DE19619622A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Probeentnahme von Abgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Probeentnahme von Abgasen aus Abgaskanälen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5.

Solche Verfahren und Vorrichtungen finden dort eine Anwendung, wo Abgaskanälen Proben der in ihnen geführten Abgase für Analysen entnommen werden müssen.

Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem die Entnahme über ein Meßkreuz mit mehreren Bohrungen verschiedener Größe erfolgt, wobei die Bohrungen konzentri­ schen Kreisringen gleicher Fläche entsprechen. Dieses Verfahren ist auf eine be­ stimmte Anzahl von Entnahmebohrungen und somit eine feste Zahl von Teilkreisflä­ chen festgelegt.

In den VDI 2066 Richtlinien ist ein Verfahren beschrieben, bei dem eine kontinuierli­ che Entnahme der Probe an mehreren Meßpunkten erfolgt. Diese Meßpunkte werden so gewählt, daß sie konzentrischen Kreisen mit gleicher Fläche entsprechen. Die Ent­ nahme der Abgasproben erfolgt integrativ auf den Flächenmittellinien flächengleicher, konzentrischer Kreisringe. Hierbei wird angenommen, daß ein Punkt auf der Flächen­ mittellinie eines jeden Kreisrings repräsentativ für die gesamte Teilfläche ist. Eine Mittelung der Konzentration erfolgt durch Wahl der Anzahl der Kreisringe. Um den Aufwand möglichst gering zu gehalten, werden nur wenige Ringe durchmessen. Da­ durch ist die Gefahr von Meßfehlern durch nicht erfaßte Inhomogenitäten im Strö­ mungsprofil des jeweiligen Abgaskanals gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem Pro­ ben eines Abgases einem Abgaskanal so entnommen werden können, daß sie den Zusammensetzungen des jeweiligen Abgases tatsächlich entsprechen und Inhomo­ genitäten im Strömungsprofil des Abgaskanals ebenfalls erfaßt werden, sowie eine Vorrichtung schaffen, mit der dieses Verfahren durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird das Verfahren betreffend durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Diese Aufgabe wird die Vorrichtung betreffend durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 5 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Querschnitt eines Abgaskanals für die Entnahme von Proben in eine beliebig große Anzahl von konzentrischen kreis­ ringförmigen Flächen unterteilt, die alle den gleichen Flächeninhalt aufweisen. Das Strömungsprofil des jeweiligen Abgaskanals nimmt damit kleinen Einfluß mehr auf die ermittelten Meßwerte, da durch die Unterteilung Inhomogenitäten erfaßt werden und eine tatsächliche Integration der Abgaskonzentration über den gesamten Querschnitt ermöglicht wird. Die Entnahmesonde wird in radialer Richtung über den Querschnitt des Abgaskanals bewegt. Um die Konzentration der Bestandteile des Abgases inte­ grativ erfassen zu können, müssen die Verweilzeiten der Entnahmesonde pro Flächeneinheit beim Verfahren über den Querschnitt des Abgaskanals konstant sein. Da die Distanz von einer Flächenmittellinie zur nächsten vom Rand zum Mittelpunkt zunimmt, muß die Geschwindigkeit der Entnahmesonde vom Rand zum Mittelpunkt des Abgaskanals hin zunehmen bzw. in umgekehrter Richtung abnehmen, damit die Forderung nach gleichen Verweilzeiten der Entnahmesonde pro Flächeneinheit erfüllt werden kann. Die repräsentative Entnahme von Proben wird bei dem vorliegenden Verfahren durch eine vom Ort abhängige veränderliche Geschwindigkeit V der Ent­ nahmesonde gewährleistet. Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit V vom Ort ist dabei durch die Geometrie des Abgaskanals gegeben. Im Falle eines runden Abgas­ kanals ergibt sich eine hyperbolische Abhängigkeit.

Für die Durchführung des Verfahrens wird eine exraktiv arbeitende Entnahmesonde verwendet, die von einer Antriebsvorrichtung bewegt wird. Diese wird von einer Aus­ werteeinheit gesteuert, die vorzugsweise als Prozeßrechner ausgebildet ist. Von diesem wird gleichzeitig der Querschnitt des jeweiligen Abgaskanals rechnerisch in eine beliebige Anzahl konzentrischer Kreise mit gleichen Flächeninhalten unterteilt und die hiervon abhängige veränderliche Geschwindigkeit V der Entnahmesonde be­ rechnet.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Probeentnahme von Abgasen aus einem Abgaskanal,

Fig. 2 die Änderung der Geschwindigkeit einer Entnahmesonde in Abhängigkeit von der Position der Entnahmesonde über dem Querschnitt des Abgaskanals.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 weist eine Entnahmesonde 2, eine Antriebsvor­ richtung 3, eine Meßvorrichtung 4 sowie eine Auswerteeinheit 5 auf. Die Entnahme­ sonde 2 ist innerhalb eines Abgaskanals 6 angeordnet. Über diesen werden die Ab­ gase 7 abgeleitet, die beispielsweise von einer Verbrennungskraftmaschine (hier nicht dargestellt) stammen. Die Entnahmesonde 2 kann ein Planfilter enthalten. Um ein isokinetisches Absaugen der Proben zu ermöglichen, wird vorzugsweise eine Ent­ nahmesonde mit einer Nulldrucksonde oder einem Prandtlrohr verwendet. Die Ent­ nahmesonde 2 ist so installiert, daß sie in radialer Richtung senkrecht zur Längs­ achse des Abgaskanals 6 bewegt werden kann. Die Entnahmesonde 2 ist mit einem stabförmigen Führungselement 8 verbunden, das beweglich durch eine Öffnung (hier nicht dargestellt) aus dem Abgaskanal 7 herausgeführt ist und mit der Antriebsvor­ richtung 3 in Verbindung steht. Durch das Innere des Führungselements 8 sind die Signalleitungen 2A und 2B der Entnahmesonde 2 nach außen geführt. Die erste Si­ gnalleitung 2A ist an die Meßvorrichtung 4 anschlossen. Mit dieser Meßvorrichtung 4 wird die Menge des Abgases 7 gemessen, welche die Entnahmesonde 2 pro Zeiteinheit durchströmt. Die zweite Signalleitung 2B ist mit der Auswerteeinheit 5 verbunden. Die Auswerteeinheit 5 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Prozeßrechner ausgebildet. Ein Signalausgang 4A der Meßvorrichtung 4 steht ebenfalls mit der Auswerteeinheit 5 in Verbindung. Ferner ist ein Signaleingang 3E der Antriebsvorrichtung 3 an den Signalausgang 5A der Auswerteeinheit 5 ange­ schlossen.

Mit Hilfe der Entnahmesonde 2 werden dem Abgas 7 Proben entnommen. Um eine vollständige Zusammensetzung des Abgases 7 so ermitteln zu können, daß Meß­ ungenauigkeiten ausgeschlossen sind, die durch das Strömungsprofil des Abgas­ kanals 7 oder sonstige Inhomogenitäten hervorgerufen werden, wird der Querschnitt des Abgaskanals 6 in eine beliebige Anzahl konzentrischer kreisringförmiger Flächen unterteilt, die alle den gleichen Flächeninhalt aufweisen. Bei dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt des Abgaskanals 6 in vier kon­ zentrische kreisringförmige Flächen K1, K2, K3 und K4 unterteilt. Die Aufteilung des Querschnitts erfolgt rechnerisch in der Auswerteeinheit 5, in der die Abmessungen des Abgaskanals 6 gespeichert sind. Die Entnahme der Proben erfolgt der Art, daß die Entnahmesonde 2 mit Hilfe der Antriebsvorrichtung 3 in radialer Richtung über den Querschnitt des Abgaskanals 6 bewegt wird, und zwar vom inneren Rand zum Mittelpunkt des Abgaskanals 7 oder umgekehrt. Die Entnahmesonde 2 wird mit Hilfe der Antriebsvorrichtung 3 bewegt. Diese wird von der Auswerteeinheit 5 gesteuert. Die Entnahmesonde 2 wird für die jeweilige Entnahme einer Probe auf den Mittel­ linien A, B, C und D der kreisringförmigen Flächen K1, K2, K3 und K4. angehalten. Erfindungsgemäß ist die Verweilzeit der Entnahmesonde 2 auf allen Mittellinien A, B, C und D gleich groß. Da alle kreisringförmigen Flächen den gleichen Flächeninhalt aufweisen, wird durch die gleich Verweilzeit T der Entnahmesonde 2 auf allen Mittellinien A, B, C und D eine repräsentative Messung sichergestellt. Wie Fig. 1 zeigt, wird der Abstand der Kreisringe K1, K2, K3 und K4 vom Mittelpunkt zum Rand des Abgaskanals 6 hin kleiner. Damit die Entnahmesonde 2 auf allen Mittellinien A, B, C und D gleich lang verweilen kann und die Messung dennoch in einer definierten Zeit durchgeführt werden kann, muß die Entnahmesonde 2 mit einer vom Ort abhängigen veränderlichen Geschwindigkeit V verfahren werden. Die Geschwindig­ keit V muß beim Bewegen der Entnahmesonde 2 vom Mittelpunkt zum Rand ab- und in umgekehrter Richtung zunehmen. Die ortsabhängige Geschwindigkeit V der Ent­ nahmesonde 2 ist in Fig. 2 dargestellt, wobei R der Radius des Abgaskanals 6 ist. Für einen Abgaskanal 6 mit einem runden Querschnitt läßt sich die ortsabhängige Ge­ schwindigkeit V gemäß nachfolgender Gleichung berechnen:

Die ortsabhängige Geschwindigkeit V der Entnahmesonde 2 wird für jeden Punkt zwi­ schen dem Mittelpunkt M und dem Rand des Abgaskanals 7 in der Auswerteeinheit 5 berechnet. Vom Signalausgang 5A der Auswerteeinheit 5 werden die erforderlichen Steuersignale an die Antriebsvorrichtung 3 gegeben, welche die Entnahmesonde 2 mit der ortsabhängigen Geschwindigkeit V bewegt und während der vorgegebenen Verweilzeiten auf den Mittellinien A, B, C und D der Kreisringe zur Probeentnahme anhält.

Claims (6)

1. Verfahren zur Probeentnahme von Abgasen mit einer Entnahmesonde (2), die über den Querschnitt eines Abgaskanals (6) verfahren wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Querschnitt des Abgaskanals (6) in eine beliebige Anzahl konzentrischer kreisringförmiger Flächen (K1, K2, K3 und K4) mit gleich großen Flä­ cheninhalten unterteilt wird, daß die Entnahmesonde (2) vom Rand zum Mittelpunkt (M) des Abgaskanals (6) oder umgekehrt in radialer Richtung verfahren wird, und daß jede Probeentnahme auf jeder kreisringförmigen Fläche (K1, K2, K3 und K4) während eine definierten Verweilzeit T durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme­ sonde (2) vom Rand zum Mittelpunkt (M) des Abgaskanals (6) oder umgekehrt verfahren mit einer vom Ort abhängigen veränderlichen Geschwindigkeit (V) verfahren wird, die zum Mittelpunkt hin zu- und zum Rand hin abnimmt, daß die Ent­ nahmesonde (2) für jede Probeentnahme auf der Mittellinie (A, B, C, D) einer jeden kreisringförmigen Fläche (K1, K2, K3, K4) während einer gleich langen Verweilzeit T für die Entnahme einer Probe angehalten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsabhängige Geschwindigkeit (V) der Entnahmesonde (2) bei einem Ab­ gaskanal (6) mit rundem Querschnitt durch folgende Gleichung bestimmt wird:

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme jeder Probe auf der Mittellinie einer jeden kreisringförmigen Fläche (K1, K2, K3, K4) durch Absaugen isokinetisch durchgeführt wird.

5. Vorrichtung zur Probeentnahme von Abgasen (7) aus einen Abgaskanal (6) mit einer Entnahmesonde (2), die über den Querschnitt des Abgaskanals (6) verfahr­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine exraktiv arbeitende Entnahmesonde (2) vorgesehen ist, die mit einer steuerbaren Antriebsvorrichtung (3) verbunden ist, und daß der Entnahmesonde (2) mit wenigstens einer Durchflußmeßvorrichtung (4) und einer Auswerteeinheit (5) in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, die Auswerteein­ heit (5) als Prozeßrechner ausgebildet und die Entnahmesonde (2) ein Planfilter aufweist und zum isokinetischen Absaugen des Abgases (7) mit einer Nulldrucksonde oder einem Prandtlrohr vorgesehen ist.