CN108369210A - 用于粒子监测设备的充电单元以及粒子监测设备 - Google Patents
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Abstract
一种粒子测量设备（200、500），包括：‑ 充电单元（CUNIT1），用以从由输入流（FG2）携带的气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），以及‑ 粒子检测器（DET1），用以通过收集带电粒子（P2）来提供电流（Ip(t)），其中，充电单元（CUNIT1）继而包括：‑ 对电极（ELEC0），具有基本上半球形的内部以限定充电空间（SPC1），‑ 入口通道（CH1），用于将气溶胶粒子（P1）引导到充电空间（SPC1）中，‑ 电晕电极（ELEC3），用以通过在充电空间（SPC1）中生成电晕放电而从气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），以及‑ 出口通道（CH2），用于从充电空间（SPC1）引导带电粒子（P2）。
Description
技术领域
本发明涉及测量气溶胶粒子。
背景技术
气溶胶粒子可以悬浮在例如内燃机的废气中。可以使用气溶胶测量法例如以用于检查气溶胶粒子的浓度是否低于预定的限制。
气溶胶粒子可以通过使用电晕放电来充电。可以通过收集粒子和通过检测收集的粒子的电荷来测量粒子。
发明内容
一些变型可以涉及用于测量气溶胶粒子的方法。一些变型可以涉及用于对气溶胶粒子充电的方法。一些变型可以涉及包括充电单元的粒子监测设备。一些变型可以涉及充电单元。
根据一个方面，提供了一种粒子监测设备（200、500），其包括：
- 充电单元（CUNIT1），用以从由输入流（FG2）携带的气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），以及
- 检测器（DET1），用以通过收集带电粒子（P2）来提供电流（Ip(t)），
其中，充电单元（CUNIT1）继而包括：
- 对电极（ELE0），具有基本上半球形的内部以限定充电空间（SPC1），
- 入口通道（CH1），用于将气溶胶粒子（P1）引导到充电空间（SPC1）中，
- 电晕电极（TIP1），用以通过在充电空间（SPC1）中生成电晕放电而从气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），以及
- 出口通道（CH2），用于从充电空间（SPC1）引导带电粒子（P2）。
根据一个方面，提供了一种用于粒子监测设备（200、500）的充电单元（CUNIT1），该充电单元（CUNIT1）包括：
- 对电极（ELE0），具有基本上半球形的内部以限定充电空间（SPC1），
- 入口通道（CH1），用于将气溶胶粒子（P1）引导到充电空间（SPC1）中，
- 电晕电极（TIP1），用以通过在充电空间（SPC1）中生成电晕放电而从气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），以及
- 出口通道（CH2），用于从充电空间（SPC1）引导带电粒子（P2）。
根据一个方面，提供了一种用于通过使用粒子监测设备来测量气溶胶粒子的方法。
根据一个方面，提供了一种用于通过使用充电单元来对气溶胶粒子充电的方法。
在权利要求中限定另外的方面。
从检测器获得的电流Ip(t)可以指示输入流的气溶胶粒子的瞬时浓度。特别地，电流可以指示输入流的气溶胶粒子的瞬时有效表面积浓度。因此，从检测器获得的电流可以允许连续监测该浓度。
该设备可以用于检测气溶胶浓度的快速变化。监测信号的响应时间可以是例如短于1s，或者甚至短于0.1s。
监测信号可以被记录在存储器中，使得记录的监测信号与时间信息相关联。记录的监测信号可以与一个或多个时间戳相关联。
粒子监测设备包括充电单元。充电单元的对电极可以限定基本上半球形的充电空间。半球形充电空间可以提供对粒子的有效充电。半球形充电空间不容易被空气流所携带的粒子阻塞。由于电极侵蚀，在操作期间电晕电极的形状可能变化。基本上半球形的充电空间可以提供对称电场，这继而可以便于在操作期间维持电晕电极的对称形状。基本上半球形的充电空间可以使生成电晕放电所需的电力减小或最小化。半球形充电空间可以减小气体流率的变化对粒子充电程度的影响。
通过收集带电粒子生成的初级电流可能非常弱。该设备可以包括例如用于测量初级电流的量值的静电计，并且该设备可以提供指示初级电流的量值的次级电流信号。次级电流信号可以是例如数字信号。次级电流信号可以被称为例如监测信号。监测信号可以基本上与初级电流信号成比例。
粒子监测设备可以单独操作或与一个或多个附加测量仪器（例如，与粒子收集单元和/或与气体分析器）组合操作。从监测装置获得的信息可以例如用于触发和/或控制附加测量仪器的操作。可以使用从监测设备获得的信息，例如来检查从附加测量仪器获得的测量结果的有效性。
例如，附加测量仪器可以是粒子收集单元，其包括粒子过滤器。附加测量仪器可以被布置成在粒子收集时段期间将气溶胶粒子捕获到粒子过滤器。由过滤器收集的粒子的总质量可以通过重量分析方法来确定，并且粒子的平均质量浓度可以通过将在粒子收集时段期间被引导通过过滤器的气体的总质量除以其总体积来确定。由过滤器收集的粒子的总质量可以通过在收集时间段之后对过滤器进行称重来确定。收集足够量的粒子可能需要一个最小时间段，以便达到足够的称重准确度。该最小时间段可能取决于粒子的浓度。较低的浓度可能需要较长的时间段。在较高浓度下，收集时间段可能相应地较短。基于监测信号控制收集时间段的长度可以节省时间和成本。在实施例中，可以基于连续监测来控制粒子过滤器的操作。监测信号可以用于触发粒子收集时段。例如，当监测信号的值或监测信号的变化率超过预定阈值时，可以开始由过滤器收集粒子。
监测信号的分析可以允许估计重量分析测量结果的有效性和/或诊断值。例如，通过对过滤器进行称重获得的重量分析测量结果可能例如由于对过滤器的错误处理而偏离真实值。监测信号可以例如用于检查重量分析测量结果的可靠性。可以将在几个测量时段之后获得的重量分析测量结果与监测信号进行比较，以便确定重量分析测量结果的变化是否与监测信号的变化相关。
如果监测信号的分析指示异常行为，则可以中断涉及气溶胶测量的实验。例如，如果在预期基本上恒定的值的情况下监测信号指示信号变化，则可以中断实验。例如，如果在预期信号变化的情况下监测信号指示恒定信号，则可以中断实验。可以减小花费在失败的实验上的时间。基于监测信号评估实验的进展可以节省时间和成本。
附图说明
在以下示例中，将参考附图更详细地描述几个变型，其中：
图1通过示例的方式在横截面视图中示出了被连接以作为气溶胶测量系统的一部分而操作的粒子测量设备，
图2通过示例的方式示出了粒子测量设备的控制系统，
图3通过示例的方式示出了电流信号和监测信号的形成，
图4a通过示例的方式在横截面视图中示出了粒子测量设备的粒子监测装置，
图4b通过示例的方式在三维视图中示出了粒子监测装置的充电空间和离子阱，
图4c通过示例的方式在横截面视图中示出了粒子监测装置，
图4d通过示例的方式示出了图4c所示出的粒子监测装置的横截面，
图4e通过示例的方式在横截面视图中示出了粒子监测装置的检测器，
图4f通过示例的方式示出了图4c所示出的粒子监测装置的侧视图，
图4g通过示例的方式示出了用于图4c所示出的粒子监测装置的盖，
图5通过示例的方式示出了粒子监测单元的电连接，
图6a通过示例的方式示出了与过程指示符信号相关的电流信号，以及
图6b通过示例的方式示出了展现反常行为的电流信号。
具体实施方式
参考图1，气溶胶测量系统1000可以被布置成测量主气体PG0的气溶胶粒子P1。主气体PG0可以携带气溶胶粒子P1，气溶胶粒子P1可以由气溶胶粒子源SRC1生成。源SRC1可以是例如燃烧设施或化工厂。源SRC1可以是例如加热锅炉、油燃烧器、燃气燃烧器、粉煤燃烧器、焚化炉、流化床锅炉、内燃机、燃气轮机或炼油厂。主气体PG0可以携带气溶胶粒子P1。粒子P1可以是例如固体或液体粒子。气溶胶粒子P1的尺寸可以例如在5 nm到50 μm的范围内。含有粒子P1的输入气流FG0也可以称为输入气溶胶流FG0。
主气体PG0可以被引导或容纳在气体管道DUC1中。气体管道DUC1可以是例如燃烧设施的烟气管道。气体管道DUC1可以是例如废气管道。主气体PG0也可以是环境气体，特别是环境空气。环境气体可以由气体管道DUC1引导。替代地，可以省略管道，即可以在不使用管道DUC1的情况下直接对环境气体采样。系统1000可以包括用于从主气体PG0分离气溶胶样本流FG0的采样喷嘴612。采样喷嘴612的孔口可以位于采样点POS0处。气溶胶测量系统1000可以包括采样线路610，其用以将气溶胶样本流FG0从气体管道DUC1引导至测量设备500。气溶胶样本流FG0也可以被称为例如输入流FG0。
气溶胶测量系统1000可以包括气溶胶测量设备500，其可以被布置成连续监测主气体PG0的粒子P1。样本气流FG0可以与主气体PG0分离，例如，通过使用采样喷嘴612。样本流FG0可以经由采样线路610被引导至气溶胶测量设备500。流FG2表示被引导至监测装置200的输入流。由流FG2携带的气溶胶粒子P1的浓度可以与主气体PG0中的气溶胶粒子P2的浓度成比例。流FG2可以例如与样本流FG0分离和/或输入流FG2可以通过稀释样本流FG0从样本流FG0形成。样本流FG0也可以被直接引导至监测装置200作为输入流FG2。
粒子监测装置200可以包括充电单元CUNIT1，以通过对气溶胶粒子P1充电来形成带电粒子P2。设备500可以包括电压源410，其用以为充电单元CUNIT1提供操作电力。监测装置200可以包括检测器DET1，其用以检测由带电粒子P2携带的电荷。检测器DET1可以提供电流Ip(t)，其可以与每单位时间由检测器DET1捕获的带电粒子的电荷基本上成比例。设备500可以包括用以测量电流Ip(t)的电流监测单元CMU1。电流监测单元CMU1可以包括例如用于测量从检测器DET1传导到电流监测单元CMU1的电流Ip(t)的量值的静电计。电流Ip(t)的量值可以指示由检测器DET1捕获的气溶胶粒子的瞬时有效表面积浓度。电流Ip(t)可以被解释为携带信号，该信号包括关于浓度的信息。电流Ip(t)也可以被称为电流信号Ip(t)。电流信号Ip(t)可以从检测器DET1发送到电流监测单元CMU1。
电流监测单元CMU1可以基于从检测器DET1获得的电流Ip(t)基本连续地提供监测信号S1(t)。电流监测单元CMU1可以基于测量的电流Ip(t)提供例如数字监测信号S1(t)。监测装置200可以提供监测信号S1(t)，其指示由流FG2携带的气溶胶粒子的瞬时浓度。
监测信号S1(t)也可以指示由样本流FG0携带的气溶胶粒子的瞬时浓度。监测信号S1(t)也可以指示主气体PG0中的气溶胶粒子的瞬时浓度。由流FG2携带的气溶胶粒子的浓度可以与由流FG0携带的气溶胶粒子的浓度成比例。采样喷嘴612的尺寸和流FG0、FG2的气体流率可以被选择为使得由流FG2携带的气溶胶粒子P1的浓度基本上等于主气体PG0中的气溶胶粒子的浓度。采样喷嘴612的尺寸和流FG0、FG2的气体流率可以被选择为使得由流FG2携带的气溶胶粒子P1的尺寸分布基本上等于主气体PG0中的气溶胶粒子的浓度。
设备500可以被认为是第一测量仪器。气溶胶测量系统1000可以可选地包括一个或多个附加测量仪器100，例如，气体分析器单元和/或过滤器单元。过滤器单元100可以包括过滤器FIL1。过滤器单元100可以被布置成捕获主气体PG0的粒子P1，例如用于粒子P1的质量浓度的重量分析测量。捕获的粒子的化学组成可以通过化学分析来确定。例如，可以通过使用扫描电子显微镜（SEM）或通过使用透射电子显微镜（TEM）来确定捕获的粒子的结构。分析器单元100可以被布置成分析例如主气体PG0的化学组成。分析器单元100可以被布置成分析例如主气体PG0的气体成分的浓度。气溶胶测量系统1000可以可选地包括用于将气流FG1汲取通过附加测量仪器100的泵PUMP1。
系统1000可以可选地包括分配器300，其用以将气流FG1和/或气流FG2从样本流FG0分离。气流FG2可被引导至监测装置200。流FG1可以被引导至附加测量仪器100。流FG0可以具有流率Q0。流FG1可以具有流率Q1。流FG2可以具有流率Q2。流率Q0可以等于总和Q1 + Q2。监测装置200的检测器DET1可以提供指示由气流FG2携带的气溶胶粒子P1的浓度的电流Ip(t)。监测装置200的检测器DET1可以提供指示由输入气流FG0携带的气溶胶粒子P1的浓度的电流Ip(t)。
气溶胶测量设备500可以可选地包括用于将气流FG2汲取通过粒子监测装置200的泵PUMP2。气溶胶测量设备500可以可选地包括用于控制气流FG2的阀280。泵PUMP2可以定位在检测器DET1的下游，使得在粒子P2被检测器DET1检测到之前，泵PUMP2不会从气流FG2去除粒子。泵PUMP2可以是例如隔膜泵、活塞泵、回转式滑片泵或蠕动泵。被引导通过监测器装置200的气流FG2可以被排出例如到大气中或到通风管道中。在流FG2已经被汲取通过泵PUMP2之后，流FG2可以从出口290排放例如到设备500外部的环境空气中或到通风管道中。
设备500可以可选地包括用于控制气流FG2的流率Q2的阀280。阀280可以是例如可控的磁阀。阀280可以定位在检测器DET1的下游。
装置200可以可选地保持在例如加热的烤箱中，例如以便稳定凝结。
气溶胶测量设备1000可以可选地包括用于稀释样本流FG0的稀释系统。可以基于对从监测单元200获得的信号S1(t)的分析来确定和/或调整稀释比。可以基于电流信号Ip(t)来控制稀释比。如果电流信号Ip(t)的分析指示浓度太低，则可以增加稀释比。如果电流信号Ip(t)的分析指示浓度太高，则可以降低稀释比。在粒子收集时段期间，可以基于电流信号Ip(t)来调整稀释比。在粒子收集时段开始之前，可以基于电流信号Ip(t)将稀释比设定为确定的值。
气溶胶粒子源SRC1可以可选地提供过程指示符信号P（t）。可以将监测器信号S1(t)与过程指示符信号P(t)进行比较，以便确定粒子源SRC1的操作参数的变化是否对应于监测器信号S1(t)的变化。可以将监测器信号S1(t)与过程指示符信号P(t)进行比较，以便确定监测器信号S1(t)是否与过程指示符信号P(t)相关。过程指示符信号P(t)可以例如指示燃料流率、到燃烧设施的输入空气流、源SRC1的操作温度、催化转换器的操作温度、过滤器的操作温度、过程的操作温度、燃料馈送压力或添加剂的流率。气溶胶粒子源SRC1可以同时提供可以指示源SRC1的不同操作参数的多个过程指示符信号。
图2通过示例的方式示出了粒子测量设备500的控制系统。设备500可以包括用于处理测量数据和/或用于控制设备500的操作的控制单元CNT1。设备500可以包括泵PUMP2以将流FG2汲取通过监测器装置200。设备500可以可选地包括阀280以控制流FG2。
设备500可以包括用于提供电流信号Ip(t)的检测器DET1。设备500可以包括电流监测单元CMU1以根据电流信号Ip(t)提供监测器信号S1(t)。设备500可以包括用于存储测量数据DATA1的存储器MEM1。数据DATA1可以包括例如测量信号Ip(t)和/或S1(t)。
设备500可以包括用于存储计算机程序PROG1的存储器MEM2。计算机程序PROG1可以包括计算机程序代码，该计算机程序代码被配置为当在至少一个数据处理器上执行时使得控制单元CNT1控制设备500的操作。计算机程序PROG1可以包括计算机程序代码，该计算机程序代码被配置为当在至少一个数据处理器上执行时引起对测量数据Ip(t)、S1(t)的处理。
设备500可以可选地包括用于接收和/或发送数据的通信单元RXTX1。通信单元RXTX1可以将例如监测信号S1(t)发送到例如外部便携式计算机。通信单元RXTX1可以将例如监测信号S1(t)发送到例如系统1000的控制单元。通信单元RXTX1可以将例如监测信号S1(t)发送到例如因特网服务器。通信单元RXTX1可以例如通过使用无线传输、通过使用光缆和/或使用电缆来接收和/或发送数据。用于开始测量的命令和/或用于停止测量的命令可以经由通信单元RXTX1被传送到控制单元CNT1。计算机程序PROG1可以通过经由通信单元RXTX1接收数据来更新。计算机程序PROG1可以通过接收例如来自因特网服务器的数据来更新。
设备500可以可选地包括时钟CLK1以提供时间信息。监测信号S1(t)可以作为数据DATA1被记录在存储器MEM1中，使得记录的监测信号S1(t)与时间信息相关联。监测信号S1(t)可以作为时间t的函数S1(t)被记录在存储器MEM1中。数据DATA1可以是时间戳记的。
设备500可以可选地包括用于向用户提供信息和/或用于接收来自用户的用户输入的用户接口UIF1。用户接口UIF1可以包括例如显示器和一个或多个按键。用户接口UIF1可以包括例如触摸屏。用户接口UIF1可以被布置成显示例如电流Ip(t)的量值。接口UIF1可以被布置成提供电流（Ip(t)）的量值的可视指示。接口UIF1可以被布置成显示例如指示电流（Ip(t)）的量值的曲线。
监测装置200可以例如被定位在加热柜中和/或靠近热燃烧设施。接口UIF1也可以远离监测装置200，例如使得接口UIF1可以位于人体工程学的和/或安全的位置。便携式计算机或移动装置（例如，智能电话）可以被布置成经由通信单元RXTX1与设备500通信，并且所述便携式计算机或移动装置可以被布置成作为接口UIF1来操作。
也可以以分布式方式处理由装置200测量的数据。例如，可以在单独的数据处理器中执行温度补偿、背景补偿和/或数据相关性分析。数据可以例如通过便携式计算机和/或通过使用因特网服务器来处理。
设备500可以可选地包括可再充电电池BAT1，例如用于为例如以下部件中的一个或多个提供操作电力：控制单元CNT1、高电压源410、充电监测单元CMU1和/或泵PUMP2。由于使用电池，设备500在设备500的操作期间不需要连接到电力线。在粒子收集时段之后，设备500可以与样本线路610断开，并且移动到远离样本线路610的位置。电池可以在远离采样线路610的位置被再充电。
设备500可以包括用于向电晕电极ELEC3提供操作电压UC的高电压源410。设备500可以被布置成控制高电压源410的操作。
设备500可以可选地包括一个或多个加热元件HUNIT1。加热元件HUNIT1可以被布置成稳定电流监测单元CMU1的操作温度。加热元件HUNIT1可以布置成保持电流监测单元CMU1的操作温度基本恒定。
设备500可以包括流量传感器SEN2以监测流FG2的流率和/或监测检测器DET1的压力差。由于捕获到过滤器DFIL的粒子，检测器DET1的流阻在操作期间可能增加。流FG2的流率Q2可以取决于检测器DET1的流阻。设备500可以包括传感器SEN2以用于监测由检测器DET1引起的压力差。传感器SEN2可以是例如测量检测器DET1下游的压力的压力传感器。传感器SEN2可以是例如测量检测器DET1之上的压力差的压力差传感器。传感器SEN2可以是例如可以被布置成监测流FG2的流率Q2的流量传感器。传感器SEN2的操作可以基于例如监测由流FG2引起的压力差或温度变化。
设备500可以被布置成检测何时检测器DET1的流阻超过预定限制。如果检测器DET1的流阻超过预定限制，则可以替换或清洁检测器DET1。设备500可以被布置成当检测器DET1的流阻超过预定限制时向用户提供指示。可以例如通过使用用户接口UIF1来提供该指示。
设备500可以被布置成基于从传感器SEN2获得的信号来控制泵PUMP2，以便将流率Q2保持在预定范围内。例如，设备500可以被布置成基于从传感器SEN2获得的信号来调整泵PUMP2的马达的旋转速度。
过程或燃烧设施的异常情况可能与气溶胶浓度的突然增加相关联。可以基于由监测单元200提供的监测信号S1(t)来控制气溶胶测量系统1000的操作。例如，气溶胶测量系统1000可以被布置成在监测信号S1(t)超过预定水平时或者在监测信号S1(t)的变化率超过预定水平时，开始通过粒子收集过滤器单元100的气流FG1。因此，可以通过过滤器单元100收集粒子样本，并且可以记录监测信号S1(t)以用于异常情况的随后分析。设备500可以被配置为发送用于开始和/或停止气流FG1的控制信号。控制信号可以例如经由通信单元RXTX1被发送。
充电单元CUNIT1可以被布置成操作以使得仅当通过充电空间SPC1的流率Q2大于预定限制时才接通电晕放电。充电单元CUNIT1可以布置成操作以使得当气流FG2的气体流率Q2降低到预定限制以下时切断电晕放电。可以基于流FG2的流率Q2控制电压源410。
监测信号S1(t)可能例如由于电流监测单元CMU1的操作温度的变化、由于电晕电极ELEC3的侵蚀和/或由于流道的污染而漂移。设备500可以布置成至少部分地补偿温度、侵蚀和/或污染对监测信号S1(t)的影响。
监测装置200的操作温度可能对监测信号有影响。特别地，即使当到监测装置200的粒子流保持不变时，电流监测单元CMU1的操作温度的变化也可能引起监测信号的变化。设备500可以被布置成稳定电流监测单元CMU1的操作温度。设备500可以被布置成监测监测装置200的操作温度。设备500可以可选地包括温度传感器SEN3以用于监测电流监测单元CMU1的操作温度TEMP200。设备500可以包括被布置成加热电流监测单元CMU1的加热元件HUNIT1。设备500可以被布置成例如基于从温度传感器SEN3获得的温度信息TEMP200来控制加热元件HUNIT1。
电压源410可以将电力馈送到电晕电极ELEC3。电压源410和电晕放电DSR1可以将电力转换成热量。电流监测单元CMU1可以定位得靠近电压源410和/或靠近电晕电极ELEC3。电压源410和电晕放电DSR1的操作可能对电流监测单元CMU1的操作温度有影响。电晕放电DSR1可以具有其中电晕放电DSR1正在操作的第一操作状态，和其中电晕放电DSR1没有在操作的第二操作状态。电压源410可以具有其中电晕放电DSR1正在操作的第一工作操作状态和其中电晕放电DSR1没有在操作的第二停用操作状态。设备500可以包括被布置成加热电流监测单元CMU1的加热元件HUNIT1。设备500可以布置成基于电晕放电的操作状态来控制加热元件HUNIT1。设备500可以被布置成基于电压源410的操作状态来控制加热元件HUNIT1。设备500可以被布置成控制加热元件HUNIT1，以便在电压源410的操作状态变化时保持监测装置200的电力消耗基本恒定。电压源410可以具有第一加热功率，电晕放电DSR1可以具有第二加热功率，并且加热元件HUNIT1可以具有第三加热功率。设备500可以被布置成控制加热元件HUNIT1，以便在电压源410的操作状态变化时保持所述加热功率的总和基本恒定。
设备500可以被布置成基于从温度传感器SEN3获得的温度信息来补偿操作温度对监测信号的影响。设备500可以被布置成提供温度补偿的监测信号S1(t)。设备500可以包括存储器，该存储器包括预定的温度补偿数据。设备500可以被布置成通过使用关于测量的操作温度的信息并且通过使用温度补偿数据来根据电流Ip(t)提供温度补偿的监测信号S1(t)。
在实施例中，可以制造多个相同的监测装置200。可以针对每个单独的监测装置200单独确定温度补偿数据。每个单独的监测装置200可以与和所述监测装置200相关联的温度补偿数据相关联。与第一监测装置200相关联的温度补偿数据可以不同于与第二监测装置200相关联的温度补偿数据。当第一监测装置200用第二监测装置200替换时，与第二监测装置200相关联的温度补偿数据可以被存储在设备500的存储器中。温度补偿数据可以是例如基于第二监测装置200的标识码从因特网服务器检索的。第二监测装置200还可以包括用于存储与第二监测装置200相关联的预定温度补偿数据的存储器。温度补偿数据还可以通过使用用户接口UIF1而被手动输入到设备500的存储器。
可以例如通过使用背景信号值SREF补偿由装置200提供的监测信号S1(t)。背景信号值SREF可以通过实验确定，例如，通过在其中通过检测器DET1的流FG2为零的情况下测量检测器DET1的电流信号Ip(t)。流FG2可以例如通过关闭阀280而减少到零。在正常操作期间，流FG2的流率Q2大于零。可以通过使用背景信号值SREF根据在正常操作期间测量的电流信号Ip(t)来确定补偿的监测信号S1(t)。设备500可以被布置成通过使用背景信号值SREF根据在正常操作期间测量的电流信号Ip(t)来确定补偿的监测信号S1(t)。
设备500可以被布置成通过在流FG2基本上等于零时的第一时间tREF1测量电流Ip（tR1）来测量第一背景信号值SREF1。设备500可以被布置成在流FG2基本上等于零时的第二时间tREF2测量第二参考值SREF2。时间tREF1可以例如在粒子收集时段Ttot开始之前，并且时间tREF2可以在粒子收集时段Ttot结束之后。背景信号值SREF2也可以不同于背景信号值SREF1。
可以通过使用背景信号值SREF1和SREF2根据在正常操作期间测量的电流信号Ip(t)来确定补偿的监测信号S1(t)。
ΔSREF表示信号SREF1、SREF2之间的变化（即，ΔSREF= SREF2-SREF1）。可以基于变化ΔSREF评估在正常操作期间测量的电流信号Ip(t)的有效性。如果变化ΔSREF小于预定限制，则电流信号Ip(t)可以被确定为有效。如果变化ΔSREF超过预定限制，则电流信号Ip(t)可以被确定为无效。
设备500可以被配置为通过使用一个或多个背景信号值SREF1、SREF2和/或通过使用温度信息根据测量的电流信号Ip(t)来确定补偿的监测信号S1(t)。
外部数据处理装置可以被配置为确定补偿的监测信号S1(t)。特别地，便携式计算机可以被配置为通过使用一个或多个背景信号值SREF1、SREF2和/或通过使用温度信息根据测量的电流信号Ip(t)来确定补偿的监测信号S1(t)。
可以基本上实时地或在粒子收集时间段Ttot结束之后确定补偿的监测信号S1(t)。电流监测单元CMU1可以提供可以指示电流Ip(t)的瞬时量值的辅助信号数据SAUX(t)。随后可以通过使用关于背景信号值SREF1、SREF2的信息根据辅助信号数据SAUX(t)来确定补偿的监测信号S1(t)。辅助信号数据SAUX(t)可以可选地记录在存储器中，并且可以在粒子收集时间段Ttot结束之后根据辅助信号数据SAUX(t)确定补偿的监测信号S1(t)。
图3通过示例的方式图示了测量信号的形成。
图3的最上面的曲线通过示例的方式示出了输入流FG0的气溶胶粒子的浓度Cp(t)的时间演变。Cp(t)表示实际质量浓度。粒子测量的目的可能是提供表示实际质量浓度Cp(t)的一个或多个测量值。
图3的从顶部起的第二条曲线示出了电流Ip(t)的时间演变。电流Ip(t)可以基本上与输入流FG0的气溶胶粒子的有效表面积浓度成比例。对于第一次近似，有效表面积浓度的时间变化可以提供针对质量浓度Cp(t)的时间变化的估计。
电流Ip(t)也可以取决于流FG2的流率Q2。电流Ip(t)可以基本上与流率Q2成比例。
参考图3的从顶部起的第三条曲线，可以通过过滤器FIL1收集气溶胶粒子。通过过滤器FIL1的流FG1可以在时间t1开始并且在时间t2停止。时间段Ttot可以表示时间t1和t2之间的时间段。在时间段Ttot期间由过滤器FIL1收集的粒子的总质量mtot可以通过在测量时间段Ttot之后对过滤器FIL1进行称重来测量。总质量mtot可以基本上等于乘积Q1(t)·Cp(t)在时间段Ttot内的积分。表示整个时间段Ttot的平均浓度Cave,tot可以通过将总质量mtot除以在时间段Ttot期间被引导通过过滤器FIL1的总气体体积Vtot来确定。
图3的最下面的曲线示出了根据电流Ip(t)确定的监测信号S1(t)。监测信号S1(t)可以指示电流Ip(t)。监测信号S1(t)可以基本上与电流Ip(t)成比例。
可以通过使用测量的电流信号Ip(t)根据平均浓度Cave,tot确定瞬时浓度值C1(t)。
可以通过使用测量的电流Ip(t)根据平均浓度Cave,tot确定时间tk处的瞬时浓度Cp(tk)的估计 C1(tk)：
等式（1）可以用于内插，即时间段Ttot可以包括时间tk。等式（1）可以提供用于根据瞬时电流值Ip(tk)计算瞬时浓度Cp(tk)的估计C1(tk)的比例常数。在实施例中，而且在从时间t1到时间t2的时间段 Ttot 不包括时间tk时，可以通过使用所述比例常数来计算瞬时浓度Cp(tk)的估计C1(tk)。换句话说，估计C1(tk)也可以通过外推来计算。
监测信号S1(t)可以基本上与电流信号Ip(t)成比例。等式（1）中出现的电流信号Ip(t)，用监测信号S1(t)替换。
参考图4a，监测装置200可以包括充电单元CUNIT1和电荷检测器DET1。充电单元CUNIT1可以通过对由流FG2携带的粒子P1的至少一部分进行充电来提供带电粒子P2。充电单元CUNIT1可以将流FG2的粒子P1的至少一部分转换为带电粒子P2。充电单元CUNIT1可以包括用于通过电晕放电DSR1生成离子J1的电晕电极ELEC3和对电极ELEC0。离子J1可以通过与中性气溶胶粒子P1交换电荷而形成带电粒子P2。电晕电极ELEC3可以与对电极ELEC0一起操作。电极ELEC3、ELEC0可以连接到高压电源410，使得电极ELEC3、ELEC0具有电压差UC-U0。电晕电极ELEC3和对电极ELEC0可以一起形成电场EF0，其生成电晕放电DSR1（图4c）。电场EF0的强度可以局部超过被引导通过电极ELEC0、ELEC3之间的充电空间的气体的介电强度，使得电晕放电DSR1可以形成在电晕电极ELEC3附近。
电晕电极ELEC3和对电极ELEC0可以一起限定基本上半球形的充电空间SPC1。充电空间SPC1也可以被称为例如充电体积或充电区。气流FG2和中性粒子P1可以经由入口通道CH1被引导到充电空间SPC1中。可以经由出口通道CH2从充电空间SPC1引导气流FG2和带电粒子P2。
对电极ELEC0可以是基本上半球形的。对电极ELEC0可以具有基本上半球形的表面部分。对电极ELEC0可以具有基本上球形的表面以限定中空的半球。电晕电极ELEC3可以是具有暴露锐利尖端的导电元件。电晕电极ELEC3的尖端可以位于半球形充电空间SPC1的对称轴线上。尖端与电极ELEC0的半球形部分的每个点之间的距离可以基本上等于R1。粒子的充电可发生在电晕电极ELEC3与对电极ELEC0之间的充电空间SPC1中。
由于电极侵蚀，电晕电极ELEC3的形状在操作期间可能会变化。基本上半球形的充电空间SPC1可以提供对称电场，这继而可以有助于在操作期间维持电晕电极ELEC3的对称形状。基本上半球形的充电空间SPC1可以使生成电晕放电所需的电力减小或最小化。半球形充电空间可以例如减小温度变化对粒子充电程度的影响。半球形充电空间可以例如减少气体流率变化对粒子充电程度的影响。半球形充电空间可以有助于在充电空间的表面附近提供足够的气体速度，以便使粒子到所述表面的沉积最小化。粒子可以沿着不同的路径行进通过充电空间SPC1。第一路径可以靠近电晕电极ELEC3。第二路径可以靠近对电极ELEC0。靠近电晕电极ELEC3的离子J1的密度可以高于靠近对电极ELEC0的离子J1的密度。半球形形状可以减小粒子在充电空间SPC1中的驻留时间。半球形形状可以有助于提供快速的响应时间。
沿着第一路径行进的粒子可能在充电空间SPC1中具有较短的驻留时间，但是它们可能暴露于较高的离子密度。沿着第二路径行进的粒子可以在充电空间SPC1中具有第二较长的驻留时间，但是它们可能暴露于较低的离子密度。因此，半球形形状可以减小不同路径对带电粒子P2的最终充电程度的影响。
对电极ELEC0可以基本上不可透过气体以便限定传递通过充电空间SPC1的气流。对电极ELEC0可以基本上不可透过气流FG2的气体，以便确保基本上气流FG2的所有粒子均从通道CH1传递通过充电空间SPC1到通道CH2。出口通道CH2可以例如基本上平行于入口通道CH1。
对电极ELEC0可以具有内径R1。对电极ELEC0的基本上半球形的部分可以包括用于将流FG2从入口通道CH1引导到充电空间SPC1的开口APE1。基本上半球形的对电极ELEC0可以限定用于将流FG2从入口通道CH1引导到充电空间SPC1的开口APE1。流FG2可以经由对电极ELEC0的开口APE1从入口通道CH1传递到充电空间SPC1。尺寸h1可以表示半球形充电空间SPC1的边界的平面部分与开口APE1之间的距离。距离h1可以例如大于内径R1的0.3倍，以便防止粒子通过充电空间SPC1的直的行进路径。
电晕电极ELEC3可以具有基本上锐利的尖端。尖端的曲率半径可以例如小于0.2mm。电晕电极ELEC3的尖端和对电极ELEC0之间的距离可以基本上等于R1。
监测单元200可以包括离子阱JTRAP1以从流FG2中去除离子J1。气流FG2、带电粒子P2和离子J1可以从充电空间SPC1被引导到离子阱JTRAP1中。离子阱JTRAP1可以位于充电空间SPC1和检测器DET1之间。气流FG2和带电粒子P2可以从离子阱JTRAP1被引导到检测器DET1。离子阱JTRAP1可以定位在充电单元CUNIT1的下游且在检测器DET1的上游。离子阱JTRAP1可以从被引导至检测器DET1的流FG2去除离子J1的至少一部分。使用离子阱JTRAP1可以稳定电流Ip(t)。离子阱JTRAP1可以包括第一偏转电极ELEC1和第二偏转电极ELEC2。偏转电极ELEC1、ELEC2可以一起形成电场，该电场使离子J1的至少一部分偏转远离气流FG2。dTRAP可以表示电极ELEC1、ELEC2之间的距离。LTRAP可以表示离子阱JTRAP1的长度。电场可以相对于穿过电极ELEC1、ELEC2的气流FG2的方向基本上横向。离子阱可以包括例如一对基本上平行的电极ELEC1、ELEC2。
电极ELEC3、ELEC0之间的径向距离R1可以是例如在1 mm至50 mm的范围内，有利地在2 mm至20 mm的范围内，并且优选地在3 mm至10 mm的范围内。使用小距离R1可以提供更有效的对粒子P2的充电。当使用小距离R1时，施加在电极ELEC3、ELEC0之间的电压差UC-U0可以减小。然而，如果距离R1非常小，则充电空间SPC1可能因粒子P2而阻塞或短路。
偏转电极ELEC1、ELEC2之间的距离dTRAP可以是例如在0.1 mm至2 mm的范围内，有利地在0.2 mm至1.0 mm的范围内，并且优选地在0.3 mm至0.8 mm的范围内。距离dTRAP可以是例如小于半径R1的20％。当使用小距离dTRAP时，可以减小施加在偏转电极ELEC1、ELEC2之间的电压差U2-U1。然而，如果距离dTRAP非常小，则通道CH2可能因粒子P2而阻塞或短路。长度LTRAP可以是例如在2 mm到50 mm的范围内。
偏转电极ELEC1、ELEC2可以是例如基本上平面的。偏转电极ELEC1、ELEC2可以一起限定流道CH2。流道CH2可以从充电空间SPC1接收气流FG2、带电粒子P2和离子J1。流道CH2的输入可以定位得靠近充电空间SPC1。流道CH2的输入可以定位得靠近半球形充电空间SPC1的平面部分。电极ELEC2和电晕电极ELEC3之间的距离可以例如小于半径R1的1.2倍。
气流FG2和带电粒子P2可以经由通道CH3从离子阱JTRAP被引导到粒子检测器DET1。粒子检测器DET1可以提供电流信号Ip(t)，电流信号Ip(t)可以基本上等于每单位时间由粒子检测器DET1捕获的电荷。
对电极ELEC0和/或偏转电极ELEC1可以处于相同的电位。对电极ELEC0和/或偏转电极ELEC1可以处于接地电位U0。偏转电极ELEC1可以电流连接到对电极ELEC0。对电极ELEC0和/或偏转电极ELEC1可以实现在主体BLC0的表面上。对电极ELEC0和/或偏转电极ELEC1可以实现在导电主体BLC0的表面上。对电极ELEC0和/或偏转电极ELEC1可以例如通过机械加工由单个金属块形成。对电极ELEC0、偏转电极ELEC1、入口通道CH1和出口通道CH2可以通过机械加工由单个金属块形成。这可以提供极其坚固和稳定的结构。对电极ELEC0和/或偏转电极ELE3也可以例如通过模制或3D打印而形成。对电极ELEC0和/或偏转电极ELE3可以例如通过在电绝缘材料上沉积导电材料而形成。
电晕电极ELEC3和/或偏转电极ELEC2可以由支撑元件CVR1支撑。支撑元件CVR1可以是电绝缘的。支撑元件CVR1也可以被称为例如充电空间SPC1的盖。电极ELEC0和/或ELEC1可以电流连接到接触表面N1。电晕电极ELEC3可以电流连接到接触元件N3。偏转电极ELEC2可以电流连接到接触元件N2。电极ELEC2、ELEC3可以在盖CVR1的第一侧上，并且元件N2、N3可以在盖CVR1的第二侧上。元件N2、N3也可以从第一侧延伸通过盖CVR1到第二侧。元件N3、N2可以是例如金属短柱。电绝缘盖CVR1的平面表面可以部分地限定充电空间SPC1的半球形形状。盖CVR1可以具有基本上平面的表面，其可以部分地限定充电空间SPC1。盖CVR1的基本上平面的表面可以部分地限定半球形充电空间SPC1。
盖CVR1也可以支撑偏转电极ELEC2。盖CVR1的平面表面可以支撑偏转电极ELEC2。偏转电极ELEC2可以基本上平行于充电空间SPC1的平面部分。电极ELEC2可以例如通过在盖CVR1的表面上沉积导电材料或者通过在盖CVR1的表面上附接导电箔而实现。
偏转电极ELEC2的平面表面可以部分地限定流道CH2。盖CVR1可以与主体BLC0一起形成压力密闭密封件（pressure-tight seal）。盖CVR1可以使电晕电极ELEC3与导电主体BLC0电绝缘。盖CVR1可以使偏转电极ELEC2与导电主体BLC0电绝缘。
使用平面电极ELEC1、ELEC2可以提供简单且坚固的结构。在实施例中，离子阱JTRAP也可以通过使用非平面电极ELEC1、ELEC2、例如通过使用一对同心电极而实现。电极ELEC1、ELEC2可以是例如同心圆柱形电极。
SX、SY和SZ表示正交方向。
图4b在三维视图中示出半球形充电空间SPC1和离子阱JTRAP1。
参考图4c和图4e，粒子检测器DET1可以包括由法拉第笼FARA1包围的粒子过滤器DFIL。法拉第笼FARA1可以由一个或多个电绝缘体252a、252b支撑。电绝缘体252a、252b可以将法拉第笼FARA1与周围的导电结构电绝缘。特别地，电绝缘体252a、252b可以将法拉第笼FARA1与导电主体BLC0电绝缘。一个或多个电绝缘体252a、252b可以在检测器DET1和离子阱JTRAP1的出口通道CH3之间形成压力密闭密封件。检测器DET1可以可选地包括导电壳体253。导电壳体253可以形成法拉第笼FARA1的一部分。粒子过滤器DFIL可以是电绝缘的或导电的。粒子P2可以被粒子过滤器DFIL捕获。
粒子监测设备500可以包括用于与电极ELEC0、ELEC1、ELEC2、ELEC3和检测器DET1形成电流连接的一个或多个连接元件PIN1、PIN2、PIN3、PIN4。元件PIN1可以与电极ELEC0和ELEC1形成电流接触。元件PIN2可以与电极ELEC2形成电流接触。元件PIN3可以与电晕电极ELEC3形成电流接触。元件PIN4可以与检测器DET1的法拉第笼FARA1形成电流接触。元件PIN1可以被布置成接触接触元件N1。主体BLC0的表面的部分也可以作为接触元件N1操作。元件PIN2可以被布置成接触接触元件N2。元件PIN3可以被布置成接触接触元件N3。连接元件PIN4可以被布置成接触检测器DET1。连接元件PIN2、PIN3、PIN4可以是例如弹簧加载的导电引脚。
图4d示出了粒子监测装置200的沿着图3a中所示出的线A-A的横截面。POS3表示电晕电极ELEC3的位置。POS2表示接触元件N2的位置。POS4表示连接元件PIN4的位置。B_CH2表示流道CH2的位置。B_ELEC2表示偏转电极ELEC2的位置。
图5e示出了在检测器DET1已经与装置200分离时的检测器DET1。检测器DET1可以包括例如用于捕获带电粒子P2的粒子过滤器DFIL。过滤器DFIL可以是导电的或电绝缘的。过滤器DFIL可以被法拉第笼FARA1包围，或者过滤器DFIL的导电外层可以作为法拉第笼FARA1来操作。导电过滤器DFIL可以包括例如烧结导电粒子或导电纤维。法拉第笼FARA1和/或导电过滤器DFIL可以电流连接到电流监测单元CMU1。而且在由法拉第笼FARA1内的过滤器DFIL捕获的带电粒子P2不接触法拉第笼FARA1的情况下，可以通过使用法拉第笼FARA1和电流监测单元CMU1来检测带电粒子P2所携带的电荷。
过滤器DFIL可以不可逆地收集粒子，使得粒子不被从检测器DET1释放回到气流中。检测器DET1可以在测量时段期间收集微粒，使得例如在测量时段期间小于所收集的粒子的质量的10％被从检测器DET1释放回到气流中。由检测器DET1收集的粒子可能最终污染和/或阻塞检测器DET1。如果需要的话，则检测器DET1可以会被清洁或用干净的检测器替换。
图4f示出了粒子监测装置200的侧视图。偏转电极ELEC2可以位于盖CVR1的内侧。偏转电压U2可以通过使用接触元件N2耦合到电极ELEC2。
监测装置200可以具有有限的寿命。监测装置200的操作寿命例如由于污染、由于由检测器DET1捕获的粒子和/或由于电晕电极ELEC3的侵蚀而可能受限制。监测装置200可以是设备500的可替换部分。监测装置200可以可拆卸地附接到例如框架，以便允许容易地替换监测装置200。
设备500可以可选地包括框架401，其还可以提供对连接元件PIN1、PIN2、PIN3、PIN4的支撑（参见图5）。监测装置200可以安装到框架401，使得在电极ELEC2、ELEC3和连接元件PIN2、PIN3之间形成电连接。然而，有时元件N2和PIN2之间的连接可能会失败。粒子监测装置200可以可选地包括用于检查装置200是否正确安装到框架401的辅助接触元件N2b。接触元件N2b可以例如永久地连接到元件N2或连接到主体BLC0。
图4g示出了盖CRV1的外侧。偏转电极ELEC2可以具有弯曲的边缘，使得电极ELEC2的形状可以与半球形充电空间SPC1的形状匹配。电极ELEC2的边缘的曲率半径可以基本上等于半径R1。电极ELEC2的边缘的曲率半径可以在例如半径R1的0.9至1.1倍的范围内。弯曲的边缘提高改进离子阱JTRAP1的效率，可以稳定离子阱JTRAP1的操作，和/或可以有助于减小粒子监测装置200的外部尺寸。替代地，偏转电极ELEC2可以具有直的输入边缘（参见例如图4b）。
参考图6，粒子监测装置200可以电连接到第一电压源410、第二电压源420和电流监测单元CMU1。第一电压源410可以提供电压UC，电压UC可以施加到电晕电极ELEC3以生成电晕放电。第一电压源410可以相对于电接地GND提供电压UC。电接地GND可以具有电压U0。对电极ELEC0可以连接到电接地GND。主体BLC0可以连接到电接地GND。主体BLC0可以例如通过连接元件PIN1而连接到电接地GND。
第二电压源420可以提供电压U1，电压U1可以施加到第一偏转电极ELEC1。第二电压源420还可以提供电压U2，电压U2可以施加到第二偏转电极ELEC2。电压U1可以等于接地电压U0。第一偏转电极ELEC1可以例如经由导电主体BLC0连接到电接地GND。
电荷检测器DET1可以提供电流Ip(t)，其与每单位时间由检测器DET1捕获的带电粒子的电荷成比例。检测器DET1可以收集流FG2的带电粒子P2。可以通过电流监测单元CMU1测量电流Ip(t)的瞬时量值。电流监测单元CMU1可以提供指示电流Ip(t)的监测器信号S1(t)。电流监测单元CMU1可以根据电流Ip(t)提供监测器信号S1(t)。监测信号S1(t)可以基本上与电流Ip(t)成比例。监测信号S1(t)可以是例如数字信号或模拟信号。监测信号S1(t)可以指示被引导到监测装置200的粒子P1的瞬时浓度。电流监测单元CMU1可以包括例如用于测量电流Ip(t)的静电计。电流监测单元CMU1可以被布置成测量从检测器DET1传导到监测装置200的电接地GND的电流Ip(t)。检测器DET1可以与监测装置200的电接地GND电绝缘，使得电流监测单元CMU1可以测量从检测器DET1经由电流监测单元CMU1传导到电接地GND的电流Ip(t)。
检测器DET1的法拉第笼FARA1可以具有电压UDET1。电接地GND可以具有电压U0。电流监测单元CMU1可以被布置成保持检测器DET1的电压UDET1接近电接地GND的电压U0。在监测电流Ip(t)期间，可以保持检测器DET1的电压UDET1接近电接地GND的电压U0。检测器DET1的电压UDET1和电接地的电压U0之间的差（UDET1-U0）的绝对值可以例如小于10 V。
离子阱JTRAP1可以包括两个或更多个偏转电极ELEC1、ELEC2。第一电极ELEC1可以具有第一电压U1，并且第二电极ELEC2可以具有第二不同电压U2。电极ELEC1、ELEC2可以耦合成电压差U1-U2以便生成电场EF1。电场EF1的量值和/或可以穿过电极ELEC1、ELEC2的空间的气流的速度被选择成使得带电粒子P2的（第一）合适部分可以穿过离子阱JTRAP1，并且使得离子J1的（第二）合适部分可以偏转远离流FG2。因此，带电粒子P2的大部分可以穿过离子阱JTRAP1到检测器DET1。通过选择电压差U1-U2可以选择可以穿过离子阱的粒子的较低截止尺寸。电压U1和/或电压U2可以由电压源420生成。
电压UC可以例如经由连接元件PIN3连接到接触元件N3。电压U2可以例如经由连接元件PIN2连接到偏转电极ELEC2。电流信号Ip(t)可以例如经由连接元件PIN4耦合到电流监测单元CMU1。连接元件PIN4可以被布置成接触例如检测器DET1的导电壳体253的侧面。测量设备500可以包括例如用以将监测装置200紧固到测量设备的框架401的闩锁机构。监测装置200可以紧固到框架401，以便在元件PIN1和N1之间形成可释放的连接，以在元件PIN2和N2之间形成可释放的连接，以在元件PIN3和N3之间形成可释放的连接，和/或以在元件PIN4与检测器DET1之间形成可释放的连接。可以通过打开闩锁机构并且通过将监测装置200移动远离框架401来将装置200与元件PIN1、PIN2、PIN3、PIN4断开。框架401可以为元件PIN1、PIN2、PIN3和/或PIN4提供支撑。
测量设备可以可选地包括用于检查监测装置200是否正确地附接到框架401的接近度感测单元430。测量设备可以可选地包括用于检查元件PIN2和N2之间的电连接的电阻是否低于预定限制的接近度感测单元430。例如，设备500可以被布置成当装置200未正确地附接到框架401时防止高电压源410的操作。
监测装置200可以包括一个或多个辅助接触元件N2b，其用于测量在监测装置200的接触元件N2和连接元件PIN2之间形成的连接的电阻。接近度感测单元430可以被布置成例如基于连接元件PIN2b的电压而检测监测装置200的接近度。接近度感测单元430可以测量例如接触元件PIN2b的电压UTEST。接触元件PIN2b可以被布置成接触接触元件N2b。接触元件N2b可以与元件N2电流连接。如果电压UTEST等于电压U2，则这可以指示元件PIN2正确地连接到接触元件N2。如果电压UTEST不同于电压U2，则这可以指示元件PIN2未正确连接到接触元件N2。
装置200可以包括接触元件（N2），其用于在电压源（420）和电极（ELEC2）之间形成电接触，其中装置200可以进一步包括辅助接触元件（N2b），其用于检查在所述电压源和所述电极之间是否形成适当的电连接。
该方法可以包括：
- 将监测装置200移动远离框架401，
- 将监测装置200附接回到框架401，以及
- 监测辅助连接元件PIN2b的电压，以便检查在装置200的电极和电压源之间是否形成适当的电连接。
装置200可以可选地包括加热元件HUNIT1，其用于在电晕放电DSR1没有在操作时加热装置200。
装置200可以包括用于将无粒子气流FG2从检测器DET1引导到泵PUMP2的通道CH4。泵PUMP2可以例如通过连接器CON4连接到通道CH4。
设备500可以用于检查通过使用附加测量仪器100获得的测量结果的有效性。例如，设备500可以用于检查通过使用过滤器FIL1获得的重量分析测量结果的有效性。重量分析测量结果可以意指通过重量分析测量获得的总质量mtot和/或平均浓度Cave,tot。总质量mtot可以通过在粒子收集时段Ttot之后对过滤器FIL1进行称重来确定。平均浓度Cave,tot可以随后根据总质量mtot计算。监测装置200可以用于检查所测量的粒子总质量mtot的有效性。如果有效性检查指示所测量的粒子总质量无效，则可以再次执行在一定操作条件下执行的测量。
手动或自动处理过滤器FIL1可能导致各种类型的测量误差。所测量的过滤器FIL1的重量变化可以例如小于或大于过滤器FIL1实际所收集的粒子的质量。检查重量分析测量结果的有效性可以提高根据一个或多个重量分析测量结果确定的输出结果的可靠性和/或准确度。输出结果可以例如通过对两个或更多个有效的重量分析测量结果求平均而获得。可以通过拒绝无效的重量分析测量结果使得无效的测量结果对输出结果没有贡献，来根据一个或多个重量测量结果确定输出结果。特别地，可以通过拒绝一个或多个无效测量结果使得无效测量结果对输出结果没有贡献，来根据两个或更多个重量分析测量结果确定输出结果。
粒子排放实验可以涉及在几个小时期间根据测试序列运行气溶胶粒子源SRC1。粒子源SRC1可以是例如燃烧设施或发动机。执行粒子排放实验可能是昂贵的。如果在实验期间监测器信号S1(t)的分析指示实验很可能提供无效的重量分析测量结果，则可以中断粒子排放实验。可以执行一个或多个附加实验，直到至少一个附加实验提供有效的重量分析测量结果为止。
该方法可以包括：
- 在第一测量时间段（Ttot,1）期间将来自采样点（POS0）的粒子（P1）收集到第一过滤器（FIL1），
- 通过在第一测量时间段（Ttot,1）之后对过滤器（FIL1）进行称重来获得第一重量分析测量结果（mtot,1），
- 在第一测量时间段（Ttot,1）期间测量电流信号Ip(t)，以及
- 通过分析在第一测量时间段（Ttot,1）期间测量的电流信号Ip(t)而将第一重量分析测量结果（mtot,1）分类为有效或无效。
电流信号Ip(t)的分析可以包括例如确定在第一时间段（Ttot,1）期间测量的电流信号Ip(t)的平均值或积分是否对应于第一重量分析测量结果（mtot,1）。
第一实验可以涉及在第一测量时间段Ttot,1期间将粒子收集到第一过滤器FIL1。第二实验可以涉及在第二测量时间段Ttot,2期间将粒子收集到第二过滤器FIL2，以便获得第二重量分析测量结果mtot,2。第一积分SUM1可以通过在第一测量时间段Ttot,1内对电流Ip(t)进行积分来获得。第二积分SUM2可以通过在第二测量时间段Ttot,2内对电流Ip(t)进行积分来获得。该方法可以包括检查比率SUM1/SUM2是否对应于比率mtot,1/mtot,2。例如，如果不满足以下条件，则第一结果mtot,1和/或第二结果mtot,2可以被确定为无效：
设备500可以用于测量来自粒子源SRC1的粒子排放。粒子源SRC1可以根据第一测试程序来操作。第一测试程序可以包括例如根据预定的序列调整设施的控制信号（例如，燃料馈送率或操作温度。该方法可以包括获得指示源SRC1的操作参数的过程指示符信号P(t)。源SRC1的操作参数可以是例如燃料馈送率、空气流率或输出功率。电流信号Ip(t)的分析可以包括将监测器信号S1(t)与过程指示符信号P(t)进行比较。过程指示符信号P(t)可以指示粒子源SRC的操作参数。例如，过程指示符信号P(t)可以指示燃料流率、输入空气流率、操作温度、催化转换器的操作温度、烟气过滤器的操作温度、过程的操作温度、油门设定、燃料馈送压力或添加剂的流率。
可以将监测器信号S1(t)与过程指示符信号P(t)进行比较，以便确定气溶胶粒子源SRC1的操作参数的变化是否对应于监测器信号S1(t)的变化。可以将监测器信号S1(t)与过程指示符信号P(t)进行比较，以便确定源SRC1的操作参数的变化是否与监测器信号S1(t)的变化在时间上一致。可以将监测器信号S1(t)与过程指示符信号P(t)进行比较，以便确定监测器信号S1(t)是否与过程指示符信号P(t)相关。该方法可以包括计算电流信号Ip(t)和第一过程指示符信号P(t)之间的互相关性，并且检查互相关性是否高于预定值。
该方法可以包括：
- 在第一测试时段 Ttot,1期间根据第一测试程序操作粒子源SRC1，
- 在第一测试时段Ttot,1期间将来自由源SRC1提供的装载着气溶胶的气体PG0的粒子P1收集到第一过滤器FIL1，
- 获得指示源SRC1的操作参数的过程指示符信号P(t)，以及
- 确定在第一测试时段Ttot,1期间测量的电流信号Ip(t)是否基本上对应于在第一测试时段Ttot,1期间获得的过程指示符信号P(t)。
所述确定可以包括例如检查电流信号Ip(t)的变化是否与过程指示符信号P(t)的变化在时间上一致。
所述确定可以包括例如检查电流信号Ip(t)的至少一个变化是否与过程指示符信号P(t)的至少一个变化在时间上一致。
所述确定可以包括例如计算电流信号Ip(t)和过程指示符信号P(t)之间的互相关性。
如果监测器信号S1(t)和过程指示符信号P(t)之间的相关程度低于预定限制，则重量分析测量结果（mtot,1）可以被确定为无效。
图6a通过示例的方式示出了在实验期间过程指示符信号P(t)的时间演变，以及在所述实验期间测量的电流信号Ip(t)的时间演变。粒子收集时段Ttot可以在时间t1处开始，并且在时间t2处停止。过程指示符信号P(t)可以在时间td处展现变化ΔP1。过程指示符信号P(t)可以指示例如燃烧设施SRC1的燃料馈送率、功率或操作温度。粒子源SRC1的操作可以例如在时间tc处开始，并且在时间td处停止。电流信号可以展现可以与过程指示符信号P(t)的变化ΔP1在时间上一致的变化ΔI。在图3a所示出的示例中，可以确定电流信号Ip(t)与过程指示符信号P(t)相关。
在实施例中，一个或多个过程指示符信号P(t)可以指示在第一测量时间段（Ttot,1）期间粒子浓度应该基本恒定。在该情况下，如果电流信号Ip(t)展现离电流信号Ip(t)的平均值Iave,1的显著偏差，则重量分析测量结果（mtot,1）可以被确定为无效。
参考图6b，符号I'p(t)可以表示通过对电流信号Ip(t)进行低通滤波而获得的平滑信号。平滑信号I'p(t)可以例如通过使用截止频率0.10Hz由电流信号I'p(t)形成。平滑信号I'p(t)可以由电流信号Ip(t)形成，使得平滑信号I'p(t)不包括频率低于0.1 Hz的频谱分量。Iave,1表示在测量时间段（Ttot）期间电流信号Ip(t)的平均值。
图6b通过示例的方式示出了其中经低通滤波的电流信号I'p(t)展现不对应于过程指示符信号P(t)的反常变化ΔIp的情形。反常变化ΔIp可以发生在时间td处。在该示例中，过程指示符信号P(t)在从第一时间tc到第二时间te的时间段期间可以基本恒定。所述时间段可以包括时间td。可以通过在从t1到t2的时间段期间将粒子收集到过滤器FIL1并且通过对过滤器FIL1进行称重来获得重量分析测量结果mtot,1。例如，如果电流信号Ip(t)的所有显著变化（ΔIp）均与从粒子源SRC1获得的至少一个过程指示符信号的变化在时间上一致，则结果mtot,1可以被确定为有效。例如，如果从粒子源SRC1获得的所有过程指示符信号在包括时间td的时间段期间基本恒定，则结果mtot,1可以被确定为无效。
如果变化ΔIp与任何过程指示符信号P(t)均不相关，则这可以指示变化ΔIp是由随机事件引起的。变化ΔIp可能是例如在沉积在气体管道DUC1的表面上的粒子突然释放回到烟气流PG0时引起的。尽管变化ΔIp可能是由粒子浓度的真实增加引起的，但是所述变化ΔIp还可能是由随机事件引起的，如果例如将使用结果mtot,1 作为用于曲线拟合的数据点，则这可能导致错误的结论。电流Ip(t)的分析可以指示已经发生了反常事件。设备500可以被布置成向用户提供已经检测到反常事件的指示。
设备500可以提供可以用于分析例如来自工业过程的粒子排放的测量数据。粒子排放可能与严重的经济和/或环境后果相关联。可以可选地保护记录在设备500的存储器中的一个或多个信号免受篡改和/或擦除。例如，可以保护记录在存储器MEM1中的监测信号S1(t)免受篡改和/或擦除。可以例如通过由用户提供的一个或多个凭证来保护记录在存储器中的信号。凭证可以包括例如密码、RFID密钥和/或生物指示符。RFID意味着射频识别。设备500可以被布置成操作以使得更改或擦除所记录的数据导致在该设备的寄存器中写入附加记录。附加记录可以包括例如更改数据的时间以及更改数据的用户的身份。可以例如基于密码或RFID识别来确定用户的身份。
通过以下示例来说明另外的方面。
示例1. 一种粒子测量设备（200、500），包括：
- 充电单元（CUNIT1），用以从由输入流（FG1）携带的气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），以及
- 粒子检测器（DET1），用以通过收集所述带电粒子（P2）来提供电流（Ip(t)），
其中，所述充电单元（CUNIT1）继而包括：
- 对电极（ELEC0），具有基本上半球形的内部以限定充电空间（SPC1），
- 入口通道（CH1），用于将气溶胶粒子（P1）引导到所述充电空间（SPC1）中，
- 电晕电极（ELEC3），用以通过在所述充电空间（SPC1）中生成而从所述气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），以及
- 出口通道（CH2），用于从所述充电空间（SPC1）引导带电粒子（P2）。
示例2. 示例1所述的设备（200、500），包括电绝缘盖（CVR1），其中所述充电空间（SPC1）部分地由所述盖（CVR1）的平面内表面限定。
示例3. 示例2所述的设备（200、500），其中所述电晕电极（ELEC3）由所述电绝缘盖（CVR1）支撑。
示例4. 根据示例1至3中任一项所述的设备（200、500），其中所述电晕电极（ELEC3）具有用以形成电晕放电（DSR1）的尖端。
示例5. 根据示例1至4中任一项所述的设备（200、500），包括用于从所述出口通道（CH2）去除离子（J1）的离子阱（JTRAP），其中所述离子阱（JTRAP）包括第一偏转电极（ELEC1）和第二偏转电极（ELEC2）。
示例6. 示例5所述的设备（200、500），其中所述第二偏转电极（ELEC1）附接到所述充电单元（CUNIT1）的电绝缘盖（CVR1）。
示例7. 示例5或6所述的设备（200、500），其中所述对电极（ELE0）电流连接到所述第一偏转电极（ELEC1）。
示例8. 根据示例1至7中任一项所述的设备（200、500），包括用以测量所述电流（Ip(t)）的电流监测单元（CMU1），以及用以加热所述电流监测单元（CMU1）的加热元件（HUNIT1），并且其中所述设备（200、500）被布置成基于电晕放电（DSR1）的操作来控制所述加热元件（HUNIT1）的加热功率。
示例9. 根据示例1至9中任一项所述的设备（500），其中所述设备（500）包括：
- 电压源（420），以及
- 接近度感测单元（430），用以监测在所述设备（500）的电极（ELEC2）和所述电压源（420）之间是否形成适当的电连接。
示例10. 一种用于对气溶胶粒子进行充电的充电单元（CUNIT1），所述充电单元（CUNIT1）包括：
- 对电极（ELEC0），具有基本上半球形的内部以限定充电空间（SPC1），
- 入口通道（CH1），用于将气溶胶粒子（P1）引导到所述充电空间（SPC1）中，
- 电晕电极（ELEC3），用以通过在所述充电空间（SPC1）中生成电晕放电而从所述气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），以及
- 出口通道（CH2），用于从所述充电空间（SPC1）引导带电粒子（P2）。
示例11. 一种用于对粒子充电的方法，所述方法包括：
- 经由入口通道（CH1）将气溶胶粒子（P1）引导到充电空间（SPC1）中，
- 通过在所述充电空间（SPC1）中生成电晕放电（DSR1）而从所述气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），
- 从所述充电空间（SPC1）引导所述带电粒子（P2），
其中，电晕放电（DSR1）由电晕电极（ELEC3）和对电极（ELEC0）生成，并且其中，所述对电极（ELEC0）具有基本上半球形的内部以限定所述充电空间（SPC1）。
示例12. 一种用于测量气溶胶粒子（P1）的方法，所述方法包括：
- 经由入口通道（CH1）将气溶胶粒子（P1）引导到充电空间（SPC1）中，
- 通过在所述充电空间（SPC1）中生成电晕放电（DSR1）而从所述气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），
- 将所述带电粒子（P2）从所述充电空间（SPC1）引导至检测器（DET1），以及
- 通过经由使用所述检测器（DET1）收集所述带电粒子（P2）来提供电流（Ip(t)），
其中，电晕放电（DSR1）由电晕电极（ELEC3）和对电极（ELEC0）生成，并且其中，所述对电极（ELEC0）具有基本上半球形的内部以以限定所述填充空间（SPC1）。
示例13. 示例12所述的方法，包括基于所述电流（Ip(t)）来控制测量仪器（100）的操作。
示例14. 示例12或13所述的方法，包括：
- 通过使用测量仪器（100）来获得测量结果，以及
- 通过分析所述电流（Ip(t)）来确定所述测量结果的有效性。
示例15. 根据示例11至14中任一项所述的方法，包括：通过对燃烧设施（SRC1）的烟气（PG0）进行采样、通过对发动机的废气（PG0）进行采样或者通过从环境气体（PG0）进行采样来提供所述输入流（FG0）。
对于本领域技术人员而言将清楚的是，根据本发明的装置和方法的修改和变化是可觉察的。附图是示意性的。上面参考附图描述的特定实施例仅是说明性的，并不意味着限制由所附权利要求限定的本发明的范围。
Claims (15)
1.一种粒子测量设备（200、500），包括：
- 充电单元（CUNIT1），用以从由输入流（FG2）携带的气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），以及
- 粒子检测器（DET1），用以通过收集所述带电粒子（P2）来提供电流（Ip(t)），
其中，所述充电单元（CUNIT1）继而包括：
- 对电极（ELEC0），具有基本上半球形的内部以限定充电空间（SPC1），
- 入口通道（CH1），用于将气溶胶粒子（P1）引导到所述充电空间（SPC1）中，
- 电晕电极（ELEC3），用以通过在所述充电空间（SPC1）中生成电晕放电（DSR1）而从所述气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），以及
- 出口通道（CH2），用于将带电粒子（P2）从所述充电空间（SPC1）引导至所述检测器（DET1）。
2.根据权利要求1所述的设备（200、500），包括电绝缘盖（CVR1），其中所述充电空间（SPC1）部分地由所述盖（CVR1）的平面内表面限定。
3.根据权利要求2所述的设备（200、500），其中所述电晕电极（ELEC3）由所述电绝缘盖（CVR1）支撑。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备（200、500），其中所述电晕电极（ELEC3）具有用以形成电晕放电（DSR1）的尖端。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备（200、500），包括用于从所述出口通道（CH2）去除离子（J1）的离子阱（JTRAP），其中所述离子阱（JTRAP）包括第一偏转电极（ELEC1）和第二偏转电极（ELEC2）。
6.根据权利要求5所述的设备（200、500），其中所述第二偏转电极（ELEC1）附接到所述充电单元（CUNIT1）的电绝缘盖（CVR1）。
7.根据权利要求5或6所述的设备（200、500），其中所述对电极（ELE0）电流连接到所述第一偏转电极（ELEC1）。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备（200、500），包括用以测量由所述粒子检测器（DET1）提供的电流（Ip(t)）的电流监测单元（CMU1），以及用以加热所述电流监测单元（CMU1）的加热元件（HUNIT1），并且其中所述设备（200、500）被布置成控制所述加热元件（HUNIT1）的加热功率，以便稳定所述电流监测单元（CMU1）的操作温度。
9.根据权利要求1至9中任一项所述的设备（500），其中所述设备（500）包括：
- 电压源（420），以及
- 接近度感测单元（430），用以监测在所述设备（500）的电极（ELEC2）和所述电压源（420）之间是否形成适当的电连接。
10.一种用于对粒子充电的方法，所述方法包括：
- 经由入口通道（CH1）将气溶胶粒子（P1）引导到充电空间（SPC1）中，
- 通过在所述充电空间（SPC1）中生成电晕放电（DSR1）而从所述气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），
- 从所述充电空间（SPC1）引导所述带电粒子（P2），
其中，电晕放电（DSR1）由电晕电极（ELEC3）和对电极（ELEC0）生成，并且其中，所述对电极（ELEC0）具有基本上半球形的内部以限定所述充电空间（SPC1）。
11.一种用于测量气溶胶粒子（P1）的方法，所述方法包括：
- 经由入口通道（CH1）将气溶胶粒子（P1）引导到充电空间（SPC1）中，
- 通过在所述充电空间（SPC1）中生成电晕放电（DSR1）而从所述气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），
- 将所述带电粒子（P2）从所述充电空间（SPC1）引导至检测器（DET1），以及
- 通过经由使用所述检测器（DET1）收集所述带电粒子（P2）来提供电流（Ip(t)），
其中，电晕放电（DSR1）由电晕电极（ELEC3）和对电极（ELEC0）生成，并且其中，所述对电极（ELEC0）具有基本上半球形的内部以以限定所述填充空间（SPC1）。
12.根据权利要求11所述的方法，包括基于通过使用所述检测器（DET1）提供的所述电流（Ip(t)）来控制测量仪器（100）的操作。
13.根据权利要求11或12所述的方法，包括：
- 通过使用测量仪器（100）来获得测量结果，以及
- 通过分析通过使用所述检测器（DET1）提供的所述电流（Ip(t)）来确定所述测量结果的有效性。
14.根据任何权利要求10至13中任一项所述的方法，包括：通过对燃烧设施（SRC1）的烟气（PG0）进行采样、通过对发动机的废气（PG0）进行采样或者通过从环境气体（PG0）进行采样来提供所述输入流（FG0）。
15.一种用于对气溶胶粒子进行充电的充电单元（CUNIT1），所述充电单元（CUNIT1）包括：
- 对电极（ELEC0），具有基本上半球形的内部以限定充电空间（SPC1），
- 入口通道（CH1），用于将气溶胶粒子（P1）引导到所述充电空间（SPC1）中，
- 电晕电极（ELEC3），用以通过在所述充电空间（SPC1）中生成电晕放电而从所述气溶胶粒子（P1）形成带电粒子（P2），以及
- 出口通道（CH2），用于从所述充电空间（SPC1）引导带电粒子（P2）。
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