WO2011050932A1 - Measuring device for measuring emissions in a particle mass concentration in a gas to be measured, in particular in a combustion emission gas - Google Patents

Measuring device for measuring emissions in a particle mass concentration in a gas to be measured, in particular in a combustion emission gas Download PDF

Info

Publication number
WO2011050932A1
WO2011050932A1 PCT/EP2010/006477 EP2010006477W WO2011050932A1 WO 2011050932 A1 WO2011050932 A1 WO 2011050932A1 EP 2010006477 W EP2010006477 W EP 2010006477W WO 2011050932 A1 WO2011050932 A1 WO 2011050932A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light beam
particle
wavelength
light
measuring device
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/006477
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Dambietz
Elmar Tschinkel
Original Assignee
Maha Maschinenbau Haldenwang Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maha Maschinenbau Haldenwang Gmbh & Co. Kg filed Critical Maha Maschinenbau Haldenwang Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2011050932A1 publication Critical patent/WO2011050932A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G01N15/0211—Investigating a scatter or diffraction pattern
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704—Angular selective
    • G01N2021/4726—Detecting scatter at 90°
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4733—Discriminating different types of scatterers

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for the determination of exhaust gas components in a particle collectively a measuring gas, in particular a combustion exhaust gas to selectively determine the mass concentration of different types of particles with a compact exhaust gas meter.
  • Measuring devices for measuring the exhaust gas of motor vehicles are used for testing and diagnosis of vehicle exhaust gases.
  • Exhaust gas measuring devices for determining the exhaust gas mass concentration for motor vehicles which are based on a scattered light method, are known from the prior art.
  • the mass concentration of a particle collective is derived from the intensity of a scattered at a particle collective laser beam.
  • the scattered light signal also depends on the particle type in a measurement on a particle collective in addition to the particle mass concentration. Characteristics for determining the mass concentration are generally recorded for a specific particle type, for example for soot particles in diesel vehicles. If several types of particles are present in an exhaust gas, the mass concentration can only be determined separately for the entire particle collective, but not reliably for the individual particle types, using the laser scattering light method known from the relevant art.
  • DE 202008014667 A1 discloses a measuring device for determining the mass concentration of a particle collective, which determines a change of the particle size distribution by means of a light source and two light detectors for determining the intensity of the light scattered on the exhaust particles, wherein a first detector detects a sidewardly scattered portion of the light beam and a second Detector detects a forward scattered portion of the light beam.
  • the measuring device makes use of the knowledge that the angular dependence of the scattering amplitude of the scattered light beam also depends on the particle size distribution.
  • this angular dependence is approximately determinable, and it can be derived from this a rating by which a characteristic for mass concentration determination of Parti kelkollektivs can be adjusted accordingly.
  • the method disclosed in DE 202008014667 U1 has the disadvantage that in the case of particle collectives containing several different particle types, such as e.g. Soot. Ash, salts, etc., the exhaust gas mass concentration is determined collectively only for the particle collectively, but not individually reliable for each particle type.
  • the increasingly stringent emissions regulations and knowledge regarding the health risks of exhaust particulates require accurate measurement of the mass concentration of the various exhaust constituents.
  • the invention is therefore based on the object with a compact meter, the mass concentration seiektiv for the present in an exhaust jet different Partie species seiektiv and high accuracy.
  • the measuring device for determining the particle mass concentration in a measurement gas, in particular a combustion exhaust gas, an at least partially transparent gas channel for receiving the sample gas, a first radiation source for generating a first light beam and a second radiation source for generating a second light beam, wherein the light beams pass through the sample gas channel and the wavelength of the first light beam from the wavelength of the second light beam is different.
  • the radiation sources for generating light beams are preferably laser devices.
  • Light beam in the sense of this invention is an electromagnetic beam.
  • the wavelengths of the light rays are determined on the basis of the size of the types of particles to be determined and can also lie in the area invisible to humans.
  • the measuring device further comprises a detection means, which is arranged in at least a predetermined scattering angle to the beam direction of the first light beam and a predetermined scattering angle to the beam direction of the second light beam for determining the scattered when traversing the Meßgaskananal portions of the first and second light beams, and a computing unit for determining the Mass concentration of the particles in the measuring gas located in the sample gas from the specific proportions of the scattered light rays.
  • the detection means is an optical receiver for measuring the intensity of each of the particles scattered on the particles.
  • the detection means is preferably designed as a detector which can select and evaluate at least two light beams of different wavelengths.
  • the detection means may also be designed as two or more detectors.
  • the scattered light measurement according to the invention with at least two different wavelengths thus makes it possible to determine the mass concentration of at least two different types of particles contained in a measuring gas, by storing at least a first and a second characteristic in a storage means, which determines the dependence of the mass concentration of a first and a second particle type in the represented in the sample gas channel measuring gas of the specific proportion of scattered light.
  • the mass concentration of the first and the second particle type can then be determined.
  • the invention makes use of the knowledge that the scattered light beam of the first radiation source detected by the detection means is composed of scattered light scattered by the first and second particle types, and the scattered light beam of the second radiation source detected by the detection means is of scattered light , which was also scattered at the first and the second particle type composed.
  • the dependence of the measured scattering intensity of each type of particle is known by means of a characteristic per particle type, the characteristic setting the measured scattering intensity in a functional relationship to the particle mass concentration of a particle type.
  • the use according to the invention of at least two light beams with different wavelengths results in two intensity measurement values which are functionally determined by the stored particle characteristics of the two particle types via the stored characteristic curves.
  • a computing means then allows dissolution according to the particle mass concentration to be determined for each particle type.
  • the measuring device determines two intensity measured values of the scattered light of different wavelengths for solving a system of equations with the two unknown mass concentration values by means of at least one mathematical operation. It is assumed that the species to be measured are known, so that their characteristic can be stored in the meter.
  • the mass concentration value of soot particles and the mass concentration value of ash in a combustion gas can be reliably quasi-simultaneously selectively determined in a compact meter.
  • the prerequisite for this is that the respective characteristic curves for ash and soot are stored in the measuring device.
  • An arrangement of the first and the second radiation source is particularly advantageous such that the first light beam and the second light beam strike the measurement gas at the same location in the sample gas channel.
  • the speed and temperature of the flowing through the sample gas combustion gas is subject Fluctuations depending on the position in the sample gas channel, which lead to parasitic effects in the measured scattering intensity, if the first and the second light beam are scattered at particle collectives with different velocity and temperature distributions.
  • the scattering angle between the beam direction and the detection means i. the angle between the beam axis of the unscattered beam and the beam axis of the scattered beam detected by the detection means is between 60 ° and 120 °. It is particularly advantageous if the scattering angle of the first light beam is 90 ° and the scattering angle of the second light beam differs by an amount of 5 ° to 30 ° from the scattering angle of the first light beam.
  • the sideways scattered portions of the light rays are detected, which have a low dependence on the particle size and thus allow accurate measurement of the particle mass concentration even with variations in the particle size.
  • the detection means comprises only one detector for detecting the scattered components of both the first and the second light beam, wherein the first and the second light source are arranged such that the scattering angle between the first light beam and the detector of the scattering angle between the second light beam and the detector is different.
  • the query of the intensity of the first and the second wavelength can be carried out in chronological succession.
  • the wavelength of the first light source is preferably set such that, for a first particle type of the measurement gas, a wavelength of the first light beam of the first light source is set such that the proportion of the first light beam scattered at the first particle type has a maximum for this wavelength. In other words, the wavelength is tuned to the mean effective diameter of the particle type.
  • the light scattering on a gas particle depends essentially on the particle size, the optical properties of the particles, eg surface structure, and the wavelength of the light.
  • the particle size and the optical scattering properties of these particles are given by the cross-section or the scattering cross-section.
  • the effective diameter or the equivalent diameter ie the effective diameter of balls of the same size.
  • the effective diameter for a particle type, eg diesel soot particles is approximately normalverteil, with a mean effective diameter.
  • the wavelength of the first light beam is selected so that a maximum scattering signal is measured for this wavelength.
  • the first predetermined particle type then generates a maximum scattering signal for this wavelength, and particles with smaller deviations from the mean effective diameter produce only very small fluctuations in the measured scattering intensities.
  • another second particle type with different particle size for this wavelength produces a weaker scatter signal.
  • the predetermined wavelength of a light source for a particular type of particle is determined by a maximum of the number concentration of a particle size distribution of the particle type. For example, the average scattering cross-section and thus the maximum value of the number concentration of the effective diameter normal distribution of diesel soot is 120 nm.
  • a wavelength of the second light beam of the second light source is set so that the proportion of the second light beam scattered at the second particle type has a maximum for this wavelength.
  • the second predetermined particle type then generates a maximum scattering signal for this second wavelength, and particles with larger deviations from the mean effective diameter produce only very small fluctuations in the measured scattering intensities
  • the first radiation source and the second radiation source are preferably arranged next to one another at the same location outside the sample gas channel.
  • only one light-transmitting point of the wall of the measuring gas channel is required for both light beams of the first and second radiation source.
  • Compared to a spatially separated arrangement of the first and second radiation source also less disturbing backscatter effects occur. This arrangement further enables a particularly compact construction of the measuring device.
  • the measuring device preferably comprises at least a third light source, wherein the wavelength of the light beam of the third light source is different from the wavelength of the first and second light beam, wherein the detection means comprises a second detector for detecting the scattered components of the and wherein a wavelength of the third light source is set so that the determined scattered portion of the third light beam has a maximum for the predetermined wavelength of the third light source, and wherein in a storage means, a third characteristic is stored, which determines the dependence of the mass concentration represents a present in the measurement gas third particle of the specific proportion of the third light beam.
  • the measuring device is arranged to determine the mass concentration of the particle types soot, ash and / or salt, wherein a first wavelength to the value AI in the range of 640-670 nm, a second wavelength to the value A2 in the range of 520-550 nm and a third wavelength is set to the value of A3 in the range of 400-440 nm.
  • a measuring device set up in this way the three most common exhaust particles can be measured with a measuring device virtually simultaneously in real time.
  • the wavelengths ⁇ , A2, and A3 are determined experimentally on the basis of the particle types to be investigated.
  • the light beam of the third light source is scattered at a location in the sample gas channel which is spatially separated in the flow direction by a decoupling diaphragm from the location in the sample gas channel at which the first and the second light beam are scattered.
  • a decoupling diaphragm from the location in the sample gas channel at which the first and the second light beam are scattered.
  • advantageously light traps may be provided for receiving the unscattered portions of the light beams in order to avoid a falsification of the measurement results.
  • the present invention enables a cost-effective and compact measuring device for the selective and highly accurate determination of the mass concentration of different types of particulates of exhaust components of a combustion exhaust gas.
  • the inventive use and arrangement of at least two light beams, each with a tuned to the particle types to be examined wavelength allows the quasi-simultaneous determination of the mass concentration for the particle types to be examined And due to its compact design, it also meets the high mobility requirements of workshop use.
  • FIG. 1A schematically shows a structure of a measuring device according to the invention according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 1B schematically shows a construction of a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 2A and 2B schematically illustrate the distribution of the number of concentrations of the particles of a particle type as a function of the effective cross section of the particles;
  • Fig. 3 schematically illustrates characteristics of the scattering intensity in relation to the mass concentration of particles for two different types of particles
  • FIG. 4 schematically illustrates the determination of the particle mass concentration for three different particle types by means of a measuring device in accordance with FIG. 4
  • Figs. 5A, 5B and 5C schematically illustrate the determination of
  • FIG. 1A schematically shows a construction of a measuring device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the measuring device 100 is designed to determine the exhaust gas constituents in a particle collective of a measuring gas, in particular for determining the mass concentration of a plurality of particle types of a combustion exhaust gas 1.
  • this sample gas 1 is a combustion exhaust gas, which is supplied to the measuring device 100 in a sample gas channel 15 and discharged after performing measurement again.
  • the measuring gas channel 15 is thus designed to receive the measuring gas 100.
  • the measuring device comprises a first laser 2 for generating a first light beam 4 and a second laser 3 for generating a second light beam 5.
  • the first laser 2 and the second laser 3 are arranged side by side in parallel alignment, so that their light beams 4 and 5 of the Exhaust particles are scattered in the sample gas in the same place.
  • the measuring device further comprises a third laser 11 for generating a third light beam 12.
  • the third laser 11 is arranged next to the first and second lasers 2, 3, but the beam axis of the third laser is approximately 70 ° from the beam axis of the first laser 2 is rotated so that the beam 12 of the third laser is scattered at a position in the measurement channel 15, which is different from the location in the sample gas channel at which the first and the second light beam are scattered, and spatially in the flow direction through a decoupling diaphragm 10 for reducing Scattering effects is separated.
  • the wall of the sample gas channel 15 is transparent in several areas.
  • the light beams 4, 5, 12 generated in the lasers 2, 3, 11 can traverse the sample gas channel 15.
  • the wavelengths of the three light beams are different from each other, with the wavelength of the first beam 4 set at 658 nm, the wavelength of the second beam 5 at 532 nm and the wavelength of the third beam at 420 nm.
  • a first detector 8 On the opposite side to the lasers 2 and 3 at the outlet of the light beam from the sample gas channel 15, a first detector 8 is arranged, with which a scattered in a first scattering angle 9a to the beam direction 4 and a second scattering angle 9b after traversing the Meßgaskanals 15 Proportion of the light beams 4 and 5 can be determined.
  • the optical receiver 8 is constructed to have at least two light sources different wavelength can select and evaluate. The query of the intensity of different wavelengths takes place sequentially in time.
  • the scattering angle 9a between the beam direction 4 and the detector 8 is 90 °
  • the scattering angle 9b between the beam direction 5 and the detector 8 is 100 °
  • the representation is not to scale.
  • a third detector 11 is arranged downstream on the same side of the measuring gas channel 15 as the laser 11 for measuring the scattered light of the beam 12.
  • the scattering angle 9c between the beam direction 4 and the detector 8 is 90 °.
  • the detectors 8 and 13 are designed such that the intensities can be determined for the portions of the light beams 4, 5 and 12 scattered in the scattering angles 9a, 9b, 9c. If the measuring gas 1 contains three different types of particles, such as soot, ash and salt, then the detectors 8 detect a portion of the light beams 4 and 5 scattered by these three particle types. Detectors 13 also detect a portion of the light beam 12 scattered by these three particle types.
  • the optical detectors 8 and 13 are constructed so that a cross-sensitivity of the light beams of different wavelengths and thus falsification of the measurement results is prevented.
  • 15 light traps 6 are arranged in the axis of the light beams 4, 5, 12 behind the sample gas channel. The light traps 6 receive the unscattered light beams 4, 5, 12.
  • an evaluation algorithm is set up with which the mass concentration for each of the three types of particles in the sample gas 1 in the sample gas channel 15 can be calculated from the determined proportion of the scattered light beams.
  • the arithmetic unit is set up so that the determined intensities with a mathematical Operation for calculating the masses Concentration of the particles soot, ash and salt can be linked in the sample gas 1 located in the sample gas channel 15.
  • FIG. 1B shows a further exemplary embodiment which, in contrast to the measuring device previously described, has only two laser light sources.
  • FIGS. 2A and 2B schematically illustrate the distribution of the number concentration of the particles of a particle type as a function of the effective cross section of the particles.
  • the scattered light signal depends on a measurement on a particle collective in addition to the wavelength of the light beam substantially on the particle size distribution, the number of particles and the optical properties of the particles. For a particular type of particle, the particle size and the optical scattering properties of these particles are given over the cross section and the scattering cross section.
  • the effective diameter or equivalent diameter i. the effective diameter of equal-sized balls used.
  • the effective diameter for a particle type, e.g. Diesel soot particle is approximately normaiverteii around an average effective diameter, which represents the maximum of the number concentration of the particles with a certain effective diameter.
  • FIG. 2A schematically shows the normal distribution 20 of the number of diesel soot particles with a specific effective diameter 0.
  • the average effective diameter for diesel soot particles is approximately 120 nm.
  • FIG. 2B different particle types with a different particle size and particle surface have different normal distributions shifted relative to each other 21, 22, 23, each with different effective diameters.
  • For each medium particle diameter particle type there is a corresponding wavelength at which the light scattered by these particles becomes maximum. For each particle type, this wavelength can be experimentally determined by test measurements on a test combustion gas containing only this type of particle.
  • the wavelength thus determined generates a maximum scattering signal for the respective particle type and particles whose effective diameters of the average effective diameter produce only very small fluctuations of the measured scattering intensities.
  • another second particle type with different particle size for this wavelength produces a weaker scatter signal.
  • the wavelengths and the power of the laser are each tuned to a particle type.
  • the wavelength of the laser 2 becomes, for example, the maximum A of the number particle number of the first particle type illustrated in FIG. 2B, the wavelength of the laser 3 to the maximum B of the number concentration of the second particle type, and the wavelength of the laser 11 is tuned to the maximum C of the number concentration of the third particle type.
  • the wavelengths 658 nm, 532 nm and 420 nm were determined experimentally.
  • Commercial lasers with a defined wavelength are available for almost any wavelength. Alternatively, a laser is used whose wavelength is closest to the ideal wavelength for a particle type.
  • FIG. 3 schematically illustrates characteristics of the scattering intensity in relation to the particle mass concentration for three different particle types.
  • the first characteristic curve 31 shown in FIG. 3 represents the dependence of the mass concentration of a first particle type A on that with one of the detectors 8, 13 certain intensity.
  • a measured value IIA corresponds to the particle mass concentration PMIA of this particle type if the sample gas contains only this particle type.
  • IIA the Streu portion of the beam 4, which was scattered at the particles A.
  • the illustrated characteristic curves 32 and 33 represent the dependence of the mass concentration of a second or third particle type.
  • the values removed on the abscissa in FIG. 3 thus correspond to the output signals of the detectors 8, 13.
  • the characteristic curves 31, 32, 33 are stored in a storage means (not shown) of the measuring device.
  • the following method for determining the particle mass concentration for three different particle types A, B, C can now be carried out, which is illustrated schematically in FIG. 4 for an exemplary embodiment of the present invention.
  • the intensity Ii of the scattered light of the light beam 4 is measured with the detector 8.
  • the wavelength of the light beam 4 is based on the mean effective diameter of the first particle type A, e.g. Soot, tuned.
  • IIA denotes the Streuanteil of the beam 4, which was scattered at the particles A.
  • a step S20 the intensity of the scattered light of the light beam 5 is measured with the detector 8.
  • the wavelength of the light beam 5 is matched to the mean effective diameter of the second particle type B, eg ash.
  • the detector 8 is arranged so that the interrogation of the intensity of the first and the second Wavelength occurs in quick succession.
  • the intensity I3 of the scattered light of the light beam 12 is measured with the detector 13.
  • the functional relationship between the measured scattering intensities and the particle mass concentrations is known, ie the measured intensities can be expressed by:
  • PMA, PM b , and PMc represent the desired particle mass concentration for the particle types A, B, and C and the functions fiA indicates, for example, the functional relationship between measured scattered light intensity IIA and the particle mass concentration of Partique A, which is stored in the form of a characteristic in the measuring device ,
  • the mean effective diameter of the particle types is assumed to be constant.
  • the fluctuation of the scattering intensity due to fluctuations in the particle size distribution is negligible.
  • step S40 the system of equations consisting of the formulas (1) + (3) for determining the mass concentration of particles is then created. This results in a system of equations with 3 equations, 3 unknown mass concentrations PMA, PMB, and PMc, and the three measured intensities II, 12 and 13, which is thereby completely determined and by means of the arithmetic unit in step S50 for the three unknowns PMA, PMB, and PMc is solved.
  • the measuring device according to the invention with at least two laser beams of different wavelengths can also be used to determine the mass concentration and the mean effective diameter of a particle type.
  • FIGS. 5A, 5B and 5C schematically illustrate, according to a further exemplary embodiment of the invention, the determination of the particle mass concentration and the effective diameter for a combustion gas with only one particle type by means of a measuring device.
  • the number concentration of a particle type is normally distributed around an average effective diameter, eg, 120 nm for diesel soot particles.
  • the light scattering at Abgaspartikein is at constant Teiichen Why, ie constant particle mass concentration, influenced both by the particle effective diameter and by the wavelength of the light.
  • FIG. 5A schematically illustrates the dependence of the scattering intensity on the effective diameter for two different wavelengths at a defined particle mass concentration.
  • the mean effective diameters for a known type of particle vary within a narrow range 28 around the mean effective diameter.
  • the wavelength of the first light beam is selected such that it is tuned to the typical mean effective diameter of a particle type, ie, that for this wavelength the proportion of the first light beam scattered by the first particle type has a maximum, then the measured intensity distribution 24 of FIG Scattered light depending on the particle effective diameter.
  • the measured Scattering intensity 25 is approximately independent of fluctuations in the mean effective diameter in the region 28.
  • the wavelength of which does not correspond to the effective cross section at the maximum of the number concentration of the particle results in the intensity distribution 26, which in the region 27 depending on variations in Effective diameter is in the range 28.
  • the first predetermined particle type then generates a maximum scattering signal for the wavelength of the first light beam, and fluctuations in the particle size of the first particle type produce small fluctuations in the measured scattering intensities.
  • a light beam with a different wavelength produces a weaker scatter signal for this type of particle.
  • the first characteristic curve 50 shown in FIG. 5B represents the dependence of the measured intensity of the scattered light of the first light beam 4 with the first wavelength on the mass concentration of a predetermined particle type contained in a measurement gas 1. Since the first wavelength, as illustrated in FIG. 5A, is set so that the measured intensity II is independent of variations in the effective diameter in the region 28, the particle mass concentration PM1 can be determined from the measured intensity value II.
  • the particle mass concentration PM1 results from the measured scattered intensity value II and the characteristic curve.
  • the second characteristic 51 represents the dependence of the measured intensity of the scattered light of the second light beam 4 with the second wavelength on the mass concentration of a predetermined particle type contained in a measurement gas 1.
  • the curve is drawn by dashed lines, since the curve is additionally dependent on the parameter of the effective diameter 0, as can be seen from curve 26 in FIG. 5A.
  • the measured intensity scattering value 12 is therefore in a functional relationship f2 (PM, 0) with the particle mass concentration and the effective diameter.
  • the steps for determining the particle mass concentration and the effective diameter are illustrated schematically in FIG. 5C.
  • the intensity II is first determined in step S60, then the intensity in step S70. II and 12 are measured via the optical receiver 8, which is designed so that it can select and evaluate at least two light sources of different wavelengths. The interrogation of the intensity of different wavelengths takes place in quick succession.
  • the particle mass concentration PM for the measurement gas can be determined in step S80, since the measured value in region 28 is independent of fluctuations in the effective diameter.
  • 12 is in a functional relationship f2 (PM, 0) to the particle mass concentration and the effective diameter 0.
  • the mean effective diameter 0 is determined by means of at least one mathematical operation by the arithmetic unit in step S90.
  • the individual features of the invention are not limited to the described combinations of features in the context of the presented embodiments and can also be used in other combinations depending on predetermined device parameters.
  • mass concentrations of n particle types can be used for a measuring device according to the invention which is set up for the use of n different wavelengths.
  • mass concentration of n particle types and m effective diameters to be determined of these n particle types an inventive measuring device can be used that is set up for the use of (n + m) wavelengths.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

The invention relates to a measuring device for determining emission gas components in a collection of particles from a gas to be measured, in particular for determining the mass concentration of a plurality of particle types in a combustion emission gas. The measuring device (100) according to the invention comprises an at least partially transparent measuring-gas channel (15) for receiving the gas to be measured (1), a first radiation source (2) for producing a first light beam (4) and a second radiation source (3) for producing a second light beam (5), wherein the light beams (4, 5) pass through the measuring-gas channel and the wavelength of the first light beam (2) is different from the wavelength of the second light beam (3). The measuring device (100) further comprises a detection means, which is arranged at at least one predetermined angle of scatter with respect to the radiation direction of the light beams in order to determine the proportions of the first and second light beams that are scattered as they pass through the measuring-gas channel (15), and a processor for determining the mass concentration of the particles in the gas to be measured in the measuring-gas channel from the determined proportions of the scattered light beams.

Description

MESSGERÄT ZUR BES IMMUNG EINER PARTIKELMASSEKONZENTRATIONEN IN EINEM MESSGAS, INSBESONDERE IN EINEM VERBRENNUNGSABGAS  MEASURING DEVICE FOR IMMUNIZING A PARTICLE MASS CONCENTRATIONS IN A MEASURING GAS, ESPECIALLY IN A COMBUSTION EXHAUST GAS
Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Bestimmung von Abgasbestandteilen in einem Partikel kollektiv eines Messgases, insbesondere eines Verbrennungsabgases um mit einem kompakten Abgasmessgerät selektiv die Massenkonzentration verschiedener Partikelarten hochgenau zu ermitteln. The invention relates to a measuring device for the determination of exhaust gas components in a particle collectively a measuring gas, in particular a combustion exhaust gas to selectively determine the mass concentration of different types of particles with a compact exhaust gas meter.
Messgeräte zur Abgasmessung von Kraftfahrzeugen werden zur Prüfung und Diagnose von Kraftfahrzeugabgasen eingesetzt. Aus dem Stand der Technik sind Abgasmessgeräte zur Bestimmung der Abgasmassenkonzentration für Kraftfahrzeuge bekannt, die auf einem Streulichtverfahren basieren. Hierbei wird die Massenkonzentration eines Partikelkollektivs aus der Intensität eines an einem Partikelkollektiv gestreuten Laserstrahls abgeleitet. Das Streulichtsignal hängt bei einer Messung an einem Partikelkollektiv neben der Partikelmassenkonzentration auch von der Partikelart ab. Kennlinien zur Massenkonzentrationsbestimmung werden in der Regel für eine bestimmte Partikelart, beispielsweise für Rußpartikel bei Dieselfahrzeugen, aufgenommen. Sind in einem Abgas mehrere Partikelarten vorhanden, kann mit den aus der einschlägigen Technik bekannten Laserstreulichtverfahren die Massenkonzentration nur für das gesamte Partikelkollektiv, nicht aber zuverlässig für die einzelnen Partikelarten getrennt bestimmt werden. Measuring devices for measuring the exhaust gas of motor vehicles are used for testing and diagnosis of vehicle exhaust gases. Exhaust gas measuring devices for determining the exhaust gas mass concentration for motor vehicles, which are based on a scattered light method, are known from the prior art. Here, the mass concentration of a particle collective is derived from the intensity of a scattered at a particle collective laser beam. The scattered light signal also depends on the particle type in a measurement on a particle collective in addition to the particle mass concentration. Characteristics for determining the mass concentration are generally recorded for a specific particle type, for example for soot particles in diesel vehicles. If several types of particles are present in an exhaust gas, the mass concentration can only be determined separately for the entire particle collective, but not reliably for the individual particle types, using the laser scattering light method known from the relevant art.
DE 202008014667 Ul offenbart ein Messgerät zur Bestimmung der Massenkonzentration eines Partikelkollektivs, das eine Änderung der Partikelgrößenverteilung mittels einer Lichtquelle und zwei Lichtdetektoren zur Bestimmung der Intensität des an den Abgaspartikeln gestreuten Lichts bestimmt, wobei ein erster Detektor einen seitwärts gestreuten Anteil des Lichtstrahls erfasst und ein zweiter Detektor einen vorwärts gestreuten Anteil des Lichtstrahls erfasst. Das Messgerät macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die Winkelabhängigkeit der Streuamplitude des gestreuten Lichtstrahls auch von der Partikelgrössenverteilung abhängt. Durch die Bestimmung der in einem ersten und in einem zweiten Streuwinkel zu der Strahlrichtung nach Durchquerung des Messgaskanals gestreuten Anteile des Lichtstrahls ist diese Winkelabhängigkeit näherungsweise bestimmbar, und es kann hieraus eine Bewertungsgröße abgeleitet werden, mittels derer eine Kennlinie zur Massenkonzentrationsbestimmung des Parti kelkollektivs entsprechend angepasst werden kann. DE 202008014667 A1 discloses a measuring device for determining the mass concentration of a particle collective, which determines a change of the particle size distribution by means of a light source and two light detectors for determining the intensity of the light scattered on the exhaust particles, wherein a first detector detects a sidewardly scattered portion of the light beam and a second Detector detects a forward scattered portion of the light beam. The measuring device makes use of the knowledge that the angular dependence of the scattering amplitude of the scattered light beam also depends on the particle size distribution. By determining the in a first and in a second scattering angle to the beam direction after passing through the Meßgaskanal scattered portions of the light beam, this angular dependence is approximately determinable, and it can be derived from this a rating by which a characteristic for mass concentration determination of Parti kelkollektivs can be adjusted accordingly.
Das in DE 202008014667 Ul offenbarte Verfahren hat den Nachteil, dass bei Partikelkollektiven, die mehrere unterschiedliche Partikelarten, wie z.B. Ruß. Asche, Salze etc. enthalten, die Abgasmassenkonzentration nur für das Partikel kollektiv, nicht aber für jede Partikelart einzeln zuverlässig bestimmt wird. Die zunehmend strengeren Abgasverordnungen und Erkenntnisse bzgl. der Gesundheitsrisiken von Abgaspartikel (z.B. Feinstaub) erfordern jedoch eine genaue Messung der Massenkonzentration der unterschiedlichen Abgasbestandteile. The method disclosed in DE 202008014667 U1 has the disadvantage that in the case of particle collectives containing several different particle types, such as e.g. Soot. Ash, salts, etc., the exhaust gas mass concentration is determined collectively only for the particle collectively, but not individually reliable for each particle type. However, the increasingly stringent emissions regulations and knowledge regarding the health risks of exhaust particulates (e.g., particulate matter) require accurate measurement of the mass concentration of the various exhaust constituents.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einem kompakten Messgerät die Massenkonzentration für die in einem Abgasstrahl vorhandenen unterschiedlichen Partikeiarten seiektiv und hochgenau zu bestimmen. The invention is therefore based on the object with a compact meter, the mass concentration seiektiv for the present in an exhaust jet different Partie species seiektiv and high accuracy.
Diese Aufgabe wird durch ein Messgerät zur Abgasmessung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Erfindungsgemäß umfasst das Messgerät zur Bestimmung der Partikelmassenkonzentration in einem Messgas, insbesondere einem Verbrennungsabgas, einen zumindest teilweise lichtdurchlässigen Messgaskanal zur Aufnahme des Messgases, eine erste Strahlungsquelle zur Erzeugung eines ersten Lichtstrahls und eine zweite Strahlungsquelle zur Erzeugung eines zweiten Lichtstrahls, wobei die Lichtstrahlen den Messgaskanal durchqueren und die Wellenlänge des ersten Lichtstrahls von der Wellenlänge des zweiten Lichtstrahls verschieden ist. Die Strahlungsquellen zur Erzeugung von Lichtstrahlen sind vorzugsweise Laservorrichtungen. Lichtstrahl im Sinne dieser Erfindung ist ein elektromagnetischer Strahl. Die Wellenlängen der Lichtstrahlen werden aufgrund der Größe der zu bestimmenden Partikelarten festgelegt und können auch im für Menschen nichtsichtbaren Bereich liegen. Das Messgerät umfasst weiterhin ein Detektionsmittel, das in zumindest einem vorbestimmten Streuwinkel zur Strahlrichtung des ersten Lichtstrahls und einem vorbestimmten Streuwinkel zur Strahlrichtung des zweiten Lichtstrahls angeordnet ist zur Bestimmung der bei Durchquerung des Messgaskanals gestreuten Anteile der ersten und zweiten Lichtstrahlen, und einer Recheneinheit zur Bestimmung der Massenkonzentration der Partikel in dem im Messgaskanal befindlichen Messgas aus den bestimmten Anteilen der gestreuten Lichtstrahlen. Das Detektionsmittel ist ein optischer Empfänger zur Messung der Intensität des jeweils an den Partikeln gestreuten Lichts. Das Detektionsmittel ist vorzugsweise als ein Detektor ausgebildet sein, der mindestens zwei Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge selektieren und auswerten kann. Das Detektionsmittel kann auch als zwei oder mehrere Detektoren ausgebildet sein. This object is achieved by a measuring device for measuring exhaust gas according to the features of patent claim 1. The dependent claims relate to advantageous embodiments of the invention. According to the invention, the measuring device for determining the particle mass concentration in a measurement gas, in particular a combustion exhaust gas, an at least partially transparent gas channel for receiving the sample gas, a first radiation source for generating a first light beam and a second radiation source for generating a second light beam, wherein the light beams pass through the sample gas channel and the wavelength of the first light beam from the wavelength of the second light beam is different. The radiation sources for generating light beams are preferably laser devices. Light beam in the sense of this invention is an electromagnetic beam. The wavelengths of the light rays are determined on the basis of the size of the types of particles to be determined and can also lie in the area invisible to humans. The measuring device further comprises a detection means, which is arranged in at least a predetermined scattering angle to the beam direction of the first light beam and a predetermined scattering angle to the beam direction of the second light beam for determining the scattered when traversing the Meßgaskananal portions of the first and second light beams, and a computing unit for determining the Mass concentration of the particles in the measuring gas located in the sample gas from the specific proportions of the scattered light rays. The detection means is an optical receiver for measuring the intensity of each of the particles scattered on the particles. The detection means is preferably designed as a detector which can select and evaluate at least two light beams of different wavelengths. The detection means may also be designed as two or more detectors.
Die erfindungsgemäße Streuiichtmessung mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen ermöglicht somit die Massenkonzentrationsbestimmung von mindestens zwei in einem Messgas enthaltenen unterschiedlichen Partikelarten, indem vorzugweise in einem Speichermittel mindestens eine erste und eine zweite Kennlinie hinterlegt ist, welche die Abhängigkeit der Massenkonzentration einer ersten und einer zweiten Partikelart in dem im Messgaskanal befindlichen Messgas von dem bestimmten Streulichtanteil repräsentiert. Mittels der Recheneinheit, die vorzugsweise zur Verwendung der ersten und der zweiten Kennlinie in einem Auswertungsalgorithmus ausgebildet ist kann dann die Bestimmung der Massenkonzentration der ersten und der zweiten Partikelart erfolgen. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass der von dem Detektionsmittel erfasste gestreute Lichtstrahl der ersten Strahlungsquelle sich aus Streulicht, das an der ersten und der zweiten Partikelart gestreut wurde, zusammensetzt und sich der von dem Detektionsmittel erfasste gestreute Lichtstrahl der zweiten Strahlungsquelle sich aus Streulicht, das ebenfalls an der ersten und der zweiten Partikelart gestreut wurde, zusammensetzt. Die Abhängigkeit der gemessenen Streuintensität von jeder Partikelart ist über eine Kennlinie pro Partikelart bekannt, wobei die Kennlinie die gemessene Streuintensität in einen funktionalen Zusammenhang zur der Partikelmassenkonzentration einer Partikelart setzt. Die erfindungsgemäße Verwendung mindestens zweier Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen ergibt zwei Intensitätsmesswerte, die funktional über die hinterlegten Kennlinien durch die Partikelmassenkonzentration der zwei Partikelarten bestimmt sind. Ein Rechenmittel ermöglicht dann das Auflösen nach der zu bestimmenden Parti kelmassenkonzentration für jede Teilchenart. Mit anderen Worten ermittelt das Messgerät zwei Intensitätsmesswerte des gestreuten Lichts unterschiedlicher Wellenlänge zur Lösung eines Gleichungssystems mit den zwei unbekannten Massenkonzentrationswerten mittels wenigstens einer mathematischen Operation. Dabei ist vorausgesetzt, dass die zu messenden Partikeiarten bekannt sind, so dass deren Kennlinie im Messgerät hinterlegt werden kann. The scattered light measurement according to the invention with at least two different wavelengths thus makes it possible to determine the mass concentration of at least two different types of particles contained in a measuring gas, by storing at least a first and a second characteristic in a storage means, which determines the dependence of the mass concentration of a first and a second particle type in the represented in the sample gas channel measuring gas of the specific proportion of scattered light. By means of the arithmetic unit, which is preferably designed for the use of the first and the second characteristic curve in an evaluation algorithm, the mass concentration of the first and the second particle type can then be determined. The invention makes use of the knowledge that the scattered light beam of the first radiation source detected by the detection means is composed of scattered light scattered by the first and second particle types, and the scattered light beam of the second radiation source detected by the detection means is of scattered light , which was also scattered at the first and the second particle type composed. The dependence of the measured scattering intensity of each type of particle is known by means of a characteristic per particle type, the characteristic setting the measured scattering intensity in a functional relationship to the particle mass concentration of a particle type. The use according to the invention of at least two light beams with different wavelengths results in two intensity measurement values which are functionally determined by the stored particle characteristics of the two particle types via the stored characteristic curves. A computing means then allows dissolution according to the particle mass concentration to be determined for each particle type. In other words, the measuring device determines two intensity measured values of the scattered light of different wavelengths for solving a system of equations with the two unknown mass concentration values by means of at least one mathematical operation. It is assumed that the species to be measured are known, so that their characteristic can be stored in the meter.
Beispielsweise können auf diese Weise der Massenkonzentrationswert von Rußpartikeln und der Massenkonzentrationswert von Asche in einem Verbrennungsgas zuverlässig selektiv in einem kompakten Messgerät quasi- simultan bestimmt werden. Voraussetzung hierfür ist, dass die jeweiligen Kennlinien für Asche und Ruß in dem Messgerät hinterlegt sind. For example, in this way, the mass concentration value of soot particles and the mass concentration value of ash in a combustion gas can be reliably quasi-simultaneously selectively determined in a compact meter. The prerequisite for this is that the respective characteristic curves for ash and soot are stored in the measuring device.
Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung der ersten und der zweiten Strahlungsquelle derart, dass der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl an der gleichen Stelle im Messgaskanal auf das Messgas treffen. Die Geschwindigkeit und Temperatur des durch den Messgaskanal strömenden Verbrennungsgases unterliegt Schwankungen je nach Position im Messgaskanal, die zu Störeffekten in der gemessenen Streu Intensität führen, falls der erste und der zweite Lichtstrahl an Partikelkollektiven mit unterschiedlicher Geschwindigkeits- und Temperaturverteilungen gestreut werden. Durch eine erfindungsgemäße Anordnung, wobei der erste und der zweite Lichtstrahl an der gleichen Stelle im Messgaskanal auf das Messgas treffen, können derartige Störeffekte zuverlässig vermieden werden. An arrangement of the first and the second radiation source is particularly advantageous such that the first light beam and the second light beam strike the measurement gas at the same location in the sample gas channel. The speed and temperature of the flowing through the sample gas combustion gas is subject Fluctuations depending on the position in the sample gas channel, which lead to parasitic effects in the measured scattering intensity, if the first and the second light beam are scattered at particle collectives with different velocity and temperature distributions. By an inventive arrangement, wherein the first and the second light beam meet at the same location in the sample gas channel on the measurement gas, such interference effects can be reliably avoided.
Vorzugsweise ist der Streuwinkel zwischen der Strahlrichtung und dem Detektionsmittel, d.h. der Winkel zwischen der Strahlachse des ungestreuten Strahls und der Strahlachse des gestreuten Strahls der vom Detektionsmittel erfasst wird, zwischen 60° und 120° . Besonders vorteilhaft ist, wenn der Streuwinkel des ersten Lichtstrahls bei 90° liegt und der Streuwinkel des zweiten Lichtstrahls sich um betragsmäßig 5° bis 30° von dem Streuwinkel des ersten Lichtstrahls unterscheidet. Bei den erfindungsgemäßen Streuwinkeln werden die seitwärts gestreuten Anteile der Lichtstrahlen erfasst, die eine geringe Abhängigkeit von der Partikelgröße aufweisen und damit eine genaue Messung der Partikelmassenkonzentration auch bei Schwankungen der Partikelgröße ermöglichen. Preferably, the scattering angle between the beam direction and the detection means, i. the angle between the beam axis of the unscattered beam and the beam axis of the scattered beam detected by the detection means is between 60 ° and 120 °. It is particularly advantageous if the scattering angle of the first light beam is 90 ° and the scattering angle of the second light beam differs by an amount of 5 ° to 30 ° from the scattering angle of the first light beam. In the scattering angles of the invention, the sideways scattered portions of the light rays are detected, which have a low dependence on the particle size and thus allow accurate measurement of the particle mass concentration even with variations in the particle size.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das Detektionsmittel nur einen Detektor zur Erfassung der gestreuten Anteile sowohl des ersten und des zweiten Lichtstrahls umfasst, wobei die erste und die zweite Lichtquelle derart angeordnet sind, dass der Streuwinkel zwischen dem ersten Lichtstrahl und dem Detektor von dem Streuwinkel zwischen dem zweiten Lichtstrahl und dem Detektor verschieden ist. Die Abfrage der Intensität der ersten und der zweiten Wellenlänge kann dabei zeitlich hintereinander erfolgen. Durch die Verwendung nur eines Detektors wird eine kostengünstige und besonders kompakte Bauweise des Messgeräts, das im Werkstattbetrieb oft mobil einsetzbar sein muss, ermöglicht. Zudem ermöglicht die Erfassung des Streulichts beider Lichtstrahlen mit demselben Detektor eine besonders genaue Messung, da die durch den Einsatz zweier Detektoren bedingte Messungenauigkeiten zuverlässig vermieden werden können (beispielsweise unterschiedliche störende Rückstreueffekte durch die Messkanalwände durch unterschiedliche Position zweier Detektoren, Eichpunktinstabilitäten etc.). Vorzugsweise ist die Wellenlänge der ersten Lichtquelle so festgelegt, dass für eine erste Partikelart des Messgases eine Wellenlänge des ersten Lichtstrahls der ersten Lichtquelle so festgelegt ist, dass für diese Wellenlänge der an der ersten Partikelart gestreute Anteil des ersten Lichtstrahls ein Maximum aufweist. Mit anderen Worten wird die Wellenlänge auf den mittleren Wirkdurchmesser der Partikelart abgestimmt. Die Lichtstreuung an einem Gaspartikel hängen im Wesentlichen von der Partikelgröße, den optischen Eigenschaften der Partikel, z.B. Oberflächenstruktur, und der Lichtwellenlänge ab. Für eine bestimmte Partikelart werden die Partikelgröße und die optischen Streueigenschaften dieser Partikel über den Wirkungsquerschnitt bzw. den Streuquerschnitt angeben. Für Partikelstreulichtmessungen wird auch der Wirkdurchmesser bzw. der Äquivalentdurchmesser, d.h. der Wirkdurchmesser gleichgroßer Kugeln, verwendet. Der Wirkdurchmesser für eine Partikelart, z.B. Dieselrußpartikel ist näherungsweise normalverteil, mit einem mittleren Wirkdurchmesser. Bei einem gegebenen mittleren Wirkdurchmesser einer ersten Partikeiart wird nun vorzugsweise die Wellenlänge des ersten Lichtstrahls so gewählt, dass für diese Wellenlänge ein maximales Streusignal gemessen wird. Vorteilhafterweise erzeugt dann die erste vorbestimmte Partikelart für diese Wellenlänge ein maximales Streusignal und Partikel mit kleineren Abweichungen von dem mittleren Wirkdurchmesser erzeugen nur sehr geringe Schwankungen der gemessenen Streuintensitäten. Gleichzeitigt erzeugt eine andere zweite Partikelart mit unterschiedlicher Partikelgröße für diese Wellenlänge ein schwächeres Streusignal. Vorzugsweise ist die festgelegte Wellenlänge einer Lichtquelle für eine bestimmte Partikelart durch ein Maximum der Anzahlkonzentration einer Partikelgrößenverteilung der Partikelart bestimmt. Beispielsweise liegt der mittlere Streuwirkquerschnitt und damit der Maximalwert der Anzahlkonzentration der Wirkdurchmessernormalverteilung von Dieselruß bei 120 nm. Vorzugsweise ist für eine zweite Partikelart des Messgases eine Wellenlänge des zweiten Lichtstrahls der zweiten Lichtquelle so festgelegt ist, dass für diese Wellenlänge der an der zweiten Partikelart gestreute Anteil des zweiten Lichtstrahls ein Maximum aufweist. Vorteilhafterweise erzeugt dann die zweite vorbestimmte Partikelart für diese zweite Wellenlänge ein maximales Streusignal und Partikel mit größeren Abweichungen von dem mittleren Wirkdurchmesser erzeugen nur sehr geringe Schwankungen der gemessenen Streu Intensitäten It is particularly advantageous if the detection means comprises only one detector for detecting the scattered components of both the first and the second light beam, wherein the first and the second light source are arranged such that the scattering angle between the first light beam and the detector of the scattering angle between the second light beam and the detector is different. The query of the intensity of the first and the second wavelength can be carried out in chronological succession. By using only one detector, a cost-effective and particularly compact construction of the measuring device, which often has to be mobile in workshop operation, is made possible. In addition, the detection of the scattered light of both light beams with the same detector allows a particularly accurate measurement, as caused by the use of two detectors Measurement inaccuracies can be reliably avoided (for example, different disturbing backscattering effects through the measuring channel walls by different position of two detectors, calibration point instabilities, etc.). The wavelength of the first light source is preferably set such that, for a first particle type of the measurement gas, a wavelength of the first light beam of the first light source is set such that the proportion of the first light beam scattered at the first particle type has a maximum for this wavelength. In other words, the wavelength is tuned to the mean effective diameter of the particle type. The light scattering on a gas particle depends essentially on the particle size, the optical properties of the particles, eg surface structure, and the wavelength of the light. For a particular type of particle, the particle size and the optical scattering properties of these particles are given by the cross-section or the scattering cross-section. For particle scattered light measurements, the effective diameter or the equivalent diameter, ie the effective diameter of balls of the same size, is also used. The effective diameter for a particle type, eg diesel soot particles is approximately normalverteil, with a mean effective diameter. For a given average effective diameter of a first species Partiei now preferably the wavelength of the first light beam is selected so that a maximum scattering signal is measured for this wavelength. Advantageously, the first predetermined particle type then generates a maximum scattering signal for this wavelength, and particles with smaller deviations from the mean effective diameter produce only very small fluctuations in the measured scattering intensities. At the same time, another second particle type with different particle size for this wavelength produces a weaker scatter signal. Preferably, the predetermined wavelength of a light source for a particular type of particle is determined by a maximum of the number concentration of a particle size distribution of the particle type. For example, the average scattering cross-section and thus the maximum value of the number concentration of the effective diameter normal distribution of diesel soot is 120 nm. Preferably, for a second particle type of the measurement gas, a wavelength of the second light beam of the second light source is set so that the proportion of the second light beam scattered at the second particle type has a maximum for this wavelength. Advantageously, the second predetermined particle type then generates a maximum scattering signal for this second wavelength, and particles with larger deviations from the mean effective diameter produce only very small fluctuations in the measured scattering intensities
Dies ermöglicht eine besonders genaue quasi-simultane Messung der Partikelmassenkonzentration zweier unterschiedlicher Partikelarten. This allows a particularly accurate quasi-simultaneous measurement of the particle mass concentration of two different types of particles.
Vorzugsweise sind die erste Strahlungsquelle und die zweite Strahlungsquelle an der gleichen Stelle außerhalb des Messgaskanals nebeneinander angeordnet. Dadurch ist nur eine lichtdurchlässige Stelle der Wandung des Messgaskanals für beide Lichtstrahlen der ersten und zweiten Strahlungsquelle erforderlich. Im Vergleich zu einer räumlich getrennten Anordnung der ersten und zweiten Strahlungsquelle treten auch weniger störende Rückstreueffekte auf. Diese Anordnung ermöglicht weiterhin eine besonders kompakte Konstruktion des Messgeräts. The first radiation source and the second radiation source are preferably arranged next to one another at the same location outside the sample gas channel. As a result, only one light-transmitting point of the wall of the measuring gas channel is required for both light beams of the first and second radiation source. Compared to a spatially separated arrangement of the first and second radiation source also less disturbing backscatter effects occur. This arrangement further enables a particularly compact construction of the measuring device.
Zur Bestimmung einer dritten Partikelart, wie beispielsweise Salz, umfasst das Messgerät vorzugsweise mindestens eine dritte Lichtquelle, wobei die Wellenlänge des Lichtstrahls der dritten Lichtquelle verschieden ist von der Wellenlänge des ersten und zweiten Lichtstrahls, wobei das Detektionsmittel einen zweiten Detektor zur Erfassung der gestreuten Anteile des dritten Lichtstrahls umfasst, und wobei eine Wellenlänge der dritten Lichtquelle so festgelegt ist, dass der bestimmte gestreute Anteil des dritten Lichtstrahls ein Maximum für die festgelegte Wellenlänge der dritten Lichtquelle aufweist, und wobei in einem Speichermittel eine dritte Kennlinie hinterlegt ist, welche die Abhängigkeit der Massenkonzentration einer in dem Messgas vorhandenen dritten Partikelart von dem bestimmten Anteil des dritten Lichtstrahls repräsentiert. Vorzugsweise ist das Messgerät eingerichtet, um die Massenkonzentration der Partikelarten Ruß, Asche und/oder Salz zu bestimmen, wobei eine erste Wellenlänge auf den Wert AI im Bereich von 640 - 670 nm, eine zweite Wellenlänge auf den Wert A2 im Bereich von 520 - 550 nm und eine dritte Wellenlänge auf den Wert A3 im Bereich von 400 - 440 nm festgelegt ist. Mit einem derart eingerichteten Messgerät können die drei häufigsten Abgaspartikel mit einem Messgerät quasi simultan in Echtzeit gemessen werden. Die Wellenlängen λΐ, A2, und A3 werden experimentell auf Basis der zu untersuchenden Partikelarten bestimmt. For determining a third particle type, such as salt, the measuring device preferably comprises at least a third light source, wherein the wavelength of the light beam of the third light source is different from the wavelength of the first and second light beam, wherein the detection means comprises a second detector for detecting the scattered components of the and wherein a wavelength of the third light source is set so that the determined scattered portion of the third light beam has a maximum for the predetermined wavelength of the third light source, and wherein in a storage means, a third characteristic is stored, which determines the dependence of the mass concentration represents a present in the measurement gas third particle of the specific proportion of the third light beam. Preferably, the measuring device is arranged to determine the mass concentration of the particle types soot, ash and / or salt, wherein a first wavelength to the value AI in the range of 640-670 nm, a second wavelength to the value A2 in the range of 520-550 nm and a third wavelength is set to the value of A3 in the range of 400-440 nm. With a measuring device set up in this way, the three most common exhaust particles can be measured with a measuring device virtually simultaneously in real time. The wavelengths λΐ, A2, and A3 are determined experimentally on the basis of the particle types to be investigated.
Vorzugsweise wird der Lichtstrahl der dritten Lichtquelle an einer Stelle im Messgaskanal gestreut, der von der Stelle im Messgaskanal, an der der erste und der zweite Lichtstrahl gestreut werden, räumlich in Strömungsrichtung durch eine Entkopplungsblende getrennt ist. Dadurch können störende Blend- und Streueffekte zuverlässig vermieden werden. Um eine Querempfindlichkeit der Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen zu vermeiden, können vorteilhafterweise Lichtfallen zur Aufnahme der ungestreuten Anteile der Lichtstrahlen vorgesehen sein um eine Verfälschung der Messergebnisse zu vermeiden. Preferably, the light beam of the third light source is scattered at a location in the sample gas channel which is spatially separated in the flow direction by a decoupling diaphragm from the location in the sample gas channel at which the first and the second light beam are scattered. As a result, disturbing glare and scattering effects can be reliably avoided. In order to avoid a cross-sensitivity of the light beams of different wavelengths, advantageously light traps may be provided for receiving the unscattered portions of the light beams in order to avoid a falsification of the measurement results.
Für eine kompakte Bauweise ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die dritte Lichtquelle und der zweite Detektor auf der gleichen Seite des Messgaskanals angeordnet sind wie die erste und zweite Lichtquelle. Zusammenfassend wird durch die vorliegende Erfindung ein kostengünstiges und kompaktes Messgerät zur selektiven und hochgenauen Bestimmung der Massenkonzentration verschiedener Partikelarten von Abgasbestandteilen eines Verbrennungsabgases ermöglicht. Die erfindungsgemäße Einsatz und Anordnung von mindestens zwei Lichtstrahlen, mit jeweils einer auf die zu untersuchenden Partikelarten abgestimmten Wellenlänge ermöglicht die quasi-simultane Bestimmung der Massen konzentration für die zu untersuchenden Partikelarten und genügt durch die kompakte Bauweise zudem den hohen Mobilitätsanforderungen im Werkstatteinsatz. For a compact design, it is also advantageous if the third light source and the second detector are arranged on the same side of the sample gas channel as the first and second light source. In summary, the present invention enables a cost-effective and compact measuring device for the selective and highly accurate determination of the mass concentration of different types of particulates of exhaust components of a combustion exhaust gas. The inventive use and arrangement of at least two light beams, each with a tuned to the particle types to be examined wavelength allows the quasi-simultaneous determination of the mass concentration for the particle types to be examined And due to its compact design, it also meets the high mobility requirements of workshop use.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1A zeigt schematisch einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Messgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 1A schematically shows a structure of a measuring device according to the invention according to an embodiment of the present invention;
Fig. 1B zeigt schematisch einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Messgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;  Fig. 1B schematically shows a construction of a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2A und 2B illustrieren schematisch die Verteilung der Anzahl konzentration der Partikel einer Partikelart in Abhängigkeit des Wirkquerschnitts der Partikel;  FIGS. 2A and 2B schematically illustrate the distribution of the number of concentrations of the particles of a particle type as a function of the effective cross section of the particles;
Fig. 3 illustriert schematisch Kennlinien der Streuintensität in Relation zu der Partikel massenkonzentration für zwei verschiedene Partikelarten; Fig. 3 schematically illustrates characteristics of the scattering intensity in relation to the mass concentration of particles for two different types of particles;
Fig. 4 illustriert schematisch die Bestimmung der Partikelmassenkonzentration für drei verschiedene Partikelarten mittels eines Messgeräts gemäß einem FIG. 4 schematically illustrates the determination of the particle mass concentration for three different particle types by means of a measuring device in accordance with FIG
Ausführungsbeispiel der Erfindung; Embodiment of the invention;
Fig. 5A, 5B und Fig. 5C illustrieren schematisch die Bestimmung der  Figs. 5A, 5B and 5C schematically illustrate the determination of
Partikelmassenkonzentration und des Wirkdurchmessers für ein Verbrennungsgas mit einer Partikelart mittels eines Messgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Particle mass concentration and the effective diameter for a combustion gas with a particle type by means of a measuring device according to an embodiment of the invention.
Fig. 1A zeigt schematisch einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Messgeräts 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zur Verdeutlichung des Messprinzips wurden die übrigen Bestandteile wie Gehäuse, Halterungen, Zuführungen und dergleichen, die in üblicher Weise ausgeführt sind, nicht weiter dargestellt. Das Messgerät 100 ist zur Bestimmung der Abgasbestandteile in einem Partikelkollektiv eines Messgases, insbesondere zur Bestimmung der Massenkonzentration mehrerer Partikelarten eines Verbrennungsabgases 1, ausgebildet. Bei diesem Messgas 1 handelt es sich um ein Verbrennungsabgas, welches in einem Messgaskanal 15 dem Messgerät 100 zugeführt und nach durchgeführter Messung wieder abgeführt wird. Der Messgaskanal 15 ist somit zur Aufnahme des Messgases 100 ausgebildet. Das Messgerät umfasst einen ersten Laser 2 zur Erzeugung eines ersten Lichtstrahls 4 und einen zweiten Laser 3 zur Erzeugung eines zweiten Lichtstrahls 5. Der erste Laser 2 und der zweite Laser 3 sind nebeneinander in paralleler Ausrichtung angeordnet, so dass ihre Lichtstrahlen 4 und 5 von den Abgaspartikeln im Messgas an der gleichen Stelle gestreut werden. Das Messgerät umfasst weiterhin einen dritten Laser 11 zur Erzeugung eines dritten Lichtstrahls 12. Der dritte Laser 11 ist neben dem ersten und zweiten Laser 2, 3 angeordnet, jedoch ist die Strahlachse des dritten Lasers um ca. 70° von der Strahlachse des ersten Lasers 2 gedreht, so dass der Strahl 12 des dritten Lasers an einer Stelle im Messkanal 15 gestreut wird, die von der Stelle im Messgaskanal, an der der erste und der zweite Lichtstrahl gestreut werden, verschieden ist und räumlich in Strömungsrichtung durch eine Entkopplungsblende 10 zur Reduzierung von Streueffekten getrennt ist. FIG. 1A schematically shows a construction of a measuring device 100 according to an embodiment of the present invention. To clarify the measuring principle, the remaining components such as housings, holders, feeds and the like, which are carried out in the usual way, were not further illustrated. The measuring device 100 is designed to determine the exhaust gas constituents in a particle collective of a measuring gas, in particular for determining the mass concentration of a plurality of particle types of a combustion exhaust gas 1. In this sample gas 1 is a combustion exhaust gas, which is supplied to the measuring device 100 in a sample gas channel 15 and discharged after performing measurement again. The measuring gas channel 15 is thus designed to receive the measuring gas 100. The measuring device comprises a first laser 2 for generating a first light beam 4 and a second laser 3 for generating a second light beam 5. The first laser 2 and the second laser 3 are arranged side by side in parallel alignment, so that their light beams 4 and 5 of the Exhaust particles are scattered in the sample gas in the same place. The measuring device further comprises a third laser 11 for generating a third light beam 12. The third laser 11 is arranged next to the first and second lasers 2, 3, but the beam axis of the third laser is approximately 70 ° from the beam axis of the first laser 2 is rotated so that the beam 12 of the third laser is scattered at a position in the measurement channel 15, which is different from the location in the sample gas channel at which the first and the second light beam are scattered, and spatially in the flow direction through a decoupling diaphragm 10 for reducing Scattering effects is separated.
Die Wandung des Messgaskanals 15 ist in mehreren Bereichen lichtdurchlässig ausgebildet. Somit können die in den Lasern 2, 3, 11 erzeugten Lichtstrahlen 4, 5, 12 den Messgaskanal 15 durchqueren. Die Wellenlängen der drei Lichtstrahlen sind voneinander unterschiedlich, wobei die Wellenlänge des ersten Strahls 4 auf 658 nm, die Wellenlänge des zweiten Strahls 5 auf 532 nm und die Wellenlänge des dritten Strahl auf 420 nm festgelegt ist. The wall of the sample gas channel 15 is transparent in several areas. Thus, the light beams 4, 5, 12 generated in the lasers 2, 3, 11 can traverse the sample gas channel 15. The wavelengths of the three light beams are different from each other, with the wavelength of the first beam 4 set at 658 nm, the wavelength of the second beam 5 at 532 nm and the wavelength of the third beam at 420 nm.
Auf der zu den Lasern 2 und 3 gegenüberliegenden Seite am Austritt des Lichtstrahls aus dem Messgaskanal 15 ist ein erster Detektor 8 angeordnet, mit welchem ein in einem ersten Streuwinkel 9a zu der Strahlrichtung 4 und ein in einem zweiten Streuwinkel 9b nach Durchquerung des Messgaskanals 15 gestreuter Anteil der Lichtstrahlen 4 und 5 bestimmt werden kann. Der optische Empfänger 8 ist so aufgebaut, dass er mindestens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge selektieren und auswerten kann. Die Abfrage der Intensität unterschiedlicher Wellenlänge erfolgt dabei zeitlich nacheinander. On the opposite side to the lasers 2 and 3 at the outlet of the light beam from the sample gas channel 15, a first detector 8 is arranged, with which a scattered in a first scattering angle 9a to the beam direction 4 and a second scattering angle 9b after traversing the Meßgaskanals 15 Proportion of the light beams 4 and 5 can be determined. The optical receiver 8 is constructed to have at least two light sources different wavelength can select and evaluate. The query of the intensity of different wavelengths takes place sequentially in time.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Streuwinkel 9a zwischen der Strahlrichtung 4 und dem Detektor 8 90°, der Streuwinkel 9b zwischen der Strahlrichtung 5 und dem Detektor 8 beträgt 100° wobei die Darstellung nicht maßstäblich ist. In the illustrated embodiment, the scattering angle 9a between the beam direction 4 and the detector 8 is 90 °, the scattering angle 9b between the beam direction 5 and the detector 8 is 100 °, the representation is not to scale.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist ein dritter Detektor 11 stromabwärts auf der gleichen Seite des Messgaskanals 15 wie der Lasers 11 angeordnet zur Messung des Streulichts des Strahls 12. Der Streuwinkel 9c wischen der Strahlrichtung 4 und dem Detektor 8 beträgt 90° . According to the embodiment, a third detector 11 is arranged downstream on the same side of the measuring gas channel 15 as the laser 11 for measuring the scattered light of the beam 12. The scattering angle 9c between the beam direction 4 and the detector 8 is 90 °.
Die Detektoren 8 und 13 sind so ausgestaltet, dass zu dem in die Streuwinkel 9a, 9b, 9c gestreuten Anteilen der Lichtstahlen 4, 5 und 12 die Intensitäten bestimmt werden können. Enthält das Messgas 1 drei verschiedene Partikelarten wie beispielsweise Ruß, Asche und Salz, dann erfasst der Detektoren 8 einen Anteil der an diesen drei Partikelarten gestreuten Lichtstrahlen 4 und 5. Ebenso erfasst der Detektoren 13 einen Anteil des an diesen drei Partikelarten gestreuten Lichtstrahls 12. The detectors 8 and 13 are designed such that the intensities can be determined for the portions of the light beams 4, 5 and 12 scattered in the scattering angles 9a, 9b, 9c. If the measuring gas 1 contains three different types of particles, such as soot, ash and salt, then the detectors 8 detect a portion of the light beams 4 and 5 scattered by these three particle types. Detectors 13 also detect a portion of the light beam 12 scattered by these three particle types.
Die optischen Detektoren 8 und 13 sind so aufgebaut, dass eine Querempfindlichkeit der Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge und somit Verfälschung der Messergebnisse verhindert wird. Hierzu sind in der Achse der Lichtstrahlen 4, 5, 12 hinter dem Messgaskanal 15 Lichtfallen 6 angeordnet. Die Lichtfallen 6 nehmen die ungestreuten Lichtstrahlen 4,5, 12 auf. The optical detectors 8 and 13 are constructed so that a cross-sensitivity of the light beams of different wavelengths and thus falsification of the measurement results is prevented. For this purpose, 15 light traps 6 are arranged in the axis of the light beams 4, 5, 12 behind the sample gas channel. The light traps 6 receive the unscattered light beams 4, 5, 12.
In einer nicht dargestellten Recheneinheit ist ein Auswertungsalgorithmus eingerichtet, mit welchem aus dem bestimmten Anteil der gestreuten Lichtstrahlen die Massenkonzentration für jede der drei Partikelarten in dem Messgas 1 im Messgaskanal 15 ausgerechnet werden kann. Die Recheneinheit ist so eingerichtet, dass die bestimmten Intensitäten mit einer mathematischen Operation zur Berechnung der Massen Konzentration der Partikel Ruß, Asche und Salz in dem im Messgaskanal 15 befindlichen Messgas 1 verknüpft werden können. Fig. 1B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das im Unterschied zu dem zuvor Messgerät beschriebenen Messgerät nur zwei Laserlichtquellen aufweist. In an arithmetic unit, not shown, an evaluation algorithm is set up with which the mass concentration for each of the three types of particles in the sample gas 1 in the sample gas channel 15 can be calculated from the determined proportion of the scattered light beams. The arithmetic unit is set up so that the determined intensities with a mathematical Operation for calculating the masses Concentration of the particles soot, ash and salt can be linked in the sample gas 1 located in the sample gas channel 15. FIG. 1B shows a further exemplary embodiment which, in contrast to the measuring device previously described, has only two laser light sources.
Fig. 2A und 2B illustrieren schematisch die Verteilung der Anzahlkonzentration der Partikel einer Partikelart in Abhängigkeit des Wirkquerschnitts der Partikel. FIGS. 2A and 2B schematically illustrate the distribution of the number concentration of the particles of a particle type as a function of the effective cross section of the particles.
Das Streulichtsignal hängt bei einer Messung an einem Partikelkollektiv neben der Wellenlänge des Lichtstrahls im Wesentlichen von der Partikelgrößenverteilung, der Partikelanzahl und den optischen Eigenschaften der Partikel ab. Für eine bestimmte Partikelart werden die Partikelgröße und die optischen Streueigenschaften dieser Partikel über den Wirkungsquerschnitt bzw. den Streuquerschnitt angegeben. Für Partikelstreulichtmessungen wird auch der Wirkdurchmesser bzw. der Äquivalentdurchmesser, d.h. der Wirkdurchmesser gleichgroßer Kugeln, verwendet. Der Wirkdurchmesser für eine Partikelart, z.B. Dieselrußpartikei ist näherungsweise normaiverteii um einen mittleren Wirkdurchmesser, der das Maximum der Anzahlkonzentration der Teilchen mit einem bestimmten Wirkdurchmesser darstellt. The scattered light signal depends on a measurement on a particle collective in addition to the wavelength of the light beam substantially on the particle size distribution, the number of particles and the optical properties of the particles. For a particular type of particle, the particle size and the optical scattering properties of these particles are given over the cross section and the scattering cross section. For particle scattered light measurements, the effective diameter or equivalent diameter, i. the effective diameter of equal-sized balls used. The effective diameter for a particle type, e.g. Diesel soot particle is approximately normaiverteii around an average effective diameter, which represents the maximum of the number concentration of the particles with a certain effective diameter.
Fig. 2A zeigt schematisch die Normalverteilung 20 der Anzahl von Dieselrußpartikeln mit einem bestimmten Wirkdurchmesser 0. Der mittlere Wirkdurchmesser liegt für Dieselrußpartikel bei ca. 120 nm. Wie in Fig. 2B illustriert, weisen unterschiedliche Partikelarten mit einer unterschiedlichen Partikelgröße und Partikeloberfläche unterschiedliche zueinander verschobene Normalverteilungen 21, 22, 23 mit jeweils unterschiedlichen Wirkdurchmessern auf. Für jede Partikelart mit mittlerem Wirkdurchmesser gibt es eine entsprechende Wellenlänge, bei der das an diesen Partikeln gestreute Licht maximal wird. Für jede Partikelart kann diese Wellenlänge durch Testmessungen an einem Testverbrennungsgas, das nur diese Partikelart enthält, experimentell bestimmt werden. 2A schematically shows the normal distribution 20 of the number of diesel soot particles with a specific effective diameter 0. The average effective diameter for diesel soot particles is approximately 120 nm. As illustrated in FIG. 2B, different particle types with a different particle size and particle surface have different normal distributions shifted relative to each other 21, 22, 23, each with different effective diameters. For each medium particle diameter particle type, there is a corresponding wavelength at which the light scattered by these particles becomes maximum. For each particle type, this wavelength can be experimentally determined by test measurements on a test combustion gas containing only this type of particle.
Die so bestimmte Wellenlänge erzeugt für die jeweilige Partikelart ein maximales Streusignal und Partikel, deren Wirkdurchmesser von dem mittleren Wirkdurchmesser erzeugen nur sehr geringe Schwankungen der gemessenen Streuintensitäten. Gleichzeitigt erzeugt eine andere zweite Partikelart mit unterschiedlicher Partikelgröße für diese Wellenlänge ein schwächeres Streusignal. The wavelength thus determined generates a maximum scattering signal for the respective particle type and particles whose effective diameters of the average effective diameter produce only very small fluctuations of the measured scattering intensities. At the same time, another second particle type with different particle size for this wavelength produces a weaker scatter signal.
Zur genauen und selektiven Bestimmung der Massenkonzentration der im Verbrennungsgas enthaltenem Partikelarten werden daher die Wellenlängen und die Leistung der Laser jeweils auf eine Partikelart abgestimmt. Für den Fall das die Massenkonzentration dreier Partikelarten bestimmt werden soll, wird die Wellenlänge der Lasers 2 beispielsweise auf das in Fig. 2B illustrierte Maximum A der Anzahikonzentration der ersten Partikeiart, die Weiieniänge der Lasers 3 auf das Maximum B der Anzahlkonzentration der zweiten Partikelart, und die Wellenlänge des Lasers 11 auf das Maximum C der Anzahlkonzentration der dritten Partikelart abgestimmt. Für die Partikelarten Ruß, Asche und Salz wurde jeweils die Wellenlängen 658 nm, 532 nm und 420 nm experimentell ermittelt. Kommerzielle Laser mit einer definierten Wellenlänge sind für fast jede beliebige Wellenlänge erhältlich. Alternativ wird ein Laser verwendet, dessen Wellenlänge der idealen Wellenlänge für eine Partikelart am nächsten kommt. For accurate and selective determination of the mass concentration of the types of particles contained in the combustion gas, therefore, the wavelengths and the power of the laser are each tuned to a particle type. In the case where the mass concentration of three types of particles is to be determined, the wavelength of the laser 2 becomes, for example, the maximum A of the number particle number of the first particle type illustrated in FIG. 2B, the wavelength of the laser 3 to the maximum B of the number concentration of the second particle type, and the wavelength of the laser 11 is tuned to the maximum C of the number concentration of the third particle type. For the particulate types soot, ash and salt, the wavelengths 658 nm, 532 nm and 420 nm were determined experimentally. Commercial lasers with a defined wavelength are available for almost any wavelength. Alternatively, a laser is used whose wavelength is closest to the ideal wavelength for a particle type.
Fig. 3 illustriert schematisch Kennlinien der Streuintensität in Relation zur Partikelmassenkonzentration für drei verschiedene Partikelarten. Die in Fig. 3 dargestellte erste Kennlinie 31 repräsentiert die Abhängigkeit der Massenkonzentration einer ersten Partikelart A von der mit einem der Detektoren 8, 13 bestimmten Intensität. Ein gemessener Wert IIA entspricht der Partikel massenkonzentration PMIA dieser Partikelart falls das Messgas nur diese Partikelart enthält. Sind beispielsweise drei Partikelarten A, B und C im Messgas enthalten, so ist die gemessene Streu Intensität Ii die Summe des Streulichts eines Lichtstrahls, der an den drei Partikelarten A, B und C gestreut wurde: Ii = IIA+IIB+IIC .Hierbei bezeichnet beispielsweise IIA den Streuanteil des Strahls 4, der an den Partikeln A gestreut wurde. FIG. 3 schematically illustrates characteristics of the scattering intensity in relation to the particle mass concentration for three different particle types. The first characteristic curve 31 shown in FIG. 3 represents the dependence of the mass concentration of a first particle type A on that with one of the detectors 8, 13 certain intensity. A measured value IIA corresponds to the particle mass concentration PMIA of this particle type if the sample gas contains only this particle type. For example, if three particle types A, B and C are contained in the measurement gas, the measured scattering intensity Ii is the sum of the scattered light of a light beam scattered at the three particle types A, B and C: Ii = IIA + IIB + IIC For example, IIA the Streu portion of the beam 4, which was scattered at the particles A.
Analog repräsentieren die dargestellten Kennlinien 32 bzw. 33 die Abhängigkeit der Massenkonzentration einer zweiten bzw. dritten Partikelart. Die auf der Abszisse in Fig. 3 abgetragenen Werte entsprechen also den Ausgangsignalen der Detektoren 8, 13. Die Kennlinien 31, 32, 33 sind in einem Speichermittel (nicht gezeigt) des Messgeräts hinterlegt. Mit dem beschriebenen Messgerät 100 ist nun das folgende Verfahren zur Bestimmung der Partikelmassenkonzentration für drei verschiedene Partikelarten A, B, C ausführbar, was in Fig. 4 schematisch für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert ist. In einem Schritt S10 wird mit dem Detektor 8 die Intensität Ii des Streulichts des Lichtstrahls 4 gemessen. Die Wellenlänge des Lichtstrahls 4 ist auf den mittleren Wirkdurchmesser der erste Partikelart A, z.B. Ruß, abgestimmt. Die gemessene Streuintensität Ii ist die Summe des Streulichts des Lichtstrahls 4, der an den drei Partikelarten A, B und C gestreut wurde: Ii = IIA+IIB+IIC . Hierbei bezeichnet beispielsweise IIA den Streuanteil des Strahls 4, der an den Partikeln A gestreut wurde. Analogously, the illustrated characteristic curves 32 and 33 represent the dependence of the mass concentration of a second or third particle type. The values removed on the abscissa in FIG. 3 thus correspond to the output signals of the detectors 8, 13. The characteristic curves 31, 32, 33 are stored in a storage means (not shown) of the measuring device. With the described measuring device 100, the following method for determining the particle mass concentration for three different particle types A, B, C can now be carried out, which is illustrated schematically in FIG. 4 for an exemplary embodiment of the present invention. In a step S10, the intensity Ii of the scattered light of the light beam 4 is measured with the detector 8. The wavelength of the light beam 4 is based on the mean effective diameter of the first particle type A, e.g. Soot, tuned. The measured scattering intensity Ii is the sum of the scattered light of the light beam 4 which was scattered at the three particle types A, B and C: Ii = IIA + IIB + IIC. Here, for example, IIA denotes the Streuanteil of the beam 4, which was scattered at the particles A.
In einem Schritt S20 wird mit dem Detektor 8 die Intensität des Streulichts des Lichtstrahls 5 gemessen. Die Wellenlänge des Lichtstrahls 5 ist auf den mittleren Wirkdurchmesser der zweiten Partikelart B, z.B. Asche, abgestimmt. Der Detektor 8 ist so eingerichtet, dass die Abfrage der Intensität der ersten und der zweiten Wellenlänge zeitlich kurz hintereinander erfolgt. Die gemessene Streuintensität I2 ist die Summe des Streulicht des Lichtstrahls 5, der an den drei Partikelarten A, B und C gestreut wurde: I2 = I2A+I2B+I2C . In einem Schritt S30 wird mit dem Detektor 13 die Intensität I3 des Streulichts des Lichtstrahls 12 gemessen. Die gemessene Streu Intensität I3 ist die Summe des Streulicht des Lichtstrahls 12, der an den drei Partikelarten A, B und C gestreut wurde: = I3A+I3B+I3C. Der funktionale Zusammenhang zwischen den gemessenen Streuintensitäten und den Partikelmassenkonzentrationen ist bekannt, d.h. die gemessenen Intensitäten können ausgedrückt werden durch: In a step S20, the intensity of the scattered light of the light beam 5 is measured with the detector 8. The wavelength of the light beam 5 is matched to the mean effective diameter of the second particle type B, eg ash. The detector 8 is arranged so that the interrogation of the intensity of the first and the second Wavelength occurs in quick succession. The measured scattering intensity I2 is the sum of the scattered light of the light beam 5, which was scattered at the three particle types A, B and C: I2 = I2A + I2B + I2C. In a step S30, the intensity I3 of the scattered light of the light beam 12 is measured with the detector 13. The measured scattering intensity I3 is the sum of the scattered light of the light beam 12 which was scattered at the three particle types A, B and C: = I3A + I3B + I3C. The functional relationship between the measured scattering intensities and the particle mass concentrations is known, ie the measured intensities can be expressed by:
(Formel 1) II = IIA+IIB+IIC = fiA(PMA) +fiB(PMB), +fic(PMc) (Formula 1) = II + IIA IIB IIC = + FIA (PM A) + fib (PM B) + FIC (PMC)
(Formel 2) 12 = I2A+I2B+I2C = f2A(PMA) +f2B(PMB), +f2c(PMc) (Formula 2) = 12 + I2A I2B + I2C = f2A (PM A) + f2B (PM B) + f 2 c (PM c)
(Formel 3) 13 = l3A+l3B+l3c = f3A(PMA) +f3ß(PMB), +f3c(PMc) (Formula 3) 13 = l3A + + L3B L3C = F3a (PM A) + F3SS (PM B) + f3c (PM c)
wobei PMA, PMb, und PMc die gesuchten Partikelmassenkonzentration für die Partikelarten A, B, und C darstellen und die Funktionen fiA beispielsweise den funktionalen Zusammenhang zwischen gemessener Streulichtintensität IIA und der Partikelmassenkonzentration der Partikeiart A angibt, der in Form einer Kennlinien im Messgerät hinterlegt ist. Der mittlere Wirkdurchmesser der Partikelarten wird hierbei als konstant angenommen. Da zudem vorwiegend in Querrichtung zu den Lichtstrahlen gemessen wird, ist die Schwankung der Streu Intensität durch Schwankungen der Partikelgrößenverteilung vernachlässigbar. where PMA, PM b , and PMc represent the desired particle mass concentration for the particle types A, B, and C and the functions fiA indicates, for example, the functional relationship between measured scattered light intensity IIA and the particle mass concentration of Partique A, which is stored in the form of a characteristic in the measuring device , The mean effective diameter of the particle types is assumed to be constant. In addition, since measurements are predominantly transversal to the light rays, the fluctuation of the scattering intensity due to fluctuations in the particle size distribution is negligible.
Dieser funktionalen Zusammenhänge zwischen gemessener Streu Intensität und zugrunder liegender Partikelmassenkonzentration sind in Form von Kennlinien wie in Fig 3 illustriert im Messgerät hinterlegt. Im Schritt S40 wird dann das Gleichungssystem bestehend aus den Formeln (1) + (3) zur Bestimmung der Partikel massenkonzentration erstellt. Dadurch entsteht ein Gleichungssystem mit 3 Gleichungen, 3 unbekannten Massenkonzentrationen PMA, PMB, und PMc, und den drei gemessenen Intensitäten II, 12 und 13, das dadurch vollständig bestimmt ist und mittels der Recheneinheit im Schritt S50 nach den drei Unbekannten PMA, PMB, und PMc gelöst wird. These functional relationships between the measured scattering intensity and the underlying particle mass concentration are stored in the measuring device in the form of characteristic curves as illustrated in FIG. 3. In step S40, the system of equations consisting of the formulas (1) + (3) for determining the mass concentration of particles is then created. This results in a system of equations with 3 equations, 3 unknown mass concentrations PMA, PMB, and PMc, and the three measured intensities II, 12 and 13, which is thereby completely determined and by means of the arithmetic unit in step S50 for the three unknowns PMA, PMB, and PMc is solved.
Das erfindungsgemäße Messgerät mit mindestens zwei Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge kann aber auch zur Bestimmung der Massenkonzentration und des mittleren Wirkdurchmessers einer Partikelart eingesetzt werden. However, the measuring device according to the invention with at least two laser beams of different wavelengths can also be used to determine the mass concentration and the mean effective diameter of a particle type.
Fig. 5A, Fig. 5B und Fig. 5C illustrieren schematisch gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung die Bestimmung der Partikelmassenkonzentration und des Wirkdurchmessers für ein Verbrennungsgas mit nur einer Partikelart mittels eines Messgeräts. FIGS. 5A, 5B and 5C schematically illustrate, according to a further exemplary embodiment of the invention, the determination of the particle mass concentration and the effective diameter for a combustion gas with only one particle type by means of a measuring device.
Wie in Fig. 2A illustriert, ist die Anzahlkonzentration einer Partikelart normalverteilt um einen mittleren Wirkdurchmesser, z.B. 120 nm für Dieselrußpartikel. Die Lichtstreuung an Abgaspartikein wird bei konstanter Teiichendichte, d.h. konstanter Partikelmassenkonzentration, sowohl von dem Partikelwirkdurchmesser als auch von der Wellenlänge des Lichts beeinflusst. Fig. 5A illustriert schematisch die Abhängigkeit der Streuintensität vom Wirkdurchmesser für zwei verschiedene Wellenlängen bei festgelegter Partikelmassenkonzentration. Bei Messungen von Fahrzeugverbrennungsabgasen schwanken die mittleren Wirkdurchmesser für eine bekannte Partikelart in einem engen Bereich 28 um den mittleren Wirkdurchmesser. Wird gemäß einem Ausführungsbeispiel die Wellenlänge des ersten Lichtstrahls derart gewählt, dass sie auf den typischen mittleren Wirkdurchmesser einer Partikelart abgestimmt ist, d.h. dass für diese Wellenlänge der an der ersten Partikelart gestreute Anteil des ersten Lichtstrahls ein Maximum aufweist, ergibt sich die gemessene Intensitätsverteilung 24 des Streulichts in Abhängigkeit des Partikelwirkdurchmessers. Die gemessene Streu Intensität 25 ist näherungsweise unabhängig von Schwankungen des mittleren Wirkdurchmessers im Bereich 28. Für eine Wellenlänge eines zweiten Lichtstrahls, dessen Wellenlänge nicht dem Wirkquerschnitt beim Maximum der Anzahlkonzentration der Partikelart entspricht, ergibt sich dagegen die Intensitätsverteilung 26, die im Bereich 27 abhängig von Schwankungen des Wirkdurchmessers im Bereich 28 ist. Mit anderen Worten erzeugt dann die erste vorbestimmte Partikelart für die Wellenlänge des ersten Lichtstrahls ein maximales Streusignal und Schwankungen der Partikelgröße der ersten Partikelart erzeugen geringe Schwankungen der gemessenen Streuintensitäten. Gleichzeitigt erzeugt ein Lichtstrahl mit einer anderen Wellenlänge für diese Partikelart ein schwächeres Streusignal. As illustrated in FIG. 2A, the number concentration of a particle type is normally distributed around an average effective diameter, eg, 120 nm for diesel soot particles. The light scattering at Abgaspartikein is at constant Teiichendichte, ie constant particle mass concentration, influenced both by the particle effective diameter and by the wavelength of the light. FIG. 5A schematically illustrates the dependence of the scattering intensity on the effective diameter for two different wavelengths at a defined particle mass concentration. For measurements of vehicle combustion exhaust gases, the mean effective diameters for a known type of particle vary within a narrow range 28 around the mean effective diameter. According to one exemplary embodiment, the wavelength of the first light beam is selected such that it is tuned to the typical mean effective diameter of a particle type, ie, that for this wavelength the proportion of the first light beam scattered by the first particle type has a maximum, then the measured intensity distribution 24 of FIG Scattered light depending on the particle effective diameter. The measured Scattering intensity 25 is approximately independent of fluctuations in the mean effective diameter in the region 28. For a wavelength of a second light beam, the wavelength of which does not correspond to the effective cross section at the maximum of the number concentration of the particle, on the other hand results in the intensity distribution 26, which in the region 27 depending on variations in Effective diameter is in the range 28. In other words, the first predetermined particle type then generates a maximum scattering signal for the wavelength of the first light beam, and fluctuations in the particle size of the first particle type produce small fluctuations in the measured scattering intensities. At the same time, a light beam with a different wavelength produces a weaker scatter signal for this type of particle.
Die in Fig. 5B dargestellte erste Kennlinie 50 repräsentiert die Abhängigkeit der gemessenen Intensität des Streulichts des ersten Lichtstrahls 4 mit der ersten Wellenlänge von der Massenkonzentration einer in einem Messgas 1 enthaltenen vorbestimmten Partikelart. Da die erste Wellenlänge wie in Fig. 5A illustriert so festgelegt ist, dass die gemessene Intensität II unabhängig von Schwankungen des Wirkdurchmessers im Bereich 28 ist, kann aus dem gemessenen Intensitätswert II die Partikelmassenkonzentration PM1 ermittelt werden. Die Kennlinien stellt somit den funktionalen Zusammenhang II = fl(PM) dar. Die Partikel massenkonzentration PM1 ergibt sich aus dem gemessenen Streu intensitätswert II und der Kennlinie. The first characteristic curve 50 shown in FIG. 5B represents the dependence of the measured intensity of the scattered light of the first light beam 4 with the first wavelength on the mass concentration of a predetermined particle type contained in a measurement gas 1. Since the first wavelength, as illustrated in FIG. 5A, is set so that the measured intensity II is independent of variations in the effective diameter in the region 28, the particle mass concentration PM1 can be determined from the measured intensity value II. The characteristic curves thus represent the functional relationship II = fl (PM). The particle mass concentration PM1 results from the measured scattered intensity value II and the characteristic curve.
Die zweite Kennlinie 51 repräsentiert die Abhängigkeit der gemessenen Intensität des Streulichts des zweiten Lichtstrahls 4 mit der zweiten Wellenlänge von der Massenkonzentration einer in einem Messgas 1 enthaltenen vorbestimmten Partikelart. Die Kurve ist gestrichelt gezeichnet, da der Kurvenverlauf noch zusätzlich vom Parameter des Wirkdurchmessers 0 abhängig ist, wie aus Kurve 26 in Fig. 5A ersichtlich ist. Der gemessenen Intensitätsstreuwert 12 steht also in einem funktionellen Zusammenhang f2(PM,0) mit der Partikelmassenkonzentration und dem Wirkdurchmesser. Die Schritte zur Bestimmung der Partikelmassenkonzentration und des Wirkdurchmessers sind in Fig. 5C schematisch illustriert. The second characteristic 51 represents the dependence of the measured intensity of the scattered light of the second light beam 4 with the second wavelength on the mass concentration of a predetermined particle type contained in a measurement gas 1. The curve is drawn by dashed lines, since the curve is additionally dependent on the parameter of the effective diameter 0, as can be seen from curve 26 in FIG. 5A. The measured intensity scattering value 12 is therefore in a functional relationship f2 (PM, 0) with the particle mass concentration and the effective diameter. The steps for determining the particle mass concentration and the effective diameter are illustrated schematically in FIG. 5C.
Gemäß Fig. 5C wird im Schritt S60 zuerst die Intensität II bestimmt, dann im Schritt S70 die Intensität . II und 12 werden über den optischen Empfänger 8 gemessen, der so aufgebaut ist, dass er mindestens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge selektieren und auswerten kann. Die Abfrage der Intensität unterschiedlicher Wellenlänge erfolgt dabei zeitlich kurz nacheinander.  Referring to Fig. 5C, the intensity II is first determined in step S60, then the intensity in step S70. II and 12 are measured via the optical receiver 8, which is designed so that it can select and evaluate at least two light sources of different wavelengths. The interrogation of the intensity of different wavelengths takes place in quick succession.
Mittels der Kennlinie 50 lässt sich bei nur einer im Messgas vorhandenen Partikelart die Partikelmassenkonzentration PM für das Messgas im Schritt S80 ermitteln, da der Messwert im Bereich 28 unabhängig von Schwankungen des Wirkdurchmessers ist. Wie zuvor erläutert steht 12 in einem funktionellen Zusammenhang f2(PM,0) zur Partikelmassenkonzentration und dem Wirkdurchmesser 0. Mit dem gemessenen Wert 12 und dem ermittelten Wert PM1 wird im Schritt S90 der mittlere Wirkdurchmesser 0 mittels wenigstens einer mathematischen Operation durch die Recheneinheit ermittelt. With the characteristic curve 50, if only one particle type present in the measurement gas is used, the particle mass concentration PM for the measurement gas can be determined in step S80, since the measured value in region 28 is independent of fluctuations in the effective diameter. As explained above, 12 is in a functional relationship f2 (PM, 0) to the particle mass concentration and the effective diameter 0. With the measured value 12 and the determined value PM1, the mean effective diameter 0 is determined by means of at least one mathematical operation by the arithmetic unit in step S90.
Die einzelnen Merkmale der Erfindung sind selbstverständlich nicht auf die beschriebenen Kombinationen von Merkmalen in Rahmen der vorgestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und können in Abhängigkeit vorgegebener Vorrichtungsparameter auch in anderen Kombinationen eingesetzt werden. Insbesondere ist es möglich, mehr als 2 oder 3 Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen einzusetzen. Beispielsweise kann bei n zu bestimmenden Partikel massenkonzentrationen von n Partikelarten ein erfindungsgemäßes Messgerät zum Einsatz kommen, das für den Einsatz von n verschiedenen Wellenlängen eingerichtet ist. Weiterhin können bei n zu bestimmenden Partikel massenkonzentrationem von n Partikelarten und m zu bestimmenden Wirkdurchmessern dieser n Partikelarten ein erfindungsgemäßes Messgerät eingesetzt werden, dass für die Verwendung von (n+m) Wellenlängen eingerichtet ist. Of course, the individual features of the invention are not limited to the described combinations of features in the context of the presented embodiments and can also be used in other combinations depending on predetermined device parameters. In particular, it is possible to use more than 2 or 3 light beams with different wavelengths. For example, for n particles to be determined, mass concentrations of n particle types can be used for a measuring device according to the invention which is set up for the use of n different wavelengths. Furthermore, with n particles to be determined, mass concentration of n particle types and m effective diameters to be determined of these n particle types, an inventive measuring device can be used that is set up for the use of (n + m) wavelengths.

Claims

Ansprüche claims
1. Messgerät (100) zur Bestimmung der Partikelmassenkonzentration in einem Messgas, insbesondere einem Verbrennungsabgas, mit 1. Measuring device (100) for determining the particle mass concentration in a sample gas, in particular a combustion exhaust gas, with
einem zumindest teilweise lichtdurchlässigen Messgaskanal (15) zur Aufnahme des Messgases (1),  an at least partially transparent measuring gas channel (15) for receiving the measuring gas (1),
einer ersten Strahlungsquelle (2) zur Erzeugung eines ersten Lichtstrahls (4) und einer zweiten Strahlungsquelle (3) zur Erzeugung eines zweiten Lichtstrahls (5),  a first radiation source (2) for generating a first light beam (4) and a second radiation source (3) for generating a second light beam (5),
wobei die Lichtstrahlen (4,5) den Messgaskanal durchqueren und die Wellenlänge des ersten Lichtstrahls (4) von der Wellenlänge des zweiten Lichtstrahls (5) verschieden ist;  wherein the light beams (4, 5) traverse the sample gas channel and the wavelength of the first light beam (4) is different from the wavelength of the second light beam (5);
Detektionsmittel, das in zumindest einem vorbestimmten Streuwinkel zur Strahlrichtung der Lichtstrahlen angeordnet ist zur Bestimmung der im Messgaskanals (15) gestreuten Anteile der ersten und zweiten Lichtstrahlen, und  Detection means which is arranged in at least a predetermined scattering angle to the beam direction of the light beams for determining the in the Meßgaskanals (15) scattered portions of the first and second light beams, and
einer Recheneinheit zur Bestimmung der Partikelmassenkonzentration des in dem im Messgaskanal befindlichen Messgases (1) aus den bestimmten Anteilen der gestreuten Lichtstrahlen.  an arithmetic unit for determining the particle mass concentration of the measuring gas (1) located in the measuring gas channel from the determined portions of the scattered light beams.
2. Messgerät nach Anspruch 1, wobei die erste Strahlungsquelle (2) und die zweite Strahlungsquelle (3) derart angeordnet sind, dass der erste Lichtstrahl (4) und der zweite Lichtstrahl (5) an der gleichen Stelle im Messgaskanal (15) auf das Messgas (1) treffen. 2. Measuring device according to claim 1, wherein the first radiation source (2) and the second radiation source (3) are arranged such that the first light beam (4) and the second light beam (5) at the same location in the sample gas channel (15) on the Measuring gas (1) meet.
3. Messgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das 3. Measuring device according to at least one of claims 1 or 2, wherein the
Detektionsmittel derart angeordnet ist, dass der vorbestimmte Streuwinkel zur Strahlrichtung der Lichtstrahlen zwischen 60° und 120° liegt. Messgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 - 3, wobei das Detektionsmittel einen Detektor (8) zur Erfassung der gestreuten Anteile des ersten und des zweiten Lichtstrahls (4,5) umfasst, und wobei die erste und die zweite Lichtquelle (2,3) derart angeordnet sind, dass der Streuwinkel zwischen dem ersten Lichtstrahl (4) und dem Detektor (8) verschieden ist von dem Streuwinkel zwischen dem zweiten Lichtstrahl (5) und dem Detektor (8). Detection means is arranged such that the predetermined scattering angle to the beam direction of the light beams is between 60 ° and 120 °. Measuring device according to at least one of claims 1 - 3, wherein the detection means comprises a detector (8) for detecting the scattered components of the first and the second light beam (4,5), and wherein the first and the second light source (2,3) in such a way arranged that the scattering angle between the first light beam (4) and the detector (8) is different from the scattering angle between the second light beam (5) and the detector (8).
Messgerät nach Anspruch 4, wobei die Streuwinkel sich um einen Wert unterscheiden, der im Bereich 5 bis 30 Grad liegt. A meter according to claim 4, wherein the scattering angles differ by a value ranging from 5 to 30 degrees.
Messgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 - 5, wobei für eine erste Partikelart des Messgases (1) eine Wellenlänge des ersten Lichtstrahls (4) der ersten Lichtquelle (2) so festgelegt ist, dass für diese Wellenlänge der an der ersten Partikelart gestreute Anteil des ersten Lichtstrahls (4) ein Maximum aufweist und wobei für eine zweite Partikelart des Messgases (1) eine Wellenlänge des zweiten Lichtstrahls (5) der zweiten Lichtquelle (3) so festgelegt ist, dass für diese weiieniänge der an der zweiten Partikeiart gestreute Anteil des zweiten Lichtstrahls (5) ein Maximum aufweist. Measuring device according to at least one of claims 1 - 5, wherein for a first particle type of the measuring gas (1) a wavelength of the first light beam (4) of the first light source (2) is set so that for this wavelength of the scattered at the first particle type fraction of a second wavelength of the second light beam (5) of the second light source (3) is set so that for this weiieniänge of the second Partikeiart scattered proportion of the second Light beam (5) has a maximum.
Messgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Speichermittel eine erste und eine zweite Kennlinie hinterlegt ist, welche die Abhängigkeit der Massenkonzentration einer ersten und einer zweiten Partikelart in dem im Messgaskanal (15) befindlichen Messgas (1) von dem bestimmten Anteil des ersten und des zweiten Lichtstrahls (4, 5) repräsentiert, und dass die Recheneinheit zur Verwendung der ersten und der zweiten Kennlinie einen Auswertungsalgorithmus umfasst zur Bestimmung der Massenkonzentration der ersten und der zweiten Partikelart. Measuring device according to at least one of claims 1 - 6, characterized in that in a storage means a first and a second characteristic is deposited, which determines the dependence of the mass concentration of a first and a second particle in the measurement gas channel (15) located in the measurement gas (1) represents the determined proportion of the first and the second light beam (4, 5), and that the arithmetic unit for using the first and the second characteristic comprises an evaluation algorithm for determining the mass concentration of the first and the second particle type.
8. Messgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (100) mindestens eine dritte Lichtquelle (11) umfasst, wobei die Wellenlänge des Lichtstrahls (12) der dritten Lichtquelle (11) verschieden ist von der Wellenlänge des ersten und zweiten Lichtstrahls (4,5), wobei das Detektionsmittel einen zweiten Detektor (13) zur Erfassung der gestreuten Anteile des dritten Lichtstrahls (12) umfasst, und wobei eine Wellenlänge der dritten Lichtquelle (11) so festgelegt ist, dass der an der dritten Partikelart gestreute Anteil des dritten Lichtstrahls (12) ein Maximum aufweist, und wobei in einem Speichermittel eine dritte Kennlinie hinterlegt ist, welche die Abhängigkeit der Massenkonzentration einer in dem Messgas vorhandenen dritten Partikelart von dem bestimmten Anteil des dritten Lichtstrahls (12) repräsentiert. 8. A measuring device according to at least one of claims 1-7, characterized in that the measuring device (100) comprises at least a third light source (11), wherein the wavelength of the light beam (12) of the third light source (11) is different from the wavelength of first and second light beam (4, 5), wherein the detection means comprises a second detector (13) for detecting the scattered components of the third light beam (12), and wherein a wavelength of the third light source (11) is set to be at the third particle type scattered portion of the third light beam (12) has a maximum, and wherein in a storage means, a third characteristic is deposited, which represents the dependence of the mass concentration of a present in the measurement gas third particle of the specific portion of the third light beam (12).
9. Messgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (100) eingerichtet ist, die Massenkonzentration der Partikelarten Ruß, Asche und/oder Salz zu bestimmen, wobei eine erste Wellenlänge auf den Wert λΐ im Bereich von 640 - 670 nm, eine zweite Wellenlänge auf den Wert A2 im Bereich von 520 - 550 nm und eine dritte Wellenlänge auf den Wert A3 im Bereich von 400 - 440 nm festgelegt ist. 9. Measuring device according to at least one of claims 1-8, characterized in that the measuring device (100) is adapted to determine the mass concentration of the particle types soot, ash and / or salt, wherein a first wavelength to the value λΐ in the range of 640th - 670 nm, a second wavelength is set to the value A2 in the range of 520 - 550 nm and a third wavelength to the value of A3 in the range of 400 - 440 nm.
10. Messgerät nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Lichtstrahl (12) der dritten Lichtquelle (11) an einer Stelle im Messgaskanal (15) gestreut wird, die von der10. A measuring device according to claim 8 or 9, wherein the light beam (12) of the third light source (11) at a location in the sample gas channel (15) is scattered, which of the
Stelle im Messgaskanal (15), an der der erste und der zweite Lichtstrahl (4,5) gestreut werden, räumlich in Strömungsrichtung durch eine Entkopplungsblende Position in the sample gas channel (15), at which the first and the second light beam (4,5) are scattered, spatially in the flow direction through a decoupling diaphragm
(10) getrennt ist.  (10) is separated.
PCT/EP2010/006477 2009-11-02 2010-10-22 Measuring device for measuring emissions in a particle mass concentration in a gas to be measured, in particular in a combustion emission gas WO2011050932A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009046279.1 2009-11-02
DE200910046279 DE102009046279A1 (en) 2009-11-02 2009-11-02 Measuring device for measuring exhaust gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011050932A1 true WO2011050932A1 (en) 2011-05-05

Family

ID=43416306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/006477 WO2011050932A1 (en) 2009-11-02 2010-10-22 Measuring device for measuring emissions in a particle mass concentration in a gas to be measured, in particular in a combustion emission gas

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102009046279A1 (en)
WO (1) WO2011050932A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018095719A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 Robert Bosch Gmbh Particle measurement device and method for determining a particle size
DE102020111551B4 (en) 2019-06-03 2024-05-08 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and system for determining a mass concentration of at least one substance in an aerosol stream

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013186078A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-19 Siemens Aktiengesellschaft Light-based particle detection with mass determination
CH711170A1 (en) * 2015-06-08 2016-12-15 Fachhochschule Nordwestschweiz Fhnw Method and device for the detection of aerosol particles.
CN112903547B (en) * 2019-11-19 2023-01-03 南京理工大学 High-concentration cloud and mist particle concentration measuring device based on double light sources
CN114324092B (en) * 2021-12-27 2024-04-05 安徽庆宇光电科技有限公司 Online remote sensing monitoring system for light-tight smoke intensity of motor vehicle tail gas

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999037383A1 (en) * 1998-01-26 1999-07-29 Mie Corporation System and method for monitoring airborne particulate
WO2004009390A2 (en) * 2002-07-19 2004-01-29 Board Of Regents, The University Of Texas System Time-resolved exhaust emissions sensor
DE202008014667U1 (en) 2008-11-05 2009-01-15 Testo Ag gauge

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999037383A1 (en) * 1998-01-26 1999-07-29 Mie Corporation System and method for monitoring airborne particulate
WO2004009390A2 (en) * 2002-07-19 2004-01-29 Board Of Regents, The University Of Texas System Time-resolved exhaust emissions sensor
DE202008014667U1 (en) 2008-11-05 2009-01-15 Testo Ag gauge

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018095719A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 Robert Bosch Gmbh Particle measurement device and method for determining a particle size
DE102020111551B4 (en) 2019-06-03 2024-05-08 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and system for determining a mass concentration of at least one substance in an aerosol stream

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009046279A1 (en) 2011-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0094374B1 (en) Method for the continuous measurement of the mass of aerosol particles in gaseous samples, and device for carrying out the method
WO2013024167A1 (en) Method and device for determining characteristic properties of a transparent particle
EP2270465B2 (en) Process and apparatus for detecting, characterising and/or eliminating particles
WO2011050932A1 (en) Measuring device for measuring emissions in a particle mass concentration in a gas to be measured, in particular in a combustion emission gas
DE102009014080A1 (en) Device for determining particle sizes
DE102011002421A1 (en) Measuring device for measuring particle concentrations by means of scattered light and method for monitoring the measuring device
DE102010002424A1 (en) Device for measuring a particle concentration in automotive exhaust gases
EP2717035B1 (en) Method and apparatus for investigating small particles in gas
DE102009001929A1 (en) turbidity meter
EP1176414B1 (en) Process and device for determining of physical collective parameters of particles in gas
DE3240559A1 (en) METHOD FOR CONTINUOUSLY MEASURING THE MASS OF AEROSOL PARTICLES IN GASEOUS SAMPLES AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD
AT516759B1 (en) Apparatus and method for determining the number of solid particles in a fluid stream
EP2378270B1 (en) Method for determining particle concentration and measuring device
DE102014211514B4 (en) Method for determining the flow rate, the volume flow and the mass flow of particles
DE202008014667U1 (en) gauge
WO2016180907A1 (en) Device and method for counting and/or measuring particles in a fluid flow
DE102011082069A1 (en) Method for calibrating light scattering photometer for measuring concentration of aerosol, involves comparing detected measurement value with calibration value of particle-free gaseous fluid
DE102010038897A1 (en) Scattered light measurement method
EP3158322B1 (en) Device and method for calibrating a light scattering measurement device
AT515495B1 (en) Method and device for determining a particle concentration of a sample gas charged with particles
DE102013202423A1 (en) Detector for detecting particles in gas of measuring chamber during semiconductor manufacturing process, has pair of electrodes arranged in measuring chamber for generating electric field along gas flow direction
DE102013219440A1 (en) Method and device for the optical analysis of a test object
WO2015028365A1 (en) Analysis method for determining the types and concentrations of biological particles
AT512728B1 (en) Method for calibrating a scattered light measuring device
EP1923694B1 (en) Method and device for measuring the amount of oil in a gas flow

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10772982

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10772982

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1