DE19619621A1 - Mass concentration measuring device for particles in exhaust gases of IC engines using removable probe - Google Patents
Mass concentration measuring device for particles in exhaust gases of IC engines using removable probeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorrichtung zur Bestimmung der Massenkonzen tration von Partikeln in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for determining the mass concentration tration of particles in exhaust gases from internal combustion engines according to the Ober Concept of claim 1.
Es sind bereits eine Vielzahl von Vorrichtungen zu Bestimmung der Massenkonzen tration von Partikeln in Abgasen bekannt. Jedoch sind diese Vorrichtungen darauf ausgerichtet große Massenkonzentrationen zu erfassen, wogegen die Meßwerte bei einer geringen Anzahl von Partikeln, wie sie beispielsweise im Abgas von Gasturbi nen auftreten, ungenau sind.There are already a large number of devices for determining the mass concentrations tration of particles in exhaust gases known. However, these devices are on it aligned to record large mass concentrations, whereas the measured values a small number of particles, such as those found in gas exhaust from gas turbines occur, are inaccurate.
Bei einem dieser bekannten Vorrichtungen wird die Absorption von β-Strahlung zur Messung der Massenkonzentration von Partikeln genutzt. Über eine Entnahmesonde wird das zu untersuchende Abgas durch ein Filterband angesaugt. Die im Abgas ent haltenen Staubpartikel werden auf dem Filterband abgeschieden. Dieses wird von der Strahlung eines β-Strahlungsquelle durch strahlt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird die Intensität der β-Strahlung gemessen. Aus der Intensität der β-Strahlung nach dem Durchgang durch das Filterband kann die abgeschiedene Staubmasse bestimmt werden. Es sind Vorrichtungen bekannt, die kontinuierlich die Partikel sammeln und gleichzeitig die Massenkonzentration ermitteln. Ebenso sind Vorrichtungen dieser Art bekannt, die diskontinuierlich arbeiten. Alle diese Vorrichtungen sind wegen ihres relativ geringen Durchflusses von etwa 150 l/h nur für höhere Konzentrationen oder lange Meßzeiten von etwa einer Stunde geeignet. Zudem erfolgt die Auswertung des Massenzuwachses durch lineare Regression über eine festgelegte Anzahl von Meßpunkten. Sie ist daher langsam und unflexibel. In one of these known devices, the absorption of β radiation is used Measurement of the mass concentration of particles used. Via a sampling probe the exhaust gas to be examined is sucked in through a filter belt. The ent in the exhaust held dust particles are separated on the filter belt. This is from the Radiation from a β-radiation source radiates through. On the opposite side the intensity of the β radiation is measured. From the intensity of the β radiation The separated dust mass can be determined by the passage through the filter belt will. Devices are known which continuously collect the particles and at the same time determine the mass concentration. Devices of this type are also known who work discontinuously. All of these devices are because of their relatively low flow of about 150 l / h only for higher concentrations or long measuring times of about an hour are suitable. In addition, the evaluation of the Mass growth through linear regression over a set number of Measuring points. It is therefore slow and inflexible.
Bei einer anderen bekannten Vorrichtung werden zur Messung der Massenkonzentra tionen von Partikeln in Abgasen gravimetrische Filter eingesetzt. Hierbei wird durch ein Filter, dessen Masse vor der Messung bestimmt wird, eine bestimmte Menge an Abgas hindurchgesaugt. Aus der Zunahme des Filtergewichts kann dann die Massen konzentration des Abgases bestimmt werden. Verfahren dieser Art sind in der VDI- Richtlinie 2066 beschrieben. Die gravimetrischen Verfahren weisen im allgemeinen eine hohe Genauigkeit auf, können jedoch nicht kontinuierlich verwendet werden. Haupteinsatzgebiet dieser Verfahren sind Abnahmemessungen von Anlagen.In another known device for measuring the mass concentration tion of particles in exhaust gases used gravimetric filters. Here is by a filter, the mass of which is determined before the measurement, a certain amount Exhaust gas sucked through. The masses can then be increased from the filter weight concentration of the exhaust gas can be determined. Procedures of this kind are in the VDI Guideline 2066 described. The gravimetric methods generally show high accuracy, but cannot be used continuously. The main area of application for these methods is acceptance measurements of systems.
Ferner sind optisch arbeitende Vorrichtung bekannt, mit denen die Abgastrübung bzw. Opazität bestimmt wird. Es werden hierbei Analysatoren verwendet, die nach dem Transmissions- oder Reflexionsprinzip arbeiten. Diese optischen Meßverfahren arbeiten mit sehr großer Genauigkeit. Mit ihnen können sehr geringe Mengen an Staubteilchen nachgewiesen werden. Von Nachteil ist bei diesen optischen Verfah ren, daß damit die Massenkonzentration nicht direkt ermittelt werden kann. Die opti schen Meßgrößen lassen sich nur in Sonderfällen in Massenkonzentrationen um rechnen. Diese Sonderfälle sind im allgemeinen bei Verbrennungskraftmaschinen nicht gegeben. Ein weiterer Nachteil ist die Querempfindlichkeit auf andere Abgas bestandteile wie beispielsweise auf NO₂.Furthermore, optically operating devices are known with which the exhaust gas opacity or opacity is determined. Here, analyzers are used, which according to work on the principle of transmission or reflection. These optical measuring methods work with great accuracy. They can be used in very small quantities Dust particles are detected. The disadvantage of this optical process ren that the mass concentration can not be determined directly. The opti Measured variables can only be converted into mass concentrations in special cases count. These special cases are generally in internal combustion engines not given. Another disadvantage is the cross sensitivity to other exhaust gases ingredients such as NO₂.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der sehr kleine Massenkonzentrationen von Partikeln in den Abgasen von Verbrennungskraft maschinen sehr schnell ermittelt werden können.The invention has for its object to show a device with the very small mass concentrations of particles in the exhaust gases from combustion power machines can be determined very quickly.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of patent claim 1.
Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Further inventive features are characterized in the dependent claims.
Die einzige zur Beschreibung gehörige Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1, die mit einer
Entnahmesonde 2, einer Pumpe 3, einem Filter 4, einer Strahlungsquelle 5, drei Meß
vorrichtungen 6, 7 und 8 sowie einer Auswerteeinheit 9 versehen ist. Die Entnahme
sonde 2 ist in die Leitung 16 eingebaut. Mit ihr wird das zu untersuchende Abgas 17
der Leitung 16 entnommen. Der Aufbau der Entnahmesonde 2 ist aus dem Stand der
Technik bekannt. Er wird deshalb hier nicht näher erläutert. Die Leitung 16 ist tempe
raturgeregelt, und kann sowohl beheizt als auch gekühlt werden. Damit wird sicherge
stellt, daß der Vorrichtung 1 das Abgas 7 immer mit einer Temperatur von mehr als
130°C zugeführt werden kann. Eine Temperatur von 130°C sollte das durch die
Leitung 16 geführte Abgas 7 aufweisen, damit es zu keiner Ablagerung von Partikeln
18 kommt, die im Abgas 17 enthalten sind. Die Entfernung zwischen der Vorrichtung
1 und der Stelle (hier nicht dargestellt) an der die Leitung 16 vom Abgaskanal einer
Verbrennungsmaschine (hier nicht dargestellt) abzweigt, ist nur so groß, daß ein Aus
kondensieren von Partikeln 18 ausgeschlossen ist. Von der Entnahmesonde 2 aus
wird das Abgas 17 über eine Leitung 1L, die zur Vorrichtung 1 gehört, durch diese
hindurchgeführt und auch wieder aus der Vorrichtung 1 herausgeleitet. Hinter der
Entnahmesonde 2 ist in der Leitung 1L das Filter 4 integriert, das als Band
ausgebildet ist. Das Filter 4 ist senkrecht zur Längsachse der Leitung 1L angeordnet
und überspannt den gesamten Querschnitt der Leitung 1L. Durch den Weitertransport
des Filterbands kann das Filter 4 im Bereich der Leitung 1L auf einfache Weise
erneuert werden. Durch das Filter 4 wird das von der Entnahmesonde 2 kommende
Abgas 17 hindurchgeleitet. Das Filter 4 ist so ausgebildet, daß die im Abgas mitge
führten Partikel 18 alle auf ihm abgeschieden werden. Mit Hilfe der Pumpe 3, die bei
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Drehschiebervakuumpumpe 3
ausgebildet und zwischen die Entnahmesonde 2 und das Filter 4 geschaltet ist, kann
der Durchfluß des Abgases 17 durch das Filter 4 auf 2000l/h erhöht werden.The only related to Description FIG. 1 shows a device 1, the devices having a sampling probe 2, a pump 3, a filter 4, a radiation source 5, three measurement 6, 7 and 8 as well as an evaluation unit 9 is provided. The removal probe 2 is installed in line 16 . With it, the exhaust gas 17 to be examined is taken from the line 16 . The structure of the sampling probe 2 is known from the prior art. It is therefore not explained in more detail here. The line 16 is temperature-controlled, and can be heated as well as cooled. This ensures sichge that the device 1, the exhaust gas 7 can always be supplied at a temperature of more than 130 ° C. The exhaust gas 7 led through line 16 should have a temperature of 130 ° C. so that there is no deposition of particles 18 contained in the exhaust gas 17 . The distance between the device 1 and the point (not shown here) at which the line 16 branches off from the exhaust duct of an internal combustion engine (not shown here) is only so great that condensation of particles 18 is excluded. From the sampling probe 2 , the exhaust gas 17 is passed through a line 1 L, which belongs to the device 1 , and is also passed out of the device 1 again. The filter 4 , which is designed as a band, is integrated in the line 1 L behind the sampling probe 2 . The filter 4 is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the line 1 L and spans the entire cross section of the line 1 L. The filter 4 in the area of the line 1 L can be replaced in a simple manner by further transport of the filter belt. The exhaust gas 17 coming from the sampling probe 2 is passed through the filter 4 . The filter 4 is designed such that the particles 18 carried in the exhaust gas are all deposited on it. With the help of the pump 3 , which in the embodiment shown here as a rotary vane vacuum pump 3
formed and connected between the sampling probe 2 and the filter 4 , the flow of the exhaust gas 17 through the filter 4 can be increased to 2000l / h.
Erfindungsgemäß kann in die Leitung 16 eine weitere Pumpe (hier nicht dargestellt) eingebaut werden, um den Transport des Abgases 17 auf 20 m³/h zu erhöhen. In diesem Fall ist es sinnvoll die Entnahmesonde 2 in eine Bypassleitung (hier nicht dargestellt) einzubauen, die im Bereich der Vorrichtung 1 parallel zu der Leitung 16 angeordnet ist. Durch die Verwendung von Pumpen wird die Ermittlung der Massen konzentration wesentlich beschleunigt. Von der Strahlungsquelle 5, die dem Filter 4 nachgeschaltet ist, wird β-Strahlung emittiert. Diese β-Strahlung wird auf das Filter 4 geleitet. Die Intensität der β-Strahlung wird durch die Partikel 18 reduziert, die auf dem Filter 4 hängen. Die Reduzierung der β-Strahlung wird mit Hilfe der Meßvorrich tung 6 ermittelt. Eine Sonde 65, die zur Meßvorrichtung 6 gehört, ist zwischen dem Filterband 4 und der Pumpe 2 angeordnet. Die Meßsignale der Meßvorrichtung 6 werden der Auswerteeinheit 9 zugeführt. Hierfür ist der Signalausgang 6A der Meß vorrichtung 6 an den Signaleingang 9A der Auswerteeinheit 9 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 9 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Prozeß rechner ausgebildet. In ihr sind die Werte über die Intensität der β-Strahlung gespei chert, die von der Strahlungsquelle 5 emittiert werden. Die Auswerteeinheit 9 ermittelt aus den gespeicherten Werten und den zugeführten Meßsignalen die Reduzierung der Strahlungsintensität der β-Strahlung, die das Filter 4 passiert hat.According to the invention, a further pump (not shown here) can be installed in line 16 in order to increase the transport of the exhaust gas 17 to 20 m³ / h. In this case, it makes sense to install the sampling probe 2 in a bypass line (not shown here), which is arranged in the area of the device 1 parallel to the line 16 . By using pumps, the determination of the mass concentration is significantly accelerated. Β radiation is emitted by the radiation source 5 , which is connected downstream of the filter 4 . This β radiation is directed onto the filter 4 . The intensity of the β radiation is reduced by the particles 18 which hang on the filter 4 . The reduction of the β radiation is determined with the aid of the measuring device 6 . A probe 65 , which belongs to the measuring device 6 , is arranged between the filter belt 4 and the pump 2 . The measurement signals of the measuring device 6 are fed to the evaluation unit 9 . For this purpose, the signal output 6 A of the measuring device 6 is connected to the signal input 9 A of the evaluation unit 9 . The evaluation unit 9 is designed as a process computer in the embodiment shown here. The values of the intensity of the β radiation which are emitted by the radiation source 5 are stored in it. The evaluation unit 9 determines from the stored values and the supplied measurement signals the reduction in the radiation intensity of the β radiation that has passed through the filter 4 .
Mt Hilfe der Meßvorrichtung 7, die mit dem Filter 4 in Kontakt steht, wird die Mas senzunahme des Filters 4 ermittelt, welche dieses durch die hängenbleibenden Par tikel 18 erfährt. Die Meßvorrichtung 8 ist in Strömungsrichtung des Abgases 17 gese hen hinter dem Filter 4 in die Leitung 1L integriert. Mit ihr wird die Menge an Abgas 17 ermittelt, die das Filter 4 während einer definierten Zeit von beispielsweise einer Stunde durchströmt. Die Signalausgänge 6A, 7A und 8A der Meßvorrichtungen 6, 7 und 8 sind an die Signaleingänge 9A, 9B und 9C der Auswerteeinheit 9 angeschlos sen. Mit Hilfe der Auswerteeinheit 9 wird die Massenkonzentration der im Abgas 17 enthaltenen Partikel 18 ermittelt.With the help of the measuring device 7 , which is in contact with the filter 4 , the mass increase of the filter 4 is determined, which is experienced by the stuck particles 18 . The measuring device 8 is integrated in the flow direction of the exhaust gas 17 hen behind the filter 4 in the line 1 L. It is used to determine the amount of exhaust gas 17 through which the filter 4 flows for a defined time, for example one hour. The signal outputs 6 A, 7 A and 8 A of the measuring devices 6 , 7 and 8 are connected to the signal inputs 9 A, 9 B and 9 C of the evaluation unit 9 . The mass concentration of the particles 18 contained in the exhaust gas 17 is determined with the aid of the evaluation unit 9 .
Bei der Berechnung der Massenkonzentration werden sowohl statistische Methoden als auch Kenntnisse über den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine genutzt. Wird die Verbrennungsanlage beispielsweise stationär betrieben, so wird die Massenkon zentration durch lineare Regression einer bestimmten Anzahl von Massenwerten bestimmt. Wird die Verbrennungsanlage instationär betrieben wie beispielsweise beim Anfahren bestimmter Betriebszustände, so wird die Konzentration aus den Mas senwerten in einem Intervall, in dem der Betriebszustand der Maschine konstant ist, bestimmt. Hierdurch wird die Berechnung der Massenkonzentration wesentlich be schleunigt. Zur Auswertung können außer der linearen Regression jedoch auch an dere statistische Verfahren angewendet werden.When calculating the mass concentration, both statistical methods are used as well as knowledge of the operation of the internal combustion engine. Becomes the incinerator, for example, operated stationary, so the Massenkon concentration by linear regression of a certain number of mass values certainly. If the incinerator is operated transiently, for example when starting certain operating states, the concentration from the Mas values in an interval in which the operating state of the machine is constant, certainly. As a result, the calculation of the mass concentration is essential accelerates. In addition to linear regression, you can also use for evaluation whose statistical methods are used.
Claims (4)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10331643A1 (en) * | 2003-07-08 | 2005-02-17 | Nova-Mmb Messtechnik Gmbh | Device and method for detecting particles contained in internal combustion engine exhaust gases |
-
1996
- 1996-05-15 DE DE19619621A patent/DE19619621A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10331643A1 (en) * | 2003-07-08 | 2005-02-17 | Nova-Mmb Messtechnik Gmbh | Device and method for detecting particles contained in internal combustion engine exhaust gases |
DE10331643B4 (en) * | 2003-07-08 | 2005-08-04 | NOVA-MBB Meßtechnik GmbH & Co.KG | Device and method for detecting particles contained in internal combustion engine exhaust gases |
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