用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的設(shè)備和過(guò)程以及對(duì)用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的設(shè)備的使用的制作方法
【專利摘要】一種用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的設(shè)備(1)，所述設(shè)備(1)包括：具有進(jìn)口(3)和出口(4)的通道(2),用于導(dǎo)引包括具有標(biāo)稱計(jì)數(shù)中值直徑CMDnom的顆粒(P,P＊)的樣品流Q通過(guò)設(shè)備(1)；用于對(duì)顆粒(P,P＊)充電的裝置(7,8)以及用于測(cè)量所述帶電顆粒(12,12＊)攜帶的電流的裝置(16,17)。設(shè)備1還包括：俘獲裝置(13)，用于俘獲基本上所有自由離子11和具有小于俘獲截止直徑Dc-o的顆粒直徑的帶電顆粒12，所述截止直徑Dc-o是在其上通過(guò)所述俘獲裝置(13)的滲透基本偏移零的顆粒直徑；以及裝置(15)，用于調(diào)整所述獲俘獲裝置(13)以將所述俘獲截止直徑Dc-o調(diào)整為處于CMDnom-50％-+100％內(nèi)的值。
【專利說(shuō)明】用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的設(shè)備和過(guò)程以及對(duì)用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的設(shè)備的使用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的一種用于測(cè)量顆粒質(zhì)量濃度的設(shè)備，即傳感器，并且更具體地涉及允許從顆粒流中去除超細(xì)顆粒的設(shè)備。本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利要求8、12和14的前序部分的用于測(cè)量顆粒質(zhì)量濃度的顆粒傳感器的使用。本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利要求18的前序部分的用于測(cè)量顆粒質(zhì)量濃度的過(guò)程。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于實(shí)時(shí)顆粒控制的需求不斷增加。特別是諸如車(chē)輛之類(lèi)的內(nèi)燃機(jī)的實(shí)時(shí)排放控制需要可靠且不昂貴的顆粒監(jiān)測(cè)。例如在室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)或在航空交通安全方面存在對(duì)顆?？刂频男枨?。在大多數(shù)情況下顆粒量以1^/?3或其等價(jià)體為單位的顆粒質(zhì)量濃度來(lái)表不0
[0003]各種顆粒測(cè)量裝置基于對(duì)顆粒進(jìn)行充電并且測(cè)量這樣的帶電顆粒所攜帶的電流。在2009年11月11日？6職801 0丫的文檔冊(cè)200910968841中描述了一種這樣的用于測(cè)量細(xì)顆粒的現(xiàn)有技術(shù)方法和設(shè)備。在此現(xiàn)有技術(shù)方法中，干凈的、基本無(wú)顆粒的氣體被供應(yīng)到該設(shè)備中且作為主流動(dòng)經(jīng)由進(jìn)氣室被引導(dǎo)至設(shè)置在該設(shè)備內(nèi)部的排出器。在將干凈氣體供應(yīng)到進(jìn)氣室之前及期間，使該干凈氣體進(jìn)一步離子化。優(yōu)選地，經(jīng)離子化的干凈氣體以聲速或接近聲速饋送到排出器。例如可以使用電暈帶電器來(lái)實(shí)施干凈氣體的離子化。進(jìn)氣室還被提供有布置成與包括具有細(xì)顆粒的氣溶膠的通道或空間流體連通的進(jìn)樣口。干凈氣體流和排出器一起促使進(jìn)樣口的抽吸，使得從該管道或該空間至進(jìn)氣室形成樣品氣溶膠流。樣品氣溶膠流因此作為側(cè)流被提供至排出器。離子化的干凈氣體對(duì)顆粒進(jìn)行充電。帶電的顆粒還可以被引導(dǎo)回包含氣溶膠的導(dǎo)管或空間。因此通過(guò)監(jiān)測(cè)帶電顆粒攜帶的電荷來(lái)監(jiān)測(cè)氣溶膠樣品的細(xì)顆粒。還可以使用離子阱去除自由離子。
[0004]在基于對(duì)顆粒進(jìn)行充電并且測(cè)量這樣的帶電顆粒攜帶的電流的任何顆粒測(cè)量裝置中的主要問(wèn)題是測(cè)量的電流與實(shí)際的質(zhì)量濃度的轉(zhuǎn)換。通過(guò)相對(duì)于準(zhǔn)確確定質(zhì)量濃度的參考方法，典型地是相對(duì)于重量測(cè)定方法，校準(zhǔn)顆粒測(cè)量裝置來(lái)簡(jiǎn)單地確定轉(zhuǎn)換因子。然而，這樣的校準(zhǔn)可能由于顆粒尺寸分布曲線的形狀、平均顆粒直徑、對(duì)數(shù)正態(tài)顆粒尺寸分布曲線的寬度、顆粒形狀(通常使用分形參數(shù)表示)或顆粒密度的變化而變化。
[0005]2010年10月12日！'31公司的美國(guó)專利…7，812，30682描述了包括電暈放電元件的用于非侵入性測(cè)量納米顆粒曝光的儀器，電暈放電元件產(chǎn)生離子來(lái)實(shí)現(xiàn)氣溶膠的單極擴(kuò)散充電，接著離子阱去除過(guò)多的離子以及帶電顆粒的電迀移率大于閾值的部分。下游的、導(dǎo)電冊(cè)…過(guò)濾器或其它收集元件累積帶電顆粒并且將得到的電流提供至靜電計(jì)放大器。該儀器是可調(diào)節(jié)的以將靜電計(jì)放大器輸出朝著與描述顆粒行為(例如，呼吸系統(tǒng)的選中區(qū)域中的納米顆粒沉積)的選中功能更密切地對(duì)應(yīng)地進(jìn)行改變。調(diào)節(jié)使得調(diào)整施加至離子阱、電暈放電元件和收集元件中的一個(gè)或更多個(gè)的電壓成為必需?？蛇x地，調(diào)節(jié)涉及直接調(diào)整或者與朝著具有氣溶膠的合并器引導(dǎo)離子的氣體的流速相比較地調(diào)整氣溶膠流速。該公布專注于在表面面積方面對(duì)顆粒濃度的測(cè)量，這是因?yàn)橛捎诩{米顆粒曝光，期望這樣累積的或聚集的表面面積來(lái)提供對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的更有用的評(píng)估。該公布實(shí)際上教導(dǎo)了質(zhì)量濃度測(cè)量在指示健康影響方面無(wú)用，且因而未激勵(lì)人們尋找將測(cè)量的電流轉(zhuǎn)換成質(zhì)量濃度的解決方案以檢查本公布中描述的技術(shù)。
[0006]2012年2月28日的滅6代808吐&的美國(guó)專利舊8，122，71182涉及在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中查明煤煙顆粒的濃度或由于煤煙顆粒的裝載內(nèi)燃機(jī)排放控制系統(tǒng)的耗減的過(guò)程，藉此通過(guò)收集發(fā)射傳感器信號(hào)的顆粒傳感器確定排氣系統(tǒng)中的煤煙顆粒濃度，以及藉此根據(jù)煤煙顆粒濃度確定發(fā)射控制系統(tǒng)由于煤煙顆粒的裝載而引起的耗減。借助于相對(duì)于傳感器溫度和/或排放氣體溫度和/或排放氣體的流速和/或在顆粒傳感器處施加的電壓的預(yù)定校正來(lái)校正傳感器信號(hào)。從而在評(píng)估期間可以考慮顆粒傳感器的橫向敏感性；以及改善了煤煙顆粒的累積裝載的確定和在排氣系統(tǒng)中的煤煙顆粒濃度的確定。在該過(guò)程中，在準(zhǔn)備階段確定煤煙顆粒裝載的電阻的溫度依賴性方面?zhèn)鞲衅鳒囟冗M(jìn)入了校正并且在傳感器信號(hào)評(píng)估期間予以考慮。盡管該過(guò)程改善了質(zhì)量濃度測(cè)量，但是它涉及額外的組件，因而笨重且昂貴。
[0007]因而，現(xiàn)有技術(shù)的顆粒傳感器處理對(duì)外部條件敏感的電流信號(hào)比對(duì)質(zhì)量濃度比的技術(shù)問(wèn)題。需要即使當(dāng)顆粒平均直徑變化時(shí)也能夠測(cè)量或監(jiān)測(cè)顆粒質(zhì)量濃度的傳感器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)備以便克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。使用根據(jù)權(quán)利要求1的特征部分的設(shè)備來(lái)達(dá)到本發(fā)明的目的。本發(fā)明的目的還可以根據(jù)權(quán)利要求14的特征部分的過(guò)程來(lái)達(dá)到。所發(fā)明的設(shè)備的使用的目的根據(jù)權(quán)利要求4和8的特征部分來(lái)達(dá)到。
[0009]在從屬權(quán)利要求中公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0010]發(fā)明人出乎意料地發(fā)現(xiàn)一種將解決上面描述的現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題的過(guò)程。所發(fā)明的過(guò)程基于通過(guò)俘獲帶電顆粒的一部分來(lái)減少帶電顆粒產(chǎn)生的電流信號(hào)。這樣的過(guò)程在減少通過(guò)改變待測(cè)顆粒的計(jì)數(shù)中值直徑￠10)產(chǎn)生的測(cè)量錯(cuò)誤方面引起明顯改善。
[0011]帶電顆粒攜帶的電流依賴于測(cè)量顆粒的顆粒尺寸分布。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)數(shù)正態(tài)顆粒尺寸分布適用于大多數(shù)的單源氣溶膠，諸如像內(nèi)燃機(jī)或煙道排放氣溶膠。對(duì)數(shù)正態(tài)分布大量用于氣溶膠尺寸分布，這是因?yàn)樗貏e適合觀察到的尺寸分布，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的。對(duì)數(shù)正態(tài)分布的特征在于中值顆粒直徑，中值顆粒直徑對(duì)于數(shù)濃度和質(zhì)量濃度而言是不同，對(duì)于數(shù)濃度而言的中值顆粒直徑小于對(duì)于質(zhì)量濃度而言的中值粒徑。顆粒質(zhì)量還依賴于顆粒密度和顆粒形狀，這通常由分形維數(shù)表征。分形維數(shù)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，且在例如們111肅0.11111(18, 1999年的了0111111 II167&80118的第二版408-412頁(yè)的八61*0801 1601111010^7——0？？8^^10165？以及在祖!'和而，六61*0801 80161106 35 (2004)的 1251-1274 頁(yè)的 1116 6？？60^1^6
&&^1111611510115 0？ 800七 ￠)8110165 &0111 ^1*61111X6(1 ^1^11165 3,11(1 1110七01
^6111016 6X1181181:中描述了。在單源氣溶膠下影響顆粒形成的條件的變化主要改變中值直徑、影響顆粒充電基本持續(xù)的其它參數(shù)。
[0012]用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的所發(fā)明的過(guò)程包括:導(dǎo)引包括顆粒的樣品流0通過(guò)通道；對(duì)顆粒充電；以及測(cè)量所述帶電顆粒攜帶的電流。所發(fā)明的過(guò)程還包括:通過(guò)具有俘獲電壓^的電場(chǎng)俘獲基本上所有自由離子和具有直徑小于截止直徑000的顆粒(巧；以測(cè)量電流I小于當(dāng)俘獲電壓V設(shè)定成僅俘獲基本上所有自由離子時(shí)測(cè)量的電流10的方式來(lái)調(diào)整俘獲電壓V ；以及將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成顆粒質(zhì)量濃度值。
[0013]包括顆粒充電和對(duì)帶電顆粒攜帶的電荷的測(cè)量的顆粒測(cè)量需要:去除自由離子，即，未附著至顆粒的離子。用來(lái)去除自由離子的離子阱的設(shè)計(jì)能夠通過(guò)計(jì)算或通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)施。離子俘獲基于帶電顆粒的電迀移率，2^= II 6 0 ,/3 II 110。，其中2^=電迀移率，II =顆粒上的電荷數(shù)，6 =元電荷，(^ =坎寧安滑移修正8111) 001-1-601:1011) , 1 =空氣動(dòng)力粘度以及1 =顆粒半徑。由于基本上需要去除所有自由離子，所以離子阱典型地設(shè)計(jì)成也俘獲超細(xì)帶電顆粒，由于它們的低濃度和質(zhì)量，所以基本上不影響數(shù)或質(zhì)量濃度測(cè)量。電氣俘獲的典型設(shè)計(jì)具有如!!!的顆粒截止直徑，即，它去除具有如!!!或更小的直徑的所有帶電顆粒。
[0014]用來(lái)轉(zhuǎn)換測(cè)量電流的轉(zhuǎn)換因子依賴于顆粒形成的機(jī)制，轉(zhuǎn)換因子通常表示為伙對(duì)比質(zhì)量濃度值，通常以1118/1113表示。在相似的單源顆粒內(nèi)，轉(zhuǎn)換因子主要依賴于中值顆粒直徑。因而轉(zhuǎn)換因子應(yīng)當(dāng)隨著中值顆粒直徑的變化而變化以獲得可靠的電流-質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換。然而，由于不知道中值顆粒直徑的變化，所以不能作出這樣的轉(zhuǎn)換因子調(diào)整。對(duì)于公知的顆粒源，諸如對(duì)于內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的顆粒形成，可以根據(jù)諸如像內(nèi)燃機(jī)扭矩之類(lèi)的第二級(jí)參數(shù)確定中值顆粒直徑的變化。然后，可以使用第二級(jí)參數(shù)(諸如發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩)的變化的信息調(diào)整轉(zhuǎn)換因子。然而，這樣的操作笨重且昂貴。
[0015]發(fā)明人出人意料地發(fā)現(xiàn)了相關(guān)因子對(duì)中值直徑變化的敏感性能夠通過(guò)以下面的方式增加俘獲電壓來(lái)明顯降低:使用正常用來(lái)僅俘獲基本上所有自由離子(即，顆粒截止直徑約如!!!)的離子阱來(lái)俘獲帶電顆粒，使得電壓俘獲的顆粒截止直徑明顯高于如!!!。在這種情況下，對(duì)于具有顆粒的樣品流0的測(cè)量電流I小于針對(duì)相同樣品流0但是使用去除基本上所有自由離子的俘獲電壓測(cè)量的電流I。。1/1。比率基本恒定，并且可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)或通過(guò)計(jì)算確定較低電流值對(duì)于質(zhì)量/電流轉(zhuǎn)換因子的影響。
[0016]出人意料地，俘獲電壓V以下面方式有利地調(diào)整:測(cè)量電流I比當(dāng)俘獲電壓V設(shè)定成V。時(shí)測(cè)量的電流I。優(yōu)選小20-95%，并且更優(yōu)選小65-85%，其中，V。僅俘獲基本上所有自由離子，即，典型地俘獲基本上小于如!!!直徑的所有帶電顆粒。
[0017]應(yīng)當(dāng)注意，電流主要由其計(jì)數(shù)大于大顆粒(大部分顆粒質(zhì)量)的計(jì)數(shù)的小顆粒攜帶，減小電流信號(hào)的影響同樣不影響流動(dòng)通過(guò)測(cè)量通道的顆粒質(zhì)量的量。因而，俘獲電壓能夠優(yōu)選調(diào)整至俘獲截止直徑0?！??；旧系扔跇悠妨?中的顆粒的計(jì)數(shù)中值直徑(00)的值。在此情況中的基本上例如意味著截止直徑0?！Ｌ幱跇悠妨?0)中的顆粒的的-50% -+100% 內(nèi)。
[0018]樣品流中的顆粒的010能夠通過(guò)各種測(cè)量技術(shù)確定，例如，通過(guò)使用芬蘭的06^1:107 的電氣低壓沖擊器[0? ？1~688111~6此？〗)。典型地，例如柴油機(jī)排放的00依賴于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、燃料和采樣方法，諸如在例如10118，0.；
011811, 丁.[.0.1，0？ (116561 6x118115^ ￠)811016 111111113611 3,11(1
5126 (115^11311^101151111111-(11111^1011 七 11111161 3,11(111168511^6111611^
1:6011111^1165, ^^11105^)1161-10 3鮮1『0111116的，卷 37，2003 年 10 月 31 日，4435-4446(12)頁(yè)中予以描述，在這里為了參考的目的附上其內(nèi)容，但是在使用特定發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料期間處于標(biāo)稱00的-50% -+100%內(nèi)。因而，標(biāo)稱00值可以針對(duì)感興趣的組合來(lái)確定，并且它們可以用作本發(fā)明的設(shè)定的截止直徑0?！?。對(duì)于不同燃燒過(guò)程的合理準(zhǔn)確的00還可以在這篇文獻(xiàn)中找到。
[0019]在當(dāng)前發(fā)明內(nèi)使用的00因而是通過(guò)公知測(cè)量方法確定的或者以其它方式例如根據(jù)參考文獻(xiàn)具有合理準(zhǔn)確性的已知的、針對(duì)特定排放源和采樣條件的標(biāo)稱010，(:10.，公知測(cè)量方法諸如是在10118等人的文章中描述的那些方法。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在測(cè)量期間對(duì)俘獲電壓進(jìn)行調(diào)整。這可以在產(chǎn)生顆粒的過(guò)程以穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行工作時(shí)完成，例如當(dāng)內(nèi)燃機(jī)以基本恒定的扭矩工作時(shí)。首先把俘獲電壓設(shè)定為確保去除基本上所有自由離子的值，例如俘獲電壓設(shè)定為與約如!!!的顆粒截止直徑相對(duì)應(yīng)的值。測(cè)量帶電顆粒攜帶的電流I。。然后，增加俘獲電壓直到測(cè)量電流I基本上小于I。。此俘獲電壓然后用在實(shí)際的質(zhì)量濃度測(cè)量中，由于在這樣的俘獲電壓的情況下電流/質(zhì)量轉(zhuǎn)換對(duì)中值顆粒直徑變化的敏感度明顯降低。優(yōu)選增加該俘獲電壓直到測(cè)量電流I比I。小20-95%，并且更優(yōu)選小65-85%。
[0021〕 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，俘獲電壓設(shè)定成去除被認(rèn)為基本上等同于自由離子的較大核模態(tài)顆粒。這在一些柴油機(jī)廢氣排放測(cè)量中尤其如此?？偟膩?lái)說(shuō)，柴油機(jī)中的顆粒尺寸分布?xì)w類(lèi)為三種不同的模態(tài):核模態(tài)，聚集模態(tài)和粗模態(tài)。在核模態(tài)中，顆粒直徑小于5011111，核模態(tài)顆粒的00典型地小于3011111，顆粒主要由有機(jī)物、硫化合物和揮發(fā)性組分組成。典型地監(jiān)測(cè)燃油機(jī)廢氣的煤煙濃度需要去除核模態(tài)，且因而在那些情形下被認(rèn)為基本等同于自由離子。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]在下文中，將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例，參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中:
[0023]圖1示出了顆粒濃度遵照對(duì)數(shù)正態(tài)分布的典型單源氣溶膠的俘獲滲透、數(shù)分布和質(zhì)量分布；
[0024]圖2是所發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；以及
[0025]圖3示出了在不同俘獲電壓下根據(jù)顆粒計(jì)數(shù)中值直徑的相對(duì)相關(guān)因子。

【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1示出了對(duì)數(shù)正態(tài)顆粒尺寸分布的典型實(shí)例。具有計(jì)數(shù)中值直徑(00, 001111^1116(112111 (11811161:61-)的這樣的顆粒尺寸分布可以良好地表示來(lái)自柴油機(jī)排放的顆粒尺寸分布，計(jì)數(shù)中值直徑即累積數(shù)分布命中01100，5為約5011111且?guī)缀螛?biāo)準(zhǔn)偏差￠30)為約1，7的顆粒直徑。如從該圖看出，質(zhì)量中值直徑幾乎是010的兩倍。在圖1中，俘獲電壓設(shè)定成與50=0的截止直徑相對(duì)應(yīng)的值。對(duì)于小于截止直徑的顆粒通過(guò)俘獲的滲透基本為零，而對(duì)于大于截止直徑的顆粒俘獲滲透平穩(wěn)增加。
[0027]圖2示出了用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的所發(fā)明的設(shè)備1的一個(gè)實(shí)施例。設(shè)備1包括具有進(jìn)口 3和出口 3的通道2，用于導(dǎo)引包括具有某顆粒尺寸分布的顆粒？，？#的樣品流0通過(guò)設(shè)備1。通過(guò)通道2的流0可以以各種方式實(shí)現(xiàn)，諸如通過(guò)使用泵、通過(guò)使用煙囪效應(yīng)或通過(guò)使用離子風(fēng)。在圖2的實(shí)施例中，風(fēng)扇5驅(qū)動(dòng)空氣通過(guò)過(guò)濾器6到內(nèi)部通道中。此空氣接著被傳遞到用于使該空氣離子化的裝置7，8中。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用于使空氣離子化的裝置7，8由電暈放電單元7來(lái)實(shí)現(xiàn)，由高電壓源8供電，其使用隔離變壓器9與主電源電氣隔離。離子化空氣形成了放置在通道2內(nèi)部的排出器10的動(dòng)力流體流。排出器產(chǎn)生將具有不同尺寸顆粒？，？#的樣品流0經(jīng)由進(jìn)口 3驅(qū)動(dòng)到設(shè)備1中的負(fù)壓。離子化空氣和顆粒在混合區(qū)11中有效混合，且因而顆粒？被充電12，12*0如前述的還可以是非常細(xì)小的帶電顆粒的自由離子11通過(guò)俘獲裝置13被去除，俘獲裝置13基本上是靜電除塵器，其由于電場(chǎng)中小帶電顆粒的高的電迀移率的原因而去除小帶電顆粒。必要的俘獲電壓由電源14產(chǎn)生，其由用于控制俘獲電壓的裝置15控制。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，俘獲裝置13還可以連接至控制俘獲電極的距離的裝置15，以及電場(chǎng)強(qiáng)度通過(guò)調(diào)整電極間距來(lái)調(diào)整，而不必調(diào)整俘獲電極兩端的電壓。使用用于測(cè)量帶電顆粒攜帶的電流的裝置16，17來(lái)測(cè)量經(jīng)由出口 4逸出通道2的顆粒所攜帶的電流。盡管測(cè)量電流的優(yōu)選方式是使用用于測(cè)量逸出電流(即與顆粒一起逸出設(shè)備1的電流)的裝置16，也可以使用諸如收集帶電顆粒的至少一部分的電極之類(lèi)的其它電流測(cè)量技術(shù)。使用可以位于設(shè)備1中的合適的裝置18將測(cè)量的電流轉(zhuǎn)換成質(zhì)量濃度值，或者例如通過(guò)記錄電流值且其后提供轉(zhuǎn)換來(lái)在別處實(shí)施轉(zhuǎn)換。
[0028]在設(shè)備1中，俘獲裝置13用于俘獲基本上所有自由離子11和具有顆粒直徑小于俘獲截止直徑IV。的帶電顆粒12，截止直徑0 0是在其上通過(guò)俘獲裝置13的滲透基本上偏離零的顆粒直徑，俘獲裝置13連接至用于調(diào)整俘獲裝置13的裝置15以調(diào)整俘獲截止直徑IV。。對(duì)于本發(fā)明而言主要的是，俘獲裝置13被調(diào)整成明顯高于基本上自由離子的直徑的截止直徑0?！?。，即，俘獲裝置13從流0中去除顯著量的帶電顆粒。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，俘獲裝置13被調(diào)整成川鹽或更大的俘獲截止直徑0。—。。
[0029]優(yōu)選地，設(shè)備1包括用于將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成顆粒質(zhì)量濃度值的裝置18。優(yōu)選地通過(guò)調(diào)整俘獲電壓將俘獲裝置13調(diào)整為不同的截止直徑0?！?。。
[0030]通常優(yōu)選的是能夠在設(shè)備1的正常操作期間調(diào)整俘獲電壓。因而在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備1包括用于基于裝置16，17的輸出控制用于調(diào)整俘獲裝置13的裝置15的裝置19，裝置16，17用于測(cè)量所述帶電顆粒12，12#攜帶的電流。在本發(fā)明的這樣的實(shí)施例中，在測(cè)量期間調(diào)整俘獲電壓V。當(dāng)產(chǎn)生顆粒的過(guò)程以穩(wěn)定狀態(tài)工作時(shí)，例如當(dāng)內(nèi)燃機(jī)以基本恒定的扭矩操作時(shí)，這可以實(shí)現(xiàn)。用于調(diào)整俘獲裝置13的第一裝置15將俘獲電壓乂設(shè)置成確保去除基本上所有自由離子11的值，例如，把俘獲電壓V設(shè)定成與約如!!!或更小的顆粒截止直徑0?！?。相對(duì)應(yīng)的值V。。使用電流測(cè)量裝置16，17測(cè)量帶電顆粒12，12^攜帶的電流I。。然后，用于控制用于調(diào)整俘獲裝置13的裝置15的裝置19增加俘獲電壓V直到用于電流測(cè)量的裝置16，17測(cè)量的電流I基本上小于I。為止。此俘獲電壓V然后用在實(shí)際的質(zhì)量濃度測(cè)量中，這是因?yàn)樵谶@樣的俘獲電壓下，電流/質(zhì)量轉(zhuǎn)換對(duì)比中值顆粒直徑變化的敏感性明顯降低。優(yōu)選增加俘獲電壓V直到測(cè)量電流I比I。小20-95%，并且更優(yōu)選地，比I。小65-85%。應(yīng)當(dāng)注意到，用于控制用于調(diào)整俘獲裝置13的裝置15的裝置19應(yīng)當(dāng)理解為可以以各種方式實(shí)現(xiàn)且可以例如位于相同控制單元中的功能部件。
[0031]本發(fā)明還包括顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量設(shè)備1的使用，其中，設(shè)備1包括:具有進(jìn)口 3和出口 4的通道2，用于導(dǎo)引包括顆粒？，的樣品流0通過(guò)設(shè)備1 ；用于對(duì)顆粒？，充電的裝置7，8 ；用于測(cè)量所述帶電顆粒12，12#攜帶的電流的裝置16，17 ；具有截止直徑0?！?。的俘獲裝置13，用于俘獲基本上所有自由離子11以及還有可能的帶電顆粒12 ；以及用于調(diào)整俘獲裝置13的裝置15。該使用包括當(dāng)俘獲裝置13設(shè)定成僅基本上俘獲自由離子11時(shí)，以帶電顆粒12攜帶的且被電流測(cè)量裝置16，17測(cè)量的電流I基本上小于帶電顆粒12，12#攜帶的且裝置16，17測(cè)量的電流I。的方式來(lái)調(diào)整俘獲裝置13。優(yōu)選地，基本上俘獲自由離子意味著俘獲具有小于如!!!的直徑的帶電顆粒。
[0032]換言之，設(shè)備1用來(lái)去除帶電小顆粒12的基本部分，即，直徑小于俘獲裝置13的截止直徑0?！?。的帶電顆粒12。在這樣的情況下，僅測(cè)量較大的帶電顆粒12#攜帶的電流。以這樣的方式出人意料地使用設(shè)備1明顯降低了質(zhì)量濃度測(cè)量關(guān)于顆粒中值直徑的敏感性。
[0033]設(shè)備1的優(yōu)選使用包括使用俘獲電壓V控制俘獲截止直徑0。—。。
[0034]電流I基本上小于電流I。。在設(shè)備1的使用的一個(gè)實(shí)施例中，俘獲電壓以這樣的方式調(diào)整:當(dāng)用于俘獲基本上所有自由離子和直徑小于截止直徑0?！?。的顆粒的裝置13的俘獲電壓被設(shè)定成僅基本上俘獲自由離子時(shí)，用于測(cè)量所述帶電顆粒12，12#攜帶的電流的裝置16，17測(cè)量的電流信號(hào)比用于測(cè)量所述帶電顆粒12，12#攜帶的電流的裝置16，17測(cè)量的電流信號(hào)優(yōu)選小20-95%，并且更優(yōu)選小65-85%。
[0035]使用用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的設(shè)備1的另一實(shí)施例包括:以這樣的方式調(diào)整俘獲電壓V:截止直徑0。—?；镜扔跇悠妨鳍侵械念w粒⑴，？#的計(jì)數(shù)中值直徑((:101基本等于可以意味著，例如，截止直徑0?！?。處于樣品流(0)中的顆粒？，？^的計(jì)數(shù)中值直徑的-50% -+100% 內(nèi)。
[0036]在本發(fā)明2的優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)備1包括用于調(diào)整俘獲裝置13的裝置15以將俘獲截止直徑0?！Ｕ{(diào)整成2511111至10011111內(nèi)的值。
[0037]使用用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的設(shè)備1的又一實(shí)施例包括:通過(guò)調(diào)整裝置13的俘獲電壓的裝置15將俘獲電壓調(diào)整成俘獲電壓V。，其中，裝置13用于俘獲基本上所有自由離子和具有截止直徑0?！５念w粒？，俘獲電壓V。確保了去除基本上所有自由離子；在所述俘獲電壓^。的情況下通過(guò)用于測(cè)量所述帶電顆粒12，12#攜帶的電流的裝置16，17來(lái)測(cè)量電流I。；以及增加俘獲電壓V直到測(cè)量的電流I基本上小于I。。這樣的實(shí)施例優(yōu)選包括在去除基本上所有自由離子期間去除具有小于如!!!的直徑的所有帶電顆粒。在這樣的使用中，優(yōu)選增加俘獲電壓V直到測(cè)量電流I比I。小20-95%，以及更優(yōu)選是小65-85%。設(shè)備1的這樣的使用使得在設(shè)備1的正常使用期間能夠?qū)Ψ@電壓進(jìn)行調(diào)整以減少由于改變中值顆粒直徑而引起的質(zhì)量濃度測(cè)量不確定性。
[0038]圖3示出了本發(fā)明對(duì)使用電氣顆粒傳感器的質(zhì)量濃度測(cè)量的效果。如果我們假定:待測(cè)氣溶膠的010是5011111，則當(dāng)將當(dāng)前測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換成質(zhì)量濃度值時(shí)，歸一化轉(zhuǎn)換因子是一(1)。如果俘獲裝置13設(shè)定成如！11的俘獲截止直徑0。—。，則歸一化轉(zhuǎn)換因子根據(jù)00接近線性地變化。在不知道待測(cè)氣溶膠內(nèi)可能發(fā)生的00變化的情況下，當(dāng)測(cè)量具有相同來(lái)源但具有不同010的氣溶膠時(shí)，使用針對(duì)5011111 00確定的校正因子將導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果。然而，如果使用較高的俘獲截止直徑，例如，50皿0?！?，則歸一化轉(zhuǎn)換因子對(duì)00的敏感性會(huì)小得多。將俘獲截止直徑設(shè)定為這樣高的值基本上減少了測(cè)量電流。如果當(dāng)010是50！^時(shí)具有411111俘獲截止直徑的歸一化電流I。是1，則具有5011111俘獲截止直徑的歸一化電流和50鹽010是0，25，即，顯著小于I。。如果010減小至30咖，則歸一化電流僅是0，09。如果010增加至7011111或9011111，則歸一化電流分別是0，39和0，49。
[0039]圖3示出了當(dāng)將俘獲截止直徑設(shè)定為等于待測(cè)氣溶膠的標(biāo)稱00時(shí)，例如，在圖3的情況下為50=0(其是柴油機(jī)排放氣溶膠的典型00)，則歸一化轉(zhuǎn)換因子基本保持恒定(例如在+/-10%內(nèi))的00變化區(qū)域?qū)?，并且盡管00變化也允許準(zhǔn)確的質(zhì)量濃度測(cè)量。圖3中的曲線被數(shù)值地確定，并且它們基于芬蘭的？6職80107的顆粒傳感器的屬性以及在下面文檔中描述的基于氣溶膠顆粒的燃燒屬性，該下面文檔是和III的，在八61*080180161106 35 (2004)，1251至1274頁(yè)的來(lái)自預(yù)混火焰和機(jī)動(dòng)車(chē)輛排放的煙塵顆粒的有效密度矛口分形維數(shù)(1116 6^^601:1^6 (1611811:7(11111611810118 0？ 800七 ^81~1:10168？1~0111 1)1-61111X6(1 孤168 811(1 11101:01~ ^6111016 6^1181181:) 0 初級(jí)顆粒的密度假定為 21^/(11113，以及分形維數(shù)4為2，3。
[0040]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，本發(fā)明的基本思想可以以各種方式實(shí)施。因此，本發(fā)明及其實(shí)施例不限制于上面的實(shí)例，但是它們可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的設(shè)備(I)，所述設(shè)備(I)包括:具有進(jìn)口(3)和出口(4)的通道(2)，其用于導(dǎo)引包括具有標(biāo)稱計(jì)數(shù)中值直徑CMDm的顆粒(P，P*)的樣品流Q通過(guò)設(shè)備(I);用于對(duì)顆粒(P，P*)充電的裝置(7，8)以及用于測(cè)量所述帶電顆粒(12，12*)攜帶的電流的裝置(16，17)，其特征在于，還包括: a.俘獲裝置(13)，其用于俘獲基本上所有自由離子11和具有小于俘獲截止直徑0。_。的顆粒直徑的帶電顆粒12，所述截止直徑De_。是在其上通過(guò)所述俘獲裝置(13)的滲透基本上偏移零的顆粒直徑；以及 b.裝置(15)，其用于調(diào)整所述俘獲裝置(13)以將所述俘獲截止直徑D?！?。調(diào)整為處于CMDnom-50 % -+100 % 內(nèi)的值。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(I)，其特征在于，包括裝置(15)，其用于調(diào)整所述俘獲裝置(13)以將所述俘獲截止直徑De_。調(diào)整為處于25nm至10nm內(nèi)的值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備(I)，其特征在于，包括裝置(18)，其用于將所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成顆粒質(zhì)量濃度值。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(I)，其特征在于，包括用于調(diào)整俘獲電壓的裝置(13) ο
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(I)，其特征在于，包括裝置(19)，其用于基于裝置(16，17)的輸出控制用于調(diào)整所述俘獲裝置(13)的所述裝置(15)，所述裝置(16，17)用于測(cè)量所述帶電顆粒(12，12*)攜帶的電流。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備(I)，其特征在于，包括作為對(duì)顆粒(P，P*)充電的裝置的電暈放電單元(7，8)。
7.用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的設(shè)備(I)的使用，所述設(shè)備(I)包括:具有進(jìn)口(3)和出口⑷的通道(2)，其用于導(dǎo)引包括具有標(biāo)稱計(jì)數(shù)中值直徑CMDm的顆粒(P，P*)的樣品流Q通過(guò)設(shè)備(I);用于對(duì)顆粒(P，P*)充電的裝置(7，8)以及用于測(cè)量所述帶電顆粒(12，12*)攜帶的電流的裝置(16，17);用于將所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成顆粒質(zhì)量濃度值的裝置(18);用于俘獲基本上所有自由離子和具有截止直徑Dc-o的顆粒(P)的裝置(13);以及用于調(diào)整所述裝置(13)的俘獲電壓的裝置(15)，其中所述裝置(13)用于俘獲基本上所有自由離子和具有截止直徑De_。的顆粒(P)，其特征在于，包括以所述截止直徑De_?；镜扔跇悠妨?Q)中的顆粒(P，P*)的標(biāo)稱計(jì)數(shù)中值直徑(CMDnJ的方式調(diào)整所述俘獲電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備(I)的使用，其特征在于，包括以所述截止直徑D。—。處于樣品流(Q)中的顆粒(P，P*)的計(jì)數(shù)中值直徑的-50%-+100%內(nèi)的方式來(lái)調(diào)整所述俘獲電壓。
9.一種用于顆粒質(zhì)量濃度測(cè)量的過(guò)程，包括:導(dǎo)引包括具有標(biāo)稱計(jì)數(shù)中值直徑CMDm的顆粒(P，P*)的樣品流(Q)通過(guò)通道(2);對(duì)顆粒(P，P*)充電；以及測(cè)量所述帶電顆粒(12，12*)攜帶的電流，其特征在于，通過(guò)具有俘獲電壓V的電場(chǎng)俘獲基本上所有自由離子和具有直徑基本上小于顆粒(P，P*)的標(biāo)稱計(jì)數(shù)中值直徑CMDm的顆粒(P)。
10.如權(quán)利要求9所述的過(guò)程，其特征在于，包括以所述截止直徑D。_。處于樣品流(Q)中的顆粒(P，P*)的標(biāo)稱計(jì)數(shù)中值直徑CMD-的-50%-+100%內(nèi)的方式來(lái)調(diào)整所述俘獲電壓。
【文檔編號(hào)】G01N15/06GK104487817SQ201380021232
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月6日
【發(fā)明者】考科·詹卡 申請(qǐng)人:皮卡索爾公司