AT522327A4

AT522327A4 - Ion generating unit

Info

Publication number: AT522327A4
Application number: ATA50537/2019A
Authority: AT
Original assignee: Avl List Gmbh; Avl Ditest Gmbh
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2020-10-15
Also published as: AT522327B1

Abstract

Ionenerzeugungseinheit (7) mit zumindest einer Koronanadel (9), zumindest einer von der Koronanadel (9) beabstandeten Elektrode (11) und einer Hochspannungseinheit (13). Mittels der Hochspannungseinheit (13) ist zwischen der zumindest einen Koronanadel (9) und der Elektrode (11) eine Spannungsdifferenz aufbaubar, welche einen Ionen bildenden Koronabereich (14) erzeugt. Die Ionenerzeugungseinheit (7) weist eine Vielzahl an Koronanadeln (9) auf, deren Position relativ zur Elektrode (11) verstellbar ist.Ion generation unit (7) with at least one corona needle (9), at least one electrode (11) spaced apart from the corona needle (9) and a high-voltage unit (13). By means of the high-voltage unit (13), a voltage difference can be built up between the at least one corona needle (9) and the electrode (11), which difference generates an ion-forming corona region (14). The ion generation unit (7) has a large number of corona needles (9), the position of which can be adjusted relative to the electrode (11).

Description

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lonenerzeugungseinheit ion generation unit

Die Erfindung betrifft eine lonenerzeugungseinheit mit zumindest einer Koronanadel, zumindest einer von der Koronanadel beabstandeten Elektrode und einer Hochspannungseinheit, wobei mittels der Hochspannungseinheit zwischen der Spitze der zumindest einen Koronanadel und der Elektrode eine Spannungsdifferenz aufbaubar ist, The invention relates to an ion generation unit with at least one corona needle, at least one electrode spaced apart from the corona needle and a high-voltage unit, a voltage difference being able to be built up between the tip of the at least one corona needle and the electrode by means of the high-voltage unit,

welche einen lonen bildenden Koronabereich erzeugt. which creates an ion-forming corona area.

Für die Zählung und/oder Messung der Konzentration von in einem Fluidstrom enthaltenen Partikeln können Vorrichtungen zur Koronaentladung genutzt werden, welche die Partikel durch Diffusionsaufladung elektrisch aufladen. Die geladenen Partikel können dann aufgrund ihrer Ladung gemessen werden, wobei dazu im Allgemeinen ein partikelinduziertes Stromsignal ausgewertet wird, welches proportional zur Konzentration der Partikel im For counting and / or measuring the concentration of particles contained in a fluid stream, devices for corona discharge can be used, which electrically charge the particles by diffusion charging. The charged particles can then be measured on the basis of their charge, a particle-induced current signal generally being evaluated for this purpose, which is proportional to the concentration of the particles in the

Fluidstrom ist. Fluid flow is.

Eine Koronaentladung wird durch ein nicht-einheitliches elektrostatisches Feld erzeugt, das zwischen einer Hochspannungs-Elektrode und einer Ground-Elektrode gebildet wird. Die Hochspannungs-Elektrode wird üblicherweise entweder als ein in einer als Ground-Elektrode wirkenden Röhre konzentrisch angeordneter Draht (Koronadraht), oder als Nadel (Koronanadel) ausgeführt, deren Spitze einen definierten Elektrodenabstand zu einer A corona discharge is generated by a non-uniform electrostatic field that is formed between a high-voltage electrode and a ground electrode. The high-voltage electrode is usually designed either as a wire (corona wire) arranged concentrically in a tube acting as a ground electrode, or as a needle (corona needle), the tip of which has a defined distance between the electrodes

plattenförmig ausgebildeten Elektrode aufweist. Has plate-shaped electrode.

In einer durch Stoßionisation bewirkten Kettenreaktion wird in einem Koronabereich eine dichte Wolke an positiven lonen und freien Elektronen erzeugt. Die geladenen lonen diffundieren aufgrund ihrer brownschen Bewegung und lagern sich dadurch auf den In a chain reaction caused by impact ionization, a dense cloud of positive ions and free electrons is generated in a corona area. The charged ions diffuse due to their Brownian movement and are thereby deposited on the

vorhandenen Partikeln an. existing particles.

Ein bekanntes Problem von Vorrichtungen zur Koronaentladung ist ein im Betrieb auftretendes Altern der Hochspannungs-Elektrode aufgrund von Siliziumoxidschichten, die sich an der Oberfläche bilden und deren Leistung verringern. Dies führt zu hohen A known problem with devices for corona discharge is aging of the high-voltage electrode which occurs during operation due to silicon oxide layers which form on the surface and reduce their performance. This leads to high

Wartungsaufwänden und kurzen Wartungsintervallen. Maintenance costs and short maintenance intervals.

Es ist eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, diese und weitere Nachteile des It is an object of the subject invention to address these and other disadvantages of the

Standes der Technik zu beheben. State of the art to fix.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine lonenerzeugungseinheit der eingangs genannten Art gelöst, die eine Vielzahl an Koronanadeln aufweist, deren Position relativ zur Elektrode verstellbar ist. Durch die Vielzahl an Nadeln werden die negativen Auswirkungen von Siliziumoxidschichten verringert, wobei durch ein Nachstellen der Nadelpositionen (d.h. insbesondere ein Verringern des Abstands zwischen Nadelspitzen und Elektrode) die According to the invention, this object is achieved by an ion generation unit of the type mentioned at the outset which has a large number of corona needles whose position can be adjusted relative to the electrode. The large number of needles reduces the negative effects of silicon oxide layers, whereby by readjusting the needle positions (i.e. in particular reducing the distance between the needle tips and the electrode) the

Leistungsfähigkeit der lonenerzeugungseinheit auch dann aufrechterhalten werden kann, The efficiency of the ion generation unit can also be maintained,

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wenn sich bereits auf einigen oder auf allen Koronanadeln Siliziumoxidschichten abgelagert if silicon oxide layers have already been deposited on some or all of the corona needles

haben. to have.

In vorteilhafter Weise können die Koronanadeln auf einem gemeinsamen Nadelhalter angeordnet sein, wobei die Position des Nadelhalters mittels eines Stellmotors verstellbar ist. Einerseits erlaubt dies eine definierte gleichzeitige und gleichartige Verstellung aller Koronanadeln, andererseits können die Koronanadeln am Nadelhalter zu Wartungszwecken schnell und einfach ausgetauscht werden. Es ist auch möglich, die Koronanadeln in mehreren Gruppen auf mehreren Nadelhaltern anzuordnen, wobei für viele Fälle ein einziger The corona needles can advantageously be arranged on a common needle holder, the position of the needle holder being adjustable by means of a servomotor. On the one hand, this allows a defined, simultaneous and similar adjustment of all corona needles; on the other hand, the corona needles on the needle holder can be exchanged quickly and easily for maintenance purposes. It is also possible to arrange the corona needles in several groups on several needle holders, whereby in many cases only one

Nadelhalter ausreichend ist. Needle holder is sufficient.

Die Anzahl der Koronanadeln, die auf dem Nadelhalter angeordnet sind, ist im Wesentlichen durch die Größe der Koronanadeln, die Intensität des zu erzeugenden lonenstroms, die Intensität und Regelbarkeit der auf die Nadeln angelegten Spannungsdifferenz, und die Größe der Vorrichtung, in der die lonenerzeugungseinheit verwendet werden soll, bestimmt. So können für manche Anwendungen einige wenige (d.h. beispielsweise 2 bis 10) Koronanadeln ausreichend sein, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erzielen. Dabei ist zu beachten, dass die Wartung der Vorrichtung umso einfacher ist, je weniger Koronanadeln am Nadelhalter auszutauschen sind. Allerdings sollte eine ausreichende Zahl an Koronanadeln vorhanden sein, um die erfindungsgemäßen Effekte optimal auszunutzen. In praktischen Versuchen hat sich im Zusammenhang mit der Messung der Partikelkonzentration von Diesel-Verbrennungsmotoren eine Anzahl von etwa 10 bis 20 Koronanadeln als vorteilhafte Größenordnung herausgestellt um die erfindungsgemäßen The number of corona needles arranged on the needle holder is essentially determined by the size of the corona needles, the intensity of the ion current to be generated, the intensity and controllability of the voltage difference applied to the needles, and the size of the device in which the ion generation unit is used should be determined. For some applications, a few (i.e., for example, 2 to 10) corona needles may be sufficient to achieve the advantages of the invention. It should be noted that the maintenance of the device is easier, the fewer corona needles on the needle holder have to be replaced. However, there should be a sufficient number of corona needles in order to optimally utilize the effects according to the invention. In practical tests, in connection with the measurement of the particle concentration of diesel internal combustion engines, a number of approximately 10 to 20 corona needles has proven to be an advantageous order of magnitude around those according to the invention

Effekte mit relativ geringem Wartungsaufwand zu maximieren. Maximize effects with relatively little maintenance.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Elektrode eine ionendurchlässige Struktur aufweisen. Dadurch lässt sich ein lonenstrom erzeugen, der ausgehend vom Koronabereich durch die Elektrode verläuft. Beispielsweise kann die Elektrode aus einem feinmaschigen, In an advantageous embodiment, the electrode can have an ion-permeable structure. This makes it possible to generate an ion current which, starting from the corona area, runs through the electrode. For example, the electrode can be made of a fine-meshed,

jonendurchlässigen Drahtgitter bestehen. Ion-permeable wire mesh.

Die Koronanadeln können in vorteilhafter Weise aus einem korrosionsbeständigen Metall, wie etwa Edelstahl, Wolfram, Tantal oder entsprechenden Legierungen bestehen und The corona needles can advantageously consist of a corrosion-resistant metal such as stainless steel, tungsten, tantalum or corresponding alloys

vorzugsweise eine Stecknadelform aufweisen. preferably have a pin shape.

In vorteilhafter Weise kann an einer den Koronanadeln gegenüberliegenden Seite der Elektrode eine lonenfalle angeordnet sein, wodurch sich ein lonenstrom ausgehend vom Advantageously, an ion trap can be arranged on a side of the electrode opposite the corona needles, as a result of which an ion flow starting from the

Koronabereich, durch die Elektrode hindurch zu der lonenfalle hin aufbauen lässt. Corona area, through which the electrode can build up towards the ion trap.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann eine lonenstrommesseinheit zur Ermittlung einer lonendichte eines von der In a further advantageous embodiment of the invention, an ion current measuring unit for determining an ion density can be one of the

lonenerzeugungseinheit erzeugten lonenstroms vorgesehen sein. Dies ermöglicht eine Ion flow generated ion generation unit be provided. This enables a

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Überprüfung der Funktionalität der lonenerzeugungseinheit und ein Einstellen bzw. Einregeln Checking the functionality of the ion generation unit and setting or adjusting

auf eine gewünschte lonendichte. to a desired ion density.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Hochspannungseinheit und/oder der Stellmotor mit einer Regelungsvorrichtung regelbar A further advantageous embodiment of the invention can provide that the high-voltage unit and / or the servomotor can be regulated with a control device

sind, wodurch der von der lonenerzeugungseinheit erzeugte lonenstrom regelbar ist. are, whereby the ion flow generated by the ion generation unit can be regulated.

In vorteilhafter Weise kann dabei die Regelungsvorrichtung mit der lonenstrommesseinheit verbunden sein. Dadurch lässt sich die lonenerzeugungseinheit auf einfache Weise auf The regulating device can advantageously be connected to the ion current measuring unit. The ion generation unit can thereby be opened in a simple manner

einen bestimmten lonenstrom regeln. regulate a certain ion flow.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Regelungsvorrichtung zwischen einer Regelung der Hochspannungseinheit und einer Regelung des Stellmotors umschaltbar sein. So kann es am Anfang des Wartungsintervalls mit neuen Koronanadeln ausreichend sein, die gewünschte Intensität des lonenstroms ausschließlich durch eine Regelung der von der Hochspannungseinheit erzeugten Spannungsdifferenz aufrechtzuerhalten. Sobald dies aufgrund der zunehmenden Verunreinigung der Koronanadeln nicht mehr möglich ist, kann die Regelung automatisch oder durch Bedieneingriff auf eine Regelung des Stellmotors umgeschaltet werden. Dadurch lässt sich die Intensität des lonenstroms durch Verstellung des Elektrodenabstands (d.h. des Abstands zwischen den Spitzen der Koronanadeln und der Elektrode) weiter regeln. Gegebenenfalls kann die Regelung nach einer Anpassung des Elektrodenabstandes wieder auf die Regelung der Hochspannungseinheit wechseln bzw. zurückgeschaltet werden. Die Wartungsintervalle zum Austauschen der Koronanadeln In an advantageous embodiment, the control device can be switched between control of the high-voltage unit and control of the servomotor. Thus, at the beginning of the maintenance interval with new corona needles, it may be sufficient to maintain the desired intensity of the ion flow exclusively by regulating the voltage difference generated by the high-voltage unit. As soon as this is no longer possible due to the increasing contamination of the corona needles, the control can be switched to a control of the servomotor automatically or by operator intervention. This allows the intensity of the ion current to be regulated further by adjusting the distance between the electrodes (i.e. the distance between the tips of the corona needles and the electrode). If necessary, after an adjustment of the electrode spacing, the regulation can switch back to the regulation of the high-voltage unit or be switched back. The maintenance intervals for replacing the corona needles

lassen sich dadurch erheblich verlängern. can be extended considerably as a result.

Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Partikelmessgerät mit einer Diffusionsstrecke, welche einen Messgasstrom zu einer Messeinheit leitet, wobei im Messgasstrom mitgeführte zu messende Partikel in der Diffusionsstrecke durch lonendiffusion aufgeladen werden und wobei die Messeinheit die Ladung der mit dem Messgasstrom mitgeführten geladenen Partikel misst. Erfindungsgemäß ist an der Diffusionsstrecke eine oben beschriebene lonenerzeugungseinheit angeordnet. Beispielswese kann die lonenerzeugungseinheit so an der Diffusionsstrecke angeordnet sein, dass der lonenstrom im Wesentlichen quer zum Fluidstrom des Messgases durch die Diffusionsstrecke verläuft. Dabei können die Koronanadeln, der Koronabereich und die lonendurchlässige Elektrode an einer Seite der Diffusionsstrecke angeordnet sein und eine In a further aspect, the invention relates to a particle measuring device with a diffusion path which guides a measuring gas flow to a measuring unit, whereby particles to be measured carried along in the measuring gas flow are charged in the diffusion path by ion diffusion and the measuring unit measures the charge of the charged particles carried along with the measuring gas flow. According to the invention, an above-described ion generation unit is arranged on the diffusion path. For example, the ion generation unit can be arranged on the diffusion path in such a way that the ion flow runs essentially transversely to the fluid flow of the measurement gas through the diffusion path. The corona needles, the corona region and the ion-permeable electrode can be arranged on one side of the diffusion path and one

lonenfalle kann an der gegenüberliegenden Seite der Diffusionsstrecke angeordnet sein. Ion trap can be arranged on the opposite side of the diffusion path.

Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Regelung eines von einer oben beschriebenen erfindungsgemäßen lonenerzeugungseinheit erzeugten lonenstroms. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Istwert des lonenstroms auf einen Sollwert des The invention further relates to a method for regulating an ion stream generated by an ion generation unit according to the invention described above. In the method according to the invention, an actual value of the ion current is set to a desired value of

lonenstroms geregelt. Dadurch lässt sich, etwa für ein erfindungsgemäßes ion flow regulated. This allows, for example for an inventive

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Partikelmessgerät, ein konstanter lonenstrom einstellen, wodurch die Messgenauigkeit Particle measuring device, set a constant ion flow, thereby increasing the measurement accuracy

erhöht wird. is increased.

In vorteilhafter Weise kann eine Stellgröße der Regelung die von der Hochspannungseinheit erzeugte Spannungsdifferenz zwischen Koronanadeln und Elektrode sein. Dies erlaubt eine A manipulated variable of the regulation can advantageously be the voltage difference generated by the high-voltage unit between the corona needles and the electrode. This allows one

schnelle und effiziente Regelung. fast and efficient regulation.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine Stellgröße der Regelung ein Elektrodenabstand zwischen den Koronanadeln und der Elektrode sein. Dadurch lässt sich der lonenstrom auch bei einem höheren Abnutzungs- bzw. Verschmutzungsgrad der In a further advantageous embodiment, a manipulated variable of the regulation can be an electrode spacing between the corona needles and the electrode. As a result, the ion flow can be reduced even with a higher degree of wear and tear or contamination

Koronanadeln stabil halten. Keep corona needles stable.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren 1 und 2 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend The present invention is explained in more detail below with reference to the attached Figures 1 and 2, which are exemplary, schematic and non-limiting

vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt show advantageous embodiments of the invention. It shows

Fig.1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Partikelmessgeräts 1 shows a schematic representation of a particle measuring device according to the invention

und and

Fig. 2 einen beispielhaften Regelkreis, der zur Ausführung des erfindungsgemäßen Fig. 2 shows an exemplary control loop that is used to carry out the inventive

Verfahrens genutzt werden kann. Procedure can be used.

Fig. 1 zeigt in einer schematisierten Weise ein erfindungsgemäßes Partikelmessgerät 17, welches eine lonenerzeugungseinheit 7 beinhaltet. Ein Messgasstrom 1 wird über eine Diffusionsstrecke 2 geführt, in welcher die im Messgasstrom 1 enthaltenen zu messenden Partikel 3 mittels eines lonenstroms 4 aufgeladen werden (geladene Partikel 3°) und in einem geladenen Messgasstrom 1‘ zu einer Messeinheit 5 geleitet werden. Die Messeinheit 5 erzeugt ein partikelinduziertes Stromsignal, welches zur Ermittlung der Partikelkonzentration und/oder zur Partikelzählung in einer Auswerteeinheit 6 ausgewertet wird. Der Messgasstrom 1 kann beispielsweise ein zuvor behandelter oder unbehandelter, verdünnter oder unverdünnter Messgasstrom und insbesondere ein Abgasstrom aus einem 1 shows in a schematic manner a particle measuring device 17 according to the invention which contains an ion generation unit 7. A measuring gas stream 1 is passed over a diffusion path 2 in which the particles 3 to be measured contained in the measuring gas stream 1 are charged by means of an ion stream 4 (charged particles 3 °) and are conducted in a charged measuring gas stream 1 ‘to a measuring unit 5. The measuring unit 5 generates a particle-induced current signal which is evaluated in an evaluation unit 6 to determine the particle concentration and / or to count the particles. The measurement gas flow 1 can, for example, be a previously treated or untreated, diluted or undiluted measurement gas flow and in particular an exhaust gas flow from a

Verbrennungsmotor sein. Be internal combustion engine.

Der lonenstrom 4 wird von einer an einer Seite der Diffusionsstrecke 2 angeordneten lonenerzeugungseinheit 7 erzeugt, wobei an der gegenüberliegenden Seite der Diffusionsstrecke 2 eine lonenfalle 8 angeordnet ist, die (für positive lonen) auf einem The ion stream 4 is generated by an ion generation unit 7 arranged on one side of the diffusion path 2, with an ion trap 8 being arranged on the opposite side of the diffusion path 2, which (for positive ions) is on a

negativen Potential gehalten wird und als Senke für überschüssige lonen dient. negative potential is held and serves as a sink for excess ions.

Die lonenerzeugungseinheit 7 weist eine Vielzahl an Koronanadeln 9 auf, die an einem Nadelhalter 10 angeordnet sind. Die Spitzen 19 der Koronanadeln 9 weisen eine einstellbare Entfernung zu einer plattenförmigen Elektrode 11 auf. Die Elektrode 11 ist mit einer jonendurchlässigen Struktur 12, beispielsweise einem Gitter, versehen. Vorzugsweise ist die The ion generation unit 7 has a multiplicity of corona needles 9 which are arranged on a needle holder 10. The tips 19 of the corona needles 9 are at an adjustable distance from a plate-shaped electrode 11. The electrode 11 is provided with an ion-permeable structure 12, for example a grid. Preferably the

Elektrode 11 als flaches Metallgitter ausgebildet. Mit einer Hochspannungseinheit 13 wird an Electrode 11 designed as a flat metal grid. With a high voltage unit 13 is on

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die Koronanadeln 9 eine Hochspannung angelegt, wobei sich aufgrund der hohen Spannungsdifferenz zwischen den Spitzen 19 und der Elektrode 11 ein Koronabereich 14 A high voltage is applied to the corona needles 9, with a corona region 14 being due to the high voltage difference between the tips 19 and the electrode 11

ausbildet, in dem sich lonen bilden, die den lonenstrom 4 speisen. forms in which ions are formed which feed the ion stream 4.

Der Vorteil mehrfacher Koronanadeln 9 ist hauptsächlich ein wartungstechnischer. In der dargestellten Ausführungsform bilden die Koronanadeln 9 die Hochspannungs-Elektrode, während die hierin mit dem Bezugszeichen 11 gekennzeichnete Elektrode die GroundElektrode darstellt. Allgemein bilden sich bei der Korona-Aufladungen Siloxane, welche sich auf den Hochspannungs-Elektroden (insbesondere an den Spitzen 19 der Koronanadeln 9) als isolierende Siliziumoxidschicht ablagern. Bei der Verwendung von mehreren spitzen Koronanadeln 9 erfolgt die Siloxanablagerung aufgrund der unterschiedlichen Nadelpositionen jedoch nicht in gleicher Weise. Wenn sich daher auf einer Koronanadel eine starke Siliziumoxidschicht angelagert hat, stehen noch immer genügend andere Koronanadeln zur Verfügung, welche den gewünschten Sollwert des lonenstroms 4 gewährleisten, wobei gegebenenfalls der Wert der Hochspannung nachgeregelt werden kann, wie untenstehend erörtert ist. Somit kann eine wesentliche Verlängerung der The advantage of multiple corona needles 9 is mainly maintenance-related. In the embodiment shown, the corona needles 9 form the high-voltage electrode, while the electrode identified here by the reference numeral 11 represents the ground electrode. In general, during corona charging, siloxanes are formed, which are deposited on the high-voltage electrodes (in particular on the tips 19 of the corona needles 9) as an insulating silicon oxide layer. When using several pointed corona needles 9, the siloxane is not deposited in the same way because of the different needle positions. If, therefore, a thick silicon oxide layer has deposited on a corona needle, there are still enough other corona needles available which ensure the desired target value of the ionic current 4, with the value of the high voltage being able to be readjusted if necessary, as discussed below. Thus, a substantial extension of the

Wartungsintervalle erzielt werden. Maintenance intervals can be achieved.

Einen weiteren Vorteil bietet die Verwendung von kostengünstigen Stecknadeln als Koronanadeln 9 der lonenerzeugungseinheit 7. Solche Stecknadeln sind beispielsweise als "Insektennadeln" in Edelstahlausführung erhältlich und können bei der Wartung auf einfache The use of inexpensive pins as corona pins 9 of the ion generating unit 7 offers a further advantage. Such pins are available, for example, as "insect pins" in stainless steel and can be easily serviced

Weise getauscht werden. Way to be exchanged.

Erfindungsgemäß wird die Korona-Entladung mittels mehrerer Koronanadeln 9 zur Erzeugung von positiven lonen genutzt. Die im Koronabereich 14 entstehenden lonen strömen, getrieben von einer negativen Saugspannung, in die Diffusionsstrecke 2 der vom Messgasstrom 3 mit den zu ladenden Partikeln 3 durchströmt wird. In der Diffusionsstrecke 2 geschieht die Diffusionsaufladung, bei der die leichten lonen aufgrund ihrer hohen Mobilität auf die Partikeloberflächen diffundieren. Die Partikel 3‘ akquirieren auf diese Weise die Ladung der angelagerten lonen und können in weiterer Folge ein Spiegelladungssignal in einem Faraday-Käfig induzieren. Dieses transiente Spiegelladungssignal kann mittels eines Elektrometers als elektrischer Strom gemessen werden (etwa mittels eines FaradaycupElektrometers - FCEM). Dies erfolgt in der Messeinheit 5. According to the invention, the corona discharge is used by means of a plurality of corona needles 9 to generate positive ions. The ions generated in the corona region 14 flow, driven by a negative suction voltage, into the diffusion path 2 through which the measuring gas flow 3 with the particles 3 to be charged flows. Diffusion charging takes place in the diffusion path 2, in which the light ions diffuse onto the particle surfaces due to their high mobility. In this way, the particles 3 acquire the charge of the accumulated ions and can subsequently induce a mirror charge signal in a Faraday cage. This transient mirror charge signal can be measured as an electrical current using an electrometer (e.g. using a Faradaycup electrometer - FCEM). This takes place in the measuring unit 5.

Das elektrische Feld zur lonisierung befindet sich im Koronabereich 14 nahe der Spitzen 19 der Koronanadeln 9 und hängt einerseits vom Wert der Hochspannung (typischerweise einige kV) und andererseits vom Elektrodenabstand x der Spitzen 19 zur Elektrode 11 ab. Je geringer der Elektrodenabstand x ist, desto höher ist das elektrische Feld. Der Nadelhalter 10 ist verschiebbar gelagert, wobei die Verschiebung mittels eines Stellmotors 15 erfolgt. Die The electrical field for ionization is located in the corona region 14 near the tips 19 of the corona needles 9 and depends on the one hand on the value of the high voltage (typically a few kV) and on the other hand on the distance x between the tips 19 and the electrode 11. The smaller the electrode spacing x, the higher the electric field. The needle holder 10 is mounted displaceably, the displacement taking place by means of a servomotor 15. The

Verschiebung des Nadelhalters 10 erfolgt vorzugsweise im Wesentlichen Parallel zur Displacement of the needle holder 10 is preferably carried out essentially parallel to

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Ausrichtung der Koronanadeln 9. Durch die Verschiebung des Nadelhalters 10 kann der Alignment of the corona needles 9. By shifting the needle holder 10, the

Elektrodenabstand x und damit das elektrische Feld auf einfache Weise geregelt werden. Electrode spacing x and thus the electric field can be regulated in a simple manner.

Die lonen, welche positiv geladen sind, strömen von den Koronanadeln 9 in Richtung Elektrode 11. Diese besteht vorzugsweise aus einem feinmaschigen, metallischen Gitter, welches für lonen durchlässig ist. Auf der anderen Seite der Elektrode 11 werden die lonen vom negativen Potential der lonenfalle 8 angesaugt. Da die lonendichten (im Bereich 1e6 1e7 /ccm) sehr viel höher sind als die Partikeldichten (bis ca. 1e4/ccm), und die Beladungszahl pro Partikel im besonders relevanten Partikelgrößenbereich von zwischen 20nm und 200 nm nicht höher als ein paar Elementarladungen ist, kommt der Großteil der lonen an der lonenfalle an, sodass die Intensität des lonenstroms 4, d.h. die lonendichte, The ions, which are positively charged, flow from the corona needles 9 in the direction of the electrode 11. This preferably consists of a fine-mesh, metallic grid which is permeable to ions. On the other side of the electrode 11, the ions are sucked in from the negative potential of the ion trap 8. Since the ion densities (in the range 1e6 1e7 / ccm) are much higher than the particle densities (up to approx. 1e4 / ccm), and the number of charges per particle in the particularly relevant particle size range of between 20 nm and 200 nm is not higher than a few elementary charges, the majority of the ions arrive at the ion trap, so that the intensity of the ion stream 4, ie the ion density,

gemessen werden kann. can be measured.

Die lonendichte ist die entscheidende Größe bei der Diffusionsaufladung (lonendichte mal Aufenthaltszeit der Partikel im Aufladungsbereich ist der maßgebliche Parameter bei der Diffusionsaufladung, die Aufenthaltszeit ist durch den Messgasvolumenstrom vorgegeben). Der an der lonenfalle 8 ankommende lonenstrom 4 kann über eine lonenstrommesseinheit 16 gemessen und die lonendichte dadurch abgeschätzt werden, bzw. ist eine Änderung des lonenstroms 4 proportional zur Änderung der lonendichte. Um eine bestimmte lonendichte zu gewährleisten, kann demnach auf einen Sollwert des lonenstroms 4 geregelt werden. Der gemessene lonenstrom 4 stellt den Istwert im Regelkreis dar. Die Regelgröße zur Justierung des lonenstroms 4 gemäß dem Istwert kann nun entweder die von der Hochspannungseinheit 13 an die Koronanadeln angelegte Hochspannung oder der Elektrodenabstand x der Spitzen 19 zur Elektrode 11 sein. Gegebenenfalls kann auch eine The ion density is the decisive parameter for diffusion charging (ion density times the time the particles remain in the charging area is the decisive parameter for diffusion charging, the residence time is specified by the measurement gas volume flow). The ion current 4 arriving at the ion trap 8 can be measured by an ion current measuring unit 16 and the ion density can be estimated as a result, or a change in the ion current 4 is proportional to the change in the ion density. In order to ensure a certain ion density, the ion flow 4 can accordingly be regulated to a setpoint value. The measured ion current 4 represents the actual value in the control loop. The controlled variable for adjusting the ion current 4 according to the actual value can now be either the high voltage applied by the high voltage unit 13 to the corona needles or the electrode spacing x between the tips 19 and the electrode 11. If necessary, a

Umschaltung zwischen diesen beiden Regelungsvarianten vorgesehen sein. Switching between these two control variants can be provided.

Einen besonderen Vorteil stellt die Justiermöglichkeit mittels Stellmotor bei mobilen Diffusionsaufladern dar, da man für solche mobile Diffusionsauflader kleine Hochspannungsmodule zur Erzeugung der Hochspannung benutzt, und diese meist auf einige kV bzw. auf eine bestimmte Last beschränkt sind. Bei einer reinen Justierung der Hochspannung stößt man dabei schnell an Grenzen. Wenn sich zum Beispiel auf allen Koronanadeln Siliziumoxidschichten gebildet haben, kann es daher vorkommen, dass mit einer Erhöhung der Hochspannung der Sollwert des lonenstroms nicht mehr erreicht werden kann. In solch einem Fall kann durch Verringern des Elektrodenabstands x mittels des Stellmotors 15 weiter nachjustiert werden. Somit kann eine Verlängerung der Wartungsintervalle erzielt werden, bevor die Hochspannungselektroden gereinigt oder A special advantage is the possibility of adjustment by means of a servomotor in mobile diffusion chargers, since small high-voltage modules are used for such mobile diffusion chargers to generate the high voltage, and these are usually limited to a few kV or to a certain load. With a pure adjustment of the high voltage one quickly reaches its limits. If, for example, silicon oxide layers have formed on all corona needles, it can therefore happen that the nominal value of the ionic current can no longer be achieved with an increase in the high voltage. In such a case, further readjustment can be made by reducing the electrode spacing x by means of the servomotor 15. In this way, the maintenance intervals can be extended before the high-voltage electrodes are cleaned or

getauscht werden müssen. have to be exchanged.

Die Spitzen 19 der Koronanadeln 9 können in einer Ebene liegen, die parallel zur Elektrode The tips 19 of the corona needles 9 can lie in a plane that is parallel to the electrode

11 verläuft, sodass jede Spitze 19 im Wesentlichen denselben Abstand zur Elektrode 11 extends so that each tip 19 is essentially the same distance from the electrode

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(Elektrodenabstand x) hat. Auch können alle Koronanadeln 9 gleichartig ausgebildet sein. Gegebenenfalls können die Spitzen 19 jedoch auch in zueinander versetzten Ebenen angeordnet sein, sodass unterschiedliche Koronanadeln 9 oder bestimmte Gruppen von Koronanadeln 9 unterschiedliche Abstände zur Elektrode 11 aufweisen. Vorzugsweise sind die Koronanadeln parallel zueinander angeordnet, gegebenenfalls können die Koronanadeln 9 jedoch auch eine andere Konfiguration aufweisen. Beispielsweise könnten die Spitzen 19 der Koronanadeln 9 eine gekrümmte oder kugelartige Form folgen. Gegebenenfalls können manche Koronanadeln 9 oder Gruppen von Koronanadeln 9 auch verschiedenartig ausgebildet sein, wobei sie beispielsweise unterschiedliche Durchmesser, unterschiedliche (Electrode gap x). All corona needles 9 can also be designed in the same way. If necessary, however, the tips 19 can also be arranged in planes offset from one another, so that different corona needles 9 or specific groups of corona needles 9 have different distances from the electrode 11. The corona needles are preferably arranged parallel to one another, but if necessary the corona needles 9 can also have a different configuration. For example, the tips 19 of the corona needles 9 could follow a curved or spherical shape. If necessary, some corona needles 9 or groups of corona needles 9 can also be designed in different ways, with, for example, different diameters, different

Längen und/oder unterschiedliche Spitzenformen aufweisen können. May have lengths and / or different tip shapes.

Fig. 2 zeigt in beispielhafter Weise einen Regelkreis, der zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Ein Regler R erzeugt eine Stellgröße u, die als Eingangsgröße einer Regelstrecke S verwendet wird. Die Regelstrecke S entspricht beispielsweise der erfindungsgemäßen lonenerzeugungseinheit 7, die in einer Diffusionseinheit 2 eines Partikelmessgeräts 17 einen bestimmten lonenstrom 4 erzeugt. Der lonenstrom 4 stellt dabei den zu regelnden Istwert y dar. In Bezug auf die Fig. 1 kann der Regler R der Regeleinheit 18 entsprechen wobei die Stellgröße u je nach Regelungsart ein Steuersignal an die Hochspannungseinheit 13 oder an den Stellmotor 15 sein kann. Der Ausgang der Regelstrecke ist der Istwert y des lonenstroms 4, der (wieder bezogen auf Fig. 1) beispielsweise mittels der lonenstrommesseinheit 16 ermittelt werden kann. Gemäß der bekannten Arbeitsweise eines Regelkreises wird der Istwert y rückgeführt und es wird die Differenz mit einem Sollwert w des lonenstroms gebildet. Dieser Differenzwert bildet die FIG. 2 shows, by way of example, a control loop which is suitable for carrying out the method according to the invention. A controller R generates a manipulated variable u that is used as the input variable of a controlled system S. The controlled system S corresponds, for example, to the ion generation unit 7 according to the invention, which generates a specific ion stream 4 in a diffusion unit 2 of a particle measuring device 17. The ion current 4 represents the actual value y to be controlled. With reference to FIG. 1, the controller R can correspond to the control unit 18, the manipulated variable u being a control signal to the high-voltage unit 13 or to the servomotor 15, depending on the type of control. The output of the controlled system is the actual value y of the ion current 4, which (again with reference to FIG. 1) can be determined by means of the ion current measuring unit 16, for example. According to the known mode of operation of a control loop, the actual value y is fed back and the difference is formed with a nominal value w of the ionic current. This difference value forms the

Regelabweichung e, die als Eingangsgröße des Reglers verwendet wird. Control deviation e, which is used as the input variable of the controller.

Der in Fig. 2 dargestellte Regelkreis ist aus Gründen der Veranschaulichung auf die wesentlichen Elemente eines Regelkreises beschränkt. Der Fachmann ist ohne Weiteres in der Lage, anhand der hierin offenbarten Lehren auch komplexere Regelverfahren vorteilhaft The control loop shown in FIG. 2 is limited to the essential elements of a control loop for reasons of illustration. The person skilled in the art is readily able to use the teachings disclosed herein to also advantageously use more complex control methods

anzuwenden. apply.

15 15th

20 20th

25 25th

Bezugszeichen: Messgasstrom 1 Reference symbol: sample gas flow 1

Diffusionsstrecke 2 Partikel 3 Diffusion path 2 particles 3

lonenstroms 4 Messeinheit 5 Auswerteeinheit 6 lonenerzeugungseinheit 7 lonenfalle 8 ion flow 4 measuring unit 5 evaluation unit 6 ion generation unit 7 ion trap 8

Koronanadeln 9 Nadelhalter 10 Corona needles 9 Needle holder 10

Elektrode 11 jonendurchlässige Struktur 12 Hochspannungseinheit 13 Koronabereich 14 Stellmotor 15 lonenstrommesseinheit 16 Partikelmessgerät 17 Regelungsvorrichtung 18 Spitzen 19 Electrode 11 ion-permeable structure 12 high-voltage unit 13 corona area 14 servomotor 15 ion current measuring unit 16 particle measuring device 17 control device 18 tips 19

Sollwert w des lonenstroms Istwert y des lonenstroms Regelabweichung e Stellgröße u Setpoint w of the ion flow Actual value y of the ion flow control deviation e manipulated variable u

Regler R Controller R

Regelstrecke S Controlled system S

9/13” 9/13 ”

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Claims

15 20 25 30 AV-4096 AT claims

1. ion generating unit (7) with at least one corona needle (9), at least one electrode (11) spaced apart from the corona needle (9) and a high-voltage unit (13), with the high-voltage unit (13) between the tip (19) of the at least one Corona needle (9) and the electrode (11), a voltage difference can be built up, which generates an ion-forming corona region (14), characterized in that the ion generation unit (7) has a plurality of corona needles (9) whose position

is adjustable relative to the electrode (11).

2. ion generating unit (7) according to claim 1, characterized in that the corona needles (9) are arranged on a needle holder (10), the position of the

Needle holder (10) is adjustable by means of a servomotor (15).

3. ion generating unit (7) according to claim 1 or 2, characterized in that

the electrode (11) has an ion-permeable structure (12).

4. ion generating unit (7) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the corona needles (9) consist of a corrosion-resistant metal, such as stainless steel, tungsten, tantalum or corresponding alloys, and

preferably have a pin shape.

5. ion generating unit (7) according to one of claims 1 to 4, characterized in that on one of the corona needles (9) opposite side of the

Electrode (11) an ion trap (8) is arranged.

6. ion generating unit (7) according to one of claims 1 to 5, characterized in that an ion current measuring unit (16) for determining an ion density

an ion stream (4) generated by the ion generation unit (7) is provided.

7. ion generation unit (7) according to claim 6, characterized in that the high-voltage unit (13) and / or the servomotor (15) with a control device (18)

are adjustable.

8. ion generating unit (7) according to claim 7, characterized in that the

Control device (18) is connected to the ion current measuring unit (16).

9. ion generating unit (7) according to claim 7 or 8, characterized in that the control device (18) between a control of the high-voltage unit (13) and

a control of the servomotor (15) is switchable.

10. Particle measuring device (17) with a diffusion section (2) which generates a measuring gas flow (1)

to a measuring unit (5), wherein in the measuring gas flow (1) entrained particles to be measured

"-9

15th

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(3) are charged in the diffusion path (2) by ion diffusion and wherein the measuring unit (5) measures the charge of the charged particles (3 °) carried along with the measuring gas flow (1), characterized in that a

Ion generating unit (7) according to one of claims 1 to 9 is arranged.

11. A method for regulating an ion stream (4) generated by an ion generation unit (7) according to one of claims 1 to 9, characterized in that an actual value (y)

of the ion flow is regulated to a target value (w) of the ion flow.

12. The method according to claim 11, characterized in that a manipulated variable (u) regulating an electrode spacing (x) between the corona needles (9) and the electrode (11)

is.

13. The method according to claim 11, characterized in that a manipulated variable (u) of the control is the voltage difference generated by the high-voltage unit (13) between corona needles (9) and electrode (11).

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