DE102018007086A1

DE102018007086A1 - Partikelsensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102018007086A1
Application number: DE102018007086.8A
Authority: DE
Inventors: Fabian Tacken
Original assignee: Paragon GmbH and Co KGaA
Current assignee: Paragon GmbH and Co KGaA
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-03-12
Also published as: CN110887769A

Abstract

Eine Partikelsensorvorrichtung (1) hat eine Optikeinheit (5), mittels der die Partikelbelastung eines Messgasvolumens erfassbar ist, eine Messkammer (2), in der die Optikeinheit (5) der Partikelsensorvorrichtung (1) angeordnet und in die durch einen Einlasskanal (3) Messgas einleitbar ist, und einen Primärluftkanal (6), durch den hindurch mittels eines Lüfters (7) Messgas aus der Messkammer (2) ausleitbar ist.
Um für den Messvorgang durch die Optikeinheit (5) innerhalb der Messkammer (2) möglichst optimale Strömungsverhältnisse des Messgases zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Partikelsensorvorrichtung (1) einen Sekundärluftkanal (9) aufweist, der an einer stromab der Messkammer (2) angeordneten und einen im Vergleich zu dem in der Messkammer (2) höheren Druck aufweisenden Stelle des Primärluftkanals (6) an den Primärluftkanal (6) und der an die Messkammer (2) oder einen stromauf derselben angeordneten Bereich des Einlasskanals (3) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Partikelsensorvorrichtung mit einer Optikeinheit, mittels der die Partikelbelastung eines Messgasvolumens erfassbar ist, einer Messkammer, in der die Optikeinheit der Partikelsensorvorrichtung angeordnet und in die durch einen Einlasskanal Messgas einleitbar ist, und einem Primärluftkanal, durch den hindurch mittels eines Lüfters Messgas aus der Messkammer ausleitbar ist.
Bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Partikelsensorvorrichtungen wird das Messgas, bei dem es sich üblicherweise um Luft handelt, durch den Einlasskanal in die Messkammer und aus der Messkammer zu einem Auslass des Primärluftkanals geleitet.
Bei diesem Vorgang kommt das Messgas bzw. die Luft sehr schnell aus dem eine vergleichsweise kleine Einlassdüse aufweisenden Einlasskanal in die Messkammer. Da die Messkammer aufgrund des Raums, der für die Optikeinheit benötigt wird, vergleichsweise großvolumig ist, bewegt sich das Messgas bzw. die Luft dort langsamer. Hierdurch entsteht durch die Trägheit der aus der Einlassdüse des Einlasskanals schnell strömenden Messgas- bzw. Luftmenge - außer durch den quasi statischen Unterdruck, der durch den Lüfter erzeugt wird - zusätzlich ein dynamischer Unterdruck aufgrund der Reibung zwischen der schnellen und der langsamen Messgas- bzw. Luftströmung.
Sobald der statische und der dynamische Unterdruck in der Messkammer größer sind als der statische Druck im stromab der Messkammer angeordneten Primärluftkanal, strömt Messgas bzw. Luft in Gegenrichtung zur eigentlichen Strömungsrichtung rückwärts in die Messkammer. Zum einen geschieht dieser Rückfluss kontinuierlich in einer laminaren Messgas- bzw. Luftströmung, die in der Messkammer zu einem turbulenten Wirbel wird. Zum anderen erfolgt dieser Rückfluss stoßartig und chaotisch. In beiden Fällen liegt in der Messkammer ein undefinierter Messgas- bzw. Luftstrom vor, dessen Eigenschaften und Form stark von der Messgas- bzw. Luftgeschwindigkeit und der Messgas- bzw. Luftdichte, für die Temperatur, Partikelbelastung, Luftfeuchtigkeit etc. eine Rolle spielen, abhängt.
Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Partikelsensorvorrichtung derart weiterzubilden, dass in der Messkammer der Partikelsensorvorrichtung mittels der Optikeinheit vorgenommene Messungen zuverlässigere Messwerte hinsichtlich der Partikelbelastung des in der Messkammer befindlichen Messgases zulassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Partikelsensorvorrichtung einen Sekundärluftkanal aufweist, der an einer stromab der Messkammer angeordneten und einen im Vergleich zu dem in der Messkammer höheren Druck aufweisenden Stelle des Primärluftkanals an den Primärluftkanal und der an die Messkammer oder einen stromauf derselben angeordneten Bereich des Einlasskanals angeschlossen ist. Aufgrund des durch den Sekundärluftkanal in die Messkammer eintretenden Messgases wird ein Rückfluss von Messgas aus dem messkammerabwärtigen Bereich des Primärluftkanals reduziert, der für Verwirbelungen etc. in der Messkammer ursächlich sein könnte.
Die Zufuhr von Messgas aus dem Sekundärluftkanal in die Messkammer kann vorteilhafterweise stabilisiert bzw. erhöht werden, wenn der Primärluftkanal so ausgestaltet ist, dass in ihm der dynamische Messgasdruck im Bereich eines primärluftkanalseitigen Einlasses des Sekundärluftkanals erhöht ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Strömungsverhältnisse beim Eintritt des Messgases aus dem Sekundärluftkanal in die Messkammer verregelmäßigt werden, wenn der Primärluftkanal und/oder die Messkammer so ausgestaltet ist bzw. sind, dass der dynamische Messgasdruck im Bereich eines messkammerseitigen Auslasses des Sekundärluftkanals verringert ist.
Um jedwede Rückflüsse von Messgas aus stromab der Messkammer angeordneten Bereichen des Primärluftkanals in die Messkammer weitestgehend zu reduzieren, ist es vorteilhaft, wenn der Primärluftkanal der Partikelsensorvorrichtung zwischen dem Einlass des Sekundärluftkanals und dessen Auslass mit einer Verjüngung ausgestaltet ist, mittels der ein in die Messkammer gerichteter Messgasrückstrom im Primärluftkanal reduzier- bzw. unterbindbar ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Partikelsensorvorrichtung;
2 die in 1 gezeigte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Partikelsensorvorrichtung, wobei zur Erklärung und Verdeutlichung in der Partikelsensorvorrichtung verlaufende Messgasströme gezeigt sind;
3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Partikelsensorvorrichtung; und
4 die in 3 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Partikelsensorvorrichtung, wobei in der Partikelsensorvorrichtung verlaufende Messgasströme dargestellt sind.

Eine in 1 anhand einer ersten Ausführungsform gezeigte Partikelsensorvorrichtung 1 hat eine Messkammer 2, in die hinein durch einen Einlasskanal 3 ein in 2 gezeigter Messgasstrom 4 einleitbar ist.
In der Messkammer 2 ist eine in 2 durch einen in die Messkammer 2 eingezeichneten Pfeil dargestellte Optikeinheit 5 vorgesehen, mittels der eine Partikelbelastung eines Messgasvolumens des in die Messkammer 2 eingeleiteten Messgasstroms 4 erfassbar ist.
An die Messkammer 2 der Partikelsensorvorrichtung 1 schließt sich ein Primärluftkanal 6 der Partikelsensorvorrichtung 1 an. Durch den Primärluftkanal 6 hindurch ist Messgas aus der Messkammer 2 ausleitbar. Hierzu ist an einem der Messkammer 2 fernen Endabschnitt des Primärluftkanals 6 ein Lüfter 7 vorgesehen, mittels dem Messgas aus der Messkammer 2 heraus förderbar ist.
Stromab der Messkammer 2 und stromauf des Lüfters 7 weist der Primärluftkanal 6 einen Bereich auf, an dem an den Primärluftkanal 6 über einen primärluftkanalseitigen Einlass 8 ein Sekundärluftkanal 9 angeschlossen ist. Durch den primärluftkanalseitigen Einlass 8 strömt aus dem Primärluftkanal 6 Messgas in den Sekundärluftkanal 9. Die Strömungsrichtung des Messgases ist innerhalb des Sekundärluftkanals 9 derjenigen des Primärluftkanals 6 quasi entgegengesetzt, wie aus der Messgasströmungsdarstellung in 2 hervorgeht.
Durch den Sekundärluftkanal 9 strömt das in den Sekundärluftkanal 9 durch dessen primärluftkanalseitigen Einlass 8 eingetretene Messgas in Richtung zurück zur Messkammer 2, wobei am messkammerseitigen Endbereich des Sekundärluftkanals 9 ein messkammerseitiger Auslass 10 desselben vorgesehen ist. Durch diesen messkammerseitigen Auslass 10 des Sekundärluftkanals 9 strömt Messgas aus dem Sekundärluftkanal 9 in die Messkammer 2.
In demjenigen Bereich des Primärluftkanals 6 der Partikelsensorvorrichtung 1, in dem der primärluftkanalseitige Einlass 8 des Sekundärluftkanals 9 vorgesehen ist, ist der Primärluftkanal 6 so geformt, dass sich Messgasverwirbelungen bilden. Hierdurch wird im Bereich der Wandung des Primärluftkanals 6 ein dynamischer Überdruck erzeugt, der einem quasi statischen Unterdruck, der mittels des Lüfters 7 erzeugt wird, entgegenwirkt.
Dieser Bereich des Primärluftkanals 6 wird über den primärluftkanalseitigen Einlass 8, durch den hindurch Messgas in den Sekundärluftkanal 9 eintritt, und den Sekundärluftkanal 9 mit der Messkammer 2 verbunden, in die das Messgas durch den messkammerseitigen Auslass 10 eintritt. In diesem Bereich ist der Primärluftkanal 6 so ausgestaltet, dass der dynamische Messgasdruck am messkammerseitigen Auslass 10 des Sekundärluftkanals 9 verringert wird.
Mittels der vorstehend geschilderten Ausführungsform der Partikelsensorvorrichtung 1 lassen sich innerhalb der Messkammer 2 Strömungsverhältnisse des Messgases schaffen, bei denen mittels der Optikeinheit 5 der Partikelsensorvorrichtung 1 eine zuverlässige Erfassung der Partikelbelastung bzw. -beladung des Messgases zuverlässig möglich ist.
Eine im Folgenden anhand der 3 und 4 erläuterte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Partikelsensorvorrichtung unterscheidet sich von der vorstehend geschilderten Ausführungsform derselben dadurch, dass im Primärluftkanal 6 der Partikelsensorvorrichtung 1 in einem stromab der Messkammer 2 vorgesehenen Bereich nahe der Messkammer 2 eine Verjüngung 11 ausgestaltet ist. Diese Verjüngung 11 des Primärluftkanals 6 ist dazu geeignet, Messgaswirbel, die zwischen der Messkammer 2 und dem lüfterseitigen Endbereich des Primärluftkanals 6 noch immer entstehen können, aus der Messkammer 2 herauszuhalten, wie dies aus der Darstellung der Messgasströmung in 4 hervorgeht. Entsprechend kann der dynamische Unterdruck in der Messkammer 2 ausgeglichen werden, ohne dass dort durch solche Verwirbelungen Messgasrückstöße erzeugt würden. Entsprechend resultiert diese in den 3 und 4 gezeigte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Partikelsensorvorrichtung 1 in einem vergleichsweise geraden und konstanten Messgasstrom innerhalb der Messkammer 2, wodurch mittels der Optikeinheit 5 der Partikelsensorvorrichtung 1 qualitativ hochwertige Messergebnisse für die Partikelbelastung bzw. -befrachtung des Messgases erfassbar sind.
Um sicherzustellen, dass rücklaufendes Messgas im Primärluftkanal 6 soweit wie möglich reduziert wird, ist die vorstehend geschilderte Verjüngung 11 des Primärluftkanals 6, die im Primärluftkanal 6 zwischen dem primärluftkanalseitigen Einlass 8 und dem messkammerseitigen Auslass 10 des Sekundärluftkanals 9 angeordnet ist, so geformt, dass sie den Messgasstrom in der für den Primärluftkanal 6 vorgesehenen Richtung weniger behindert als in die Gegenrichtung.
Bei der vorstehend geschilderten Partikelsensorvorrichtung 1 wird die Messgasströmung in den Luftkanälen stabilisiert, ohne dass sie mit einem zusätzlichen Gasstrom verdünnt würde oder ein weiterer Messgaseinlass benötigt würde. Sensoren der Optikeinheit 5 der Partikelsensorvorrichtung 1 arbeiten insbesondere dann sehr genau, wenn ein laminarer Messgasstrom benötigt wird. Des Weiteren können an dem den Sekundärluftkanal 9 durchströmenden Messgas Messungen durchgeführt werden, bei denen vergleichsweise geringe Messgasgeschwindigkeiten benötigt werden.

Claims

Partikelsensorvorrichtung mit einer Optikeinheit (5), mittels der die Partikelbelastung eines Messgasvolumens erfassbar ist, einer Messkammer (2), in der die Optikeinheit (5) der Partikelsensorvorrichtung (1) angeordnet und in die durch einen Einlasskanal (3) Messgas einleitbar ist, und einem Primärluftkanal (6), durch den hindurch mittels eines Lüfters (7) Messgas aus der Messkammer (2) ausleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelsensorvorrichtung (1) einen Sekundärluftkanal (9) aufweist, der an einer stromab der Messkammer (2) angeordneten und einen im Vergleich zu dem in der Messkammer (2) höheren Druck aufweisenden Stelle des Primärluftkanals (6) an den Primärluftkanal (6) und der an die Messkammer (2) oder einen stromauf derselben angeordneten Bereich des Einlasskanals (3) angeschlossen ist.
Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 1, deren Primärluftkanal (6) so ausgestaltet ist, dass in ihm der dynamische Messgasdruck im Bereich eines primärluftkanalseitigen Einlasses (8) des Sekundärluftkanals (9) erhöht ist.
Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, deren Primärluftkanal (6) und/oder deren Messkammer (2) so gestaltet ist bzw. sind, dass der dynamische Messgasdruck im Bereich eines messkammerseitigen Auslasses (10) des Sekundärluftkanals (9) verringert ist.
Partikelsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Primärluftkanal (6) zwischen dem Einlass des Sekundärluftkanals (9) und dessen Auslass (10) mit einer Verjüngung (11) ausgestaltet ist, mittels der ein in die Messkammer (2) gerichteter Messgasrückstrom im Primärluftkanal (6) reduzier- bzw. unterdrückbar ist.