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Die
Erfindung betrifft ein Gerät
zur Dichte- und Konzentrationsbestimmung von sichtbaren Bestandteilen
in Fluiden, insbesondere zur Messung der Trübung von Kraftfahrzeugabgasen
gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruches.
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Vorbekannt
ist durch die Schrift
DE
43 43 897 A1 eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Dichte- und
Konzentrationsbestimmung von sichtbaren Bestandteilen in Fluiden,
insbesondere zur Messung der Trübung
von Kraftfahrzeugabgasen. Ein derartiges Trübungsmessungsgerät, auch
Opacimeter genannt, wird zur Messung der Trübung im Kraftfahrzeugabgasstrom,
insbesondere eines Dieselmotors, eingesetzt. Dabei wird mittels
Extinktionsmessung die Schwächung
eines Lichtstrahles durch eine vom zu messenden Fluid durchströmte Messkammer
ermittelt, die als Maß für die Trübung angenommen wird.
Die Konzentrationsbestimmung erfolgt gemäß dem Lambert-Beerrschen Gesetz,
das die Lichtschwächung
beim Durchgang von absorbierenden Medien beschreibt. Zur Ermittlung
der Trübung
wird über
eine Lichtquelle ein ausgehendes optisches Signal durch die optischen
Fenster und durch die Messkammer geleitet und durch einen gegenüber der
Lichtquelle angeordneten Lichtempfänger einer Signalaufbereitungsstufe
zur Auswertung des Lichtstrahls zugeführt. Um ein großes Messvolumen
zu erfassen, wird der Lichtstrahl vor dem Eintritt in die Messstrecke
durch Kollimatoren auf den Durchmesser des gewünschten Messvolumens aufgeweitet und
vor dem Eintritt in den Lichtempfänger durch eine Linse wieder
gebündelt.
Im Laufe der Betriebszeit werden die optischen Fenster durch den
im Abgasstrom vorhandenen Ruß verschmutzt,
wodurch die Genauigkeit der Bestimmung der Dichte- und Konzentrationsmessung
im Abgasstrom negativ beeinflusst wird. Zur Berücksichtigung der Verschmutzung der
optischen Fenster bei der Messung der Trübung muss das Messgerät in entsprechenden
Zeiträumen kalibriert
werden. Die Kalibrierung erfolgt durch Umschaltung eines Kalibrierventils,
wobei anstelle des Abgases ein Spülmedium durch die Messkammer geleitet
wird. Die Niederschläge
auf den Messfenstern werden erfasst und im Messergebnis berücksichtigt.
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Nachteilig
beim bekannten Stand der Technik ist, dass derartige Messgeräte in verhältnismäßig kurzen
Zeitabständen
kalibriert werden müssen
oder die Fenster zu reinigen sind, um vergleichbare Messergebnisse
der Trübung
zu erhalten. Außerdem
ist der Aufwand zur Kalibrierung des Messgerätes verhältnismäßig groß.
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Vorbekannt
ist durch die Schrift
DE
36 27 074 A1 eine Einrichtung zur Beobachtung und Auswertung
von Verbrennungsvorgängen
in Brennräumen
von Brennkraftmaschinen. Zum Erfassen des Lichtes der Verbrennung
ist ein als Lichtleiter ausgebildetes optisches Fenster am Brennraum
angrenzend angeordnet. Dem Lichtleiter kann bei verbrennungsfreien
Arbeitstakten Referenzlicht von außen zugeführt werden. Zur Erfassung der
Verschmutzung des Lichtleiters und zum Kalibrieren des zu messenden
Flammlichtes wird während
des Stillstandes der Verbrennungskraftmaschine oder bei den Taktphasen,
bei denen kein Flammlicht auftritt, das am brennraumseitigen Ende
des Lichtleiters reflektierte Referenzlicht erfasst und das diesbezügliche Signal einer
Korrektureinrichtung zugeführt.
Bei vorgenannten Betriebszuständen
wird das Referenzlicht ohne störenden
Lichteinfall aus dem Brennraum an der brennraumseitigen Grenzfläche des
Lichtleiters in Abhängigkeit
des Verschmutzungsgrades reflektiert. Über die Korrektureinrichtung
wird eine Kalibrierung erfasster Werte des Flammlichtes in Abhängigkeit der
Verschmutzung der am Brennraum angrenzenden Lichtaufnahmefläche des
Lichtleiters vorgenommen. Vorbeschriebene Vorrichtung dient ausschließlich zum
Erfassen von Flammlicht in Brennräumen einer Brennkraftmaschine.
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In
der
DE 81 28 634 U1 wird
eine entnahmefreie optische Rauchgasanalyse mittels Transmissionsmessung
beschrieben. Zur Verringerung des Messfehlers durch die Verschmutzung
der optischen Fenster ist unmittelbar hinter dem ersten Fenster
in der Messstrecke ein Retroreflektor angeordnet, der von außerhalb
in den Strahlengang einschiebbar ist. In gewissen Zeitabständen wird
bei eingefügtem
Reflektor die Schwächung
des Messstrahls bei zweimaligem Durchtritt durch das Fenster gemessen
und das gewonnene Signal zur Korrektur des eigentlichen Messsignals
verwendet. Die Ermittlung des Messfehlers ist aufwendig und das
Ergebnis ist ungenau.
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Die
DE 26 54 726 C2 betrifft
eine Einrichtung zur Überwachung
einer Gasströmung
auf in dieser vorhandene Partikel. Dabei ist in der Gasströmung eine
lichtdurchlässi ge
Sonde angeordnet, durch die eine Konzentrationsbestimmung mittels
Reflexionsmessung erfolgt. Solche in dem Gasstrom angeordneten Vorrichtungen
zur Konzentrationsbestimmung von sichtbaren Bestandteilen in Fluiden
sind zur Messung der Trübung
von heißen
Kraftfahrzeugabgasen nicht geeignet.
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Aus
der
DE 38 39 348 A1 ist
eine Vorrichtung zur Messung der Partikelbelastung von Kraftfahrzeugabgasen
bekannt, bei der die vom zu messenden Fluid durchströmte Messkammer über eine
Reflexionsfläche
zweimal durchlaufen wird. Eine Messwertverfälschung durch Rußablagerungen
wird durch Abbrennen der Rußpartikel
durch Aufheizen der Fenster über
die Rußabbrandtemperatur
erreicht. Das Aufheizen der Fenster stellt eine aufwendige Lösung dar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Dichte- und Konzentrationsbestimmung von
sichtbaren Bestandteilen in Fluiden, insbesondere zur Messung der
Trübung
von Kraftfahrzeugabgasen der eingangs beschriebenen Art zu schaffen,
mit dem die Genauigkeit der Bestimmung der Dichte- und Konzentrationsmessung
bei gleichzeitiger Verlängerung
notwendiger Kalibrierintervalle des Messgerätes erhöht wird.
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Erfindungsgemäß wird dies
durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches beschriebene
Anordnung eines Strahlungsempfängers für das reflektierte
Licht an dem Eintritffenster des Messlichtes mit nachgeschalteter
Auswerte- und Korrektureinrichtung zur Ermittlung des Trübungswertes
und dessen Korrektur in Abhängigkeit
von der Verschmutzung der optischen Fenster erreicht. Dabei wird
bei vernachlässigbarer
Reflexion, bei geringer Partikelbeladung des Fluids oder des Aerosols
in der Messkammer das reflektierte Licht gemessen.
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Erfindungsgemäß wird die
Lösung
der Aufgabe durch eine Variante der im kennzeichnenden Teil des
Nebenanspruches beschriebenen Anordnung einer Kalibrierlichtquelle
an einem Austrittsfenster, einer durch eine Strahlung durchdringende Messkammer
und einer einem Strahlungsempfänger nachgeschalteten
Auswertungseinrichtung und einer Korrektureinrichtung zur Ermittlung
eines Wertes der Trübung
in Abhängigkeit
von der Verschmutzung der optischen Fenster erreicht. Dabei wird
bei einer partikelfreien Messkammer und bei einer ausgeschalteten
Messlicht quelle durch die Kalibrierlichtquelle eine Strahlung erzeugt,
die durch die Verschmutzung an der Innenfläche des optischen Fensters
reflektiert und danach einem Strahlungsempfänger zugeführt wird.
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In
beiden Fällen
wird aus dem reflektierten Signal in einem Korrekturwertspeicher
ein Korrekturwert gebildet, der in Abhängigkeit der Verschmutzung
der Ein- und Austrittsfenster der Messkammer ein in bekannter Weise
ermitteltes Signal der Trübung
in einer Auswerteeinrichtung in einen Wert der Trübung wandelt.
Durch die Einbeziehung des Verschmutzungsgrades der optischen Fenster,
infolge von Partikelablagerungen aus dem zu messenden Fluid innerhalb
der Messkammer, bei der Ermittlung eines Wertes der Trübung wird
die Genauigkeit der Bestimmung der Dichte- und Konzentrationsmessung
auch über
einen längeren
Betriebszeitraum erhöht.
Messfehler, die bei der Ermittlung der Trübung zwangsläufig durch
die verschmutzten optischen Fenster auftreten, werden somit durch
die Berücksichtigung
des Verschmutzungsgrades der optischen Fenster reduziert. Der Transmissionsgrad
des Messlichtes durch die verschmutzten Fenster wird somit während der
laufenden Messung der Trübung
korrigiert. Gleichzeitig wird dabei ein Grenzwert festgelegt, bei
dem eine Messung der Trübung
durch die verschmutzten optischen Fenster nicht mehr sinnvoll ist.
Durch einerseits der Einbeziehung des Verschmutzungsgrades der optischen
Fenster in die Ermittlung des Wertes der Trübung und andererseits der Festlegung
eines Grenzwertes des Verschmutzungsgrades der optischen Fenster
ist das Kalibrieren des Opacimeters nur in größeren Zeitabständen erforderlich
und notwendig. Bei der Erzielung eines genaueren Wertes der Trübung werden
insgesamt die Betriebskosten reduziert.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben,
sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
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Anhand
einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 den
schematisierten Aufbau eines Gerätes
zur Dichte- und Konzentrationsbestimmung von sichtbaren Bestandteilen
in Fluiden,
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2 eine
Variante gemäß 1.
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Das
erfindungsgemäße Gerät zur Dichte- und
Konzentrationsbestimmung von sichtbaren Bestandteilen in Fluiden
wird beschrieben am Beispiel der Ermittlung eines Wertes der Trübung eines
Abgasstromes von Kraftfahrzeugen. Dabei wird bei einem Fluid insbesondere
von einem gasförmigen
Aggregatzustand, beispielsweise von einem Aerosol, ausgegangen.
In den dazugehörigen
Zeichnungen ist mit 3 die Messkammer bezeichnet, durch
die das zu messende Fluid, gemäß dem Ausführungsbeispiel Kraftfahrzeugabgase,
strömt.
Axial weist die Messkammer 3 optische Fenster 1 und 2 auf.
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Gemäß der 1 ist
am Eintrittsfenster 1 eine Lichtquelle 6 angeordnet,
von der in bekannter Weise beim Messprozess, zur Ermittlung eines
Wertes der Trübung
der Abgase, ein Messlicht als Lichtstrahl ausgesendet wird. Die
Strahlen gelangen über einen
Lichtleiter 5 und nach Aufweitung durch eine Optik 4 durch
das Eintrittsfenster 1 in die vom zu messenden Abgas durchströmte Messkammer 3, durchdringen
diese und gelangen, durch die Rußpartikel in ihrer Intensität gemindert, über das
Austrittsfenster 2 zu einer Optik 4'. Die außerhalb der Messkammer 3 angeordnete
Optik 4' bündelt den
durch die Messkammer 3 hindurchgeführten Lichtstrahl und leitet
ihn über
einen Lichtleiter 21 zu einem Strahlungsempfänger 8a,
in dem der Lichtstrahl in ein entsprechendes Ausgangssignal gewandelt
wird.
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Gemäß der 2 ist
am Eintrittsfenster 1.1 eine Messlichtquelle 15 angeordnet,
von der in bekannter Weise beim Messprozess, zur Ermittlung eines
Wertes der Trübung
der Abgase, ein Messlicht als Lichtstrahl ausgesendet wird. Die
Strahlen gelangen durch das Eintrittsfenster 1.1 in die
vom zu messenden Abgas durchströmte
Messkammer 3, durchdringen diese und gelangen, durch die
Rußpartikel
in ihrer Intensität
gemindert, über
das Austrittsfenster 2.2 zu einer Optik 4. Die
außerhalb
der Messkammer 3 angeordnete Optik 4 bündelt den
durch die Messkammer 3 hindurchgeführten Lichtstrahl und leitet
ihn über
einen Lichtleiter 7 zu einem Strahlungsempfänger 8,
in dem der Lichtstrahl in ein entsprechendes Ausgangssignal gewandelt
wird.
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Gemäß der Variante 1 wird
von dem Strahlungsempfänger 8a ausgangsseitig
das Signal ST der Trübung
einer Auswerteeinrichtung 9 zugeführt, in der mittels des Signals
SK aus dem Korrekturwertspeicher 11 der Wert WT der Trübung der
Abgase ermittelt wird. Gemäß der Variante 2 wird
von dem Strahlungsempfänger 8 ausgangsseitig
das Signal ST der Trübung über eine
geschlossene Schalteinrichtung 20 einer Auswerteeinrichtung 9 zugeführt, in der
der Wert WT der Trübung
der Abgase ermittelt wird. Die Ermittlung des Wertes WT der Trübung in der
Auswerteeinrichtung 9 wird an späterer Stelle noch ausführlich erläutert. In
der Zeichnung ist eine zusätzliche
Abnahme des Signals ST der Trübung durch
ein Anzeigegerät
vor der Auswerteeinrichtung 9 dargestellt.
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Beim
Durchströmen
der Abgase durch die Messkammer 3 lagern sich feste Partikel 12 als
Rußschicht
an den Innenseiten der optischen Fenster 1 und 2 beziehungsweise 1.1 und 2.2 an.
Durch diese Rußschicht
wird der Transmissionsgrad der optischen Fenster verändert. Die
Stärke
des von der Lichtquelle 6 oder von der Messlichtquelle 15 ausgesandten
Messlichts wird beim Durchgang durch die optischen Fenster 1 und 2 beziehungsweise 1.1 und 2.2 durch
die Verschmutzung reduziert, so dass bei Nichtberücksichtigung
des Verschmutzungsgrades der optischen Fenster der Messwert für die Trübung verfälscht wird.
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Die
Erfassung des Verschmutzungsgrades der optischen Fenster 1 und 2 beziehungsweise 1.1 und 2.2 geht
von der Erkenntnis aus, dass sich die Reflexion eines Lichtstrahles
an der Grenzfläche
zwischen dem Glas der optischen Fenster 1 und 2 und dem
in der Messkammer befindlichen Abgases durch die zunehmende Rußbeladung
an den Fenstern ändert
und dass die Verschmutzung des Eintrittsfensters 1 bzw. 1.1 und
des Austrittsfensters 2 bzw. 2.2 gleichmäßig verläuft. Dabei
ist jedoch zu beachten, dass die Reflexion des Lichtstrahls an Partikeln
im Abgasstrom keinen nennenswerten Einfluss beim Ermitteln des Verschmutzungsgrades
der optischen Fenster 1 und 2 beziehungsweise 1.1 und 2.2 haben darf.
Entsprechend den Gesetzen der Elektrodynamik kann der Reflexionsgrad
an der Grenzschicht zwischen dem Glas der optischen Fenster 1 und 2 beziehungsweise 1.1 und 2.2 und
dem Gas ermittelt werden. Bei einem entsprechenden Brechungsindex von
Luft und Glas wird somit bei gereinigten optischen Fenstern und
bei einer nahezu partikelfreien Messkammer 3 die Transmission
um den Reflexionsgrad von ca. 4% gemindert sein. Eine Absorption
des Lichtes an den Fenstern kann dabei vernachlässigt werden. Sind die optischen
Fenster 1 und 2 beziehungsweise 1.1 und 2.2 mit
einer gleichmäßigen durchgehenden
Rußschicht
belegt, ergibt sich ein Reflexionsgrad an der Grenz schicht zwischen
Glas und Rußschicht
von ca. 17%. Die Absorption nicht reflektierten des Lichtstrahls
an der Grenzschicht beträgt
dabei ca. 100%. Somit steigt die Reflexion eines Lichtstrahls mit
wachsender Rußablagerung
auf den optischen Fenstern von 4% auf 17% an. Daraus lässt sich
auf die verbleibende Transmission der optischen Fenster 1 und 2 beziehungsweise 1.1 und 2.2 schließen und
somit auf deren Verschmutzungsgrad. Die verbleibende Transmission
und der Verschmutzungsgrad in Abhängigkeit von der Reflexion
muss experimentell bestimmt werden. Erfindungsgemäß ist gemäß 1 zur
Erfassung des Verschmutzungsgrades der optischen Fenster 1 und 2 dem
optischen Eintrittsfenster 1 ein Lichtleiter 7 zum
Empfang eines reflektierten Strahles 13 und zur Weiterleitung
der an der Grenzfläche
von dem Eintrittsfenster 1 und dem Abgas durch die Schmutzschicht
reflektierten Strahlung 13 zu dem Strahlungsempfänger 8 zugeordnet. Dabei
ist der Strahlungseintritt des Lichtleiters 7 unmittelbar
neben dem Strahlungsaustritt des Lichtleiters 5, der mit
der Lichtquelle 6 zur Erzeugung der Strahlung 14 verbunden
ist, angeordnet. Eine entsprechende Strahlung 14 zur Erfassung
des Verschmutzungsgrades des optischen Eintrittfensters 1 wird
nur dann ausgewertet, wenn die Messkammer 3 nahezu partikelfrei
ist und somit die Reflexion durch die Partikelbeladung in der Messkammer 3 vernachlässigbar
ist.
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Durch
die Auswerteeinrichtung 9 wird bei nahezu partikelfreier
Messkammer 3 das Signal des Strahlungsempfängers 8 im
Korrekturwertspeicher 11 gespeichert. Gleichzeitig wird über die
Steuerleitung 18 der Lichtquelle 6 ein Schaltsignal
zur Einschaltung der Lichtquelle 6 zugeführt.
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Vorteilhafterweise
ist der Lichtquelle 6 ein Lichtleiter 5 zugeordnet,
der die Strahlung 14 der Lichtquelle 6 dem Eintrittsfenster 2 zuführt. Die
aus dem Lichtleiter 5 austretende Strahlung 14 wird
durch die zwischen dem Austritt der Strahlung 14 aus dem Lichtleiter 5 und
dem Austrittsfenster 1 angeordnete Optik 4 aufgeweiet.
Die aufgeweitete Strahlung 14 durchdringt das Eintrittsfenster 1 der
Messkammer 3 und wird dort durch die an der Innenseite
des Eintrittsfensters 1 abgelagerten Partikel 12 reflektiert. Eine
Reflektion von eventuellen wenigen vorhandenen Partikeln 12 im
Abgasstrom haben keinen nennenswerten Einfluss auf die Reflexstrahlung 13,
da sie einerseits stark absorbierend sind und andererseits mit zunehmendem
Abstand von der Grenzfläche
der optischen Fenster 1 und 2 die Lichtenergie durch
die unregelmäßige Oberfläche der
Partikel 12 als Streulicht 17 in einen großen Raumbereich
streuen. Die durch Grenzfläche
hervorgerufene Reflexstrahlung 13 wird durch die Optik 4 gebündelt und über den
Lichtleiter 7 dem Strahlungsempfänger 8 zugeführt.
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In
dem nachgeschalteten Korrekturwertspeicher 11 wird das
Signal der Reflexstrahlung 13 gespeichert und in ein Signal
SK des Korrekturwertes gewandelt. Das Signal SK des Korrekturwertes
stellt somit eine Größe des Transmissionsgrades
der optischen Fenster 1 und 2 in Abhängigkeit
von deren Verschmutzungsgrades dar, wobei davon ausgegangen wird,
dass die Verschmutzung des Eintrittfensters 1 gleich der
Verschmutzung des Austrittsfensters 2 ist. Das Signal SK
des im Speicher 11 abgelegten Korrekturwertes ist im Messbetrieb
neben dem Signal ST der Trübung
der Auswerteeinrichtung 9 angeschlossen, wobei die Auswerteeinrichtung 9 das
Signal ST der Trübung
mittels des Signals SK des Korrekturwertes in Abhängigkeit
der Verschmutzung von Ein- und Austrittsfenster 1; 2 in
einen Wert WT der Trübung
wandelt. In der 1 ist eine zusätzliche Abnahme
des Signals SK der Trübung
durch ein Anzeigegerät
zwischen dem Korrekturwertspeicher und der Auswerteeinrichtung 9 dargestellt.
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Im
Messbetrieb zur Trübungsermittlung
der Abgase, bei dem die Strahlung der Lichtquelle 6 die vom
zu messenden Fluid durchströmte
Messkammer 3 durchdringt und das Signal ST der Trübung der Auswerteeinrichtung 9 zugeführt wird,
wird der Auswerteeinrichtung 9 auch das in dem Korrekturwertspeicher 11 abgespeicherte
Signal SK des Korrekturwertes, der die Fensterverschmutzung berücksichtigt,
zugeführt.
In der Auswerteeinrichtung 9 wird das im Messbetrieb ermittelte
Signal ST der Trübung
mittels des Signals SK aus dem Korrekturwertspeicher 11 zu
einem Wert WT der Trübung
gewandelt. Der so ermittelte Wert WT der Trübung wird in einer der Auswerteeinrichtung 9 nachgeschalteten
Anzeigeeinrichtung 10 angezeigt.
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Durch
die Einbeziehung der Fensterverschmutzung und Bildung eines Korrekturwertes
ist es möglich,
die Genauigkeit der Ermittlung des Wertes WT der Trübung zu
verbessern, da die Ermittlung des aktuellen Trübungswertes in Abhängigkeit
von dem ermittelten Korrekturwert der Verschmutzung der Ein- und
Austrittsfenster 1 und 2 erfolgt. Der Messfehler,
der bei der Ermittlung der Trübung
durch die Verschmut zung der optischen Fenster 1 und 2 durch ständig steigende
Rußablagerung
auftritt, wird somit weitestgehend vermieden beziehungsweise stark
reduziert. Das hat zur Folge, dass die Kalibrierintervalle des Opacimeters
zur Messung der Trübung
von Kraftfahrzeugabgasen aufgrund der auftretenden Fensterverschmutzung
nicht mehr so oft durchgeführt
werden müssen,
da durch die erfindungsgemäße Lösung die
Fensterverschmutzung in die Messung der Trübung einbezogen wird. Gleichzeitig
wird durch den ermittelten Korrekturwert der Verschmutzung der Ein-
und Austrittsfenster 1 und 2 ein Grenzwert festgelegt,
bei dem die Messung der Trübung durch
die verschmutzten Fenster 1 und 2 nicht mehr sinnvoll
ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird
insgesamt der Aufwand der Messung der Trübung reduziert.
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In
der 2 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt.
Im Unterschied zu der in der 1 dargestellten
Lösung
ist die Lichtquelle 6 als Kalibrierlichtquelle ausgebildet
und an der Seite des Austrittsfensters 2.2 angeordnet.
Eine Messlichtquelle 15 zur Aussendung einer Strahlung
zur Ermittlung der Trübung
ist an der Seite des Eintrittsfensters 1.1 angeordnet.
Gemäß der in 2 dargestellten Variante
ist zur Erfassung des Verschmutzungsgrades der optischen Fenster 1.1 und 2.2 dem
optischen Austrittsfenster 2.2 eine Kalibrierlichtquelle 6,
zur Aussendung einer Strahlung 14 in Richtung des Austrittfensters 2.2,
und der Lichtleiter 7, zur Weiterleitung der an der Grenzfläche von
dem Austrittsfenster 2.2 und dem Abgas durch die Schmutzschicht
reflektierten Strahlung 13 zu dem Strahlungsempfänger 8, zugeordnet.
Eine entsprechende Strahlung 14 zur Erfassung des Verschmutzungsgrades
des Austrittsfensters 2.2 wird nur dann von der Kalibrierlichtquelle 6 in
Richtung des optischen Austrittsfensters 2 ausgesandt,
wenn die Messkammer 3 nahezu partikelfrei und die Messlichtquelle 15 abgeschaltet
ist. Dazu ist die Kalibrierlichtquelle 6 und die Messlichtquelle 15 jeweils über eine
Leitung 16 mit einer Wechselschalteinrichtung 19 verbunden.
Die Ansteuerung der Wechselschalteinrichtung 19 erfolgt über eine Steuerleitung 18,
die mit der Auswerteeinrichtung 9 verbunden ist. Von der
Auswerteeinrichtung 9 wird bei nahezu partikelfreier Messkammer 3 über die Steuerleitung 18 ein
entsprechendes Schaltsignal zur Umschaltung der Wechselschalteinrichtung 19 zugeführt. Die
Wechselschalteinrichtung 19 schaltet auf die in der 2 dargestellten
Schaltstellung, bei der über
die Leitung 16 die Aussendung der Strahlung 14 von
der Kalibrierlichtquelle 6 aktiviert wird. Durch die Wechselschalteinrichtung 19 wird
gleichzeitig die Messlichtquelle 15 abgeschaltet. Gleichzeitig
wird von der Auswerteeinrichtung 9 über die Steuerleitung 18 ein
entsprechendes Schaltsignal zur Umschaltung des Schalters der Schalteinrichtung 20 zugeführt. Bei
eingeschalteter Kalibrierlichtquelle 6 wird die direkte
Verbindung des Strahlungsempfängers 8 mit
der Auswerteeinrichtung 9 unterbrochen. Der Strahlungsempfänger 9 ist,
wie in der 2 dargestellt, mit einem Korrekturwertspeicher 11 verbunden.
Bei Durchführung
eines entsprechenden Messbetriebs zur Ermittlung der Trübung erfolgt
analog eine Umschaltung der Wechselschalteinrichtung 19 und
der Schalteinrichtung 20. In der 2 ist Erfassung
der Fensterverschmutzung bei abgeschalteter Messlichtquelle 15 dargestellt. Über die
Schalteinrichtung 20 wird zur Ermittlung der Fensterverschmutzung
das Signal der Reflexstrahlung 13, analog wie anhand der 1 beschrieben,
als Ausgangssignal des Strahlungsempfängers 8 dem Korrekturwertspeicher 11 zugeführt und
mittels des Signals SK des im Speicher 11 abgelegten Korrekturwertes
der Wert WT der Trübung
in Abhängigkeit
der Verschmutzung der optischen Fenster ermittelt.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, den Strahlungsaustritt
des Lichtleiters 5 für
die Kalibrierlichtstrahlung 14 unmittelbar neben dem Strahlungseintritt
des Lichtleiters 7 für
die Reflexstrahlung 13 und des Messlichtes anzuordnen.
Dadurch ist es möglich,
durch die Anordnung der Optik 4 sowohl die Strahlung 14 der
Kalibrierlichtquelle 6 entsprechend aufzuweiten als auch
die Reflexstrahlung 13 und die Messlichtstrahlung der Lichtquelle 6 gebündelt über den
Lichtleiter 7 dem Strahlungsempfänger 8 zuzuführen. Zur
Verringerung der Empfindlichkeit gegenüber Verbiegungen – z. B.
durch einseitige thermische Ausdehnungen der Messstrecke 5, 4, 1, 3, 2, 4', 21 – weist
der als Sendefaser ausgebildete Lichtleiter 5 einen geringeren
Faserdurchmesser auf als der als Empfangsfaser ausgebildete Lichtleiter 7. Bei
der Reflexionsmessung ist eine Verbiegung des Kollimators nicht
zu erwarten und es lassen sich zwei 50 μm Fasern leichter zentrieren
als eine 50 μm
und eine wesentlich größere Faser.
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In
der 1 und in der 2 ist jeweils
die Schaltung zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades der optischen
Fenster dargestellt.
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- 1
- optisches
Eintrittsfenster
- 1.1
- optisches
Eintrittsfenster
- 2
- optisches
Austrittsfenster
- 2.2
- optisches
Austrittsfenster
- 3
- Messkammer
- 4
- Optik
- 5
- Lichtleiter
- 6
- Lichtquelle
- 7
- Lichtleiter
- 8
- Strahlungsempfänger
- 8a
- Strahlungsempfänger
- 9
- Auswerteeinrichtung
- 10
- Anzeigeeinrichtung
- 11
- Korrekturwertspeicher
- 12
- feste
Partikel
- 13
- Reflexstrahlung
- 14
- Strahlung
- 15
- Messlichtquelle
- 16
- Leitung
- 17
- Streulicht
- 18
- Steuerleitung
- 19
- Wechselschalteinrichtung
- 20
- Schalteinrichtung
- 21
- Lichtleiter
- SK
- Signal
des Korrekturwertes
- ST
- Signal
der Trübung
- WT
- Wert
der Trübung