WO2019170426A1 - Druckentkopplungsvorrichtung für partikelmesssystem und verfahren zur druckentkopplung - Google Patents

Druckentkopplungsvorrichtung für partikelmesssystem und verfahren zur druckentkopplung Download PDF

Info

Publication number
WO2019170426A1
WO2019170426A1 PCT/EP2019/054302 EP2019054302W WO2019170426A1 WO 2019170426 A1 WO2019170426 A1 WO 2019170426A1 EP 2019054302 W EP2019054302 W EP 2019054302W WO 2019170426 A1 WO2019170426 A1 WO 2019170426A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow
sample
pressure
bypass
pressure decoupling
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/054302
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Maier
Original Assignee
Horiba Europe Gmbh
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 Horiba Europe Gmbh filed Critical Horiba Europe Gmbh
Publication of WO2019170426A1 publication Critical patent/WO2019170426A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
    • G01N1/2252—Sampling from a flowing stream of gas in a vehicle exhaust
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N2001/2285—Details of probe structures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/24—Suction devices
    • G01N2001/242—Injectors or ejectors
    • G01N2001/244—Injectors or ejectors using critical flow orifices
    • 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
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • Pressure decoupling device for particle measuring system and method for pressure decoupling
  • the invention relates to a pressure decoupling device for a particle measuring system and a method for pressure decoupling.
  • corresponding particle measuring devices For detecting the particles, corresponding particle measuring devices are known, which are used in test stands or measuring systems equipped therefor.
  • Increasing pressure in the exhaust system causes more gas to flow into the measuring system connected to the exhaust system via a sampling point, as defined by the volume flow at the actual sensor in the particle measuring device or also by the measuring device outlet, since a pressure balance between the exhaust system and the gas volume in the exhaust gas system Measuring system takes place. With decreasing pressure, however, correspondingly less gas flows into the measuring system than if desired or measured on the sensor.
  • the invention has for its object to minimize the influence of pressure changes and pressure fluctuations on a particle measuring system, in particular to the Mes ments of an existing sensor in the particle measuring system as low as possible.
  • a pressure decoupling device for a particle measuring system having a sampling point for taking a sample volume flow from a sample gas flow, a pressure decoupling diaphragm device arranged downstream of the sampling point, a flow divider device arranged downstream of the pressure decoupling diaphragm device for splitting the sample volume flow into a sample flow rate.
  • a bypass conveyor for conveying a flow rate flow, which comprises the by-pass flow and with acting between the flow divider and the bypass conveyor ambient air supply for supplying an ambient air flow to the bypass flow, such that so that the funding Volume flow through the bypass flow and the ambient air flow is formed.
  • the pressure decoupling device can accordingly be arranged between the sample gas flow (for example the gas flow in the exhaust gas line of an internal combustion engine, typically an exhaust gas line or an exhaust gas dilution system) and the particle measuring system or the actual particle measuring device (sensor). Neither the measuring gas flow or the exhaust gas line on the one hand nor the particle measuring system on the other hand are part of the pressure decoupling device. Rather, the printer decoupling device can have or define its own system boundary which does not include these components.
  • the sample flow can be guided through a following sample aperture and forms the sample flow for the actual measuring system.
  • the bypass conveyor for example a pump, may have or generate a rather large volume flow compared to the sample volume flow and is connected in an absorbent manner to the sampling.
  • About the ambient air supply can on the suction side of the bypass conveyor defined surrounding ambient air are added, so that there is an adjustable negative pressure.
  • serving as a bypass conveyor pump it is to strive that the pump is operated in a flat as possible area of their delivery volume negative pressure map, so that changes in the incoming flow cause only very small pressure changes.
  • the particle measuring system optionally having an aerosol dilution system is connected in the region between the sampling point or the pressure decoupling diaphragm device and the ambient air supply.
  • the flow divider is provided to divert a (small) gas flow as a sample flow for the particle measuring system.
  • the pressure-decoupling diaphragm device can be arranged directly or close to the sampling point and already effects a first compensation of existing pressure peaks in the raw gas, so that a harmonization or uniformization of the gas flows is effected downstream of the diaphragm.
  • in the sample flow can still be vorgese hen at least one further aperture device, as will be explained later, to optimize the degree of decoupling wei ter.
  • the pressure decoupling aperture device may have a very small aperture opening, for example, a diameter smaller than 2 mm, in particular special smaller than 1 mm, for example, only 0, 4 mm.
  • the aperture should be as small as possible in order to effect an effective pressure decoupling. However, it still has to be of sufficient size so that a gas flow can still pass through the diaphragm (which should also be larger than the sample flow into the actual measuring system).
  • the components of the pressure decoupling device can be designed such that the delivery volume flow guided through the bypass conveyor is greater than the flow through the pressure decoupling diaphragm device and larger than the sample flow leading to the particle measuring device.
  • a factor of at least 5 to 10 is appropriate. It is effected by the interaction of the flow divider and the downstream vacuum devices (pumps) which respectively generate the bypass flow (or volumetric flow) and the sample flow.
  • a regulated Proportio nalventil or an adjustable throttle device may be provided in the ambient air supply, to geregel th supplying ambient air.
  • a device for Be vote of the pressure on a stand after the pressure decoupling diaphragm device, as well as a control device with a pressure actual value, a desired value and the proportional valve can be provided as a manipulated variable. With the help of the proportional valve can be adjusted in conjunction with the bypass conveyor a desired and reproducible negative pressure on the suction side of the bypass conveyor, or even in the connected measuring system.
  • the supplied ambient air also leads to a dilution of this bypass flow at the stand of the union of the guided through the pressure decoupling aperture, but not through the sample aperture in the measuring flow.
  • the dilution also has advantages in terms of the further handling (lines, pumps) of this flow (lower temperatures, reduced contamination and lower tendency to condensation of the exhaust sample removed).
  • the bypass conveyor may be formed as a pump, in particular as a continuously operating pump with low pressure pulsations such as se Venturi pump, a rotary vane pump or the like.
  • the pump he witnesses the negative pressure, which is used to generate the bypass flow.
  • Upstream of the bypass conveyor may be a buffer device vorgese hen.
  • the buffer device may be arranged in the bypass flow between the ambient air supply and the bypass conveyor in order to effect a further pressure equalization.
  • the buffer device can be designed in particular as a buffer tank or buffer container.
  • a coupling point can be provided downstream of the flow divider device, for guiding the sample flow to the actual particle measuring system.
  • the coupling point is intended to define at least only one (virtual) system boundary. It does not have to be an independent component be executed.
  • the particle measuring system is not necessarily a part of the pressure decoupling device.
  • no spatial separation of the components is required so that a continuous line between the flow divider and the first component of the Par tikelmesssystems can be present.
  • the (virtual) coupling point is then in this coupling line.
  • the coupling site can also form physical properties, e.g. be designed as Lei processing element, connection device, etc.
  • a producible by the particle measuring sub-pressure can be applied to generate the sample flow.
  • a pressure sink or conveyor device for example in the form of a pump, be present, which generates a perma nents suppression in the system, whereby the sample flow is discharged from the flow divider device.
  • a dilution device may be provided, in which the incoming de sample flow is thinned by the addition of ambient air in the usual way ver.
  • the dilution is usually required because the particle concentration in the extracted from the exhaust gas raw gas is usually too high and thus lies outside the ranges of conventional measuring instruments.
  • the sample flow can be passed through the actual particle measuring device (sensor), where the particle concentration is measured.
  • the particle measuring device can be constructed in a manner known per se. This may be, for example, a device based on a condensation core counter (CPC - Condensation Particle Counter). Such particle measuring devices are used on test stands in the usual way.
  • a sample diaphragm device can be arranged between the flow divider and the coupling line.
  • the sample diaphragm device is thus provided in addition to the pressure decoupling diaphragm device and causes a further increase in the degree of pressure decoupling, this time alone in the sample flow.
  • more aperture devices can generally be provided in the lines.
  • a temperature control device may be provided for controlling the temperature of at least one of the gas flows in the pressure decoupling device at a constant level.
  • tempera turregel With the help of tempera turregel adopted all gas flows in the entire Druckentkopplungsvor direction can be kept constant with respect to the temperature, which increases the accuracy of the exact rivers.
  • a method for pressure decoupling of a particle measuring system comprises the steps:
  • bypass flow may be larger than the sample flow. However, it can also be very small depending on the operating conditions and be almost zero.
  • the described pressure decoupling device By means of the described pressure decoupling device, it is possible to realize a concept for effective pressure decoupling with a plurality of measures. In this case, pressure fluctuation influences on the measurement at the measuring device can be substantially reduced.
  • the measuring device is thus decoupled from pressure fluctuations in the measuring gas flow and also from fluctuating ambient pressures.
  • the pressure decoupling diaphragm device has a small diameter of less than 2 mm, which may be, for example, only 0.4 mm.
  • the diaphragm can be cleaned or exchanged or an exchange with another diameter allows the adaptation to specific operating conditions or requirements (eg degree of pressure decoupling vs. cleaning interval).
  • a small sample flow is guided into the actual measuring system, while the (mostly) larger proportion is conveyed as a bypass flow through a bypass conveyor and then thrown out.
  • the bypass flow ambient air is fed controlled, to further increase the gas flow in the bypass flow.
  • Blendeneinrich lines may be provided, each of which reduces the pressure fluctuation influence on the gas flow.
  • the pressure influence is thus minimized by combining at least one orifice (possibly two orifices, eg pressure decoupling diaphragm device, sample diaphragm device) as well as the ratio of the flows of the sample flow to the delivery volumetric flow and an additional supplemental flow (ambient air supply).
  • at least one orifice possibly two orifices, eg pressure decoupling diaphragm device, sample diaphragm device
  • additional supplemental flow ambient air supply
  • further pressure reducing reali sieren levels consisting of other sample diaphragms and bypass flows reali.
  • Even a constant temperature control of Druckentkopplungsvorrich device increases the accuracy of the rivers.
  • the measures described above allow a multi-stage decoupling of the sample flow of pressure fluctuations in the exhaust stream, which abut the sampling site. This results in a stationary pressure decoupling by egg NEN nozzle and pump characteristic effect.
  • About the characteristic of the bypass conveyor device is a projection of the changing pressure fluctuations by flow iris flow through the pressure decoupling device on only small changes in the system pressure.
  • a dynamic pressure decoupling is effected by a nozzle and Volu men bin. Due to the small opening diameter of the pressure-decoupling diaphragm device, only a small flow results, which must be compensated in the bypass system volume by a pressure equalization. The big The volume in the bypass flow in relation to the sample flow acts as a damping of the inert volume against pressure changes in the system pressure. Parts of this volume can already be realized by the volumes of the required lines for Füh tion of the currents in the bypass branch.
  • a pressure decoupling results from the regulation of the ambient air supply.
  • the desired system pressure can be additionally regulated. This means that the changes can also be slowed down actively (depending on the design of the controlled system but also in the time range ⁇ 100ms).
  • this concept allows a reproducible equal adjustment of the system pressure regardless of the ambient conditions or conditions at the sampling point (exhaust pipe) and their amendments ments. This makes it possible to reduce reproducibility errors on all sensors, in particular on the actual particle measuring device (CPC), on mass flowmeters (MFM) and on pressure measurements. All sensors can therefore always be operated in the measurement mode under pressure conditions equal to their original calibration.
  • volume flows, apertures, etc. relate only to a specific embodiment. However, the invention is not limited to the realization of these values. Depending on the dimensioning of the system, other specific values may also be suitable.
  • Figure 1 shows the schematic structure of a device according to the invention Druckentkopp.
  • FIG. 1 shows a pressure decoupling device 1 whose system limit is represented by a dashed line.
  • the pressure decoupling device 1 is connected to an exhaust line, not shown, so that sample exhaust gas can be taken as measurement gas in the form of a sample volume flow 2a and led by the Druckentkopp treatment device 1 to a particle measuring system 3.
  • a particle meter sensor
  • FIG. 1 shows a pressure decoupling device 1 whose system limit is represented by a dashed line.
  • the pressure decoupling device 1 is connected to an exhaust line, not shown, so that sample exhaust gas can be taken as measurement gas in the form of a sample volume flow 2a and led by the Druckentkopp treatment device 1 to a particle measuring system 3.
  • Par tikelmesssystem 3 as later explained, a particle meter (sensor) is provided with which the particle number / particle concentration can be determined.
  • the sample volume flow 2a formed by the sample gas flow is guided through a pressure decoupling diaphragm 4 serving as pressure decoupling diaphragm device.
  • the pressure decoupling diaphragm 4 may have a very small diaphragm opening whose diameter may be, for example, less than 3 mm, in particular less than 2 mm, in particular less than 1 mm. For example, an aperture of 0.4 mm has been proven in practice.
  • the sample volume flow 2a through the pressure decoupling aperture 4 may be in connexion with the selected / set negative pressure for Aperture for example at a value of 0.3-0, 5 1 / min.
  • a pressure measuring device 5 Downstream of the pressure decoupling diaphragm 4, a pressure measuring device 5 may be provided for monitoring the pressures.
  • sample volume flow 2a then passes to a flow divider 6 (flow splitter) in which the sample volume flow 2a is split into a sample flow 7 and a bypass flow 8.
  • flow divider 6 flow splitter
  • the sample flow 7 is led to the particle measuring system 3, while the bypass flow 8 serves to increase the total gas flow (sample volume flow 2a), in order likewise to reduce the influence of pressure fluctuations.
  • the bypass flow 8 thereby becomes part of a delivery volume flow 8a, which is generated by a pump 9 serving as a bypass conveyor, which finally delivers the delivery volume flow 8a, including the bypass flow 8, to an outlet 10, where it is discarded.
  • the delivery volume flow 8a through the pump 9 should be substantially larger than the sample volume flow 2a and / or the sample flow 7, for example by a factor of 5 to 10 or more.
  • the pump 9 may have a delivery capacity in the range of, for example, 10 to 50 1 / min, in particular 15 to 20 1 / min.
  • the sample flow 7 can amount to, for example, less than 0.3-0, 5 1 / min, with values already around 0.05 1 / min having already proven suitable.
  • the bypass flow 8 may also be larger than the sample flow 7. But it is also possible that the bypass flow 8 is very small before its combination with the later still explained ambient air flow and thus formation of the guided through the pump 9 delivery volume flow 8a and can go up to almost zero.
  • an ambient air supply 1 1 is provided, passed through the ambient air in the form of an ambient air flow 1 1 a to the bypass flow 8 is, so that the delivery volume flow 8a is formed in this way.
  • the pumped by the pump 9 te delivery volume flow 8a thus consists of the bypass flow 8 and the surrounding ambient air flow 1 1 a.
  • the ambient air supply 1 1 may have filters, lines and valves to supply the ambient air in a suitable manner.
  • ambient air is to be understood in this context not only air from the atmosphere hen, but also suitable gases, such. Nitrogen or exhaust gas.
  • the supply of ambient air should be regulated in order to adjust a negative pressure and to compensate for fluctuations in the bypass flow 8.
  • a regulated proportional valve 12 is provided in the ambient air supply 1 1.
  • a control variable for the proportional valve 12 may serve a pressure value, e.g. from the pressure measuring device 5, from a pressure measuring device in the actual measuring system or from a pressure gauge, not shown in the bypass flow. 8
  • the proportional valve 12 also allows a very fast active compen sation of pressure fluctuations in the bypass flow 8, which allows a further reduction of influences of pressure fluctuations in the pressure decoupling device 1.
  • upstream of the pump 9 serving as a buffer means Puf can be provided Vorkank 13, which provides a certain buffer volume available. The increased volume also reduces the influence of pressure fluctuations at the sampling point 2.
  • the sample flow 7 is guided to the particle measuring system 3. It is considerably smaller than the volume flow 8a composed of the bypass flow 8 and the ambient air flow 11a, which is conveyed by the pump 9.
  • a further diaphragm in the form of a sample diaphragm 14 is provided with respect to the sample flow 7.
  • the sample orifice 14 causes a further decoupling of pressure, so that the sample flow 7 experiences only very small pressure fluctuations downstream of the sample orifice 14.
  • a virtual Kop pelstelle 15 is defined, which, however, in practice has no physical expression ha ben, but may have. It is intended only to delimit the erfindungsge MAESSEN pressure decoupling device 1 of the particle measuring system 3.
  • the virtual coupling point 15 thus also serves as a virtual interface between the pressure decoupling device 1 and the particle measuring system 3.
  • the sample gas flow 7 can also pass directly from the sample orifice 14 into the particle measuring system 3.
  • the particle measuring system 3 shown in FIG. 1 may have a construction known per se.
  • the particle measuring system 3 has a dilution stage 16 serving as a dilution device.
  • the dilution stage is required to dilute the incoming gas in the sample flow so that it is measurable according to the measuring range of a meter.
  • a dilution air supply 17 is provided, with the United dilution air (ambient air, special gas such as nitrogen) to the dilution stage 16 can be performed.
  • the dilution of the sample flow 7 he then follows in the dilution stage 16.
  • a further diaphragm device 18 may be provided, which causes a further Dru ckentkopplung the gas flow.
  • the actual particle measuring device 19 (sensor) is arranged, through which the meanwhile multiple pressure fluctuation-decoupled sample flow 7 is guided and measured.
  • the particle measuring device 19 is constructed in the usual way. This may be, for example, a device or sensor based on a condensation core counter (CPC - Condensation Particle Counter).
  • a continuously operating pump 20 with low pressure pulsations such as in a Venturi pump, a rotary vane pump, or the like. arranged.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Eine Druckentkopplungsvorrichtung (1) für ein Partikelmesssystem (3) weist eine Probennahmestelle (2) zum Entnehmen eines Probenvolumenstroms (2a) aus einem Messgasstrom auf. Stromab von der Probennahmestelle (2) ist eine Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung (4) angeordnet. Stromab von der Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung (4) ist eine Flussteilereinrichtung (6) vorgesehen, zum Aufteilen des Probenvolumenstroms (2a) in einen Sample-Fluss (7) und in einen Bypass-Fluss (8). Eine Bypass-Fördereinrichtung (9) dient zum Fördern des Bypass-Flusses (8). Mithilfe einer Umgebungsluftzuführung (11) wird Umgebungsluft zu dem Bypass-Fluss (8) zwischen der Flussteilereinrichtung (6) und der Bypass-Fördereinrichtung (9) zugeführt. Die Wirkung der Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung (4) sowie die Flussaufteilung bewirkt eine Beruhigung der Druckschwankungen am eigentlichen Messgerät, wodurch die Messqualität verbessert werden kann.

Description

Druckentkopplungsvorrichtung für Partikelmesssystem und Verfahren zur Druckentkopplung
Die Erfindung betrifft eine Druckentkopplungsvorrichtung für ein Partikelmess system sowie ein Verfahren zur Druckentkopplung.
Zur Emissionsüberwachung von Motoren und Fahrzeugen ist es gesetzliche Vor schrift, die Abgase auf einem Prüfstand oder auch unter realen Bedingungen, z.B. auf der Straße, zu erfassen und hinsichtlich ihrer Zusammensetzung im Einzel nen zu untersuchen. Dabei sind neben vielfältigen Schadstoffanteilen vor allem auch Feinstaubpartikel von besonderem Interesse. Die Feinstaubpartikel, zum Beispiel auch Nanopartikel, können über die Atmung tief in die Lunge eindringen und zu erheblichen gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen. Neben den von Motoren emittierten Partikeln können zukünftig auch Partikelemissionen anderer Komponenten, wie Bremsen- und Reifenabrieb, auf ähnliche Weise reglementiert werden.
Zum Erfassen der Partikel sind entsprechende Partikelmessgeräte bekannt, die in dafür ausgerüsteten Prüfständen bzw. Messsystemen zum Einsatz kommen.
Um eine höchstmögliche Messgenauigkeit mit einem derartigen Partikelmessgerät zu erreichen, ist es anzustreben, das Messsystem möglichst frei von Druckände rungen und Schwankungen zu halten bzw. deren Einfluss auf das Messsystem in möglichst starkem Umfang zu dämpfen. Die Druckschwankungen können ver schiedene Ursachen haben. So treten Druckänderungen und Druckschwankungen insbesondere im Abgasstrang von Verbrennungsmotoren prinzipbedingt auf, wodurch sich die Probennahmebedingungen im Abgassystem permanent ändern. Zudem können wechselnde Umgebungsbedingungen (Wetter, Luftdruck, Tempera tur, Höhenprofil der Teststrecke etc. ) Druckänderungen bewirken.
Ein steigender Druck im Abgassystem bewirkt, dass mehr Gas in das über eine Probennahmestelle mit dem Abgassystem verbundene Messsystem fließt, als durch den Volumenstrom am eigentlichen Sensor im Partikelmessgerät bzw. auch durch den Messgeräteauslass definiert ist, da ein Druckausgleich zwischen dem Abgassystem und dem Gasvolumen im Messsystem stattfindet. Bei fallendem Druck hingegen strömt entsprechend weniger Gas in das Messsystem ein, als ge gebenenfalls gewünscht bzw. am Sensor gemessen. Dieser durch den - gegebenenfalls sogar pulsierenden - Druckausgleich bedingte zusätzliche Messgasstrom (Druckausgleichsströmung) im Messsystem verfälscht dementsprechend die eigentliche Messung, da für die Konzentrationsbestimmung lediglich (im Wesentlichen als konstant eingestellte /angenommene) Volumenströ me durch den Sensor / im Messsystem berücksichtigt werden, während die zu sätzliche, sich unter Umständen permanent ändernde bzw. pulsierende Flussrate des Messsystemeingangs jedoch nicht bekannt ist.
Neben diesem hergestellten Volumenstrom durch den eigentlichen Sensor der zu messenden Abgaskomponente können im Messsystem auch weitere Stufen wie beispielweise Verdünnungsstufen oder sonstige Komponenten zur Probenkonditio nierung vorgesehen sein. Für deren Betrieb müssen im Messsystem wiederum ein oder mehrere interne Flüsse eingestellt werden, welche in ähnlicher Weise durch extern aufgeprägte Druckschwankungen beeinflusst werden können. Dies kann ebenso zu Fehlmessungen führen, da die Positionen, an welchen die jeweiligen Flüsse eingestellt und/ oder gemessen werden, meist an Positionen stromab von bzw. nach dem durch die extern verursachten Druckausgleichströmungen beein flussten Gasvolumen liegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einfluss von Druckänderungen und Druckschwankungen auf ein Partikelmesssystem, insbesondere auf die Mes sungen eines im Partikelmesssystem vorhandenen Sensors möglichst gering zu halten.
Die Aufgabe wird durch eine Druckentkopplungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen An sprüchen angegeben. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Druckentkopplung wird in einem nebengeordneten Anspruch beschrieben.
Es wird eine Druckentkopplungsvorrichtung für ein Partikelmesssystem angege ben, mit einer Probennahmestelle zum Entnehmen eines Probenvolumenstroms aus einem Messgasstrom, einer stromab von der Probennahmestelle angeordneten Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung, einer stromab von der Druckentkopp- lungs-Blendeneinrichtung angeordneten Flussteilereinrichtung zum Aufteilen des Probenvolumenstroms in einen Sample-Fluss und in einen Bypass-Fluss, einer Bypass-Fördereinrichtung zum Fördern eines Fördervolumenstroms, der den By pass-Fluss umfasst und mit einer zwischen der Flussteilereinrichtung und der Bypass-Fördereinrichtung wirkenden Umgebungsluftzuführung zum Zuführen eines Umgebungsluftstroms zu dem Bypass-Fluss, derart, dass damit der Förder- volumenstrom durch den Bypass-Fluss und den Umgebungsluftstrom gebildet wird.
Die Druckentkopplungsvorrichtung kann demnach zwischen dem Messgasstrom (z.B. dem Gasstrom im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors; typischerweise eine Abgasleitung oder ein Abgas-Verdünnungssystem) und dem Partikelmesssys tem bzw. dem eigentlichen Partikelmessgerät (Sensor) angeordnet sein. Weder der Messgasstrom bzw. der Abgasstrang einerseits noch das Partikelmesssystem an dererseits sind Teil der Druckentkopplungsvorrichtung. Vielmehr kann die Dru ckentkopplungsvorrichtung eine eigene Systemgrenze aufweisen bzw. definieren, die diese Komponenten nicht umfasst.
Der Sample-Fluss kann durch eine folgende Sample-Blende geführt werden und bildet den Probenfluss für das eigentliche Messsystem.
Mithilfe der Druckentkopplungsvorrichtung ist es möglich, Druckschwankungen, die im Bereich der Probennahmestelle im Probenvolumenstrom - insbesondere aufgrund von Druckschwankungen im Abgasstrang - auftreten, im weiteren Ver lauf des Probenvolumenstroms deutlich zu verringern, so dass der von dem Pro benvolumenstrom abgezweigte und schließlich dem eigentlichen Partikelmessgerät zugeführte Sample-Fluss nur noch sehr geringe, vernachlässigbare Druckschwan kungen aufweist. Dadurch kann die Qualität der Messungen deutlich erhöht wer den.
Die Bypass-Fördereinrichtung, zum Beispiel eine Pumpe, kann einen im Vergleich zum Probenvolumenstrom eher großen Volumenstrom aufweisen bzw. erzeugen und ist an der Probenentnahme saugend angeschlossen. Über die Umgebungsluft zuführung kann auf der Saugseite der Bypass-Fördereinrichtung definiert Umge bungsluft hinzugegeben werden, so dass sich ein einstellbarer Unterdrück ergibt. Hinsichtlich einer als Bypass-Fördereinrichtung dienenden Pumpe ist es anzu streben, dass die Pumpe in einem möglichst flachen Bereich ihres Fördervolumen- Unterdruck-Kennfeldes betrieben wird, so dass Änderungen im ankommenden Volumenstrom nur sehr kleine Druckänderungen bewirken.
Das gegebenenfalls ein Aerosol-Verdünnungssystem aufweisende Partikelmesssys tem ist in dem Bereich zwischen der Probennahmestelle bzw. der Druckentkopp- lungs-Blendeneinrichtung und der Umgebungsluftzuführung angeschlossen. Zu diesem Zweck ist die Flussteilereinrichtung vorgesehen, um einen (kleinen) Gas fluss als Sample-Fluss für das Partikelmesssystem abzuzweigen. Die Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung kann direkt bzw. nahe an der Pro- bennahmestelle angeordnet sein und bewirkt bereits einen ersten Ausgleich be stehender Druckspitzen im Rohabgas, so dass eine Harmonisierung bzw. Ver gleichmäßigung der Gasflüsse stromab von der Blende bewirkt wird. Insbesondere im Sample-Fluss kann noch wenigstens eine weitere Blendeneinrichtung vorgese hen sein, wie später noch erläutert wird, um den Grad der Druckentkopplung wei ter zu optimieren.
Die Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung kann eine nur sehr kleine Blenden öffnung aufweisen, die zum Beispiel einen Durchmesser kleiner als 2 mm, insbe sondere kleiner als 1 mm, zum Beispiel nur 0 ,4 mm aufweist. Die Blendenöffnung sollte möglichst klein sein, um eine wirksame Druckentkopplung zu bewirken. Allerdings muss sie immer noch eine ausreichende Größe aufweisen, damit über haupt noch ein Gasfluss durch die Blende hindurchtreten kann (welcher zudem größer als der Sample-Fluss in das eigentliche Messsystem sein sollte).
Die Komponenten der Druckentkopplungsvorrichtung können derart gestaltet sein, dass der durch die Bypass-Fördereinrichtung geführte Fördervolumenstrom größer als der Fluss durch die Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung als auch größer als der zum Partikelmessgerät führende Sample-Fluss ist. Hierbei ist ein Faktor von wenigstens 5 bis 10 zweckmäßig. Er wird durch das Zusammenspiel der Flussteilereinrichtung und der stromab gelegenen Unterdruckeinrichtungen bzw. Fördereinrichtungen (Pumpen) bewirkt, die jeweils den Bypass-Fluss (bzw. den Fördervolumenstrom) und den Sample-Fluss erzeugen. Je größer der Anteil des Fördervolumenstroms durch die Bypass-Fördereinrichtung bzw. je kleiner der Anteil des Sample-Flusses ist, desto geringer ist der Einfluss von Druckschwan kungen auf den Sample-Fluss, der schließlich dem Partikelmessgerät zugeführt wird.
Durch die im Verhältnis zum großen Volumenstrom der Bypass-Fördereinrichtung kleine Auslegung der Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung - und damit des Blenden-Volumenstroms (Probenvolumenstrom) - führen durch große Druckände rungen implizierte Änderungen des (kleinen) Probenvolumenstromes durch die Blendeneinrichtung lediglich zu sehr kleinen relativen Änderungen des Flusses (Fördervolumenstroms) durch die Bypass-Fördereinrichtung und damit zu gerin gen Änderungen des durch das Fördervolumen-Unterdruck-Kennfeld gegebenen Gleichgewichtsdrucks . Der deutlich größere ergänzende Fluss (Umgebungsluftstrom) der Umgebungsluft zuführung bleibt hierbei weitgehend konstant. Die Umgebungsluftzuführung kann jedoch zusätzlich regelbar sein, um Schwankungen in dem Bypass-Fluss auszu gleichen. Die Schwankungen können insbesondere verbliebene Druckschwankun gen sein, die bei einer entsprechend schnellen Regelung durch das geregelte Zu führen von Umgebungsluft kompensiert werden können.
Zu diesem Zweck kann in der Umgebungsluftzuführung ein geregeltes Proportio nalventil bzw. eine einstellbare Drosseleinrichtung vorgesehen sein, zum geregel ten Zuführen von Umgebungsluft. Des Weiteren kann eine Einrichtung zum Be stimmen des Drucks an einer Stehe nach der Druckentkopplungs- Blendeneinrichtung, sowie eine Regeleinrichtung mit einem Druck-Istwert, einem Sollwert und dem Proportionalventil als Stellgröße vorgesehen sein. Mit Hilfe des Proportionalventils lässt sich so in Verbindung mit der Bypass-Fördereinrichtung ein gewünschter und reproduzierbarer Unterdrück auf der Saugseite der Bypass- Fördereinrichtung einstellen, bzw. auch im angeschlossenen Messsystem.
Die zugeführte Umgebungsluft führt zudem zu einer Verdünnung dieses Bypass- Flusses an der Stehe der Vereinigung des durch die Druckentkopplungs-Blende, jedoch nicht durch die Sample-Blende in das Messsystem geführten Flusses. Die se Verdünnung hat zudem Vorteile in Bezug auf die weitere Handhabung (Leitun gen, Pumpen) dieses Flusses (geringere Temperaturen, verringerte Verschmutzung sowie geringere Kondensationsneigung der entnommenen Abgasprobe).
Die Bypass-Fördereinrichtung kann als Pumpe ausgebildet sein, insbesondere als kontinuierlich arbeitende Pumpe mit geringen Druckpulsationen wie beispielswei se eine Venturi-Pumpe, eine Drehschieberpumpe oder Ähnliches. Die Pumpe er zeugt den Unterdrück, der zum Erzeugen des Bypass-Flusses benutzt wird.
Stromauf von der Bypass-Fördereinrichtung kann eine Puffereinrichtung vorgese hen sein. Insbesondere kann die Puffereinrichtung in dem Bypass-Fluss zwischen der Umgebungsluftzuführung und der Bypass-Fördereinrichtung angeordnet sein, um eine weitere Druckvergleichmäßigung zu bewirken. Die Puffereinrichtung kann insbesondere als Puffertank oder Pufferbehälter ausgebildet sein.
In Bezug auf den Sample-Fluss kann stromab von der Flussteilereinrichtung eine Koppelstelle vorgesehen sein, zum Führen des Sample-Flusses zu dem eigentli chen Partikelmesssystem. Die Koppelstelle soll dabei zumindest lediglich eine (vir tuelle) Systemgrenze definieren. Sie muss nicht als eigenständiges Bauelement ausgeführt sein. Wie oben erläutert, stellt das Partikelmesssystem nicht zwingend einen Teil der Druckentkopplungsvorrichtung dar. Andererseits ist aber auch kei ne räumliche Trennung der Komponenten erforderlich, so dass eine durchgehende Leitung zwischen der Flussteilereinrichtung und der ersten Komponente des Par tikelmesssystems vorhanden sein kann. Die (virtuelle) Koppelstelle befindet sich dann in dieser Koppelleitung.
Die Koppelstelle kann auch physische Eigenschaften ausbilden und z.B. als Lei tungselement, Anschlusseinrichtung etc. ausgebildet sein.
An der Koppelstelle kann ein von dem Partikelmesssystem erzeugbarer Unter drück anlegbar sein, um den Sample-Fluss zu erzeugen.
Zu diesem Zweck kann in dem Partikelmesssystem eine Drucksenke bzw. Förder einrichtung, zum Beispiel in Form einer Pumpe, vorhanden sein, die einen perma nenten Unterdrück in dem System erzeugt, wodurch der Sample-Fluss von der Flussteilereinrichtung abgeführt wird.
In dem Partikelmesssystem (nicht Teil der Druckentkopplungsvorrichtung) kann zum Beispiel eine Verdünnungseinrichtung vorgesehen sein, in der der eintreffen de Samplefluss durch das Hinzuführen von Umgebungsluft in üblicher Weise ver dünnt wird. Die Verdünnung ist in der Regel erforderlich, da die Partikelkonzent ration in dem aus dem Abgasstrang entnommenen Rohgas meist zu hoch ist und damit außerhalb der Messbereiche üblicher Messgeräte liegt.
Nach der Verdünnung und/ oder Konditionierung des Sample-Flusses kann der Sample-Fluss durch das eigentliche Partikelmessgerät (Sensor) geführt werden, in dem die Partikelkonzentration gemessen wird. Das Partikelmessgerät kann in an sich bekannter Weise aufgebaut sein. Es kann sich dabei zum Beispiel um ein Gerät auf Basis eines Kondensationskernzählers handeln (CPC - Condensation Particle Counter). Derartige Partikelmessgeräte werden an Prüfständen in üblicher Weise eingesetzt.
Zwischen der Flussteilereinrichtung und der Koppelleitung kann eine Sample- Blendeneinrichtung angeordnet sein. Die Sample-Blendeneinrichtung ist somit zusätzlich zu der Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung vorgesehen und bewirkt eine weitere Erhöhung des Grades der Druckentkopplung, diesmal alleine im Sample-Fluss. Darüber hinaus können generell in den Leitungen weitere Blendeneinrichtungen vorgesehen sein. So ist es auch möglich, dass in dem Partikelmesssystem noch weitere Blendeneinrichtungen, zum Beispiel eine Blende zwischen der Verdün nungsstufe und dem Messgerät vorgesehen ist.
Es kann eine Temperaturregeleinrichtung vorgesehen sein, zum Regeln der Tem peratur von wenigstens einem der Gasflüsse in der Druckentkopplungsvorrich tung auf einem konstanten Niveau. Insbesondere können mit Hilfe der Tempera turregeleinrichtung auch alle Gasflüsse in der gesamten Druckentkopplungsvor richtung hinsichtlich der Temperatur konstant gehalten werden, was die Genau igkeit der Flüsse erhöht.
Ein Verfahren zur Druckentkopplung eines Partikelmesssystems weist die Schritte auf:
Entnehmen einer Probe aus einem Messgasstrom und Erzeugen eines Pro benvolumenstroms;
Führen des Probenvolumenstroms durch eine Druckentkopplungs- Blendeneinrichtung;
Aufteilen des Probenvolumenstroms in einen Sample-Fluss und in einen Bypass-Fluss;
Zuführen eines Umgebungsluftstroms zu dem Bypass-Fluss und damit Bil den eines Fördervolumenstroms, derart, dass der Fördervolumenstrom größer als der Sample-Fluss und/ oder größer als der Probenvolumenstrom ist;
Führen des Sample-Flusses zu dem Partikelmesssystem;
Verwerfen des Fördervolumenstroms.
Auch der Bypass-Fluss kann größer als der Sample-Fluss sein. Er kann jedoch auch je nach Betriebsbedingungen sehr klein werden und nahezu Null betragen.
Zusammengefasst lässt sich die erreichte Güte der Druckentkopplung (entspre chend des Verhältnisses der Druckänderung vor der Druckentkopplungs-Blende zur deutlich abgeschwächten Druckänderung danach) durch folgende drei Effekte zusammenfassen:
1 . „Projektion“ des sich durch die ursprüngliche Druckänderung vor Dru ckentkopplungs-Blende ändernden Blenden-Flusses auf einen kleinen Bereich des Fördervolumen-Unterdruck-Kennfeldes der Bypass-Fördereinrichtung (absolute Flussschwankungen durch die Blende sehr klein gegenüber Auslegung der Flüsse im Bypass). 2. Diese kleinen absoluten Flussschwankungen durch die Blende führen in Verbindung mit einer im Verhältnis großen Puffereinrichtung zu einem sich zeit lich langsam ändernden Druck nach der Druckentkopplungs-Blende.
3. „Aktive Ausregelung“ der verbliebenen Änderungen nach der Druckentkopp lungs-Blende durch o.g. Regeleinrichtung.
Mithilfe der beschriebenen Druckentkopplungsvorrichtung ist es möglich, ein Konzept zur wirksamen Druckentkopplung mit mehreren Maßnahmen zu realisie ren. Dabei können Druckschwankungseinflüsse auf die Messung am Messgerät wesentlich reduziert werden. Das Messgerät wird somit von Druckschwankungen in dem Messgasstrom und auch von schwankenden Umgebungsdrücken entkop pelt. Zudem ist es möglich, stets die gleichen für das Messgerät vorteilhaften Ab solutdrücke ungeachtet der Probennahmebedingungen sowie des Einsatzortes ein zustellen
So erfolgt eine Entkopplung aufgrund der Wirkung der Druckentkopplungs- Blendeneinrichtung zwischen dem Messgas (Abgas) und dem Einlass in das Sys tem. Die Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung weist einen geringen Durchmes ser von weniger als 2 mm auf, der zum Beispiel lediglich 0,4 mm betragen kann. Bei Verschmutzungen durch das Rohabgas kann die Blende gereinigt oder ausge tauscht werden bzw. ein Austausch gegen einen anderen Durchmesser die Adapti on an spezifische Einsatzbedingungen bzw. Anforderungen erlauben (bspw. Grad der Druckentkopplung vs. Reinigungsintervall).
Stromab von der Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung wird ein kleiner Sample- Fluss in das eigentliche Messsystem geführt, während der (meist) größere Anteil als Bypass-Fluss durch eine Bypass-Fördereinrichtung gefördert und dann ver worfen wird. Dabei wird dem Bypass-Fluss Umgebungsluft geregelt zugeführt, um den Gasstrom im Bypass-Fluss weiter zu erhöhen.
Im Bereich des Sample-Flusses können eine oder mehrere weitere Blendeneinrich tungen vorgesehen sein, die jeweils den Druckschwankungseinfluss auf den Gasstrom verringern. Der Druckeinfluss wird somit durch Kombination von we nigstens einer Blende (ggfs zwei Blenden, z.B. Druckentkopplungs-Blendenein- richtung, Sample-Blendeneinrichtung) sowie im Verhältnis der Flüsse des Sample- Flusses zum Fördervolumenstrom sowie einem zusätzlichen Ergänzungsfluss (Um gebungsluftzuführung) minimiert. Optional lassen sich weitere Druckreduzie- rungsstufen bestehend aus weiteren Sample-Blenden sowie Bypass-Flüssen reali sieren. Auch eine konstante Temperaturregelung der Druckentkopplungsvorrich tung erhöht die Genauigkeit der Flüsse.
Das hier beschriebene Konzept stellt eine Weiterentwicklung bestehender techni scher Lösungen auf dem Gebiet der Partikelmesstechnik dar. Bestehende Lösun gen zur Reduzierung des Druckeinflusses setzen meist auf eine mechanische Druckreduktion mittels Überdruckventilen (welche hier neben einer Sicherheits funktion die Funktion des kontrollierten Ablassens des hohen Druckes einneh men) die jedoch Verschmutzung und/ oder einem mechanischen Verschleiß auf grund der im Abgas enthaltenen Partikel unterliegen und dadurch anfällig für Le ckagen sind. Auch werden Blenden zur Abschwächung von Druckänderungen an gewendet - jedoch ohne die erfindungsgemäße Auslegung des Bypass-Flusses mit geregelter Umgebungsluftzuführung (und damit der erfindungsgemäßen Projektion des sich ändernden Blendenflusses auf einen sehr kleinen Bereich des Fördervo- lumen-Unterdruck-Kennfeldes sowie aktiver zusätzlicher Ausregelung verbleiben der Druckschwankungen).
Durch die vorliegende Auslegung mit kleiner Druckentkopplungs-Blende und ver hältnismäßig großem Fördervolumen-Zweig (mit Bypass-Zweig) kann zudem selbst bei sehr hohen Drücken (mehrere Bar) auf Überdruckventile als Sicherheitsele ment verzichtet werden, da der trotz sehr hohem Druck kleine Strom durch die Druckentkopplungs-Blende selbst bei ausgeschaltetem System problemlos durch z.B. eine entsprechende Drehschieber- oder Venturi-Pumpe entweichen kann (Bei spiel: 5 bar Überdruck bei 200°C ergeben lediglich weniger als 3 Liter /Minute durch eine 0,4 mm Blende).
Die oben beschriebenen Maßnahmen ermöglichen eine mehrstufige Entkopplung des Sample-Flusses von Druckschwankungen im Abgasstrom, die an der Proben nahmestelle anliegen. So ergibt sich eine stationäre Druckentkopplung durch ei nen Düsen- und Pumpenkennlinieneffekt. Über die Kennlinie der Bypass-Förder einrichtung erfolgt eine Projektion des sich durch Druckschwankungen ändernden Blendenflusses durch die Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung auf nur noch kleine Änderungen im Systemdruck.
Zudem wird eine dynamische Druckentkopplung durch einen Düsen- und Volu meneffekt bewirkt. Aufgrund des kleinen Öffnungsdurchmessers der Druckent- kopplungs-Blendeneinrichtung ergibt sich nur ein geringer Fluss, der im Bypass- Systemvolumen durch einen Druckausgleich kompensiert werden muss. Das gro- ße Volumen im Bypass-Fluss im Verhältnis zum Sample-Fluss wirkt als dämpfen des bzw. träges Volumen gegen Druckänderungen im Systemdruck. Teile dieses Volumens können bereits durch die Volumina der benötigten Leitungen zur Füh rung der Ströme im Bypass-Zweig realisiert sein.
Zusätzlich ergibt sich eine Druckentkopplung durch die Regelung der Umgebungs luftzuführung. Durch die aktive Regelung des Flusses kann der gewünschte Sys temdruck zusätzlich eingeregelt werden. Somit können auch langsamer auftreten de Änderungen aktiv ausgeregelt werden (je nach Auslegung der Regelstrecke aber ebenso im Zeitbereich < 100ms). Zudem erlaubt dieses Konzept eine reproduzier bar gleiche Einregelung des Systemdrucks unabhängig von den Umgebungsbedin gungen bzw. Bedingungen an der Probennahmestelle (Abgasrohr) und deren Ände rungen. Damit ist eine Verringerung von Reproduzierbarkeitsfehlern an allen Sen soren, insbesondere an dem eigentlichen Partikelmessgerät (CPC), an Massen flussmessgeräten (MFM) und bei Druckmessungen möglich. Sämtliche Sensoren können somit auch im Messbetrieb stets bei Druckbedingungen gleich ihrer ur sprünglichen Kalibrierung betrieben werden.
Die Vorteile und Unterschiede des hier beschriebenen Konzeptes zu bestehenden Lösungen liegen in einer effektiven Reduktion der im Abgas vorherrschenden Überdrücke bzw. Druckschwankungen ohne mechanisch bewegte Teile wie etwa Überdruckventilen. Die Kombination aus Durchflussblenden und einer geeigneten Auswahl der Flussverhältnisse im Sample-Fluss, im Bypass-Fluss sowie weiteren Ergänzungsflüssen minimiert mögliche Druckschwankungen und erlaubt die Ent nahme eines Sample-Flusses bei einem definierten und im Wesentlichen konstan ten Druck.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden nachfolgend anhand eines Bei spiels unter Zuhilfenahme der Figur erläutert. Die genannten Werte (Volumen ströme, Blendenöffnungen etc. ) beziehen sich dabei lediglich auf eine spezielle Ausführungsform. Die Erfindung ist aber auf die Verwirklichung dieser Werte nicht begrenzt. Je nach Dimensionierung der Anlage können auch andere konkre te Werte geeignet sein.
Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Druckentkopp lungsvorrichtung.
Insbesondere zeigt die Figur 1 eine Druckentkopplungsvorrichtung 1 , deren Sys temgrenze durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. An einer Probennahmestelle 2 ist die Druckentkopplungsvorrichtung 1 mit einem nicht dargestellten Abgasstrang verbunden, so dass Probenabgas als Messgas in Form eines Probenvolumenstroms 2a entnommen und durch die Druckentkopp lungsvorrichtung 1 zu einem Partikelmesssystem 3 geführt werden kann. Im Par tikelmesssystem 3 ist, wie später noch erläutert, ein Partikelmessgerät (Sensor) vorgesehen, mit dem die Partikelanzahl /Partikelkonzentration bestimmt werden kann.
Der durch den Messgasstrom gebildete Probenvolumenstrom 2a wird durch eine als Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung dienende Druckentkopplungs-Blende 4 geführt. Die Druckentkopplungs-Blende 4 kann eine sehr kleine Blendenöffnung aufweisen, deren Durchmesser zum Beispiel geringer als 3 mm, insbesondere ge ringer als 2 mm, insbesondere geringer als 1 mm sein kann. Zum Beispiel hat sich eine Blendenöffnung von 0,4 mm in der Praxis bewährt. Durch die kleine Blen denöffnung der Druckentkopplungs-Blende 4 wird bereits eine erste Druckent kopplung bzw. Minderung von Druckschwankungen im Probenvolumenstrom er reicht.
Der Probenvolumenstrom 2a durch die Druckentkopplungs-Blende 4 kann im Zu sammenhang mit dem gewählten /eingestellten Unterdrück nach Blende zum Bei spiel bei einem Wert von 0,3-0, 5 1/min liegen.
Stromab von der Druckentkopplungs-Blende 4 kann eine Druckmesseinrichtung 5 zur Überwachung der Drücke vorgesehen sein.
Der Probenvolumenstrom 2a gelangt dann zu einer Flussteilereinrichtung 6 (Flusssplitter), in der der Probenvolumenstrom 2a in einen Sample-Fluss 7 und in einen Bypass-Fluss 8 aufgeteilt wird. Der Sample-Fluss 7 wird, wie später noch erläutert wird, zu dem Partikelmesssystem 3 geführt, während der Bypass-Fluss 8 zu einer Erhöhung des gesamten Gasflusses (Probenvolumenstrom 2a) dient, um damit ebenfalls den Einfluss von Druckschwankungen zu verringern.
Der Bypass-Fluss 8 wird dabei Teil eines Fördervolumenstroms 8a, der durch eine als Bypass-Fördereinrichtung dienende Pumpe 9 erzeugt wird, die den Fördervo lumenstrom 8a einschließlich dem Bypass-Fluss 8 schließlich zu einem Auslass 10 fördert, wo er verworfen wird. Der Fördervolumenstrom 8a durch die Pumpe 9 soll dabei wesentlich größer als der Probenvolumenstrom 2a und/ oder der Sample-Fluss 7 sein, zum Beispiel um den Faktor 5 bis 10 oder mehr. Dementsprechend kann die Pumpe 9 eine Förder leistung im Bereich von zum Beispiel 10 bis 50 1/min, insbesondere 15 bis 20 1/min aufweisen. Der Sample-Fluss 7 kann demgegenüber zum Beispiel weniger als 0,3-0, 5 1/ min betragen, wobei sich bereits Werte um 0,05 1/ min als geeignet erwiesen haben.
Der Bypass-Fluss 8 kann ebenfalls größer als der Sample-Fluss 7 sein. Es ist aber auch möglich, dass der Bypass-Fluss 8 vor seiner Vereinigung mit dem später noch erläuterten Umgebungsluftstrom und damit Bildung des durch die Pumpe 9 geführten Fördervolumenstroms 8a sehr klein wird und bis zu annähernd Null gehen kann.
Um einen großen Gasfluss durch die Pumpe 9 zu ermöglichen und damit den An teil des Sample-Flusses 7 am Gesamtvolumenstrom weiter zu verringern, ist eine Umgebungsluftzuführung 1 1 vorgesehen, über die Umgebungsluft in Form eines Umgebungsluftstroms 1 1 a zu dem Bypass-Fluss 8 geführt wird, so dass auf diese Weise der Fördervolumenstrom 8a gebildet wird. Der durch die Pumpe 9 geförder te Fördervolumenstrom 8a besteht somit aus dem Bypass-Fluss 8 und dem Umge bungsluftstrom 1 1 a.
Die Umgebungsluftzuführung 1 1 kann Filter, Leitungen und Ventile aufweisen, um die Umgebungsluft in geeigneter Weise zuführen zu können. Als "Umgebungs luft" ist in diesem Zusammenhang nicht nur Luft aus der Atmosphäre zu verste hen, sondern auch geeignete Gase, wie z.B. Stickstoff oder auch Abgas.
Die Zufuhr von Umgebungsluft sollte geregelt sein, um einen Unterdrück einstel len zu können sowie Schwankungen in dem Bypass-Fluss 8 auszugleichen. Zu diesem Zweck ist in der Umgebungsluftzuführung 1 1 ein geregeltes Proportional ventil 12 vorgesehen. Als Regelgröße für das Proportionalventil 12 kann ein Druckwert dienen, z.B. aus der Druckmesseinrichtung 5 , aus einer Druckmess einrichtung im eigentlichen Messsystem oder aus einem nicht dargestellten Druckmessgerät im Bypass-Fluss 8.
Das Proportionalventil 12 ermöglicht zusätzlich eine sehr schnelle aktive Kompen sation von Druckschwankungen im Bypass-Fluss 8, was eine weitere Verringerung von Einflüssen von Druckschwankungen in der Druckentkopplungsvorrichtung 1 ermöglicht. Zudem kann stromauf von der Pumpe 9 ein als Puffereinrichtung dienender Puf fertank 13 vorgesehen sein, der ein gewisses Puffervolumen zur Verfügung stellt. Durch das vergrößerte Volumen wird ebenfalls der Einfluss von Druckschwan kungen an der Probennahmestelle 2 verringert.
Wie oben bereits erläutert, wird der Sample-Fluss 7 zu dem Partikelmesssystem 3 geführt. Er ist erheblich kleiner als der sich aus dem Bypass-Fluss 8 und dem Umgebungsluftstrom 1 1 a zusammensetzende Fördervolumenstrom 8a, der durch die Pumpe 9 gefördert wird.
Stromab von der Flussteilereinrichtung 6 ist in Bezug auf den Sample-Fluss 7 eine weitere Blende in Form einer Sample-Blende 14 vorgesehen. Die Sample- Blende 14 bewirkt eine weitere Druckentkopplung, so dass der Sample-Fluss 7 stromab von der Sample-Blende 14 nur noch sehr geringe Druckschwankungen erfährt.
An der Systemgrenze der Druckentkopplungsvorrichtung 1 ist eine virtuelle Kop pelstelle 15 definiert, die jedoch in der Praxis keine körperliche Ausprägung ha ben muss, aber haben kann. Sie soll lediglich zur Abgrenzung der erfindungsge mäßen Druckentkopplungsvorrichtung 1 von dem Partikelmesssystem 3 dienen. Die virtuelle Koppelstelle 15 dient somit auch als virtuelle Schnittstelle zwischen der Druckentkopplungsvorrichtung 1 und dem Partikelmesssystem 3. Der Sample- Gasfluss 7 kann auch direkt von der Sample-Blende 14 in das Partikelmesssystem 3 gelangen.
Das in Figur 1 gezeigte Partikelmesssystem 3 kann einen an sich bekannten Auf bau aufweisen. Das Partikelmesssystem 3 weist in dem in Figur 1 gezeigten Bei spiel eine als Verdünnungseinrichtung dienende Verdünnungsstufe 16 auf. Die Verdünnungsstufe ist erforderlich, um das eintretende Gas im Sample-Fluss der art zu verdünnen, dass es entsprechend dem Messbereich eines Messgeräts mess bar ist.
Zu diesem Zweck ist eine Verdünnungsluftzuführung 17 vorgesehen, mit der Ver dünnungsluft (Umgebungsluft, spezielles Gas wie z.B. Stickstoff) zu der Verdün nungsstufe 16 geführt werden kann. Die Verdünnung des Sample-Flusses 7 er folgt dann in der Verdünnungsstufe 16. Stromab von der Verdünnungsstufe 16 kann eine weitere Blendeneinrichtung 18 vorgesehen sein, die eine weitere Dru ckentkopplung des Gasstroms bewirkt. Stromab von der Blendeneinrichtung 18 ist schließlich das eigentliche Partikel messgerät 19 (Sensor) angeordnet, durch das der inzwischen mehrfach druck- schwankungsentkoppelte Sample-Fluss 7 geführt und gemessen wird. Das Parti- kelmessgerät 19 ist in üblicher Weise aufgebaut. Es kann sich dabei zum Beispiel um ein Gerät bzw. Sensor auf Basis eines Kondensationskernzählers handeln (CPC - Condensation Particle Counter).
Aufgrund der verschiedenen oben beschriebenen Maßnahmen ist der Sample- Fluss 7, der durch das Partikelmessgerät 19 geführt wird, weitgehend von Druck schwankungen am Einlass (Probennahmestelle 2) entkoppelt. Seine Druckwerte sind im Wesentlichen konstant, auch wenn an der Einlassseite erhebliche Druck schwankungen anliegen. Dadurch lässt sich die Qualität der Messung durch das Partikelmessgerät 19 deutlich verbessern.
Zur Generierung des Sample-Flusses 7 ist stromab von dem Partikelmessgerät 19 eine kontinuierlich arbeitende Pumpe 20 mit geringen Druckpulsationen, wie bei spielsweise eine Venturi-Pumpe, eine Drehschieberpumpe, o.ä. angeordnet.

Claims

Patentansprüche
1 . Druckentkopplungsvorrichtung ( 1 ) für ein Partikelmesssystem (3), mit
einer Probennahmestelle (2) zum Entnehmen eines Probenvolumenstroms
(2a) aus einem Messgasstrom;
einer stromab von der Probennahmestelle (2) angeordneten Druckentkopp- lungs-Blendeneinrichtung (4);
einer stromab von der Druckentkopplungs-Blendeneinrichtung (4) angeord neten Flussteilereinrichtung (6) zum Aufteilen des Probenvolumenstroms in einen Sample-Fluss (7) und in einen Bypass-Fluss (8);
einer Bypass-Fördereinrichtung (9) zum Fördern eines Fördervolumen stroms (8a), der den Bypass-Fluss (8) umfasst; und mit
einer zwischen der Flussteilereinrichtung (6) und der Bypass-Fördereinrich tung (9) wirkenden Umgebungsluftzuführung ( 1 1 ) zum Zuführen eines Umge bungsluftstroms ( 1 1 a) zu dem Bypass-Fluss (8) derart, dass damit der Fördervo lumenstrom (8a) durch den Bypass-Fluss (8) und den Umgebungsluftstrom ( 1 1 a) gebildet wird.
2. Druckentkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Komponenten der Druckentkopplungsvorrichtung derart gestaltet sind, dass der Fördervolumen strom (8a) größer als der Sample-Fluss (7) und/ oder größer als der Probenvolu menstrom (2a) ist.
3. Druckentkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Umge bungsluftzuführung ( 1 1 , 12) regelbar ist, um Schwankungen in dem Bypass-Fluss (8) auszugleichen.
4. Druckentkopplungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in der Umgebungsluftzuführung ( 1 1 ) ein geregeltes Proportionalventil ( 12) oder eine einstellbare Drosseleinrichtung vorgesehen ist, zum geregelten Zuführen von Umgebungsluft in Form des Umgebungsluftstroms ( 1 1 a).
5. Druckentkopplungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bypass-Fördereinrichtung als Pumpe (9) ausgebildet ist.
6. Druckentkopplungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei stromauf von der Bypass-Fördereinrichtung (9) eine Puffereinrichtung ( 13) vorgesehen ist.
7. Druckentkopplungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Bezug auf den Sample-Fluss (7) stromab von der Flussteilereinrichtung (6) eine Koppelstelle ( 15) vorgesehen ist, zum Führen des Sample-Flusses (7) zu dem Partikelmesssystem (3).
8. Druckentkopplungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei an der Koppelstelle ( 15) ein von dem Partikelmesssystem (3) erzeugbarer Unterdrück anlegbar ist, um den Sample-Fluss (7) zu erzeugen.
9. Druckentkopplungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen der Flussteilereinrichtung (6) und der Koppelstelle ( 15) eine Sample-Blendeneinrichtung ( 15) angeordnet ist.
10. Druckentkopplungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Temperaturregeleinrichtung vorgesehen ist, zum Regeln der Tempera tur von wenigstens einem der Gasflüsse in der Druckentkopplungsvorrichtung auf einem konstanten Niveau.
1 1 . Verfahren zur Druckentkopplung eines Partikelmesssystems (3), mit den Schritten:
Entnehmen einer Probe aus einem Messgasstrom und Erzeugen eines Pro benvolumenstroms (2a);
Führen des Probenvolumenstroms (2a) durch eine Druckentkopplungs- Blendeneinrichtung (4);
Aufteilen des Probenvolumenstroms (2a) in einen Sample-Fluss (7) und in einen Bypass-Fluss (8);
Zuführen eines Umgebungsluftstroms ( 1 1 a) zu dem Bypass-Fluss (8) und damit Bilden eines Fördervolumenstroms (8a), derart, dass der Fördervolumen strom (8a) größer als der Sample-Fluss (7) und/ oder größer als der Probenvolu menstrom (2a) ist;
Führen des Sample-Flusses (7) zu dem Partikelmesssystem (3);
Verwerfen des Fördervolumenstroms (8a).
PCT/EP2019/054302 2018-03-09 2019-02-21 Druckentkopplungsvorrichtung für partikelmesssystem und verfahren zur druckentkopplung WO2019170426A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018105528.5A DE102018105528A1 (de) 2018-03-09 2018-03-09 Druckentkopplungsvorrichtung für Partikelmesssystem und Verfahren zur Druckentkopplung
DE102018105528.5 2018-03-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019170426A1 true WO2019170426A1 (de) 2019-09-12

Family

ID=65516649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/054302 WO2019170426A1 (de) 2018-03-09 2019-02-21 Druckentkopplungsvorrichtung für partikelmesssystem und verfahren zur druckentkopplung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018105528A1 (de)
WO (1) WO2019170426A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0243640U (de) * 1988-09-16 1990-03-26
US20110120096A1 (en) * 2008-07-16 2011-05-26 Horiba, Ltd. Particulate matter measurement device
US20120125080A1 (en) * 2009-07-31 2012-05-24 Horiba, Ltd. Exhaust gas sampling and analysis system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0243640U (de) * 1988-09-16 1990-03-26
US20110120096A1 (en) * 2008-07-16 2011-05-26 Horiba, Ltd. Particulate matter measurement device
US20120125080A1 (en) * 2009-07-31 2012-05-24 Horiba, Ltd. Exhaust gas sampling and analysis system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018105528A1 (de) 2019-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2806271B1 (de) Verfahren und Messvorrichtung zur Bestimmung von physikalischen Gaseigenschaften
DE102015106949B3 (de) Verfahren zum Betrieb eines Geräts zur Atemgasanalyse
WO2020038658A1 (de) Partikelmesssystem mit einer verdünnungsvorrichtung und verfahren zur partikelmessung
DE112009002558T5 (de) Partikelprobenentnahmesystem und Verfahren zum Verringern einer Überentnahme während Übergängen
DE10220154B4 (de) Abgas-Partikel-Mess-System
DE112016005270B4 (de) Kondensationspartikelzähler mit Flutungsschutz
DE102009015188B4 (de) Anlage zur Entnahme von Abgasproben von Verbrennungskraftmaschinen und deren Verwendung
DE2932436C2 (de) Massenstromabhängiger Gasanalysator mit Durchflußregelung im Unterdruckbetrieb
DE3875071T2 (de) Gasprobennahmevorrichtung.
DE10242377B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren eines Massenstromsensors
DE102008047404B4 (de) Einem Partikelzähler vorzuschaltende Einrichtung zur in sich geschlossenen Verdünnung von Aerosolen
DE102019101993A1 (de) Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen
EP0471174A2 (de) Anlage zur Schadstoffanalyse, insbesondere Partikelemission von Dieselmotorenabgas, mit einer speziellen Teilstromverdünnungseinrichtung
DE4121928C2 (de) Verfahren und Anordnung zur indirekten Massendurchflußbestimmung
EP3105564A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der konzentration zumindest eines gases in einem probengasstrom mittels infrarotabsorptionsspektroskopie
WO2019170426A1 (de) Druckentkopplungsvorrichtung für partikelmesssystem und verfahren zur druckentkopplung
EP2556303B1 (de) Pneumatischer verbund mit massenausgleich
DE2833553C2 (de)
DE102017130981B3 (de) System zum Bereitstellen eines Aerosols
DE19615857C1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung eines definierten Luftmengenstroms
DE102006001032B4 (de) Volumenstrommesseinrichtung sowie entsprechendes Verfahren und deren Verwendung
DE112016000305T5 (de) System und verfahren zum detektieren einer leckage in einer abgasprobenentnahmevorrichtung
EP3688438B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur unterscheidung eines aus einem leck austretenden prüfgases von störgas
AT524564B1 (de) Kalibriereinheit für Partikelmessgeräte
EP2500707B1 (de) Messgerät zur Abgasmessung

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: 19706615

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19706615

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1