CN110709687B - 用于确定颗粒浓度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定与流体流(7)中的颗粒(6)的颗粒浓度有关的颗粒浓度值的方法，其中，引导流体流(7)穿过测量体积(8)，其中，通过传感器装置(9)检测与测量体积(8)中的颗粒浓度相关的第一测量值，以及其中，基于第一测量值和修正值计算出颗粒浓度值，其中，在满足修正条件时——该修正条件的满足与穿过测量体积(8)的流体流(7)的中断相关，通过传感器装置(9)检测第二测量值，其中，基于第二测量值确定或改变修正值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定与流体流中的颗粒的颗粒浓度有关的颗粒浓度值的方法，其中，引导流体流穿过测量体积/测量容积，其中，通过传感器装置检测与测量体积中的颗粒浓度相关的第一测量值，以及其中，基于第一测量值和修正值计算出颗粒浓度值。此外，本发明涉及一种测量装置和一种机动车。
背景技术
在许多应用情况下需要测量细粉尘浓度。例如，可以测量机动车内部空间中的或输送到内部空间中的环境空气的细粉尘浓度，或者可以测量由机动车排放的废气中的细粉尘浓度。测量颗粒浓度的一种可能性是借助于泵或风扇将待检测的气溶胶输送到测量室中，并在那里借助于散射光技术来检测颗粒浓度。在这种情况下，检测有多少光被颗粒散射，并且这可以在对确定的应用情况来说颗粒的尺寸分布基本上是已知的情况下用作颗粒浓度的量度。
在工作过程中，装置的灵敏度可能会发生变化，这还将在后面进行详细说明。因此已知的是，定期执行相应传感器的校准。例如，文献EP 2 790 007 A1教导了使用附加的校准单元，该附加的校准单元包括另外的光源和另外的传感器，以便确定照射到测量装置中的光的强度或在那里使用的传感器的灵敏度。
从文献EP 2 430 465 B1中已知了用于校准相应的测量系统的另一种方法。借助于设置在测量系统下游的过滤器，可以收集来自穿过测量系统的流体流中的颗粒，并且例如通过机械振荡的失调，可以确定实际被引导通过测量系统的颗粒的重量。基于此重量测量可以校准测量系统。
上述校准方法的缺点是必须设置附加的传感系统，从而增加了这些测量系统的安装空间消耗、重量和成本。如果要避免额外花费，则可以通过定期清洁和维护来补偿测量系统的部分变化。测量系统的灵敏度的大部分变化是由于一部分颗粒附着在测量室的壁上和传感系统上，从而会影响测量结果。通过定期清洁可以在很大程度上补偿相应的变化。在环境监测站中，这种做法很容易实现，因为它们通常仅使用数周或数月。但是，如果在机动车中使用相应的传感系统，则几乎不会为用户进行相应的维护工作，由此减少了相应传感系统的接受度。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种用于确定颗粒浓度的方法，其中，可以使测量装置的低复杂度与尽可能的免维护或至少较长的维护间隔相结合。
该目的通过前述类型的方法来实现，其中，在满足修正条件时——该修正条件的满足与穿过测量体积的流体流的中断相关，通过传感器装置检测第二测量值，其中，基于第二测量值确定或改变修正值。
本发明基于以下想法，即，通过本身已经存在的传感系统进行测量，测量装置的性能在此期间——尤其是由于沉积的颗粒——已经改变了多少。第二测量值可以在流体流中断之后并且尤其在此后一定的等待时间之后被测量。在中断流体流之后，例如在关闭测量装置之后，残留在测量体积中的颗粒沉积在测量室的壁上。当流体静止时，沉积速率基本上与粒径相关，并且遵循重力定律。在足够的静止时间后，颗粒已基本上完全沉积在测量室的壁上。由此例如会导致传感器装置的测量值的偏移。可以检测该变化作为第二测量值，并将该变化在随后检测第一测量值或计算颗粒浓度值时用于修正。由此可以尽可能地补偿由于沉积的颗粒而污染测量体积对第一测量值或颗粒浓度值的影响，从而即使在较长的工作时间下在不清洁或不维护测量装置的情况下也可以实现高测量精度。
修正值尤其可以与第二测量值相同。例如，颗粒在测量体积中的沉积仅仅会导致第一测量值的偏移，该偏移可以通过减去最后检测的第二测量值来修正。
可以检查一种气体作为流体，特别是充满细粉尘/小颗粒的环境空气、车辆内部空间中的空气或废气。
为了引导流体流穿过测量体积，可以使用流体输送装置、例如泵或风扇。然而也可以将测量体积集成到通风管道中。流体流例如可以通过在测量装置外部的流体输送装置，例如机动车的风扇、或机动车的运动来提供。
当流体流中断了预定的时间间隔之后满足修正条件，或者仅当所述流体流中断了预定的时间间隔之后才能够满足修正条件。由此如上所述，可以实现颗粒基本上沉积在测量体积的壁上。
可以将流体流通过流体输送装置输送到测量体积中和/或从测量体积中输送出来，其中，当流体输送装置不起作用的相关联的时间间隔的持续时长超过预定的限值时满足修正条件，或仅当流体输送装置不起作用的相关联的时间间隔的持续时长超过预定的限值时才能够满足修正条件。流体输送装置可以是例如泵或风扇。当流体输送装置未通电时，则其不会工作。
当满足激活条件时，可以激活所述流体输送装置或一流体输送装置以输送流体流，其中，如果流体输送装置先前不工作的持续时长超过所述或一预定的限值，则在满足激活条件的同时也满足修正条件，其中，在这种情况下在激活流体输送装置之前检测第二测量值。尤其当激活了用于测量颗粒浓度的测量装置时，则会满足激活条件。例如可能的是，仅在机动车的点火装置激活、对机动车的车载电网供电和/或机动车的驱动装置激活时，才激活机动车中相应的测量装置。如果机动车停止，则相应的测量装置被去激活，由此流体流被中断并且如上所述，颗粒会沉积。如果在足够长的起动时间之后重新激活，则可以通过检测第二测量值并调整修正值来分别执行对测量装置的校准。
在满足激活条件之前，传感器装置尤其也可以是不激活的。例如，用于散射光技术的光源可以是不激活的。在这种情况下，在满足激活和修正条件的情况下，可以首先激活传感器装置，即例如可以激活光源，然后可以检测第二测量值，以及然后才激活流体输送装置，以便将新流体以及进而新颗粒添加到测量体积中。由此实现了可靠的修正以考虑沉积的颗粒。
该传感器装置可以包括至少一个光源和至少一个光检测传感器。第一或第二测量值在此对应于传感器装置的测量值。如果使用多个传感器，则可以将传感器的各个输出值、例如各个电压相加或以加权方式相加，以便确定第一或第二测量值。对此，对于第一和第二测量值来说，所使用的链接可以相同。例如，可以使用激光作为光源。
第一测量值可以与光源的光的、通过颗粒散射的那部分的光强度相关。在这种情况下，当假设颗粒的尺寸分布随时间基本恒定时，测量值与在一测量区域中的颗粒的浓度成正比，该测量区域对应于一区域，在该区域中光源的光与传感器的检测区域叠加。对应的散射光测量例如可以通过光源的中心射束与传感器的检测区域的中心射束彼此成角度、尤其是彼此垂直来实现。光源应清晰聚焦，例如是激光。
可以基于在第一测量值与修正值之间的差、尤其是在第一测量值与第二测量值之间的差来计算出颗粒浓度值。尤其在先前讨论的用于确定颗粒浓度的散射光方法中，由于测量体积被颗粒污染而引起的误差可以近似地视为偏移。因此，可以通过相对简单的计算来补偿该误差。
尽管通过根据本发明的做法可以显着减少由于沉积的颗粒对测量体积的污染而导致的测量误差，但是仍应尽可能避免相应的颗粒沉积。这可以通过在测量体积中附加地输入一种保护流体来实现，该保护流体的颗粒浓度低于流体流的颗粒浓度。可以将相应的保护流体如此引入到测量体积中，使得其沿着测量体积的壁流动，并因此在流体流以及进而颗粒和壁之间形成屏障。例如，可以通过过滤器引导输入到测量体积的流体的一部分，以便减少该流体部分中的颗粒浓度，然后将其用作保护流体。可以通过中央的流体开口将流体流输入到测量体积，围绕该中央的流体开口在周围布置了一个或多个用于保护流体的开口。
根据本发明的方法可以利用作为机动车的一部分的测量装置执行，其中，在机动车去激活时中断流体流，和/或其中，当驱动装置起动时或之后或者当激活机动车的点火装置、车载电网或车载电网的一部分时或之后，满足激活条件。因此，尤其是在较长的停车时间之后起动机动车时，可以进行第二测量值的检测以及修正值的确定或改变。
除了根据本发明的方法之外，本发明还涉及一种用于确定与流体流中的颗粒的颗粒浓度有关的颗粒浓度值的测量装置，该测量装置具有：测量体积，流体流可被引导穿过该测量体积；传感器装置，通过该传感器装置能够检测与测量体积中的颗粒浓度相关的第一测量值；以及控制装置，通过该控制装置可以基于第一测量值和修正值计算出颗粒浓度值，其中，该控制装置被设置为用于执行根据本发明的方法。传感器装置和测量装置的其它部件被设置为用于执行该方法。
另外，本发明涉及一种包括根据本发明的测量装置的机动车。该测量装置可以用于测量内部空间中的、从机动车的周围环境输入的空气中的或者机动车的废气中的细粉尘浓度。该测量装置尤其可以仅在机动车运行时被运行。
附图说明
根据以下实施例和附图得到本发明的其它优点和细节。此处示意性示出：
图1示出根据本发明的机动车的一个实施例，其包括根据本发明的测量装置的两个实施例，以及
图2是根据本发明的测量装置的在图1中示出的实施例之一的细节图。
具体实施方式
图1示出机动车1，其包括多个测量装置4、17，用于检测流体流中的颗粒浓度、例如细粉尘浓度。首先描述了从机动车周围环境输入的气流中细粉尘浓度的测量。为了使之成为可能，通过通风管道2借助于流体输送装置3、即风扇，从车辆周围环境抽吸空气。空气经由测量装置4被引导至排气喷嘴5并且因此被引导至车辆内部空间中。该测量装置测量输入的空气中的颗粒浓度、尤其是细粉尘浓度。这例如可以用于，经由未示出的显示装置向车辆乘员提供关于这种颗粒浓度的信息。另选地或补充地，例如可以在颗粒浓度高时，中断从车辆周围环境中输入空气，以便避免车辆内部空间中高的颗粒-或细粉尘浓度。
测量装置4的结构在图2中详细示出。包括颗粒6的流体流7被输入测量装置4的测量体积8。同时，控制装置12借助于传感器装置9重复地检测相应一个第一测量值，该第一测量值与测量体积8中的颗粒浓度相关，以及基于相应的测量值和修正值计算出颗粒浓度值。修正值的考虑尤其用于，考虑由于经过较长的时间之后已经沉积在测量体积8的壁18上的颗粒6引起的第一测量值的歪曲。
传感器装置9包括光源10和光检测传感器11。它们如此布置，使得它们的中心射束19、20彼此成角度。因此，在传感器11处检测到的光强度以及因此所测得的测量值取决于通过光源10发出的光被颗粒6散射的份额，并因此取决于颗粒6的颗粒浓度。然而，颗粒6沉积在壁18上会歪曲测量并尤其使第一测量值偏移，所述沉积既可能出现在测量装置4的运行阶段期间也可能出现在该测量装置的非运行阶段期间。
为了避免所确定的颗粒浓度值的歪曲，另外根据修正值来计算出颗粒浓度值，所述修正值在满足修正条件时分别被确定或改变。如果流体流7被中断较长的时间，则应当满足修正条件，因为在这种情况下，那些残留在测量体积8中的颗粒6基本上沉积在壁18上，因此使传感器11的测量值产生预计的偏移。
通过流体输送装置3的运行来提供流体流7。因此，基本上在流体输送装置3不起作用时，即尤其是不通电时，中断流体流7。尤其当机动车1不运行时，即例如停止在停车位置中时，就是这种情况。在这种情况下，也去激活传感器装置9、尤其是光源10。
现在，如果机动车1再次起动，则在激活流体输送装置3之前检查，相关的时间间隔——在此期间流体输送装置3不工作或在此期间机动车1停止——的持续时长是否超过预定的限值。如果超过，则首先激活传感器装置9、特别是光源10，并检测第二测量值。由于在这种情况下，颗粒6处于未受干扰的状态并大量沉积在壁18上，因此该第二测量值对应于所寻找的偏移，且尤其可以用作修正值，该修正值可以被从第一测量值中减去以计算出颗粒浓度值。然而，原则上更复杂的关联也是可行的，以便例如考虑光源10或传感器11的老化等。
在检测到第二测量值之后，可以重新激活流体输送装置3，由此将流体流7引导通过测量体积8，并且可以如上所述地测量该流体流7中颗粒6的浓度。
如上所述，尽管可以通过所描述的做法在很大程度上补偿沉积的颗粒对测量体积8的污染，但是仍然应尽可能避免这种沉积。为了实现这一点，将输入的流体的一部分供应给环形过滤器13。因此，在过滤器13的后面提供保护流体，该保护流体的颗粒浓度低于流体流7的颗粒浓度。该保护流体如箭头14所示，围绕流体流7引入到测量体积8中，以便使流体流7以及因此使颗粒6避开测量体积8的壁18。
在测量装置不起作用时，即当流体输送装置3没有通电时，不仅流体流7停止，而且保护流体的流入也停止。因此，尤其是在其中开始流体流7的输入或结束流体流的输入的阶段中，即在流体输送装置3的起动-和停止阶段中，会导致颗粒6在测量体积8的壁18上的沉积。如上所述，可以通过使用修正值至少部分地补偿它们的影响。
如图1所示，机动车1还包括另一测量装置17，经由排气管路16把内燃机15的废气输入至该另一测量装置。在此，内燃机15本身用作流体输送装置，该流体输送装置将空气流输送到测量装置17的未示出的测量体积中。在这种情况下，在内燃机的较长时间的不运行阶段中可以进行第二测量值的检测和修正值的确定。因此，在较长的停用时间之后重新起动内燃机之前，可以确定第二测量值，并且因此改变或确定修正值。
Claims (12)
1.一种用于确定与流体流(7)中的颗粒(6)的颗粒浓度有关的颗粒浓度值的方法，其中，引导流体流(7)穿过测量体积(8)，其中，通过传感器装置(9)检测与测量体积(8)中的颗粒浓度相关的第一测量值，以及其中，基于第一测量值和修正值计算出颗粒浓度值，
其中，
在满足修正条件——所述修正条件的满足与穿过测量体积(8)的流体流(7)的中断相关——时，通过传感器装置(9)检测第二测量值，其中，基于第二测量值确定或改变修正值，
其特征在于，当满足激活条件时，激活流体输送装置(3)以输送流体流(7)，其中，如果流体输送装置(3)先前不起作用的持续时长超过预定的限值，则在满足激活条件的同时也满足修正条件，其中，在这种情况下在激活流体输送装置(3)之前检测第二测量值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述满足修正条件是指：当流体流(7)中断了预定的时间间隔之后。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述满足修正条件是指：仅当所述流体流中断了预定的时间间隔之后。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将流体流(7)通过流体输送装置(3)输送到测量体积(8)中和/或从测量体积(8)中输送出来，其中，所述满足修正条件是指：当流体输送装置(3)不起作用的连续的时间间隔的持续时长超过所述预定的限值时。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述满足修正条件是指：仅当流体输送装置(3)不起作用的连续的时间间隔的持续时长超过所述预定的限值时。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述传感器装置(9)包括至少一个光源(10)和至少一个光检测传感器(11)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一测量值取决于光源(10)的光的、通过颗粒(6)散射的那部分的光强度。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，基于在所述第一测量值与所述修正值之间的差来计算出颗粒浓度值。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，向所述测量体积(8)额外地输入保护流体，该保护流体的颗粒浓度低于流体流(7)的颗粒浓度。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，利用是机动车(1)的一部分的测量装置(4、17)执行所述方法，其中，在机动车(1)去激活时中断流体流(7)，和/或其中，当驱动装置启动 时或之后或者当激活机动车(1)的点火装置或车载电网或车载电网的一部分时或之后，满足激活条件。
11.一种用于确定与流体流(7)中的颗粒(6)的颗粒浓度有关的颗粒浓度值的测量装置，所述测量装置具有：测量体积(8)，流体流(7)能被引导穿过该测量体积；传感器装置(9)，通过该传感器装置能够检测与测量体积(8)中的颗粒浓度相关的第一测量值；以及控制装置(12)，通过该控制装置能够基于第一测量值和修正值计算出颗粒浓度值，
其特征在于，
所述控制装置(12)被设置为用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
12.一种机动车，
其特征在于，
所述机动车包括根据权利要求11所述的测量装置(4、17)。
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