DE1598138B2 - Device for measuring the concentration of particles suspended in a flowing gas, in particular the soot content of the exhaust gases from internal combustion engines - Google Patents
Device for measuring the concentration of particles suspended in a flowing gas, in particular the soot content of the exhaust gases from internal combustion enginesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration von in einem strömenden Gas suspendierten Teilchen, insbesondere des Rußgehalts der Abgase von Brennkraftmaschinen, mit einer Lichtquelle, mit einem die gasförmige Suspension senkrecht zur Strahlungsrichtung der Lichtquelle führenden Meßrohr, dessen Wandung zwei in der Achse des Lichtstrahls liegende Öffnungen sowie eine dritte um 90° gegen diese versetzt angeordnete Öffnung aufweist, mit einem zur Aufnahme des von der Suspension in eine bestimmte Richtung' gestreuten Lichts dienenden photoelektrischen Empfänger, der in einem das Gesichtsfeld des Empfängers begrenzenden, senkrecht zur Längsachse des Meßrohrs ausgerichteten Tubus angeordnet ist.The invention relates to a device for measuring the concentration of in a flowing Gas suspended particles, in particular the soot content of the exhaust gases from internal combustion engines, with a light source, with one the gaseous suspension perpendicular to the direction of radiation of the Light source leading measuring tube, the wall of which has two openings lying in the axis of the light beam as well as a third opening arranged offset by 90 ° with respect to this, with one for receiving of the light scattered by the suspension in a certain direction 'serving photoelectric Receiver in a field delimiting the receiver's field of view, perpendicular to the longitudinal axis of the measuring tube aligned tube is arranged.
Es ist eine Vorrichtung der vorgenannten Bauart bekannt (Streulichtmeßvorrichtung in der Zeitschrift »Staub«, Bd. 18, Nr. 2, vom 1. Februar 1958, S. 37 bis 43), die für die Bestimmung des Reinigungsgrades von Kraftfahrzeugluftfiltern entwickelt ist, wobei die Staubteilchen-Konzentration so klein gewählt wird, daß Absorptionserscheinungen vernachlässigt werden. Neben dem Nachteil, daß die Lichtabsorption nicht berücksichtigt wird, ist auch für die Eichung dieser Vorrichtung ein sehr aufwendiges Verfahren vorgesehen. Nun muß aber bei der Streulichtmessung die vom Lichtempfänger gemessene Streulichtgröße mit einer Richtgröße, z. B. der Lichtquelle selbst, abgeglichen werden. Die Streulichtgröße nimmt linear mit zunehmender Konzentration der Suspension ab. Da aber jeder Streulichtmessung eine Lichtabsorption überlagert ist, die mit zunehmender Konzentration der Suspension nicht linear, sondern logarithmisch zunimmt, muß eine Korrektur des vom Lichtempfänger gemessenen Wertes erfolgen, wenn ein lineares Ableseverhältnis- angestrebt ist. Um die Lichtstärke der direkten Lichtquelle größenordnungsmäßig mit der des Streulichts vergleichbar zu machen, wird bei einem bekannten Trübungsmeßgerät (siehe deutsche Patentschrift 1147 404) in den bei der'Vergleichsmessung mittels einer Umschaltblende" über verschiedene Planglasplatten direkt zum Lichtempfänger gelenkten Lichtstrahl ein Graukeil sowie eine Dunkelblende jeweils verstellbar angeordnet. Dieses Gerät ist, abgesehen davon, daß der Absorptionsfehler bei dieser Ausführung umständlich zu korrigieren ist, aufwendig, teuer und der Empfindlichkeit wegen relativ unpraktisch.A device of the aforementioned type is known (scattered light measuring device in the magazine "Dust", Vol. 18, No. 2, from February 1, 1958, pp. 37 to 43), which is used to determine the degree of purification is developed by motor vehicle air filters, the dust particle concentration being chosen to be so small that absorption phenomena are neglected. Besides the disadvantage that the light absorption is not taken into account, the calibration of this device is also very complex Procedure provided. In the case of the scattered light measurement, however, the one measured by the light receiver must now Scattered light size with a benchmark, e.g. B. the light source itself can be adjusted. The amount of scattered light decreases linearly with increasing concentration of the suspension. But since every stray light measurement a light absorption is superimposed which is not linear with increasing concentration of the suspension, but increases logarithmically, the value measured by the light receiver must be corrected, if a linear reading ratio is desired. About the luminous intensity of the direct light source To make it on the order of magnitude comparable to that of the scattered light, is in a known Turbidity meter (see German patent specification 1147 404) in the case of der'Vergleichsmessung by means of a switch-over screen "light beam directed directly to the light receiver via various flat glass plates a gray wedge and a dark screen are each arranged to be adjustable. This device is apart from the fact that the absorption error is difficult to correct in this embodiment, complex, expensive and relatively impractical because of sensitivity.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine handliche, einfache Meßvorrichtung zu schaffen, insbesondere zur Abgasprüfung von Fahrzeugen, bei der der Absorptionsfehler automatisch korrigiert wird.The invention is based on the object of creating a handy, simple measuring device, in particular for the emission test of vehicles, in which the absorption error is corrected automatically will.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der.Tubus mit dem Meßrohr mittels einer das Meßrohr koaxial umschließenden Muffe, in die der Tubus übergeht, verbunden ist, daß die Muffe gegen das Meßrohr verdrehbar ist, so daß der Tubus in einer senkrecht zur Achse des Suspensionsstroms liegenden Ebene schwenkbar ist, und daß die Muffe neben der Anschlußöffnung des Tubus zwei weitere Öffnungen aufweist, die derart angeordnet sind, daß in einer ersten, zur Eichung dienenden-Schwenklage des Tubus der Empfänger dem direkten, durch die in der Achse des Lichtstrahls liegenden Öffnungen des Meßrohres tretenden Licht der Quelle ausgesetzt ist, daß in einer zweiten, zum Null-Abgleich dienenden Schwenklage der Empfänger gegen jegliches Licht abgeschirmt ist und daß in einer dritten, zur Messung dienenden Schwenklage des Tubus der Empfänger dem von der Suspension senkrecht zur Achse des Lichtstrahls durch die dritte Öffnung reflektierten Licht ausgesetzt ist. Hierbei wird also auch der Vergleichslichtstrahl durch die Suspension geleitet, wodurch dann im Vergleich zum Streulichtstrahl für jede neu im Vergleich zu messende Konzentration der Suspension die Absorption ohne Einfluß bleibt. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Tubus erlaubtAccording to the invention this object is achieved in that der.Tubus with the measuring tube by means of a the measuring tube coaxially enclosing sleeve, into which the tube merges, is connected that the sleeve is rotatable against the measuring tube, so that the tube in a perpendicular to the axis of the suspension flow lying plane is pivotable, and that the sleeve next to the connection opening of the tube two more Has openings which are arranged such that in a first pivot position serving for calibration of the tube of the receiver to the direct through the openings of the in the axis of the light beam Measuring tube entering light from the source is exposed that in a second, serving for zero adjustment Pivot position of the receiver is shielded from any light and that in a third, for measurement serving pivot position of the tube of the receiver that of the suspension perpendicular to the axis of the Light beam is exposed to light reflected through the third opening. The comparison light beam is also used here passed through the suspension, which then compared to the scattered light beam for every new concentration of the suspension to be measured in comparison has no effect on the absorption. The inventive design of the tube allows
eine sehr einfache und robuste Konstruktion der Meßvorrichtung, wobei durch einfaches Verschwenken des Tubus in der senkrecht zur Achse des Suspensionsstroms liegenden Ebene die Vorrichtung in ihrer Stellung für die Eichung, den Null-Abgleich und die Messung gebracht werden kann.a very simple and robust construction of the measuring device, whereby by simply pivoting of the tube in the plane perpendicular to the axis of the suspension flow, the device in their position for the calibration, the zero adjustment and the measurement can be brought.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die öffnungen (Blenden) in der Wandung des Meßrohrs so klein gehalten, daß die Teilchen-Konzentration in einem Kernausschnitt des Suspensionsstroms gemessen wird.According to a further advantageous embodiment of the invention, the openings (apertures) are in the wall of the measuring tube kept so small that the particle concentration in a core section the suspension flow is measured.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß zwischen dem Lichtempfänger und dem Meßrohr eine den Lichtempfänger schützende Glasscheibe angeordnet ist, die mit dem Tubus geschwenkt wird, denn dadurch wird auch ein durch etwaige Verschmutzung der Scheiben verursachter Absorptionsfehler eliminiert. Another advantage results from the fact that between the light receiver and the measuring tube the light receiver protecting the glass pane is arranged, which is swiveled with the tube, because this also eliminates any absorption errors caused by any soiling of the panes.
Durch die deutsche Patentschrift 850 245 sowie durch die Zeitschrift für Naturforschung, Bd. 10 b, S. 474 bis 478, sind zwar Streulichtmeßvorrichtungen bekanntgeworden, bei denen der den photoelektrischen Empfänger tragende Tubus verschwenkbar ist. Hier dient jedoch das Verschwenken des Tubus lediglich der Messung des Streulichts unter verschiedenen Winkeln zum Meßobjekt und zum einfallenden Licht der Lichtquelle, um die Korngröße bzw. Molekülgröße des Meßobjekts zu bestimmen.By the German patent specification 850 245 as well as by the journal for nature research, vol. 10 b, S. 474 to 478, scattered light measuring devices have become known in which the photoelectric Receiver-carrying tube is pivotable. Here, however, the pivoting of the tube is only used the measurement of the scattered light at different angles to the target and to the incident Light from the light source to determine the grain size or molecule size of the object to be measured.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigtThe invention is described below with reference to an embodiment shown in the drawing described in more detail. It shows
F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine in Abgleichstellung befindliche Meßvorrichtung,F i g. 1 shows a longitudinal section through one in alignment located measuring device,
F i g. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, wobei die Meß vorrichtung in Sperrstellung ist, undF i g. 2 shows a cross section along the line II-II in FIG Fig. 1, wherein the measuring device is in the locked position, and
Fig. 3 einen Schnitt wie in Fig. 2, in dem die Vorrichtung in Meßstellung ist.Fig. 3 is a section as in Fig. 2, in which the Device is in the measuring position.
Über eine Düse 1, die koaxial in einem Meßrohr 2 angeordnet ist, strömt die auf ihre Konzentration zu prüfende Suspension 3 in das Meßrohr ein. Über Bohrungen 4 reißt der Suspensionsstrom 3 Frischluft in das Meßrohr 2, die den Suspensionsstrom zur Kühlung und Reinigung, vor allem im Meßbereich, hüllenartig umgibt.Via a nozzle 1, which is arranged coaxially in a measuring tube 2, the flows towards its concentration testing suspension 3 into the measuring tube. The suspension flow 3 tears fresh air via bores 4 into the measuring tube 2, which the suspension flow for cooling and cleaning, especially in the measuring area, surrounds like a shell.
Ein durch eine Lampe 5 und einen Kondensor 6 erzeugter Lichtstrahl 7 durchquert eine schützende Glasscheibe 8, das Meßrohr 2 und den Suspensionsstrom 3. Im Meßrohr 2 sind für diesen Strahldurchgang Radialbohrungen 9 a, 9 b und 9 c vorgesehen. Kondensor 6, Glasscheibe 8 und Meßrohr 2 sind über einen Träger 10 miteinander fest verbunden.A light beam 7 generated by a lamp 5 and a condenser 6 passes through a protective glass pane 8, the measuring tube 2 and the suspension flow 3. In the measuring tube 2 radial bores 9 a, 9 b and 9 c are provided for this beam passage. Condenser 6, glass pane 8 and measuring tube 2 are firmly connected to one another via a carrier 10.
Im Meßbereich ist um das Meßrohr 2 drehbar eine Muffe 11 angeordnet, die T-förmig in einen Tubus 12 übergeht. In der Muffe 11 sind außer der Mündung des Tubus in die Muffe Radialbohrungen 13 a und 13 b vorgesehen, die beim Drehen der Muffe 11 die Radialbohrungen 9 a, 9 b und 9 c des Meßrohres 2 öffnen oder schließen. Auf der der Muffe 11 gegenüberliegenden Seite trägt der Tubus 12 einen Lichtempfänger 14. Im Tubus 12 ist zwischen Lichtempfänger 14 und Meßrohr 2 eine schützende Glasscheibe 15 angeordnet. Der Lichtempfänger 14 undIn the measuring area, a sleeve 11 is rotatably arranged around the measuring tube 2 and merges into a tube 12 in a T-shape. In the sleeve 11, apart from the mouth of the tube in the sleeve, radial bores 13 a and 13 b are provided, which open or close the radial bores 9 a, 9 b and 9 c of the measuring tube 2 when the sleeve 11 is turned. On the side opposite the sleeve 11, the tube 12 carries a light receiver 14. A protective glass pane 15 is arranged in the tube 12 between the light receiver 14 and the measuring tube 2. The light receiver 14 and
ίο die Glasscheibe 15 werden also mit dem Tubus um das Meßrohr geschwenkt.ίο the glass pane 15 are so around with the tube swiveled the measuring tube.
In der in F i g. 1 dargestellten Abgleichstellung des Tubus ist durch die Radialbohrungen 13 a, 9 a und 9 b sowie den Tubus 12 ein geradliniger Durchgang für den Lichtstrahl 7 ermöglicht. Die von dem Lichtempfänger 14 gemessene Größe, bei der die Teilabsorption des Lichtstrahls durch die Suspension bereits enthalten ist, dient also als Richtgröße für die Messung dieser bestimmten Suspension. Die Korrektür dieser von der Konzentration der Suspension abhängigen Absorptionsunterschiede erfolgt durch Ändern der Lichtstärke der Lampe 5. Die Lichtstärke der Lampe wird dabei so lange verändert, bis sich der Zeiger eines nicht dargestellten Meßwertanzeigegeräts auf den Richtwert »1« der Skala des Anzeigegeräts einstellt.In the in F i g. 1 the adjustment of the tube shown is made possible by the radial bores 13 a, 9 a and 9 b and the tube 12, a straight passage for the light beam 7. The variable measured by the light receiver 14, at which the partial absorption of the light beam by the suspension is already included, thus serves as a benchmark for the measurement of this particular suspension. These absorption differences, which are dependent on the concentration of the suspension, are corrected by changing the light intensity of lamp 5. The light intensity of the lamp is changed until the pointer of a measuring display device (not shown) is at the reference value "1" on the scale of the display device.
In der in F i g. 2 dargestellten Stellung des Tubus 12 ist der Weg des Lichtstrahls 7 durch die Wand der Muffe 11 gesperrt. In dieser Stellung ist der Lichtempfänger 14 verdunkelt, so daß der Zeiger des Meßwertanzeigegeräts auf den Nullpunkt der Skala zeigt bzw. auf diesen justiert werden kann.In the in F i g. The position of the tube 12 shown in FIG. 2 is the path of the light beam 7 through the wall of the Sleeve 11 blocked. In this position, the light receiver 14 is darkened so that the pointer of the The measured value display device points to the zero point of the scale or can be adjusted to this.
In F i g. 3 ist der Tubus 12 schließlich in Meßstellung gezeigt. Der Lichtstrahl 7 kann in das durch die Radialbohrung 13 b aufgesteuerte Meßrohr 2 dringen, wo das Licht durch die Partikeln der Suspension 3 gestreut wird. Die im Meßrohr im rechten Winkel zueinander angeordneten Radialöffnungen 9 a, 9 c blenden für den Lichtempfänger 14 einen Teil des Streulichts aus dem Kern des Suspensionsstroms 3 aus. Da bei dieser Messung durch die Abgleichung in der in F i g. 1 dargestellten Tubusstellung die Lichtabsorption korrigiert ist und die Intensität des Streulichts der Anzahl der Partikeln der Suspension direkt proportional ist, ist der Konzentrationsgrad der Suspension auf dem Meßwertanzeigegerät linear und direkt ablesbar.In Fig. 3 the tube 12 is finally shown in the measuring position. The light beam 7 can penetrate into the measuring tube 2 controlled through the radial bore 13 b , where the light is scattered by the particles of the suspension 3. The radial openings 9 a, 9 c arranged at right angles to one another in the measuring tube mask part of the scattered light from the core of the suspension flow 3 for the light receiver 14. Since in this measurement by the adjustment in the in F i g. 1 the light absorption is corrected and the intensity of the scattered light is directly proportional to the number of particles in the suspension, the degree of concentration of the suspension can be read linearly and directly on the measurement display device.
Da etwa verschmutzte Scheiben im Strahlengang eine Lichtabsorption verursachen, ist ein zusätzlicher Vorteil dieser Ausführung, daß bei den einzelnen Tubusstellungen dieselben Glasscheiben 8 und 15 vom Licht durchstrahlt werden. Dadurch wird auch der durch etwaige Verschmutzung der Scheiben verursachte Absorptionsfehler eliminiert.Since, for example, dirty panes cause light absorption in the beam path, there is an additional one The advantage of this design is that the same glass panes 8 and 15 are used in the individual tube positions be penetrated by light. This also eliminates the problem caused by any soiling of the panes Absorption errors eliminated.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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