substance are the following, which should not differ

significantly from the values given for the three substances suggested in Table 1:

 index of refraction;
 vapour pressure;
 density.

Standard laboratory safety regulations shall be observed when handling these substances. It shall be ensured

by means of suitable exhaust systems and air-tight aerosol ducting systems that the test aerosols are not

inhaled. In case of doubt, the safety data sheets for the appropriate substances shall be consulted.

2 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 29463-2:2011(E)
Table 1 — Important data for aerosol substances at 20 °C
Trivial name DEHS PAO Paraffin oil (low visc.)
Chemical designation Sebacic Poly-alpha-olefin Mixture
acid-bis(2-ethylhexyl) ester (e.g. CAS No. 68649-12-7) (e.g. CAS # 64742-46-7)
(e.g. CAS No. 122-62-3)
Trivial name Diethylhexylsebacate Polyalphaolefin Paraffin oil
3 c
Density, kg/m 912 800 to 820 (820 )
843
Melting point, K 225 280
259
Boiling point, K 529 650 to 780 (674 )
526
Flash point, K 473 445 to 500
453
Vapour pressure at 293 K,
1,9  0,1 kPa at 423 K 0,1 to 0,13 0,1
kPa
0,003 1 to 0,003 4 at 373 K
0,026
Dynamic viscosity, kg/ms 0,022 to 0,024
0,014 at 313 K
0,002 5 to 0,003 8 at 313 K
Kinematic viscosity, mm /s — 3,8 to 4,2 at 373 K 3,0 to 4,5 at 313 K
1,450/650
1,452/600
1,4535/550
Index of
c c
(1,455 6) (1,466 )
refraction/wavelength, nm
1,4545/500
1,4585/450
1,475/400

US Patents 5,059,349, 5,059,352, and 5,076,965 describe and restrict the use of PAO for filter testing.

Material properties of PAO are as given in Japan JACA Standard No. 37-2001 and ISO 14644-3.

CAS #, Chemical Abstract Service Registry Number, substances have been registered in Chemical Abstract, issued by American

Chemical Society.
Data for “Emery 3004” as a specific example of a PAO.

Source: Crosby, David W., Concentration produced by a Laskin nozzle generator, a comparison of substitute materials and DOP,

21st DOE/NRC Nuclear Air Cleaning Conference.
4.2 Producing mono-disperse aerosols
4.2.1 Condensation methods

Condensation methods are preferred for the creation of mono-disperse aerosols, i.e. the particles are formed

by condensation from the vapour phase. It is necessary to distinguish between heterogeneous and

homogeneous condensation.
4.2.1.1 Heterogeneous condensation

In the case of heterogeneous condensation, the vapour condenses at a relatively low level of super-saturation

onto very small particles that are already present, the so-called condensation nuclei. The size distribution of

the resultant aerosol has a geometrical standard deviation between   1,05 and   1,15.

g g

One type of aerosol generator that operates using the principle of heterogeneous condensation and that is

suitable for testing filters in accordance with this part of ISO 29463 is the Rapaport-Weinstock generator (see

Figure 1).
© ISO 2011 – All rights reserved 3
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ISO 29463-2:2011(E)
4.2.1.1.1 Rapaport-Weinstock generator
NOTE See Figure 1.

An aerosol substance is nebulized through a nozzle, either as a pure substance or in solution, and the

resultant poly-disperse aerosol is then vaporized along the heated section of a glass tube. Residual nuclei of

the impurities in the material remain.
Key
1 liquid reservoir
2 nebulizer
3 vaporization section
4 thermostat
5 condensation section
Compressed air.
Aerosol.
Figure 1 — Structure of the Rapaport and Weinstock aerosol generator

In the subsequent condensation section, the aerosol substance then condenses on these nuclei to form a

mono-disperse aerosol (see also Reference [1]).

The particle diameter of this aerosol is determined by the mixing ratio of aerosol substance and solvent. The

final aerosol contains the solvent used (e.g. propanol) as a vapour.
9 1

Generators of this type achieve particle production rates of 10 s ; the particle diameter can be adjusted

between approximately 0,1 µm and 1,5 µm.
4 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 29463-2:2011(E)
4.2.1.2 Homogeneous condensation

At higher levels of super-saturation, clusters of vapour molecules form spontaneously without the presence of

condensation nuclei, and these then grow to particles that are some nanometres in diameter (homogeneous

condensation). Larger particles then form as a result of coagulation of these particles with one another. The

resultant size distribution has a standard deviation of   1,5 independent of the median particle size, and

can thus only be referred to as quasi-mono-disperse. On the other hand, rates of production of particles

achieved can be as much as two orders of magnitude larger than those possible using heterogeneous

11 1
condensation (more than 10 s ).

Figure 2 shows the structure of a free-jet condensation aerosol generator that makes use of this principle.

2 1
Key
1 DEHS tank
2 pump
3 flow controller
4 ultra-sonic nebulizer
5 thermostat
6 vaporization pipe with heater and insulation
7 sheath air
8 nozzle
9 sintered metal plate
10 coagulation section
Nitrogen.
Aerosol.
Figure 2 — Set-up of a free-jet condensation aerosol generator
© ISO 2011 – All rights reserved 5
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ISO 29463-2:2011(E)

A pump delivers aerosol substance to an ultrasonic nebulizer at a defined rate. The relatively large ( 20 µm)

droplets that are produced are then vaporized in a heated pipe. The concentration of residual nuclei is so low

that they do not influence the subsequent homogeneous condensation process. The hot stream of nitrogen

carrying the vapour then passes through a nozzle into a cold, laminar flow of sheath air. The turbulent mixing

of the free jet with the cold air produces the super-saturation necessary for the homogeneous condensation.

The particle size and particle concentration can be adjusted by varying the volume flow rates of the aerosol

substance (DEHS), nitrogen and envelope air.
4.2.2 Particle size classification

Using a differential mobility analyser as described in 5.3, it is possible to separate a fraction with almost the

same electrical mobility from a poly-disperse aerosol (see also Reference [2]). Provided all these particles

carry only a single electrical charge, then this mono-mobile fraction is also mono-disperse. If necessary, larger

particles that carry a multiple charge, and that thus have the same electrical mobility as the single-charged

particles, shall be removed from the poly-disperse input aerosol by suitable means.

Since the proportion of singly charged particles in the relevant size range is less than 10 %, from which only a

narrow size band is selected, then the number concentration of the mono-disperse output aerosol is lower

than the input concentration by a factor of at least 100. As a consequence, this method of producing mono-

disperse aerosols is suitable only for the measurement of the particle size efficiency of the filter medium (see

ISO 29463-3).

The degree of mono-dispersity achieved by this method can be described by a geometrical standard deviation

of   1,1. In practise, however, the operating parameters are often amended to increase the particle

concentration at the expense of a greater standard deviation.
4.3 Generating poly-disperse aerosols

Poly-disperse liquid aerosols are usually produced by nebulizing the aerosol substance through a binary

nozzle using compressed air.

A subsequent inertial separator, in the form of baffle plates or a cyclone separator, serves to precipitate larger

particles and to reduce the range of the size distribution. The geometrical standard deviation of the distribution

generated lies between 1,6 and 2,5. The particle diameter can be influenced to a small degree by changing

the operating pressure of the nozzle. Greater influence on the particle size is usually achieved by dissolving

the aerosol in a volatile solvent (e.g. propanol) before nebulization. When the solvent evaporates, it leaves

behind particles whose size is governed by the ratio of aerosol substance to solvent that was used.

It is comparatively simple to increase the particle production rate by using a number of jets in parallel.

10 1

The maximum rate of particle production that can be achieved using one nozzle is 5  10 s .

NOTE A typical jet nebulizer is described, for example, in Reference [3].

Where higher aerosol outputs are desired (ISO 29463-5), a Laskin Nozzle aerosol generator is recommended.

4.3.1 Laskin Nozzle poly-disperse aerosol generator

The Laskin Nozzle aerosol generator system uses a nozzle to generate a poly-disperse aerosol from a liquid,

such as DOP, DEHS or PAO and employs a source of compressed gas (see also Reference [4]). The

generator creates an aerosol having a mass mean diameter of approximately 0,45 µm, a light-scattering

geometric diameter of approximately 0,72 µm, and a light-scattering mean droplet-size distribution as shown

in Figure 3 (see also Reference [4]).
6 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 29463-2:2011(E)
Key
1 brass tubing, 9,5 mm (3/8 in) OD  1,7 mm (0,065 in) wall
2 brass collar, 15,9 mm (5/8 in ) OD, silver brazed to tubing 1

3 radial holes, 1 mm (0,04 in) diameter, 1,6 rad (90°) apart; top edge of holes just touching bottom of collar (4 required)

4 brass plug – Silver braze in place (full penetration)

5 2 mm (0,08 in) diameter longitudinal holes next to tube in line with radial holes (4 required)

Approximately 12,7 mm (1/2 in) above bottom of can.
Length variable to suit installation.
Tolerances are 0,05 mm for the dimensions on the holes.
Tolerances are 0,51 mm for all other dimensions.
[4]
Figure 3 — Details of a Laskin Nozzle
© ISO 2011 – All rights reserved 7
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ISO 29463-2:2011(E)
4.3.2 Laskin Generator — Verification of pressure-flow characteristics

Detailed procedures are found in IEST RP CC013. An additional gravimetric sampling method is also included

to determine the actual challenge in micrograms per litre generated by each Laskin nozzle.

4.4 Neutralization of aerosols

Since electrically charged particles are removed more effectively by filters than are uncharged particles,

electrically neutral particles should be used for testing filters. A neutral state of charge is generally understood

to be the stationary equilibrium achieved when charged aerosol particles are brought together with a sufficient

number of positive and negative gas ions. This is usually carried out by ionizing the carrier gas of the aerosol

using a radioactive source or by a corona discharge. The low level of residual charge in the aerosol after this

neutralization can be neglected for the filtration process.

Aerosol particles become electrically charged when there is a division of charges in the course of production

(e.g. nebulization). This occurs, above all, in the case when polar liquids such as water (or, to a lesser extent,

propanol) are nebulized. In the case of pure DEHS or DOP, relatively few charges occur. Condensation

processes without prior nebulization generate virtually charge-free aerosols, which do not have to be

neutralized.

In order to ensure neutralization of the highly concentrated aerosols required for testing filters, it is necessary

for the neutralizers to have a sufficiently high concentration of ions. The aerosol shall also be kept in the

ionizing atmosphere for a sufficiently long period (see also Reference [5]).
4.5 Minimum performance parameters for aerosol generators
The following apply:
a) generators for testing media:
6 1 8 1
1) particle production rate: 10 s to 10 s ,
2) particle diameter adjustable over the range: 0,04 µm to 1,0 µm;
a) generators for testing filter elements:
8 1 11 1
1) particle production rate: 10 s to 10 s ,
2) particle diameter adjustable over the range: 0,08 µm to 1,0 µm.
4.6 Sources of error

Care shall be taken that the pressure of the gas supply for the aerosol generators (compressed air, nitrogen)

remains constant. The supplied gas shall be free of particles and of a sufficiently low humidity.

Nebulizer nozzles can gradually become blocked, leading to unnoticed changes in the nebulization

characteristics.

Condensation generators are sensitive to variations in temperature along the condensation path arising, for

example, due to draughts. Further aerosol substances that are subjected to higher temperatures for long

periods can undergo changes in their physical and chemical properties and, hence, should be replaced at

regular intervals.
4.7 Maintenance and inspection

Aerosol generators shall be maintained regularly in accordance with the manufacturer's instructions.

Suitable measuring systems in accordance with Clause 5 shall be used to check the size distribution and the

constancy of the production rate at the intervals specified in Clause 6.
8 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 29463-2:2011(E)
5 Measuring devices
5.1 Optical particle counters
5.1.1 Operation

In an optical particle counter, the particles are led individually through an intensively illuminated measuring

volume. When passing through the measuring volume, the particle scatters light, which is detected at a

defined spatial angle by a photo detector and transformed into an electrical pulse. The level of this pulse

corresponds to the size of the particle, and the number of pulses per unit time with the particle concentration

in the air volume analysed.

Figure 4 shows an example of the general structure of an optical particle counter with a laser light source.

Key
1 reference detector
2 laser mirror
3 He-Ne laser
4 Brewster-window
5 gasket ring
6 aspherical lens
7 photo detector
8 aerosol outlet
9 parabolic mirror
10 aerosol inlet
11 aerosol nozzle
Sheath air.
Figure 4 — Structure of an optical particle counter — Example
© ISO 2011 – All rights reserved 9
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ISO 29463-2:2011(E)
5.1.2 Minimum performance parameters
The following apply.

a) Optical particle counters should comply with requirements in ISO 21501-1 and/or ISO 21501-4.

b) Measuring range for the particle size: 0,1 µm to 2,0 µm (for 50 % counting efficiency) with at least one

channel with a mean size smaller than the MPPS of the filter under test; preferably half the size of MPPS.

c) Minimum number of particle size classes between 0,1 µm and 0,3 µm:
1) for testing the filter medium, five size classes;

2) for testing the filter element, two size classes. From a practical point of view, the 0,1 to 0,2 and 0,2 to

0,3 channel size ranges common to many commercial counters can meet this requirement.

d) Zero count rate: 1 min .
5.1.3 Sources of error and limit errors

The particle size determined by an optical particle counter is a scattered-light equivalent diameter (see also

Reference [7]), which is dependent not only on the geometrical particle size but also on the shape of the

particle and the optical properties of the particle material. The nature of this dependency varies according to

the constructional type of the particle counter. Measurement results can be compared between two different

particle counters only if these have been calibrated for the particle material in question.

If the particle concentration is too high, so-called coincidence errors occur. This means that several particles

enter the measuring volume at the same time, and are interpreted as one larger particle. Suitable dilution

measures shall be adopted (see 5.5) to ensure that the maximum concentration is not exceeded. The

maximum concentration for a specific particle counter can be determined by generating an aerosol at a

constant rate into a known volume of air. The concentration should provide approximately 20 000 counts per

minute to 30 000 counts per minute in a precise measured volume of air. Once the concentration is

determined
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 29463-2
Première édition
2011-10-15
Filtres à haut rendement et filtres
pour l'élimination des particules
dans l'air —
Partie 2:
Production d'aérosol, équipement de
mesure et statistique de comptage de
particules
High-efficiency filters and filter media for removing particles in air —
Part 2: Aerosol production, measuring equipment and particle-
counting statistics
Numéro de référence
ISO 29463-2:2011(F)
ISO 2011
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ISO 29463-2:2011(F)
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Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Production d'aérosol ........................................................................................................................................................................................ 2

4.1 Substances aérosols ............................................................................................................................................................................ 2

4.2 Production d'aérosols monodispersés ............................................................................................................................... 3

4.2.1 Méthodes par condensation ................................................................................................................................... 3

4.2.2 Classification de la taille des particules ....................................................................................................... 6

4.3 Génération des aérosols polydispersés ............................................................................................................................. 6

4.3.1 Générateur d'aérosol polydispersé à gicleur Laskin ......................................................................... 6

4.3.2 Générateur Laskin — Vérification des caractéristiques pression-débit .......................... 8

4.4 Neutralisation des aérosols .......................................................................................................................................................... 8

4.5 Paramètres de performance minimale des générateurs d'aérosols ......................................................... 8

4.6 Sources d'erreurs .................................................................................................................................................................................. 8

4.7 Maintenance et inspection ............................................................................................................................................................ 8

5 Dispositifs de mesure ...................................................................................................................................................................................... 9

5.1 Compteurs optiques de particules ......................................................................................................................................... 9

5.1.1 Fonctionnement................................................................................................................................................................ 9

5.1.2 Paramètres de performance minimale ......................................................................................................10

5.1.3 Sources d'erreurs et erreurs limites ............................................................................................................10

5.1.4 Maintenance et inspection ...................................................................................................................................11

5.1.5 Étalonnage ..........................................................................................................................................................................11

5.2 Compteur de particules de condensation .....................................................................................................................11

5.2.1 Fonctionnement.............................................................................................................................................................11

5.2.2 Paramètres de performance minimale ......................................................................................................13

5.2.3 Sources d'erreurs et erreurs limites ............................................................................................................13

5.2.4 Maintenance et inspection ...................................................................................................................................13

5.2.5 Étalonnage ..........................................................................................................................................................................14

5.3 Analyseur de mobilité différentiel.......................................................................................................................................14

5.3.1 Fonctionnement.............................................................................................................................................................14

5.3.2 Paramètres de performance minimale ......................................................................................................14

5.3.3 Sources d'erreurs et erreurs limites ............................................................................................................14

5.3.4 Maintenance et inspection ...................................................................................................................................15

5.3.5 Étalonnage ..........................................................................................................................................................................16

5.4 Système d'analyse de la taille des particules sur la base de l'analyse de la mobilité

différentielle ...........................................................................................................................................................................................16

5.4.1 Fonctionnement.............................................................................................................................................................16

5.4.2 Paramètres de performance minimale ......................................................................................................16

5.4.3 Sources d'erreurs et erreurs limites ............................................................................................................16

5.4.4 Maintenance et inspection ...................................................................................................................................16

5.4.5 Étalonnage ..........................................................................................................................................................................16

5.5 Systèmes de dilution .......................................................................................................................................................................16

5.5.1 Fonctionnement.............................................................................................................................................................16

5.5.2 Paramètres de performance minimale ......................................................................................................17

5.5.3 Sources d'erreurs et erreurs limites ............................................................................................................17

5.5.4 Maintenance et inspection ...................................................................................................................................17

5.6 Photomètre d'aérosol .....................................................................................................................................................................17

5.6.1 Fonctionnement.............................................................................................................................................................18

5.6.2 Paramètres de performance minimale ......................................................................................................18

5.6.3 Sources d'erreurs et erreurs limites ............................................................................................................19

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ISO 29463-2:2011(F)

5.6.4 Maintenance et inspection ...................................................................................................................................19

5.6.5 Étalonnage ..........................................................................................................................................................................19

5.7 Équipement de mesure de pression différentielle ................................................................................................19

5.8 Équipement de mesure de pression absolue .............................................................................................................19

5.9 Thermomètres ......................................................................................................................................................................................20

5.10 Hygromètre .............................................................................................................................................................................................20

6 Intervalles de maintenance et d'inspection ..........................................................................................................................20

7 Statistiques de comptage de particules .....................................................................................................................................21

Annexe A (informative) Taille moyenne des distributions granulométriques ......................................................23

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................25

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ISO 29463-2:2011(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/

IEC, Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de

Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour

vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des

comités membres votants.

L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L’ISO 29463-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 142, Séparateurs aérauliques.

L'ISO 29463 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Filtres à haut rendement et

filtres pour l'élimination des particules dans l'air:
— Partie 1: Classification, essais de performance et marquage

— Partie 2: Production d'aérosol, équipement de mesure et statistique de comptage de particules

— Partie 3: Méthode d’essai des filtres à feuille plate

— Partie 4: Méthode d'essai pour déterminer l'étanchéité de l'élément filtrant (méthode scan)

— Partie 5: Méthode d'essai des éléments filtrants
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ISO 29463-2:2011(F)
Introduction

L'ISO 29463 (toutes les parties) découle de l'EN 1822 (toutes les parties) avec des changements

importants pour répondre aux demandes de membres P non membres de l'UE. Elle donne des exigences,

des principes d'essai fondamentaux et le marquage pour les filtres à air à haut rendement d'efficacité

ayant une efficacité comprise entre 95 % et 99,999 995 % et qui peuvent être utilisés pour classifier les

filtres en général ou pour un usage spécifique par accord entre utilisateurs et fournisseurs.

L'ISO 29463 (toutes les parties) définit un mode opératoire de détermination de l'efficacité de tous les

filtres, à partir d'une méthode de comptage de particules à l'aide d'un aérosol d'essai liquide (ou solide)

et permet une classification normalisée de ces filtres en fonction de leur efficacité locale et globale,

qui couvre effectivement la plupart des exigences des différentes applications. La différence entre

l'ISO 29463 (toutes les parties) et les autres normes nationales se situe au niveau de la technique utilisée

pour la détermination de l'efficacité globale. Cette technique s'appuie sur le comptage des particules

pour la taille de particule ayant la plus forte pénétration (MPPS), qui, pour les médias filtrants en

micro-verre, est généralement dans la plage de 0,12 µm à 0,25 µm, plutôt que sur les relations de masses

ou les concentrations totales. Cette méthode permet également de soumettre à essai les filtres à air à

très faible pénétration, ce qui n'était pas possible avec les méthodes d'essai précédentes en raison de

leur sensibilité insuffisante. Pour les médias filtrants à membrane, des règles différentes s'appliquent;

celles-ci sont décrites dans l'ISO 29463-5:2011, Annexe B. Bien qu'aucun mode opératoire d’essai

équivalent ne soit spécifié pour les essais des filtres munis de médias chargés, une méthode pour traiter

ces types de filtres est décrite dans l'ISO 29463-5:2011, Annexe C. Les exigences spécifiques concernant

la méthode d'essai, la fréquence et les exigences de déclaration peuvent être modifiées par accord entre

le fournisseur et le client. Pour les filtres à faible efficacité (groupe H, tel que décrit ci-dessous), d'autres

méthodes d'essais d'étanchéité, décrites dans l'ISO 29463-4:2011, Annexe A, peuvent être utilisées par

accord spécifique entre le fournisseur et le client, mais seulement si l'utilisation de ces autres méthodes

est clairement indiquée dans les marquages des filtres, tel que décrit dans l'ISO 29463-4:2011, Annexe A.

Il existe des différences entre l'ISO 29463 (toutes les parties) et d'autres pratiques normatives courantes

dans plusieurs pays. Par exemple, plusieurs de ces pratiques s'appuient sur les concentrations totales

d'aérosols plutôt que sur les particules individuelles. À titre informatif, une description succincte de ces

méthodes et leurs normes de référence sont fournies dans l'ISO 29463-5:2011, Annexe A.

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NORME INTERNATIONALE ISO 29463-2:2011(F)
Filtres à haut rendement et filtres pour l'élimination des
particules dans l'air —
Partie 2:
Production d'aérosol, équipement de mesure et statistique
de comptage de particules
1 Domaine d'application

La présente partie de l'ISO 29463 spécifie la production d'aérosol et l'équipement de mesure utilisé pour

soumettre à essai des filtres à haut rendement et des médias filtrants conformément à l'ISO 29463-3,

à l'ISO 29463-4 et à l'ISO 29463-5, ainsi que les bases statistiques des comptages de particules sur

un nombre limité d'événements dénombrés. Elle est destinée à être utilisée conjointement avec

l'ISO 29463-1, l'ISO 29463-3, l'ISO 29463-4 et l'ISO 29463-5.
2 Références normatives

Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application de ce document. Pour les

références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du

document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).

ISO 29463-1, Filtres et media à très haute efficacité pour la rétention particulaire — Partie 1: Classification,

essais de performance et marquage

ISO 29463-3, Filtres à haut rendement et filtres pour l'élimination des particules dans l'air — Partie 3:

Méthode d'essai des filtres à feuille plate

ISO 29463-4:2011, Filtres à haut rendement et filtres pour l'élimination des particules dans l'air — Partie 4:

Méthode d'essai pour déterminer l'étanchéité de l'élément filtrant (méthode scan)

ISO 29463-5:2011, Filtres à haut rendement et filtres pour l'élimination des particules dans l'air — Partie 5:

Méthode d'essai des éléments filtrants
ISO 29464, Épuration de l’air et autres gaz — Terminologie
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 29463-1, l’ISO 29464

ainsi que les suivants, s'appliquent.
3.1
efficacité de comptage

expression de la proportion de particules de taille détectable en suspension dans le débit volumique

analysé, qui traversent le volume mesuré et qui sont dénombrées par le compteur de particules

EXEMPLE Rapport de la concentration mesurée sur la concentration d'aérosols réelle.

Note 1 à l'article: L'efficacité de comptage dépend de la taille des particules; elle diminue progressivement à

l'approche de la limite basse de détection du compteur de particules.
1) À publier.
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ISO 29463-2:2011(F)
4 Production d'aérosol

Pour des essais de filtre, un aérosol d'essai contenant des particules liquides doit être utilisé comme

méthode d’essai de référence conformément à l'ISO 29463-1. Un aérosol PSL solide peut également être

utilisé pour les essais d'efficacité locale (d'étanchéité) (voir l'ISO 29463-4:2011, Annexe E).

Les essais des filtres à hautes performances (ISO 65 U et plus) nécessitent des méthodes de production

10 −1 11 −1

d'aérosol à haut débit (10 s à 10 s ) afin de fournir des mesures statistiquement significatives en

aval du filtre.

En ajustant les paramètres de fonctionnement du générateur de particules, il doit être possible d’ajuster

le diamètre moyen des particules de l’aérosol de façon qu'il soit égal à la MPPS. La concentration et la

distribution granulométrique de l'aérosol produit doivent rester constantes tout au long de l'essai.

4.1 Substances aérosols

Une substance aérosol adaptée à la méthode d'essai de référence est un liquide dont la pression de

vapeur à température ambiante est si faible que la taille des gouttelettes produites ne varie pas de

façon significative par évaporation sur l'échelle de temps pertinente pour le mode opératoire d'essai (de

l'ordre de quelques secondes).
4.1.1 Les substances possibles comprennent mais ne sont pas limitées à:
— DEHS;
— PAO;
— huile de paraffine (faible viscosité).

4.1.2 Les propriétés les plus critiques d'une substance aérosol possible sont les suivantes, et il convient

qu'elles ne diffèrent pas significativement des valeurs données au Tableau 1 pour les trois substances

proposées:
— indice de réfraction;
— pression de vapeur;
— masse volumique.

Les règlements de sécurité standards des laboratoires doivent être respectés lors de la manipulation

de ces substances. Il doit être garanti, au moyen de systèmes d'évacuation et de systèmes étanches de

circulation des aérosols adaptés, que les aérosols d'essai ne sont pas inhalés. En cas de doute, les fiches

de données de sécurité des substances appropriées doivent être consultées.
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ISO 29463-2:2011(F)
Tableau 1 — Données importantes pour les substances aérosols à 20 °C
Huile de paraffine
Nom commun DEHS PAO
(faible viscosité)
Acide sébacique-bis(2- Poly-Alpha-Oléfine Mélange
Désignation chimique éthyl-hexyl) ester (par (par exemple N° CAS (par exemple,
exemple, N° CAS 122-62-3) 8649-12-7) N° CAS 64742-46-7)
Nom commun Sébacate de diéthylhexyle Polyalphaoléfine Huile de paraffine
3 c
Masse volumique, kg/m 912 800 à 820 (820 ) 843
Point de fusion, K 225 ∼ 280 259
Point d'ébullition, K 529 650 à 780 (674 ) 526
Point d'éclair, K > 473 445 à 500 453
Pression de vapeur à
1,9 < 0,1 kPa à 423 K 0,1 à 0,13 < 0,1
293 K, kPa
0,003 1 à 0,003 4 à 373 K 0,026
Viscosité dynamique,
0,022 à 0,024
kg/m·s
0,014 à 313 K 0,002 5 à 0,003 8 à 313 K
Viscosité cinématique,
— 3,8 à 4,2 à 373 K 3,0 à 4,5 à 313 K
mm /s
1,450/650
1,452/600
1,4535/550
Indice de réfraction/
c c
(1,455 6 ) (1,466 )
longueur d'onde, nm
1,4545/500
1,4585/450
1,475/400

Les brevets américains 5,059,349, 5,059,352 et 5,076,965 décrivent et limitent l'utilisation de PAO aux fins d'essais des

filtres.

Les propriétés matériau du PAO sont telles que données dans la norme japonaise JACA No. 37-2001 et l’ISO 14644-3.

N° CAS, numéro d'enregistrement du Chemical Abstract Service, pour les substances enregistrées auprès du Chemical

Abstract, délivré par l’American Chemical Society.
Données pour « Emery 3004 » comme exemple spécifique d'une PAO.

Source: Crosby, David W., Concentration produced by a Laskin nozzle generator, a comparison of substitute materials and DOP,

21st DOE/NRC Nuclear Air Cleaning Conference.
4.2 Production d'aérosols monodispersés
4.2.1 Méthodes par condensation

Les méthodes par condensation sont recommandées pour la fabrication d'aérosols monodispersés,

c'est-à-dire que les particules sont formées par condensation en phase vapeur. Il est nécessaire de faire

la distinction entre condensation hétérogène et condensation homogène.
4.2.1.1 Condensation hétérogène

Dans le cas de la condensation hétérogène, la vapeur se condense à un niveau de sursaturation

relativement bas autour de très petites particules déjà présentes, dénommées noyaux de condensation.

La distribution granulométrique de l'aérosol ainsi obtenu a un écart-type géométrique compris entre

σ = 1,05 et σ = 1,15.
g g

Le générateur Rapaport-Weinstock (voir Figure 1) est un type de générateur d'aérosol qui fonctionne

selon le principe de la condensation hétérogène et qui convient pour les essais de filtres conformément

à la présente partie de l'ISO 29463.
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4.2.1.1.1 Générateur Rapaport-Weinstock
NOTE Voir Figure 1.

Une substance aérosol est nébulisée à travers un gicleur, sous forme d'une substance pure ou d'une

solution, et l'aérosol polydispersé obtenu est alors vaporisé le long de la section chauffée d'un tube en

verre. Il reste les noyaux résiduels des impuretés du matériau.
Légende
1 réservoir de liquide
2 nébuliseur
3 section de vaporisation
4 thermostat
5 section de condensation
Air comprimé.
Aérosol.
Figure 1 — Structure du générateur d'aérosol Rapaport-Weinstock

Dans la section de condensation qui suit, la substance aérosol se condense alors sur ces noyaux pour

former un aérosol monodispersé (voir aussi la Référence [1]).

Le diamètre des particules de cet aérosol est déterminé par le rapport de mélange de la substance aérosol

et du solvant. L'aérosol final contient le solvant utilisé (par exemple, propanol) sous forme de vapeur.

9 −1

Les générateurs de ce type atteignent des taux de production de particules de 10 s ; le diamètre des

particules peut être ajusté entre 0,1 µm et 1,5 µm approximativement.
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4.2.1.2 Condensation homogène

À des niveaux plus élevés de sursaturation, des grappes de molécules de vapeur se forment spontanément

en l'absence de noyaux de condensation et grossissent ensuite jusqu'à former des particules de quelques

nanomètres de diamètre (condensation homogène). Des particules plus grosses se forment alors par

coagulation de ces particules entre elles. La distribution granulométrique qui en résulte a un écart-

type σ ∼ 1,5, indépendant de la taille moyenne des particules et ne peut être qualifié que de quasi

monodispersée. Par contre, les taux de production de particules atteints peuvent être de deux ordres de

11 −1

grandeur plus élevés que ceux possible avec la condensation hétérogène (plus de 10 s ).

La Figure 2 présente la structure d'un générateur d'aérosol à condensation à jet libre qui fonctionne

selon ce principe.
Légende
1 réservoir à DEHS 6 tube de vaporisation avec élément chauffant et isolation
2 pompe 7 gaine d’air
3 régulateur de débit 8 gicleur
4 nébuliseur à ultrasons 9 plaque de métal fritté
5 thermostat 10 section de coagulation
Azote.
Aérosol.
Figure 2 — Configuration d'un générateur d'aérosol à condensation à jet libre

Une pompe alimente en substance aérosol un nébuliseur à ultrasons à un débit donné. Les gouttelettes

relativement grosses produites (> 20 µm) sont ensuite vaporisées dans un tube chauffé. La concentration

de noyaux résiduels est si faible qu'elle n'influe pas sur le processus de condensation homogène

ultérieur. Le flux d'azote chaud qui transporte la vapeur passe ensuite par un gicleur dans un flux de

gaine d'air laminaire froid. Le mélange turbulent du jet libre et de l'air froid provoque la sursaturation

nécessaire à la condensation homogène.
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La taille des particules et leur concentration peuvent être ajustées en faisant varier le débit volumique

de la substance aérosol (DEHS), de l'azote et de la gaine d’air.
4.2.2 Classification de la taille des particules

À l'aide d'un analyseur de mobilité différentiel tel que décrit au 5.3, il est possible de séparer une fraction

de l'aérosol polydispersé avec presque la même mobilité électrique (voir aussi la Référence [2]). Dans la

mesure où toutes ces particules ne portent qu'une charge électrique unique, cette fraction mono-mobile

est également monodispersée. Si nécessaire, les particules plus grosses portant une charge multiple

et ayant donc la même mobilité électrique que les particules à charge unique doivent être retirées de

l'aérosol polydispersé d'entrée par des moyens appropriés.

Étant donné que la proportion de particules à charge unique dans la plage de tailles concernée

est inférieure à 10 % et que sur celle-ci seule une bande étroite de taille est sélectionnée, alors la

concentration en nombre de l'aérosol monodispersé en sortie est au moins 100 fois inférieure à la

concentration en entrée. En conséquence, cette méthode de production d'aérosols monodispersés n'est

adaptée qu'au mesurage de l’efficacité en fonction de la taille des particules du média filtrant (voir

l'ISO 29463-3).

Le degré de monodispersion atteint avec cette méthode peut être décrit par un écart-type géométrique

de σ < 1,1. En pratique, toutefois, les paramètres de fonctionnement sont souvent modifiés pour

augmenter la concentration des particules, au prix d'un écart-type plus grand.
4.3 Génération des aérosols polydispersés

Les aérosols liquides polydispersés sont habituellement produits par pulvérisation de la substance

aérosol à travers un gicleur double à l'aide d'air comprimé.

Le séparateur à inertie placé ensuite, de type déflecteur ou séparateur cyclonique, sert à précipiter

les particules les plus grosses et à réduire la plage de la distribution granulométrique. L'écart-type

géométrique de la distribution ob
...

Questions, Comments and Discussion

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