AT520532B1 - Apparatus for measuring a measuring component contained in a raw gas stream - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung und Verfahren zur Messung eines in einem Rohgasstrom (r) enthaltenen Messbestandteils, insbesondere zur Partikelmessung. Die Vorrichtung weist einen Rohgaspfad (1), der von einem Rohgaseinlass (2) zu einer Mischeinheit (3) verläuft, einen Messgaspfad (13), der von der Mischeinheit (3) über eine Messzelle (4), einen Messgas- Massenflussmesser (5) und eine Messgaspumpe (6) verläuft, und einen Verdünnungspfad (7), der von einem Verdünnungsgaseinlass (8) über einen Verdünnungsgas- Massenflussmesser (9) und einen Durchflussregler (10) zur Mischeinheit (3) verläuft, auf. Der Rohgasstrom (r) und ein Verdünnungsgasstrom (v) werden in der Mischeinheit (3) zu einem Messgasstrom (m) vermischt, welcher die Messzelle (4) durchströmt. Die Vorrichtung weist eine Recheneinheit (11) auf, welche auf den von der Messzelle (4) ermittelten Messwert eine Korrekturfunktion für eine Querempfindlichkeiten des Verdünnungsgas- Massenflussmessers (9) und/oder eine Querempfindlichkeit des Messgas- Massenflussmessers (5) auf zumindest eine Komponente des Verdünnungsgasstroms (v) und/oder des Rohgasstroms (r) anwendet.Apparatus and method for measuring a measurement component contained in a raw gas stream (r), in particular for particle measurement. The device has a raw gas path (1), which runs from a crude gas inlet (2) to a mixing unit (3), a measuring gas path (13) which is conveyed from the mixing unit (3) via a measuring cell (4), a measuring gas mass flow meter (5 ) and a sample gas pump (6), and a dilution path (7) extending from a diluent gas inlet (8) via a diluent gas mass flow meter (9) and a flow controller (10) to the mixing unit (3). The crude gas stream (r) and a diluent gas stream (v) are mixed in the mixing unit (3) to a sample gas stream (m), which flows through the measuring cell (4). The device has a computer unit (11) which has a correction function for a cross sensitivity of the diluent gas mass flow meter (9) and / or a cross sensitivity of the sample gas mass flow meter (5) to at least one component of the measured value determined by the measuring cell (4) Diluent gas stream (v) and / or the raw gas stream (r) applies.
Description
Beschreibungdescription
VORRICHTUNG ZUR MESSUNG EINES IN EINEM ROHGASSTROM ENTHALTENEN MESSBESTANDTEILS [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines in einem Rohgasstrom enthaltenen Messbestandteils, insbesondere zur Partikelmessung, wobei die Vorrichtung einen Rohgaspfad, der von einem Rohgaseinlass zu einer Mischeinheit verläuft, einen Messgaspfad, der von der Mischeinheit über eine Messzelle, einen Messgas-Massenflussmesser und eine Messgaspumpe verläuft, und einen Verdünnungspfad, der von einem Verdünnungsgaseinlass über einen Verdünnungsgas-Massenflussmesser und einen Durchflussregler zur Mischeinheit verläuft, aufweist, wobei der Rohgasstrom und ein Verdünnungsgasstrom in der Mischeinheit zu einem Messgasstrom vermischbar sind, mit welchem die Messzelle durchströmbar ist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren einer solchen Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung eines Messwertes eines in einem Rohgasstrom enthaltenen Messbestandteils mit dieser Vorrichtung.DEVICE FOR MEASURING A MEASURING COMPONENT CONTAINED IN A RAW GAS FLOW The invention relates to a device for measuring a measuring component contained in a raw gas stream, in particular for particle measurement, the device comprising a raw gas path that runs from a raw gas inlet to a mixing unit, a measuring gas path that the mixing unit runs via a measuring cell, a measuring gas mass flow meter and a measuring gas pump, and has a dilution path that runs from a diluting gas inlet via a diluting gas mass flow meter and a flow controller to the mixing unit, the raw gas stream and a diluting gas stream being mixable in the mixing unit to form a measuring gas stream with which the measuring cell can be flowed through. Furthermore, the invention relates to a method for calibrating such a device and a method for determining a measured value of a measurement component contained in a raw gas stream with this device.
[0002] Verfahren und Vorrichtungen zur photoakustischen Spektroskopie (PAS) werden in vielen Bereichen der Gas- und Partikelmesstechnik sehr erfolgreich eingesetzt. Dabei werden mit Hilfe eines modulierten Lasers in einer resonanten Zelle Dichte- bzw. Druckschwankungen im zu untersuchenden Gas (Aerosol) erzeugt. Diese werden dann als Schallwelle von einem Mikrofon aufgefangen und in elektrische Signale umgewandelt, wobei diese Signale dann zur Ermittlung von Partikel- oder Gaskonzentrationen (d.h. der Messgröße) ausgewertet werden können. Entsprechende Systeme sind beispielsweise zur Bestimmung der Massenkonzentration von Rußpartikel in einem Abgas verfügbar.Methods and devices for photoacoustic spectroscopy (PAS) are used very successfully in many areas of gas and particle measurement technology. With the help of a modulated laser, density and pressure fluctuations in the gas to be examined (aerosol) are generated in a resonant cell. These are then picked up as a sound wave by a microphone and converted into electrical signals, which signals can then be evaluated to determine particle or gas concentrations (i.e. the measured variable). Corresponding systems are available, for example, for determining the mass concentration of soot particles in an exhaust gas.
[0003] Um verlässliche Ergebnisse zu erzielen, muss das Messgas (d.h. das Gas, das in der Messzelle photoakustisch angeregt wird) im Allgemeinen in Hinblick auf Druck/Temperatur/ Feuchte und Partikelkonzentration konditioniert werden. Dies kann praktisch dadurch geschehen, dass das zu messende Gas (Rohgas) mit einem Verdünnungsgas (meist Luft) vermischt und dabei zu einem Messgas verdünnt wird.In order to achieve reliable results, the measuring gas (i.e. the gas that is photoacoustically excited in the measuring cell) must generally be conditioned with regard to pressure / temperature / humidity and particle concentration. This can be done practically by mixing the gas to be measured (raw gas) with a dilution gas (usually air) and thereby diluting it to a measurement gas.
[0004] Aufgrund der bekannten Mischungsverhältnisse wird dann aus dem von dem Messgas erhaltenen Messergebnis auf das gesuchte Messergebnis des Rohgases (also zum Beispiel die Massenkonzentration an Rußpartikeln in einem Abgas) auf Basis der bekannten Verdünnungsrate rückgerechnet.On the basis of the known mixing ratios, the measurement result obtained from the measurement gas is then used to calculate the desired measurement result of the raw gas (for example the mass concentration of soot particles in an exhaust gas) on the basis of the known dilution rate.
[0005] Das Verdünnungsgas kann dazu beispielsweise in einer (separaten oder in die Vorrichtung integrierten) Konditioniereinheit bereitgestellt und in einer der Messzelle vorgelagerten Mischeinheit dem Rohgas geregelt zugemischt werden. Zur Regelung kann dabei der durch die Messzelle gezogene Probenstrom gemessen werden, wobei das Verdünnungsgas entsprechend der voreingestellten Verdünnungsrate zugemischt wird. Das Messen und Regeln der Gasströme kann beispielsweise mit bekannten Massenflussmessern und Regelventilen erfolgen.For this purpose, the dilution gas can be provided, for example, in a conditioning unit (separate or integrated in the device) and can be admixed to the raw gas in a controlled manner in a mixing unit upstream of the measuring cell. For control purposes, the sample stream drawn through the measuring cell can be measured, the dilution gas being admixed in accordance with the preset dilution rate. The gas flows can be measured and controlled, for example, using known mass flow meters and control valves.
[0006] Um eine genaue Verdünnungsrate zu gewährleisten, ist es notwendig beide Massenflussmesser zueinander zu kalibrieren. Dies erfolgt durch „hintereinanderschalten“ der Massenflussmesser, während sie mit demselben Kalibriergas durchströmt werden.In order to ensure an accurate dilution rate, it is necessary to calibrate both mass flow meters to each other. This is done by “connecting” the mass flow meters in series while the same calibration gas flows through them.
[0007] Abweichungen der Anzeigewerte (d.h. von den Massenflussmessern unmittelbar gemessenen Messsignale) können dadurch leicht erkannt und korrigiert werden, wobei dieses Verfahren als „Relativkalibrierung“ bezeichnet werden kann.Deviations in the display values (i.e. measurement signals measured directly by the mass flow meters) can thereby be easily recognized and corrected, this method being able to be referred to as “relative calibration”.
[0008] Damit diese Relativkalibrierung auch dann für korrekte Ergebnisse sorgt, wenn sich nach der Kalibrierung die Zusammensetzung des Verdünnungsgases ändert (etwa weil der Anteil einer Komponente des Verdünnungsgases sich geändert hat), werden im Stand der Technik für den Messgas-Massenflussmesser und den Verdünnungsgas-Massenflussmesser möglichst gleichartige Massenflussmesser verwendet. So ist es beispielsweise bekannt, sowohl für den /11So that this relative calibration ensures correct results even if the composition of the diluent gas changes after calibration (for example because the proportion of a component of the diluent gas has changed), are in the prior art for the measuring gas mass flow meter and the diluent gas -Mass flow meters used the same possible mass flow meters. For example, it is known for both the / 11
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Messgas-Massenflussmesser, als auch für den Verdünnungsgas-Massenflussmesser einen kalorimetrischen bzw. thermischen Sensor zu verwenden.Sample gas mass flow meter, as well as a calorimetric or thermal sensor for the diluent gas mass flow meter.
[0009] Änderungen der Komponenten wirken sich dabei auf beide Sensoren im Wesentlichen gleich aus, sodass die Relativkalibrierung auch bei geänderter Gaszusammensetzung weiterhin für das korrekte Ergebnis sorgt (sofern sich der Anteil der relevanten Komponente im Verdünnungsgas und dem Messgas im Wesentlichen gleichartig ändert).Changes in the components have an essentially identical effect on both sensors, so that the relative calibration continues to ensure the correct result even when the gas composition changes (provided the proportion of the relevant component in the diluent gas and the measurement gas changes essentially in the same way).
[0010] Ein Problem besteht hingegen, wenn eine Komponente, auf die ein Massenflussmesser eine Querempfindlichkeit hat, während der Messung über das Rohgas eingebracht wird, und daher den Verdünnungsgas-Massenflussmesser gar nicht durchströmt, sehr wohl aber den Messgas-Massenflussmesser. Auch ist man bei der Auswahl der Sensoren auf eine möglichst identische Bauart von Messgas-Massenflussmesser und Verdünnungsgas-Massenflussmesser eingeschränkt, da Massenflussmesser, die unterschiedliche Messverfahren anwenden, im Allgemeinen auch unterschiedliche Querempfindlichkeiten aufweisen.On the other hand, there is a problem if a component to which a mass flow meter has a cross sensitivity is introduced during the measurement via the raw gas and therefore does not flow through the diluent gas mass flow meter at all, but very well flows through the measurement gas mass flow meter. When selecting the sensors, one is also restricted to a design of the measurement gas mass flow meter and the dilution gas mass flow meter that is as identical as possible, since mass flow meters which use different measurement methods generally also have different cross-sensitivities.
[0011] Als „Querempfindlichkeit“ der Messzelle bzw. der Massenflussmesser und allgemein jeglicher Sensoren wird im Zusammenhang mit der gegenständlichen Offenbarung eine Empfindlichkeit des Sensors auf eine Komponente oder Umgebungsbedingung bezeichnet, die nicht die Messgröße ist. Zu Beispielen solcher Querempfindlichkeiten zählen die Empfindlichkeit auf im Messgas enthaltene Komponentenkonzentrationen, insbesondere Feuchte (also Wasserdampf oder Wassertröpfchen), CO2, Stickstoff und Stickoxide. Diese Querempfindlichkeiten können sowohl die Messzelle (insbesondere photoakustische Messzellen), als auch Massenflussmesser beeinträchtigen.[0011] In connection with the present disclosure, a sensitivity of the sensor to a component or environmental condition that is not the measured variable is referred to as “cross sensitivity” of the measuring cell or the mass flow meter and generally any sensors. Examples of such cross-sensitivities include the sensitivity to component concentrations contained in the measurement gas, in particular moisture (ie water vapor or water droplets), CO 2 , nitrogen and nitrogen oxides. These cross-sensitivities can affect both the measuring cell (in particular photoacoustic measuring cells) and mass flow meters.
[0012] Grundsätzlich besteht also das Problem, dass die Unterschiede zwischen dem zur Kalibrierung verwendeten Kalibriergas und den während der Messung auftretenden Gaszusammensetzungen zu unerwarteten (und oft auch unbemerkt bleibenden) Messfehlern führen können, die in der Praxis schwer zu handhaben sind, insbesondere wenn sich die Umgebungsbedingungen während eines Messdurchgangs ändern.Basically, there is the problem that the differences between the calibration gas used for calibration and the gas compositions occurring during the measurement can lead to unexpected (and often also go unnoticed) measurement errors that are difficult to handle in practice, especially when change the environmental conditions during a measurement run.
[0013] Es ist eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, die für die Gasmesstechnik verwendeten Verfahren und Vorrichtungen zu verbessern und insbesondere eine höhere Genauigkeit über breitere Einsatzbereiche bzw. Umgebungsbedingungen zu erzielen.It is an object of the present invention to improve the methods and devices used for gas measurement technology and, in particular, to achieve greater accuracy over broader areas of application or environmental conditions.
[0014] Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die eine Recheneinheit aufweist, mit der auf den von der Messzelle ermittelten Messwert eine Korrekturfunktion für eine Querempfindlichkeiten des Verdünnungsgas-Massenflussmessers und/oder eine Querempfindlichkeit des Messgas-Massenflussmessers auf zumindest eine Komponente des Verdünnungsgasstroms und/oder des Rohgasstroms anwendbar ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass Messfehler aufgrund von Querempfindlichkeiten, die sich auf den Verdünnungsgas-Massenflussmesser und den MessgasMassenflussmesser unterschiedlich auswirken, ausgeglichen werden können.These and other objects are achieved according to the invention by a device of the type mentioned at the outset, which has a computing unit with which, on the measured value determined by the measuring cell, a correction function for a cross-sensitivity of the diluent gas mass flow meter and / or a cross-sensitivity of the sample gas mass flow meter is applicable to at least one component of the diluent gas stream and / or the raw gas stream. This has the particular advantage that measurement errors due to cross-sensitivities, which affect the dilution gas mass flow meter and the measurement gas mass flow meter differently, can be compensated for.
[0015] Die Messzelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise eine photoakustische Zelle aufweisen. Photoakustische Messzellen weisen ebenfalls Querempfindlichkeiten gegenüber Komponenten des Messgases auf, die im Gesamtsystem berücksichtig werden können. Überdies ist es möglich, die Querempfindlichkeiten der photoakustischen Messzelle bei der Kalibrierung mit einem Prüfgas zu nutzen, indem mit der Messzelle eine hinsichtlich ihrer Eigenschaften und ihrer Konzentration bekannte Komponente des Prüfgases gemessen wird. Die Messzelle kann somit als Messsonde für die Komponente benutzt werden.[0015] The measuring cell of the device according to the invention can advantageously have a photoacoustic cell. Photoacoustic measuring cells also have cross-sensitivities to components of the measuring gas, which can be taken into account in the overall system. In addition, it is possible to use the cross-sensitivities of the photoacoustic measuring cell when calibrating with a test gas by measuring a component of the test gas which is known with regard to its properties and its concentration. The measuring cell can thus be used as a measuring probe for the component.
[0016] Durch die Anwendung der Korrekturfunktion ist es in vorteilhafterWeise auch möglich, in der Vorrichtung einen Verdünnungsgas-Massenflussmesser und einen Messgas-Massenflussmesser zu verwenden, die gemäß einem unterschiedlichen Messverfahren arbeiten. Dadurch können spezifische Vorteile unterschiedlicher Messverfahren genutzt werden.By using the correction function, it is advantageously also possible to use a dilution gas mass flow meter and a measurement gas mass flow meter in the device, which operate according to a different measurement method. This enables specific advantages of different measurement methods to be used.
[0017] In vorteilhafter Weise kann etwa der Verdünnungsgas-Massenflussmesser gemäß einem kalorimetrischen Messverfahren arbeiten und/oder der Messgas-Massenflussmesser kann[0017] The diluent gas mass flow meter can advantageously operate according to a calorimetric measuring method and / or the sample gas mass flow meter can
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Patentamt gemäß einem differenzdruckbasierten Messverfahren arbeiten. Insbesondere kann dabei der Messgas-Massenflussmesser als Messblende oder Messblendenblock ausgebildet sein. Während thermische Massenflussmesser (also Massenflussmesser, die ein kalorimetrisches Messverfahren anwenden) im Verdünnungspfad vorteilhaft sind, bieten Blenden im Messgaspfad den Vorteil, dass sie gleichzeitig zur Gasflussmessung und zur Flussstabilisierung verwendet werden können. Außerdem sind sie meist kostengünstiger und weniger anfällig auf etwaige reaktive Abgaskomponenten.Patent office work according to a differential pressure based measurement method. In particular, the measuring gas mass flow meter can be designed as a measuring orifice or measuring orifice block. While thermal mass flow meters (i.e. mass flow meters that use a calorimetric measuring method) are advantageous in the dilution path, orifices in the sample gas path offer the advantage that they can be used for gas flow measurement and flow stabilization at the same time. In addition, they are usually less expensive and less susceptible to any reactive exhaust gas components.
[0018] In einer vorteilhaften Ausführungsform kann am Verdünnungspfad und/oder am Rohgaspfad und/oder am Messgaspfad zumindest eine Messsonde für die zumindest eine Komponente des Verdünnungsgasstroms und/oder des Rohgasstroms vorgesehen sein. Dadurch lässt sich die Korrekturfunktion unmittelbar anpassen, falls sich der Anteil der Komponente im Messgas während eines Prüflaufs ändert. So ist beispielsweise der CO2-Anteil von Abgasen starken Schwankungen unterworfen, die sich jedoch nur auf die Sensoren im Messgaspfad auswirken. Diese können durch einen im Messgaspfad (und/oder im Rohgaspfad) angeordneten CO2Sensor ermittelt und durch Anpassung der Korrekturfunktion ausgeglichen werden. Die Feuchte, die beispielsweise über die Umgebungsluft in den Verdünnungspfad und den Messgaspfad gelangt, bewirkt ebenfalls deutliche Querempfindlichkeiten, die jedoch bei thermischen Flusssensoren und bei Blenden sehr unterschiedlich sind. Eine Veränderung der Umgebungsfeuchtigkeit während eines Prüflaufs kann daher die Relativkalibrierung verfälschen, insbesondere wenn unterschiedliche Messverfahren für den Verdünnungsgas-Massenflussmesser und den Messgas-Massenflussmesser verwendet werden. Durch eine Messung der Feuchte mit einem Feuchtesensor (vorzugsweise im Verdünnungspfad, gegebenenfalls aber auch im Messgaspfad und/oder im Rohgaspfad) können solche Änderungen durch entsprechende Anpassung der Korrekturfunktion ausgeglichen werden. Auch Querempfindlichkeiten auf Stickstoff und Stickoxide können in ähnlicher Weise korrigiert werden.In an advantageous embodiment, at least one measuring probe for the at least one component of the dilution gas flow and / or the raw gas flow can be provided on the dilution path and / or on the raw gas path and / or on the measurement gas path. This allows the correction function to be adapted immediately if the proportion of the component in the sample gas changes during a test run. For example, the CO 2 content of exhaust gases is subject to strong fluctuations, which, however, only affect the sensors in the sample gas path. These can be determined by a CO 2 sensor arranged in the sample gas path (and / or in the raw gas path) and compensated for by adapting the correction function. The moisture that enters the dilution path and the sample gas path via the ambient air, for example, also causes significant cross-sensitivities, but these are very different for thermal flow sensors and for orifices. A change in the ambient humidity during a test run can therefore falsify the relative calibration, in particular if different measuring methods are used for the diluent gas mass flow meter and the sample gas mass flow meter. By measuring the humidity with a humidity sensor (preferably in the dilution path, but possibly also in the sample gas path and / or in the raw gas path), such changes can be compensated for by adapting the correction function accordingly. Cross-sensitivities to nitrogen and nitrogen oxides can also be corrected in a similar way.
[0019] In einer vorteilhaften Ausführungsform ist daher zumindest eine Messsonde ausgewählt aus folgender Gruppe: CO2-Sonde, Feuchtesensor, Stickstoffsensor, Stickoxidsensor.In an advantageous embodiment, at least one measuring probe is therefore selected from the following group: CO 2 probe, moisture sensor, nitrogen sensor, nitrogen oxide sensor.
[0020] In vorteilhafter Weise kann der Verdünnungspfad stromaufwärts des Verdünnungsgas Massenflussmessers vorzugsweise mittels eines Schaltventils auf einen Nullgaseinlass umschaltbar sein, was zusätzlich eine Kalibrierung mit einem sauberen, trockenen und bekannten Gas erlaubt.Advantageously, the dilution path upstream of the dilution gas mass flow meter can preferably be switched to a zero gas inlet by means of a switching valve, which additionally permits calibration with a clean, dry and known gas.
[0021] Das eingangs genannte Verfahren zur Kalibrierung der Vorrichtung kann erfindungsgemäß die folgenden Schritte aufweisen: Erzeugen eines Prüfgasstroms, welcher zumindest den Verdünnungsgas-Massenflussmesser und den Messgas-Massenflussmesser durchströmt; Ermitteln des Anteils einer Komponente im Prüfgasstrom; Ermitteln einer Messabweichung zwischen dem Messwert des Verdünnungsgas-Massenflussmessers und dem Messwert des Messgas-Massenflussmessers; und Ermitteln einer Korrekturfunktion für eine Querempfindlichkeit des Verdünnungsgas-Massenflussmessers und/oder eine Querempfindlichkeit des Messgas-Massenflussmessers auf zumindest eine Komponente des Prüfgasstroms. Dabei wird durch den Verdünnungsgas-Massenflussmesser und den Messgas-Massenflussmesser dasselbe Gas gezogen, was eine genaue Relativkalibrierung ermöglicht.[0021] The method for calibrating the device mentioned at the outset can have the following steps according to the invention: generating a test gas stream which flows through at least the diluent gas mass flow meter and the measurement gas mass flow meter; Determining the proportion of a component in the test gas stream; Determining a measurement deviation between the measurement value of the diluent gas mass flow meter and the measurement value of the measurement gas mass flow meter; and determining a correction function for a cross sensitivity of the diluent gas mass flow meter and / or a cross sensitivity of the measurement gas mass flow meter to at least one component of the test gas flow. The same gas is drawn through the dilution gas mass flow meter and the measurement gas mass flow meter, which enables an accurate relative calibration.
[0022] In vorteilhafter Weise kann der Anteil der Komponente mittels einer Messsonde ermittelt werden. Dadurch lassen sich besondere Umgebungsbedingungen (etwa eine hohe Feuchtigkeit bei Tests in tropischen Gebieten) unmittelbar vor einem Prüflauf für die Kalibrierung berücksichtigen.[0022] The proportion of the component can advantageously be determined by means of a measuring probe. This allows special environmental conditions (such as high humidity during tests in tropical areas) to be taken into account for calibration immediately before a test run.
[0023] In einer weiteren Ausführungsform kann der Anteil der Komponente mit der Messzelle auf Basis einer bekannten Querempfindlichkeit der Messzelle auf die Komponente ermittelt werden. Dadurch kann die Messzelle, die während der Relativkalibrierung der beiden Massenflussmesser keine Funktion hat, vorteilhaft als Sensor für die relevante Komponente verwendet werden.[0023] In a further embodiment, the proportion of the component with the measuring cell can be determined on the basis of a known cross sensitivity of the measuring cell to the component. As a result, the measuring cell, which has no function during the relative calibration of the two mass flow meters, can advantageously be used as a sensor for the relevant component.
[0024] Die Komponente kann in vorteilhafter Weise aus folgender Gruppe ausgewählt sein:[0024] The component can advantageously be selected from the following group:
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PatentamtPatent Office
Feuchte (H2O), Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N), Stickoxiden (NOx). Bei diesen Komponenten wurden vom Anmelder Querempfindlichkeiten ermittelt, die für das Messergebnis der Vorrichtung relevant sein können.Moisture (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N), nitrogen oxides (NOx). With these components, cross-sensitivities were determined by the applicant, which may be relevant to the measurement result of the device.
[0025] In vorteilhafter Weise kann der Prüfgasstrom aus der Umgebungsluft erhalten werden, sodass sich Unterschiede zwischen einer Laborsituation und einem Einsatz in einer realen Umgebung berücksichtigt werden können.The test gas stream can advantageously be obtained from the ambient air, so that differences between a laboratory situation and use in a real environment can be taken into account.
[0026] Andererseits kann der Prüfgasstrom auch über einen Nullgaseingang zugeleitet werden, sodass auch im Einsatz eine Kalibrierung auf „Laborbedingungen“ möglich ist.[0026] On the other hand, the test gas stream can also be fed in via a zero gas inlet, so that calibration to “laboratory conditions” is also possible in use.
[0027] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Anteil der Komponente im Prüfgasstrom geregelt werden. Dies erlaubt eine spezifische Anpassung der Korrekturfunktion.[0027] In a further advantageous embodiment, the proportion of the component in the test gas stream can be regulated. This allows a specific adjustment of the correction function.
[0028] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung eines Messwertes eines in einem Rohgasstrom enthaltenen Messbestandteils mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die folgenden Schritte auf: Leiten eines Rohgasstroms über den Rohgaseinlasse zu der Mischeinheit; in der Mischeinheit Mischen des Rohgasstroms mit einem Verdünnungsgasstrom zu einem Messgasstrom; Leiten des Messgasstroms über die Messzelle; Ermitteln eines Messwertes der Messzelle; Ermitteln des Anteils zumindest einer Komponente im Rohgasstrom und/oder dem Verdünnungsgasstrom und/oder dem Messgasstrom; In Abhängigkeit von dem Anteil der Komponente Ermitteln einer Korrekturfunktion für eine Querempfindlichkeit des VerdünnungsgasMassenflussmessers und/oder eine Querempfindlichkeit des Messgas-Massenflussmessers auf die zumindest eine Komponente; Anwenden der Korrekturunktion auf den Messwert der Messzelle zur Ermittlung des Messwertes des Messbestandteils.The method according to the invention for determining a measured value of a measurement component contained in a raw gas stream with a device according to the invention has the following steps: directing a raw gas stream via the raw gas inlets to the mixing unit; in the mixing unit, mixing the raw gas stream with a diluent gas stream to form a sample gas stream; Directing the sample gas flow over the measuring cell; Determining a measured value of the measuring cell; Determining the proportion of at least one component in the raw gas stream and / or the dilution gas stream and / or the measurement gas stream; Depending on the proportion of the component, determining a correction function for a cross sensitivity of the diluent gas mass flow meter and / or a cross sensitivity of the measurement gas mass flow meter to the at least one component; Apply the correction function to the measured value of the measuring cell to determine the measured value of the measuring component.
[0029] Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur 1 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erläutert. Dabei zeigt [0030] Fig.1 ein schematisiertes Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung.The present invention is explained in more detail below with reference to Figure 1, which explains exemplary, schematic and non-limiting advantageous embodiments of the invention. [0030] FIG. 1 shows a schematic block diagram of a measuring device according to the invention.
[0031] Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird im Folgenden eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung eines in einem Rohgasstrom enthaltenen Messbestandteils beschrieben. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden lediglich die für die Beschreibung relevanten Elemente und Leitungen schematisch dargestellt.An advantageous embodiment of a device according to the invention for measuring a measurement component contained in a raw gas stream is described below with reference to FIG. 1. For reasons of clarity, only the elements and lines relevant to the description have been shown schematically.
[0032] Die Vorrichtung lässt sich im Wesentlichen in einen Rohgaspfad 1, einen Messgaspfad 13 und einen Verdünnungsgaspfad 7 einteilen, wobei Rohgaspfad 1 und Verdünnungsgaspfad 7 in einer Mischeinheit 3 münden in der Messgaspfad 13 seinen Ausgangspunkt hat. Während des Messbetriebs wird in der Mischeinheit 3 ein Rohgasstrom r, der über den Rohgaspfad 1 zugeführt wird, mit einem Verdünnungsgasstrom v, der über den Verdünnungsgaspfad 7 zugeführt wird, miteinander gemischt. Das Gemisch aus Rohgasstrom r und Verdünnungsgasstrom v wird im Zusammenhang mit der gegenständlichen Offenbarung als Messgasstrom m bezeichnet, und dieser durchströmt den Messgaspfad 13.The device can essentially be divided into a raw gas path 1, a measuring gas path 13 and a dilution gas path 7, raw gas path 1 and dilution gas path 7 opening into a mixing unit 3 having its starting point in the measuring gas path 13. During the measuring operation, a raw gas stream r, which is supplied via the raw gas path 1, is mixed with a diluent gas stream v, which is supplied via the diluent gas path 7, in the mixing unit 3. The mixture of raw gas stream r and dilution gas stream v is referred to in connection with the present disclosure as the measuring gas stream m, and this flows through the measuring gas path 13.
[0033] Im Messgaspfad 13 durchströmt das Messgas m eine photoakustische Messzelle 4 und einen Messgas-Massenflussmesser 5. Eine Messgaspumpe 6 im Messgaspfad 13 dient als Hauptpumpe, die das Messgas durch die Vorrichtung zieht. Der Messgaspfad 13 mündet in einem Abgasausgang 16, der üblicherweise zu einer (in Fig. 1 nicht dargestellten) Abgasentsorgung führt. Die CO2-Konzentration im Messgas kann gegebenenfalls über einen CO2-Sonde 12a ermittelt werden.In the sample gas path 13, the sample gas m flows through a photoacoustic measuring cell 4 and a sample gas mass flow meter 5. A sample gas pump 6 in the sample gas path 13 serves as the main pump, which draws the sample gas through the device. The measurement gas path 13 opens into an exhaust gas outlet 16, which usually leads to exhaust gas disposal (not shown in FIG. 1). The CO 2 concentration in the sample gas can optionally be determined using a CO 2 probe 12a.
[0034] Der Rohgaspfad 1 leitet einen Rohgasstrom von einem Rohgaseinlass 2 zur Mischeinheit 3. Das Rohgas kann beispielsweise unverdünntes Abgas, etwa von einem zu testenden Verbrennungskraftmotor, sein, wobei der Rohgasstrom gegebenenfalls vor der Mischeinheit 3 in einem Druckreduzierer vorkonditioniert werden kann.The raw gas path 1 conducts a raw gas flow from a raw gas inlet 2 to the mixing unit 3. The raw gas can be, for example, undiluted exhaust gas, for example from an internal combustion engine to be tested, wherein the raw gas flow can optionally be preconditioned in front of the mixing unit 3 in a pressure reducer.
[0035] Der Verdünnungspfad 7 geht von einem Verdünnungsgaseinlass 8 aus und verläuft über ein Schaltventil 15, einen Verdünnungsgas-Massenflussmesser 9, einen Durchflussregler 10 und mündet ebenfalls in der Mischeinheit. Gegebenenfalls kann die über den VerdünnungsgaThe dilution path 7 starts from a dilution gas inlet 8 and runs via a switching valve 15, a dilution gas mass flow meter 9, a flow controller 10 and also opens into the mixing unit. If necessary, the dilution rate
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Patentamt seinlass 8 angesaugte Umgebungsluft über einen Luftstromtrockner (in Fig. 1 nicht dargestellt) getrocknet werden. Über das Schaltventil 15 kann der Verdünnungspfad auf einen Nullgaseinlass 14 umgeschaltet werden, über den beispielsweise zur Kalibrierung trockene, sauberePatent office inlet 8 sucked ambient air to be dried over an airflow dryer (not shown in Fig. 1). Via the switching valve 15, the dilution path can be switched to a zero gas inlet 14, via which the clean, dry one for calibration, for example
Pressluft zugeführt werden kann.Compressed air can be supplied.
[0036] Gegebenenfalls können am Verdünnungspfad 7 und/oder am Messgaspfad 13 und/oder am Rohgaspfad 1 zusätzliche Sensoren angeordnet sein, wobei in Fig. 1 ein Feuchtesensor 12b, ein Stickstoffsensor 12c und ein Stickoxidsensor 12d beispielhaft dargestellt sind.If necessary, additional sensors can be arranged on the dilution path 7 and / or on the measurement gas path 13 and / or on the raw gas path 1, a moisture sensor 12b, a nitrogen sensor 12c and a nitrogen oxide sensor 12d being shown by way of example in FIG. 1.
[0037] Alle Sensoren und steuerbaren Komponenten können mit einer zentralen Recheneinheit 11 angeschlossen sein. Die Recheneinheit 11 erlaubt einerseits eine zentrale Regelung der regelbaren Komponenten, wie etwa des Lasers der Messzelle 4, des Durchflussreglers 10, des Schaltventils 15, der Messgaspumpe 6 sowie gegebenenfalls aller weiterer in der Vorrichtung enthaltener Pumpen, Ventile und schaltbaren Organe. Auch können die Messwerte aller Sensoren mit der Recheneinheit 11 zentral gemäß programmiertechnisch beeinflussbarer Verfahren ausgewertet, verwendet und gegebenenfalls über Schnittstellen an weitere Geräte ausgegeben werden.[0037] All sensors and controllable components can be connected to a central processing unit 11. On the one hand, the computing unit 11 permits central control of the controllable components, such as the laser of the measuring cell 4, the flow controller 10, the switching valve 15, the measuring gas pump 6 and, if appropriate, all other pumps, valves and switchable elements contained in the device. The measured values of all sensors can also be evaluated and used centrally with the computing unit 11 in accordance with methods that can be influenced by programming and, if necessary, output to other devices via interfaces.
[0038] Im Folgenden werden beispielhafte Verfahren beschrieben, die mit der dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden können, wobei insbesondere auf das eigentliche Messverfahren und auf vor der Messung durchführbare Kalibrierverfahren detailliert eingegangen wird. Dem Fachmann ist bewusst, dass an der Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, auch andere Verfahren, wie etwa Spül-, Reinigung-, Wartungs-, und/oder Funktionalitätsprüfungsverfahren durchgeführt werden können, wobei gegebenenfalls zusätzliche Komponenten, Ventile und Leitungen erforderlich sein können, die hierin der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.Exemplary methods are described below, which can be carried out with the device shown, with particular attention being paid in detail to the actual measuring method and to calibration methods that can be carried out before the measurement. The person skilled in the art is aware that other methods, such as rinsing, cleaning, maintenance and / or functionality testing methods, can also be carried out on the device as shown in FIG. 1, additional components, valves and lines possibly being used may be necessary, which are not shown here for the sake of clarity.
[0039] Um vor einer Messung eine Relativkalibrierung durchzuführen, werden der MessgasMassenflussmesser 5 und der Verdünnungsgas-Massenflussmesser 9 in Serie geschaltet und mit einer identischen Gaszusammensetzung, vorzugsweise Umgebungsluft (oder gegebenenfalls Nullgas), durchströmt. Dabei wird mit der Messgaspumpe Umgebungsluft als Prüfgasstrom p über den Verdünnungsgaseinlass 8 angesaugt, strömt durch den Verdünnungsgas-Massenflussmesser 9, den Durchflussregler 10, die Mischeinheit 3, die Messzelle 5 und den MessgasMassenflussmesser 5, und wird über den Abgasausgang 16 abgegeben. Der Rohgaseinlass 2 ist dabei geschlossen. Da somit sowohl der Messgas-Massenflussmesser 5, als auch der Verdünnungsgas-Massenflussmesser 9 von demselben Prüfgasstrom p mit derselben Gaszusammensetzung (Feuchte, CO2, NOx,...) durchflossen wird, kann der Messwert des MessgasMassenflussmesser 5 auf den Messwert des Verdünnungsgas-Massenflussmessers 9 kalibriert werden, sodass die (kalibrierten) Messwerte der beiden Flussmesser übereinstimmen.In order to carry out a relative calibration before a measurement, the measuring gas mass flow meter 5 and the diluent gas mass flow meter 9 are connected in series and flowed through with an identical gas composition, preferably ambient air (or possibly zero gas). Ambient air is sucked in as test gas stream p via the dilution gas inlet 8 with the sample gas pump, flows through the dilution gas mass flow meter 9, the flow controller 10, the mixing unit 3, the measuring cell 5 and the measurement gas mass flow meter 5, and is emitted via the exhaust gas outlet 16. The raw gas inlet 2 is closed. Since both the sample gas mass flow meter 5 and the dilution gas mass flow meter 9 are traversed by the same test gas flow p with the same gas composition (humidity, CO 2 , NOx, ...), the measurement value of the measurement gas mass flow meter 5 can be adjusted to the measurement value of the dilution gas Mass flow meter 9 are calibrated so that the (calibrated) measured values of the two flow meters match.
[0040] Zusätzlich kann während der Kalibrierung der Anteil von Komponenten in der Gaszusammensetzung mit den Messsonden 12a-12d gemessen werden, insbesondere eine Feuchte, ein CO2-Anteil, ein Stickstoffanteil und/oder eine Stickoxidanteil. Während der auf die Kalibrierung folgenden Messung können eine oder mehrere der Komponenten im Verdünnungsgasstrom v oder dem Messgasstrom m laufend ermittelt werden, und die Kalibrierung kann auf Basis bekannter oder zuvor ermittelter Querempfindlichkeiten korrigiert werden, falls bekannt ist, dass sich Querempfindlichkeiten unterschiedlich auf einzelne Komponenten auswirken.In addition, the proportion of components in the gas composition can be measured with the measuring probes 12a-12d during the calibration, in particular a humidity, a CO 2 proportion, a nitrogen proportion and / or a nitrogen oxide proportion. During the measurement following the calibration, one or more of the components in the diluent gas stream v or the sample gas stream m can be continuously determined, and the calibration can be corrected on the basis of known or previously determined cross-sensitivities if it is known that cross-sensitivities have different effects on individual components ,
[0041] Alternativ kann die Relativkalibrierung auch über ein trockenes, vorkonditionierte Nullgas bekannter Zusammensetzung erfolgen, das über den Nullgaseingang 14 in der gleichen Weise wie zuvor beschrieben als Prüfgasstrom p verwendet wird.Alternatively, the relative calibration can also be carried out using a dry, preconditioned zero gas of known composition, which is used as the test gas flow p via the zero gas inlet 14 in the same manner as previously described.
[0042] Die Relativkalibrierung kann in mehreren Schritten ausgeführt werden, etwa um die Kalibrierung bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten durchzuführen.[0042] The relative calibration can be carried out in several steps, for example in order to carry out the calibration at different flow rates.
[0043] Da die Messzelle 4 während der Kalibrierung nicht für die eigentliche Messung des eigentlichen Messbestandteils verwendet wird (der Rohgaseinlass 2, über den der Messbestandteil zugeführt wird, ist ja bei der Kalibrierung geschlossen), kann für die Ermittlung eines Anteils einer Komponente anstelle der Messsonden 12a-12d auch die Messzelle 4 verwendetSince the measuring cell 4 is not used during the calibration for the actual measurement of the actual measurement component (the raw gas inlet 2, via which the measurement component is supplied, is closed during the calibration), a component can be determined instead of the for determining a proportion Measuring probes 12a-12d also use measuring cell 4
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Patentamt werden. Voraussetzung ist, dass die Messzelle 4 eine ausreichend große Querempfindlichkeit auf diese Komponente aufweist. Insbesondere besteht bei photoakustischen Messzellen mitunter eine ausgeprägte Querempfindlichkeit auf Wasserdampf, die sich zur Messung der Feuchte im Prüfgasstrom verwenden lässt. Die jeweilige Querempfindlichkeit ist abhängig von der konkreten Ausgestaltung der Messzelle 4 und von der Anregefrequenz, die üblicherweise zur Minimierung störender Querempfindlichkeiten ausgelegt ist. Dennoch lassen sich bestimmte Querempfindlichkeiten nicht vollständig vermeiden, sodass oft eine Messung bestimmter Komponenten möglich ist, was hier erfindungsgemäß ausgenutzt werden kann.Become a patent office. The prerequisite is that the measuring cell 4 has a sufficiently high cross sensitivity to this component. In particular, there is sometimes a pronounced cross-sensitivity to water vapor in photoacoustic measuring cells, which can be used to measure the moisture in the test gas stream. The respective cross sensitivity depends on the specific design of the measuring cell 4 and on the excitation frequency, which is usually designed to minimize interfering cross sensitivities. Nevertheless, certain cross-sensitivities cannot be completely avoided, so that it is often possible to measure certain components, which can be used here according to the invention.
[0044] Nach erfolgter Kalibrierung kann dann mit der eigentlichen Messung begonnen werden.After calibration, the actual measurement can then be started.
[0045] Dabei wird über den Rohgaseinlass 2 und den Rohgaspfad 1 das Rohgas mit dem zu ermittelnden Messbestandteil (z.B. Rußpartikel) als Rohgasstrom r der Mischeinheit 3 zugeführt, in der Mischeinheit 3 mit dem Verdünnungsgasstrom v vermischt und dann als Messgasstrom m durch die Messzelle 4 geleitet. Die Messzelle 4 erzeugt dabei ein Messsignal. Bei einer photoakustischen Messzelle 4 wird das Messgas mittels Laserstrahlung angeregt, und das dabei erzielte akustische Signal wird von einem Mikrophon aufgezeichnet. Dieses Signal (bzw. der aus diesem Signal ausgewertete Wert) stellt das Messsignal dar.The raw gas with the measuring component to be determined (for example soot particles) is fed as raw gas stream r to the mixing unit 3 via the raw gas inlet 2 and the raw gas path 1, mixed in the mixing unit 3 with the dilution gas stream v and then as the measuring gas stream m through the measuring cell 4 directed. The measuring cell 4 generates a measuring signal. In the case of a photoacoustic measuring cell 4, the measuring gas is excited by means of laser radiation, and the acoustic signal obtained is recorded by a microphone. This signal (or the value evaluated from this signal) represents the measurement signal.
[0046] Um aus dem Messsignal zu dem Messwert des Messbestandteils zu gelangen, muss zuerst die aktuelle Verdünnung „herausgerechnet“ werden. Dies ist einfach möglich, da ja die Verdünnung ständig über den Durchflussregler 10 auf Basis der Messwerte des MessgasMassenflussmessers 5 und des Verdünnungsgas-Massenflussmessers 9 auf einen bekannten Verdünnung geregelt wird. Auf Basis dieser bekannten Verdünnung wird aus dem Messsignal ein (vorerst unkorrigierter) Messwert ermittelt. Dieser unkorrigierte Messwert kann jedoch (trotz der erfolgten Kalibrierung) fehlerbehaftet sein, nämlich dann, wenn eine Änderung des Anteils einer (oder mehrerer) Komponenten aufgrund von Querempfindlichkeiten den Messwert der Massenflussmesser relativ zueinander „verschoben“ hat, sodass die zuvor unter anderen Bedingungen vorgenommene Relativkalibrierung nicht mehr stimmt. Während der Messung bewirkt eine fehlerhafte Relativkalibrierung unmittelbar, dass die Regelung des Durchflussreglers 10 auf einer falschen Messbasis basiert. Dies wirkt sich wiederum auf die Verdünnungsrate aus, wodurch unmittelbar der Messwert, der auf Basis dieser Verdünnungsrate erzeugt wurde, verfälscht wird.In order to get from the measurement signal to the measurement value of the measurement component, the current dilution must first be “calculated out”. This is easily possible, since the dilution is constantly regulated to a known dilution via the flow controller 10 on the basis of the measured values of the sample gas mass flow meter 5 and the diluent gas mass flow meter 9. On the basis of this known dilution, a (initially uncorrected) measured value is determined from the measurement signal. However, this uncorrected measured value can be faulty (despite the calibration being carried out), namely if a change in the proportion of one (or more) components has "shifted" the measured value of the mass flow meter relative to one another due to cross-sensitivity, so that the relative calibration previously performed under other conditions no longer true. During the measurement, a faulty relative calibration immediately causes the regulation of the flow controller 10 to be based on an incorrect measurement basis. This in turn affects the dilution rate, which immediately falsifies the measured value that was generated on the basis of this dilution rate.
[0047] In der Praxis ist dies beispielsweise immer dann relevant, wenn sich ein Anteil einer Komponente während einer Messung gegenüber dem Anteil während der Kalibrierung verändert. Vom Anmelder an einer Versuchsanordnung durchgeführte Untersuchungen haben beispielsweise ergeben, dass eine Veränderung der Umgebungsluft (d.h. der Luft, mit der die Kalibrierung durchgeführt wird) von 22 °C bei 30% Luftfeuchtigkeit bei der Kalibrierung auf 40 °C bei 75% Luftfeuchtigkeit während der Messung eine Fehlmessung des als Blendenanordnung ausgeführten Messgas-Massenflussmessers von 0,11 l/min gegenüber der Messung des kalorimetrischen Verdünnungsgas-Massenflussmessers bewirkte (bei einem Gesamtfluss von ca. 6 l/min). Die Anmelder haben berechnet, dass diese Abweichung in der Praxis (abhängig von der Verdünnungsrate und dem Gesamtfluss) zu einem Verdünnungsfehler von bis zu 33 % führen kann.In practice, this is always relevant, for example, when a portion of a component changes during a measurement compared to the portion during calibration. Investigations carried out by the applicant on a test arrangement have shown, for example, that a change in the ambient air (ie the air with which the calibration is carried out) from 22 ° C. at 30% atmospheric humidity during calibration to 40 ° C. at 75% atmospheric humidity during the measurement an incorrect measurement of the sample gas mass flow meter, designed as an orifice arrangement, of 0.11 l / min compared with the measurement of the calorimetric diluent gas mass flow meter (with a total flow of approx. 6 l / min). Applicants have calculated that in practice (depending on the dilution rate and the total flow) this deviation can lead to a dilution error of up to 33%.
[0048] Dieselbe Problematik kann in der Praxis relevant werden, beispielsweise wenn eine Testfahrt von einer tropischen Umgebung (Kalibrierung mit hoher Luftfeuchtigkeit) in eine Bergregion (geringe Luftfeuchtigkeit) führt oder umgekehrt. Problematisch könnte sich auch eine Kalibrierung mit Umgebungsluft bei hoher Luftfeuchtigkeit auswirken, wenn dann während der Messung die Verdünnungsluft über einen Luftstromtrockner geführt und getrocknet wird.The same problem can be relevant in practice, for example if a test drive leads from a tropical environment (calibration with high humidity) to a mountain region (low humidity) or vice versa. Calibration with ambient air at high humidity could also be problematic if the dilution air is then passed over an airflow dryer and dried during the measurement.
[0049] Um diese Problematik auszugleichen werden die unterschiedlichen Auswirkungen der geänderten Feuchtigkeit auf den Verdünnungsgas-Massenflussmesser und den MessgasMassenflussmesser ermittelt, und diese Auswirkungen werden in der Korrekturfunktion abgebildet. Während der Messung wird mit dem Feuchtesensor 12b laufend die Feuchtigkeit des Verdünnungsluftstroms gemessen. Sobald sich die Feuchte von dem bei der Kalibrierung gemessenen Wert unterscheidet, wird die Relativkalibrierung mit der Korrekturfunktion angepasst undIn order to compensate for this problem, the different effects of the changed moisture on the diluent gas mass flow meter and the measurement gas mass flow meter are determined, and these effects are mapped in the correction function. During the measurement, the moisture of the dilution air flow is continuously measured with the moisture sensor 12b. As soon as the humidity differs from the value measured during calibration, the relative calibration is adjusted with the correction function and
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Patentamt dadurch die Messunterschiede zwischen Verdünnungsgas-Massenflussmesser und den Messgas-Massenflussmesser wieder ausgeglichen.Patent office thereby compensated for the measurement differences between the dilution gas mass flow meter and the sample gas mass flow meter.
[0050] Entsprechende Korrekturfunktionen können nicht nur für die Feuchte, sondern auch für andere Komponenten des Verdünnungsgasstroms v angewendet werden, wobei die erforderlichen Anpassungen bei Kenntnis der Lehren dieser Offenbarung im Bereich der Kenntnisse eines Durchschnittsfachmanns liegen.Corresponding correction functions can be used not only for the moisture, but also for other components of the diluent gas stream v, the necessary adaptations being within the knowledge of one of ordinary skill in the art, given the knowledge of the teachings of this disclosure.
[0051] Eine Korrekturfunktion kann nicht nur für Komponenten des Verdünnungsluftstroms v, sondern allgemein für Komponenten verwendet werden, deren Anteile sich lediglich auf einen der Massenflussmesser auswirken. Dies ist insbesondere dann zu berücksichtigen, wenn die entsprechende Komponente mit dem Rohgasstrom r zugeführt wird, und daher zwar im Messgasstrom m vorhanden ist, der den Messgas-Massenflussmesser 5 durchströmt, nicht aber im Verdünnungsgasstrom v, der den Verdünnungsgas-Massenflussmesser 9 durchströmt. Auch in diesem Fall kann aufgrund der Querempfindlichkeit des Messgas-Massenflussmessers 5 auf die Komponente eine Fehlmessung auftreten, die von der Relativkalibrierung nicht ausgeglichen wurde. Im Zusammenhang mit der Abgasmessung von Verbrennungsmotoren sind in diesem Zusammenhang insbesondere der CO2-Anteil und der Feuchteanteil im Rohgasstrom r relevant. Vor allem CO2 im zu messenden Rohgas wirkt sich bemerkbar auf den Ausgabewert von Massenflussmessern aus, sowohl bei thermischen Massenflussmessern, als auch bei Messblenden.A correction function can be used not only for components of the dilution air flow v, but generally for components whose proportions only affect one of the mass flow meters. This must be taken into account in particular if the corresponding component is supplied with the raw gas flow r and is therefore present in the measurement gas flow m which flows through the measurement gas mass flow meter 5, but not in the dilution gas flow v which flows through the dilution gas mass flow meter 9. In this case too, an incorrect measurement can occur due to the cross-sensitivity of the measuring gas mass flow meter 5 to the component, which measurement was not compensated for by the relative calibration. In connection with the exhaust gas measurement of internal combustion engines, the CO 2 portion and the moisture portion in the raw gas stream r are particularly relevant in this context. In particular, CO 2 in the raw gas to be measured has a noticeable effect on the output value of mass flow meters, both with thermal mass flow meters and with orifice plates.
[0052] Um die Auswirkungen von Änderungen der CO2-Konzentration im Messergebnis korrigieren zu können, wird erfindungsgemäß der CO2-Anteil im Messgasstrom m mit dem CO2Sensor gemessen. Ändert sich der CO2-Anteil wird der Messwert bzw. die Verdünnungsrate auf Basis zuvor ermittelter Querempfindlichkeiten korrigiert.In order to be able to correct the effects of changes in the CO 2 concentration in the measurement result, according to the invention the CO 2 portion in the measurement gas flow m is measured with the CO 2 sensor. If the CO 2 content changes, the measured value or the dilution rate is corrected on the basis of previously determined cross-sensitivities.
[0053] Auf ähnliche Weise kann auch eine Korrekturfunktion für andere Komponenten im Rohgasstrom r, etwa eine geänderte Feuchte, ein geänderter Stickstoffanteil oder ein geänderter Anteil an Stickoxiden, implementiert werden, wobei gegebenenfalls entsprechende zusätzliche Sensoren am Messgaspfad 13 und/oder am Verdünnungsgaspfad 7 und/oder am Rohgaspfad 1 vorzusehen sind.In a similar way, a correction function for other components in the raw gas stream r, for example a changed humidity, a changed nitrogen content or a changed content of nitrogen oxides, can be implemented, with corresponding additional sensors on the measurement gas path 13 and / or on the dilution gas path 7 and / or must be provided on raw gas path 1.
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PatentamtPatent Office
BEZUGSZEICHEN:REFERENCE NUMBERS:
Rohgaspfad 1Raw gas path 1
Rohgaseinlass 2Raw gas inlet 2
Mischeinheit 3Mixing unit 3
Messzelle 4Measuring cell 4
Messgas-Massenflussmesser 5Sample gas mass flow meter 5
Messgaspumpe 6Sample gas pump 6
Verdünnungspfad 7Dilution path 7
Verdünnungsgaseinlass 8Diluent gas inlet 8
Verdünnungsgas-Massenflussmesser 9Diluent gas mass flow meter 9
Durchflussregler 10Flow controller 10
Recheneinheit 11Computing unit 11
Messsonde 12Measuring probe 12
Messgaspfad 13Sample gas path 13
Nullgaseinlass 14Zero gas inlet 14
Schaltventil 15Switch valve 15
Abgasausgang 16Exhaust outlet 16
Rohgasstrom rRaw gas flow r
Verdünnungsgasstrom vDiluent gas stream v
Messgasstrom mSample gas flow m
Prüfgasstrom pTest gas flow p
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2018
- 2018-11-20 DE DE102018129195.7A patent/DE102018129195A1/en not_active Withdrawn
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