DE102011056045B4 - Device for mass determination of aerosol particles - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (100) zur Massenbestimmung von Aerosolpartikeln (120), mit einem für eine Massenbestimmung geeigneten Sensor, wobei der Sensor als Platten-Kondensator (101, 102) mit mindestens zwei sich gegenüberstehenden Kondensatorplatten (101, 102) ausgebildet ist und ein Raumbereich zwischen den Kondensatorplatten (101, 102) einen Messbereich (110) bildet, in den die Aerosolpartikel (120) zum Zweck einer Massenbestimmung einbringbar sind, und mit einer Einrichtung (200) zum Bestimmen einer in Folge einer Änderung der Dielektrizitätskonstanten des zwischen den Kondensatorplatten (101, 102) ausgebildeten Dielektrikums bewirkten Änderung der Kapazität des Kondensators (101, 102), dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine dem Messbereich (110) nahe Oberfläche jeder der Kondensatorplatten (101, 102) eine aufgeraute Struktur aufweist, die mittels einer Kondensatorplatte (101, 102) mit einer mehrschichtig ausgebildeten Gewebestruktur gebildet ist, wobei der Messbereich (110) einen Eingangsbereich (130) zur Aufnahme von Aerosolpartikeln (120) und einen Ausgangsbereich (140) zur Abgabe von Aerosolpartikeln (120) aufweist, wobei eine Ventilatoreinrichtung (300) vorgesehen ist, um die Aerosolpartikel (120) von dem Eingangsbereich (130) in Richtung des Ausgangsbereiches (140) zu fördern, und die Ventilatoreinrichtung (300) ausgerichtet ist, um die Aerosolpartikel (120) durch die Gewebestruktur mindestens einer Kondensatorplatte (101, 102) hindurch zu fördern.Device (100) for the mass determination of aerosol particles (120), having a sensor suitable for mass determination, wherein the sensor is designed as a plate capacitor (101, 102) with at least two opposing capacitor plates (101, 102) and a space between the Capacitor plates (101, 102) forming a measuring region (110) into which the aerosol particles (120) can be introduced for the purpose of mass determination, and with means (200) for determining a due to a change in the dielectric constant of the between the capacitor plates (101, 102) formed dielectric change of the capacitance of the capacitor (101, 102), characterized in that in each of the measuring area (110) near the surface of each of the capacitor plates (101, 102) has a roughened structure by means of a capacitor plate (101, 102 ) is formed with a multi-layered fabric structure, wherein the measuring area (110) has an input Angular area (130) for receiving aerosol particles (120) and an output area (140) for dispensing aerosol particles (120), wherein a fan means (300) is provided to the aerosol particles (120) from the input area (130) in the direction of To promote output range (140), and the fan means (300) is aligned to promote the aerosol particles (120) through the fabric structure of at least one capacitor plate (101, 102) therethrough.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Massenbestimmung von Aerosolpartikeln, mit einem für eine Massenbestimmung geeigneten Sensor, wobei der Sensor als Platten-Kondensator mit mindestens zwei sich gegenüberstehenden Kondensatorplatten ausgebildet ist und ein Raumbereich zwischen den Kondensatorplatten einen Messbereich bildet, in den die Aerosolpartikel zum Zweck einer Massenbestimmung einbringbar sind, und mit einer Einrichtung zum Bestimmen einer in Folge einer Änderung der Dielektrizitätskonstanten des zwischen den Kondensatorplatten ausgebildeten Dielektrikums bewirkten Änderung der Kapazität des Kondensators.The invention relates to a device for mass determination of aerosol particles, with a sensor suitable for mass determination, wherein the sensor is designed as a plate capacitor with at least two opposing capacitor plates and a space between the capacitor plates forms a measuring range, in which the aerosol particles for the purpose of Mass determination can be introduced, and with a device for determining a change in the capacitance of the capacitor caused by a change in the dielectric constant of the formed between the capacitor plates dielectric capacitor.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik in einer Vielzahl unterschiedlicher Ausführungen bekannt und werden dabei in einer großen Bandbreite von Einsatzgebieten verwendet. Die bekannten Vorrichtungen weisen indes den Nachteil auf, dass mit ihnen eine sehr schnelle und dabei genaue Massenbestimmung von Aerosolpartikeln jeglicher Art, insbesondere auch von toxisch wirkenden Aerosolpartikeln, nicht gewährleistet ist.Devices of the type mentioned above are known in the art in a variety of different designs and are used in a wide range of applications. The known devices, however, have the disadvantage that with them a very fast and accurate mass determination of aerosol particles of any kind, especially of toxic-acting aerosol particles, is not guaranteed.
Aus
Aufgabe der Erfindung ist es, eine robuste Vorrichtung zum Messen von Aerosolpartikeln jeglicher Art zu schaffen, die unter geringem Aufwand eine genaue und schnelle Massenbestimmung der Aerosolpartikel ermöglicht.The object of the invention is to provide a robust device for measuring aerosol particles of any kind, which enables a precise and rapid mass determination of the aerosol particles with little effort.
Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jeweils eine dem Messbereich nahe Oberfläche jeder der Kondensatorplatten eine aufgeraute Struktur aufweist, die mittels einer Kondensatorplatte mit einer mehrschichtig ausgebildeten Gewebestruktur gebildet ist, wobei der Messbereich einen Eingangsbereich zur Aufnahme von Aerosolpartikeln und einen Ausgangsbereich zur Abgabe von Aerosolpartikeln aufweist, wobei eine Ventilatoreinrichtung vorgesehen ist, um die Aerosolpartikel von dem Eingangsbereich in Richtung des Ausgangsbereiches zu fördern, und die Ventilatoreinrichtung ausgerichtet ist, um die Aerosolpartikel durch die Gewebestruktur mindestens einer Kondensatorplatte hindurch zu fördern.For a device of the type mentioned above, this object is achieved in that in each case a measuring surface near the surface of each of the capacitor plates has a roughened structure, which is formed by a capacitor plate with a multi-layered fabric structure, wherein the measuring area an input area for receiving aerosol particles and an exit area for delivering aerosol particles, wherein fan means are provided to convey the aerosol particles from the entrance area toward the exit area, and the fan means is aligned to convey the aerosol particles through the tissue structure of at least one capacitor plate.
Eine dem Messbereich nahe Oberfläche der Kondensatorplatten weist eine aufgeraute Struktur auf. Eine Kondensatorplatte ist dabei beispielsweise von einer Gitterstruktur bzw. einer Gewebestruktur gebildet. Eine entsprechende Struktur ist dabei mehrschichtig ausgebildet.A measurement area near the surface of the capacitor plates has a roughened structure. A capacitor plate is formed, for example, by a grid structure or a fabric structure. A corresponding structure is multilayered.
Der Messbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist einen Eingangsbereich zur Aufnahme von Aerosolpartikeln und einen Ausgangsbereich zur Abgabe von Aerosolpartikeln auf, wobei eine Ventilatoreinrichtung vorhanden ist, um die Aerosolpartikel von dem Eingangsbereich in Richtung des Ausgangsbereiches zu fördern.The measuring region of the device according to the invention has an inlet area for receiving aerosol particles and an outlet area for emitting aerosol particles, wherein a fan device is provided to convey the aerosol particles from the inlet area in the direction of the outlet area.
Die Ventilatoreinrichtung ist ausgerichtet, um die Aerosolpartikel durch die Gewebestruktur mindestens einer Kondensatorplatte hindurch zu fördern.The fan means is aligned to convey the aerosol particles through the fabric structure of at least one capacitor plate.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred embodiments of the invention are subject of the dependent claims.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Merkmalskombination, dass jeweils eine dem Messbereich nahe Oberfläche jeder der Kondensatorplatten eine aufgeraute Struktur aufweist, die mittels einer Kondensatorplatte mit einer mehrschichtig ausgebildeten Gewebestruktur gebildet ist, wobei der Messbereich einen Eingangsbereich zur Aufnahme von Aerosolpartikeln und einen Ausgangsbereich zur Abgabe von Aerosolpartikeln aufweist, wobei eine Ventilatoreinrichtung vorgesehen ist, um die Aerosolpartikel von dem Eingangsbereich in Richtung des Ausgangsbereiches zu fördern, und die Ventilatoreinrichtung ausgerichtet ist, um die Aerosolpartikel durch die Gewebestruktur mindestens einer Kondensatorplatte hindurch zu fördern, ein sehr sensibel wirkender Sensor geschaffen ist, bei dem insbesondere sichergestellt ist, das eine chemische Reaktion und damit eine Änderung der chemischen Struktur der zu sensierenden Aerosolpartikel während eines Messvorgangs ausgeschlossen ist.In the device according to the invention is characterized by the combination of features that each one near the measuring surface near the surface of each of the capacitor plates has a roughened structure which is formed by a capacitor plate having a multi-layered fabric structure, the measuring area an input area for receiving aerosol particles and an output area for dispensing aerosol particles, wherein ventilator means are provided to convey the aerosol particles from the entrance area towards the exit area, and the ventilator means is oriented to convey the aerosol particles through the tissue structure of at least one condenser plate, there is provided a highly sensitive sensor; in particular, it is ensured that a chemical reaction and thus a change in the chemical structure of the aerosol particles to be sensed during a measuring operation is excluded.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass ein Messvorgang prinzipiell auch in Echtzeit bzw. online durchgeführt werden kann.Another advantage of the device according to the invention is the fact that a measuring process can in principle also be carried out in real time or online.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Kondensatorplatten plan ausgebildet sind. According to a first preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that the capacitor plates are formed flat.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Kondensatorplatten in Richtung aufeinander zu konkav gebogen ausgebildet sind, um zwischen sich einen hohlzylindrischen Messbereich zu bilden. Ein hohlzylindrischer Messbereich ist dabei vorzugsweise so dimensioniert und ausgebildet, um eine herkömmliche Petrischale aufzunehmen.According to another preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that the capacitor plates are curved in the direction towards each other to concave, in order to form between them a hollow cylindrical measuring range. A hollow cylindrical measuring area is preferably dimensioned and designed to accommodate a conventional Petri dish.
Zusätzlich kann eine Einrichtung zum elektrischen Aufladen der Aerosolpartikel vorgesehen sein, da elektrisch geladene Aerosolpartikel in einem zwischen den Kondensatorplatten vorherrschenden Gleichspannungsfeld sich auf entsprechend gepolten Kondensatorplatten zu bewegen und insofern eine Materialabscheidung an den Kondensatorplatten mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit auftritt. Die Einrichtung zum elektrischen Aufladen der Aerosolpartikel kann dabei auf Basis triboelektrischer Effekte betrieben sein.In addition, a device for electrically charging the aerosol particles can be provided since electrically charged aerosol particles in a DC voltage field prevailing between the capacitor plates move on correspondingly polarized capacitor plates and, to that extent, material deposition on the capacitor plates occurs with an increased probability. The device for electrically charging the aerosol particles can be operated on the basis of triboelectric effects.
Je nach Anwendungsgebiet, Größe und gegebenenfalls Polarität der zu messenden Partikel kann an die Kondensatorplatten eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung angelegt werden. Eine Wechselspannung kann vorzugsweise die im Stromnetz vorgegebene Frequenz von etwa 50 Hertz aufweisen.Depending on the field of application, size and optionally polarity of the particles to be measured, an AC voltage or a DC voltage can be applied to the capacitor plates. An AC voltage may preferably have the predetermined frequency in the power grid of about 50 hertz.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:The device according to the invention is explained below with reference to a preferred embodiment, which is shown in the figures of the drawing. Show:
Die in den
Des Weiteren ist eine elektronische Einrichtung
Bei der in
Bei der in
Bei der in
Der Messbereich
In beiden dargestellten Ausführungen ist an die Kondensatorplatten eine Wechselspannung mit einer Frequenz von etwa 50 Hertz angelegt.In both illustrated embodiments, an AC voltage having a frequency of about 50 Hertz is applied to the capacitor plates.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche vorgegebenen erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist.The above-described embodiment of the invention is merely for the purpose of better understanding of the teaching of the invention predetermined by the teaching, which is not limited as such by the embodiment.
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