DE202022102144U1

DE202022102144U1 - particle sensor

Info

Publication number: DE202022102144U1
Application number: DE202022102144.9U
Authority: DE
Original assignee: Sensirion AG
Current assignee: Sensirion AG
Priority date: 2022-04-21
Filing date: 2022-04-21
Publication date: 2022-04-27
Anticipated expiration: 2032-04-22
Also published as: CN220772866U

Abstract

Partikelsensor (1) zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen in einem Aerosolstrom (A), der durch den Partikelsensor (1) geleitet wird, aufweisend:
- ein Gehäuse (2), das einen Einlass (20) für den Aerosolstrom (A) und einen Auslass (21) für den Aerosolstrom (A) aufweist, wobei das Gehäuse (2) weiterhin einen mit dem Einlass (20) und dem Auslass (21) kommunizierenden Hauptströmungskanal (3) sowie zumindest einen vom Hauptströmungskanal (3) getrennten ersten Umgehungskanal (4) bildet,
- eine Strahlungsquelle (31), die dazu ausgebildet ist, eine Strahlung in den Hauptströmungskanal (3) zu emittieren, so dass die Strahlung mit partikelförmigen Stoffen des durch den Hauptströmungskanal (3) geleiteten Aerosolstroms (A) in Wechselwirkung tritt, und
- einen im Hauptströmungskanal (3) angeordneten Strahlungsdetektor (30), der dazu ausgebildet ist, Strahlung nach der Wechselwirkung mit partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms (A) zu erfassen,
- wobei der Partikelsensor (1) an ein Strömungserzeugungsmittel (5) zum Erzeugen des Aerosolstroms (A) anschließbar ist, so dass der Aerosolstrom (A) über den Einlass (20) durch den Hauptströmungskanal (3) an dem Strahlungsdetektor (30) vorbeiströmen kann und aus dem Auslass (21) ausgebbar ist, und wobei der mindestens eine erste Umgehungskanal (4) zur Anpassung einer durch das Strömungserzeugungsmittel (5) im Hauptströmungskanal (3) bedingten Flussgeschwindigkeit des Aerosolstroms (A) verschlossen ist oder geöffnet ist.

Particle sensor (1) for detecting and/or characterizing particulate substances in an aerosol flow (A) that is passed through the particle sensor (1), comprising:
- a housing (2) having an inlet (20) for the aerosol flow (A) and an outlet (21) for the aerosol flow (A), the housing (2) further having an inlet (20) and the outlet (21) communicating main flow channel (3) and at least one first bypass channel (4) separate from the main flow channel (3),
- a radiation source (31) which is designed to emit radiation into the main flow channel (3), so that the radiation interacts with particulate substances in the aerosol flow (A) conducted through the main flow channel (3), and
- a radiation detector (30) arranged in the main flow channel (3) and designed to detect radiation after interaction with particulate substances of the aerosol flow (A),
- wherein the particle sensor (1) can be connected to a flow generating means (5) for generating the aerosol flow (A), so that the aerosol flow (A) can flow past the radiation detector (30) via the inlet (20) through the main flow channel (3). and can be dispensed from the outlet (21), and wherein the at least one first bypass channel (4) is closed or opened to adjust a flow rate of the aerosol stream (A) caused by the flow generating means (5) in the main flow channel (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Partikelsensor (auch Feinstaubsensor genannt) zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen (z.B. Feinstaubpartikeln) in einem Aerosolstrom, der durch den Partikelsensor geleitet wird.The invention relates to a particle sensor (also called fine dust sensor) for detecting and/or characterizing particulate substances (e.g. fine dust particles) in an aerosol flow that is passed through the particle sensor.

Derartige Partikelsensoren sind z.B. aus der EP3491362B sowie CN209946101 bekannt.Such particle sensors are, for example, from EP3491362B such as CN209946101 known.

Für eine genaue Bestimmung der PM-Konzentration derartiger Stoffe muss die Geschwindigkeit der Strömung durch den Partikelsensor bekannt sein. Bei den derzeitigen Partikelsensoren ist es daher schwierig, diese an unterschiedliche Luftströmungsgeschwindigkeiten (z. B. durch unterschiedliche Ventilatoren oder unterschiedliche Ansaugsysteme) anzupassen, da die Strömungsgeschwindigkeit von der angelegten Druckdifferenz und der (festen) Kanalgeometrie abhängt. In der Regel sind eine komplette Neukonstruktion und damit neue Formwerkzeuge erforderlich. Dies ist kostspielig, insbesondere bei Produkten mit geringer Stückzahl.For an accurate determination of the PM concentration of such substances, the velocity of the flow through the particle sensor must be known. With the current particle sensors, it is therefore difficult to adapt them to different air flow speeds (e.g. due to different fans or different intake systems), since the flow speed depends on the applied pressure difference and the (fixed) channel geometry. As a rule, a completely new design and thus new molds are required. This is costly, especially for low volume products.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, einen Partikelsensor bereitzustellen, der hinsichtlich der oben genannten Problematik verbessert ist.Proceeding from this, the invention is based on the object of providing a particle sensor which is improved with regard to the problems mentioned above.

Diese Aufgabe wird durch einen Partikelsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.This object is achieved by a particle sensor having the features of claim 1. Advantageous refinements of the invention are specified in the dependent claims and are described below.

Gemäß Anspruch 1 wird ein Partikelsensor (auch Feinstaubsensor genannt) offenbart, zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen (z.B. Feinstaubpartikeln) in einem Aerosolstrom, der durch den Partikelsensor geleitet wird, aufweisend:

- ein Gehäuse, das einen Einlass für den Aerosolstrom und einen Auslass für den Aerosolstrom aufweist, wobei das Gehäuse weiterhin einen mit dem Einlass und dem Auslass kommunizierenden Hauptströmungskanal sowie zumindest einen vom Hauptströmungskanal getrennten ersten Umgehungskanal bildet,
- eine Strahlungsquelle, die dazu ausgebildet ist, eine Strahlung in den Hauptströmungskanal zu emittieren, so dass die Strahlung mit partikelförmigen Stoffen des durch den Hauptströmungskanal geleiteten Aerosolstroms in Wechselwirkung tritt,

- einen im Hauptströmungskanal angeordneten Strahlungsdetektor, der dazu ausgebildet ist, Strahlung der Strahlungsquelle nach der Wechselwirkung mit partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms zu erfassen,
- wobei der Partikelsensor an ein Strömungserzeugungsmittel zum Erzeugen des Aerosolstroms anschließbar ist (oder dieses aufweist, siehe unten), so dass der Aerosolstrom über den Einlass durch den Hauptkanal an dem Strahlungsdetektor vorbeiströmen kann und aus dem Auslass ausgebbar ist, und wobei

der erste Umgehungskanal zur Anpassung einer durch das Strömungserzeugungsmittel im Hauptströmungskanal bedingten Flussgeschwindigkeit des Aerosolstroms verschlossen ist oder geöffnet ist, wobei insbesondere der geöffnete mindestens eine erste Umgehungskanal sowohl mit dem Einlass als auch mit dem Auslass kommuniziert, d.h., strömungsverbunden ist, und wobei insbesondere der verschlossene mindestens eine erste Umgehungskanal zum Durchleiten zumindest eines Teils des Aerosolstroms nicht zur Verfügung steht, d.h., eine Strömungsverbindung zum Einlass und/oder zum Auslass hin unterbrochen ist.According to claim 1, a particle sensor (also called fine dust sensor) is disclosed for detecting and/or characterizing particulate substances (e.g. fine dust particles) in an aerosol stream that is passed through the particle sensor, having:

- a housing that has an inlet for the aerosol flow and an outlet for the aerosol flow, the housing also forming a main flow channel communicating with the inlet and the outlet and at least one first bypass channel separate from the main flow channel,
- a radiation source which is designed to emit radiation into the main flow channel, so that the radiation interacts with particulate substances in the aerosol flow conducted through the main flow channel,

- a radiation detector arranged in the main flow channel, which is designed to detect radiation from the radiation source after interaction with particulate substances of the aerosol flow,
- wherein the particle sensor can be connected to (or has, see below) a flow generating means for generating the aerosol flow, so that the aerosol flow can flow past the radiation detector via the inlet through the main channel and can be discharged from the outlet, and wherein

the first bypass channel is closed or opened to adapt a flow rate of the aerosol flow caused by the flow generating means in the main flow channel, wherein in particular the opened at least one first bypass channel communicates with both the inlet and the outlet, i.e. is flow-connected, and in particular the closed one at least one first bypass channel for conducting at least part of the aerosol flow is not available, ie a flow connection to the inlet and/or to the outlet is interrupted.

Ein derartiger Partikelsensor erweist sich als besonders vorteilhaft. Dies liegt daran, wie eingangs angedeutet, dass ein Partikelsensor eine bekannte sowie konstante Flussgeschwindigkeit für den zu analysierenden Aerosolstrom benötigt, um eine Konzentration der partikelförmigen Stoffe genau bestimmen zu können. Je nach Anforderungen bzw. Spezifikation des Partikelsensors kann ein unterschiedliches Strömungserzeugungsmittel (z.B. Ventilator) erforderlich sein, insbesondere eine bestimmte Saugkraft. Dann müsste jedoch jeweils die Kanalgeometrie des den Strahlungsdetektor aufweisenden Strömungskanals entsprechend angepasst werden, um die gewünschte Flussgeschwindigkeit zu erreichen. Dies ist aus Kostengründen insbesondere für Kleinserien unvorteilhaft, da jeweils ein eigenes Spritzgusswerkzeug für das Gehäuse angefertigt werden müsste. Die Erfindung stellt zumindest einen zuschaltbaren ersten Umgehungskanal bereit, der auf einfache Weise geöffnet oder geschlossen werden kann, um eine gewünschte Flussgeschwindigkeit zu erhalten bzw. sich dieser anzunähern. So lassen sich z.B. derartige Umgehungskanäle (die auch als Bypass-Kanäle) bezeichnet werden, mit minimalem Aufwand (z.B. durch entsprechende Einsätze in einem Spritzgusswerkzeug) dauerhaft offen oder verschlossen herstellen. Sind der bzw. die Umgehungskanäle verschlossen, geht der gesamte Fluss über den Hauptströmungskanal, was insbesondere für vergleichsweise schwache Strömungserzeugungsmittel/Ventilatoren geeignet ist. Sind der oder die Umgehungskanäle offen oder nur einige davon offen, geht ein entsprechend geringerer Fluss durch den Hauptströmungskanal, was insbesondere für stärkere Strömungserzeugungsmittel/Ventilatoren geeignet ist. Zudem kann in bestimmten Anwendungsfällen ein hoher Volumenfluss am Einlass des Partikelsensors gewünscht sein, falls z.B. ein zusätzlicher Sensor Umgebungsbedingungen (z.B. Temperatursensor) messen soll und darum gut an die Umwelt angekoppelt sein muss.Such a particle sensor proves to be particularly advantageous. As indicated at the beginning, this is due to the fact that a particle sensor requires a known and constant flow rate for the aerosol stream to be analyzed in order to be able to precisely determine a concentration of the particulate substances. Depending on the requirements or specification of the particle sensor, a different means of generating flow (eg fan) may be required, in particular a specific suction force. However, the channel geometry of the flow channel having the radiation detector would then have to be adjusted accordingly in order to achieve the desired flow rate. For reasons of cost, this is disadvantageous, particularly for small series, since a separate injection molding tool would have to be made for the housing in each case. The invention provides at least one switchable first bypass channel that can be opened or closed in a simple manner in order to obtain or approach a desired flow rate. For example, bypass channels of this type (which are also referred to as bypass channels) can be made permanently open or closed with minimal effort (eg by means of appropriate inserts in an injection molding tool). If the bypass channel or channels are closed, the entire flow goes via the main flow channel, which is particularly suitable for comparatively weak flow generating means/fans. If the bypass channel or channels are open or only some of them are open, a correspondingly lower flow goes through the main flow channel, which in particular allows for stronger flow generation medium/fans is suitable. In addition, in certain applications a high volume flow at the inlet of the particle sensor can be desired, for example if an additional sensor is to measure ambient conditions (eg temperature sensor) and therefore has to be well coupled to the environment.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor kann zur Detektion von verschiedenen Partikelgrößen ausgelegt sein, insbesondere PM1,0, PM2,5, PM4, oder PM10. So bezeichnet z.B. PM2,5 partikelförmige Stoffe mit einem Durchmesser kleiner als 2,5 Mikrometer.The particle sensor according to the invention can be designed to detect different particle sizes, in particular PM1.0, PM2.5, PM4 or PM10. For example, PM2.5 refers to particulate matter with a diameter of less than 2.5 micrometers.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlungsquelle ein Laser oder eine Leuchtdiode. Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Strahlungsdetektor eine Fotodiode. Strahlungsquelle und -detektor sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in eine einzelne elektronische Einheit integriert. Die Strahlung kann daher kompakt emittiert und detektiert werden.According to one embodiment of the invention, the radiation source is a laser or a light-emitting diode. Furthermore, according to an embodiment of the invention, the radiation detector is a photodiode. According to a preferred embodiment, the radiation source and detector are integrated into a single electronic unit. The radiation can therefore be emitted and detected compactly.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Partikelsensor nicht lediglich an das Strömungserzeugungsmittel anschließbar ist, sondern dieses tatsächlich als Komponente aufweist, wobei das Strömungserzeugungsmittel dazu ausgebildet ist, den Aerosolstrom über den Einlass durch den Hauptströmungskanal am Strahlungsdetektor vorbeiströmen zu lassen und aus dem Auslass auszugeben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Strömungserzeugungsmittel als ein Ventilator ausgebildet. Bei dem Strömungserzeugungsmittel kann es sich aber auch um eine sonstige Einheit handeln, die einen Aerosolstrom erzeugt bzw. ein Aerosol in Strömung versetzt, oder um eine Quelle eines Aerosolstroms bzw. Luftstroms.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the particle sensor can not only be connected to the flow generating means, but actually has this as a component, with the flow generating means being designed to allow the aerosol flow to flow past the radiation detector via the inlet through the main flow channel and out of the to issue outlet. According to a preferred embodiment, the flow generating means is designed as a fan. However, the flow generating means can also be any other unit which generates an aerosol flow or causes an aerosol to flow, or a source of an aerosol flow or air flow.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse einen vom Hauptströmungskanal getrennten zweiten Umgehungskanal auf, der zur Anpassung einer durch das Strömungserzeugungsmittel bzw. den Ventilator bedingten Flussgeschwindigkeit des Aerosolstroms im Hauptströmungskanal gegenüber dem Einlass verschlossen ist oder geöffnet ist, wobei insbesondere der geöffnete zweite Umgehungskanal mit dem Einlass und dem Auslass kommuniziert (d.h. in Strömungsverbindung steht). Demgegenüber steht der verschlossene zweite Umgehungskanal zum Durchleiten zumindest eines Teils des Aerosolstroms nicht zur Verfügung.According to a preferred embodiment of the invention, the housing has a second bypass channel which is separate from the main flow channel and which is closed or opened in relation to the inlet in order to adapt a flow speed of the aerosol stream caused by the flow generating means or the fan in the main flow channel, with the opened second bypass channel in particular having communicates (i.e., is in flow communication) between the inlet and the outlet. In contrast, the closed second bypass channel is not available for conducting at least part of the aerosol stream.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Hauptströmungskanal und der mindestens eine erste Umgehungskanal sowie insbesondere auch der zweite Umgehungskanal (sofern vorhanden) durch ein Gehäuseteil und eine Trägerplatte begrenzt sind. Die Trägerplatte bildet dabei jeweils einen Boden des Hauptströmungs- bzw. des jeweiligen Umgehungskanals.Furthermore, according to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the main flow channel and the at least one first bypass channel and in particular also the second bypass channel (if present) are delimited by a housing part and a carrier plate. The carrier plate in each case forms a base of the main flow channel or of the respective bypass channel.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hauptströmungskanal und der mindestens eine erste Umgehungskanal sowie insbesondere auch der zweite Umgehungskanal (sofern vorhanden), entlang der Trägerplatte nebeneinander angeordnet sind.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the main flow channel and the at least one first bypass channel and in particular also the second bypass channel (if present) are arranged next to one another along the carrier plate.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind der Hauptströmungskanal und der mindestens eine erste Umgehungskanal sowie insbesondere auch der zweite Umgehungskanal (sofern vorhanden) normal zur Trägerplatte übereinander angeordnet.According to an alternative embodiment of the invention, the main flow channel and the at least one first bypass channel and in particular also the second bypass channel (if present) are arranged one above the other normal to the carrier plate.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Hauptströmungskanal zwischen dem ersten und dem zweiten Umgehungskanal angeordnet ist.Furthermore, according to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the main flow channel is arranged between the first and the second bypass channel.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die besagte Trägerplatte, die insbesondere den Boden der Kanäle bildet, als eine Leiterplatte ausgebildet (z.B. eine gedruckte Leiterplatte).According to a further embodiment of the invention, said support plate, which in particular forms the bottom of the channels, is designed as a printed circuit board (e.g. a printed circuit board).

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Strahlungsdetektor (insbesondere Fotodiode oder ein sonstiger geeigneter optischer Sensor) und/oder die Strahlungsquelle auf der Leiterplatte angeordnet ist.Furthermore, according to a preferred embodiment of the invention, provision is made for the radiation detector (in particular a photodiode or another suitable optical sensor) and/or the radiation source to be arranged on the printed circuit board.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Partikelsensor einen Temperatursensor aufweist, der am Einlass außerhalb des Hauptströmungskanals und des jeweiligen Umgehungskanals angeordnet ist, also außerhalb des ersten Umgehungskanals sowie insbesondere auch außerhalb des zweiten Umgehungskanals, sofern vorhanden. Vorzugsweise ist der Temperatursensor auf der Trägerplatte angeordnet.According to a further preferred embodiment, it is provided that the particle sensor has a temperature sensor which is arranged at the inlet outside the main flow channel and the respective bypass channel, i.e. outside the first bypass channel and in particular also outside the second bypass channel, if present. The temperature sensor is preferably arranged on the carrier plate.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse ein Außengehäuse aufweist, das das Gehäuseteil und die Trägerplatte zumindest abschnittsweise umgibt. Insbesondere bildet das Außengehäuse eine äußere Oberfläche des Gehäuses bzw. des Partikelsensors aus.According to a further embodiment of the invention, it is provided that the housing has an outer housing which surrounds the housing part and the support plate at least in sections. In particular, the outer housing forms an outer surface of the housing or of the particle sensor.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass das Außengehäuse einen Gehäusedeckel und einem Gehäuseboden aufweist, wobei Gehäusedeckel und -boden zusammen den Einlass und den Auslass des Partikelsensors für den zu analysierenden Aerosolstrom bilden.In a preferred embodiment of the invention it is further provided that the outer housing has a housing cover and a housing bottom, wherein the housing cover and bottom together form the inlet and outlet of the particle sensor for the aerosol stream to be analyzed.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Gehäuseboden und der Gehäusedeckel jeweils eine Aufnahme zur Aufnahme des Ventilators bzw. Strömungserzeugungsmittels aufweisen.Furthermore, according to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the housing base and the housing cover each have a receptacle for accommodating the fan or flow-generating means.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Trägerplatte elektrische Kontakte zum Kontaktieren des Partikelsensors angeordnet sind.According to a further embodiment of the invention, provision is made for electrical contacts for contacting the particle sensor to be arranged on the carrier plate.

Diesbezüglich ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Gehäusedeckel eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Steckverbinders zum Kontaktieren der Kontakte auf der Leiterplatte aufweist.In this regard, according to a further embodiment of the invention, it is provided that the housing cover has a recess for accommodating a connector for contacting the contacts on the printed circuit board.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Strömungserzeugungsmittel, insbesondere in Form des Ventilators, am Auslass, d.h., stromab des Strahlungsdetektors, angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, den Aerosolstrom durch den Einlass einzusaugen, am Strahlungsdetektor vorbeizuziehen und aus dem Auslass auszugeben. Insbesondere kann das Strömungserzeugungsmittel bzw. der Ventilator so den ungeteilten vollen Aerosolstrom am Einlass des Partikelsensors am Temperatursensor vorbeiziehen bzw. ansaugen.Furthermore, according to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the flow generating means, in particular in the form of the fan, is arranged at the outlet, i.e. downstream of the radiation detector, and is designed to suck in the aerosol stream through the inlet, pull it past the radiation detector and out of the outlet to spend In particular, the flow-generating means or the fan can thus draw or suck in the undivided full aerosol flow at the inlet of the particle sensor past the temperature sensor.

Im Folgenden sollen Ausführungsformen der Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Explosionsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors,
2 eine Seitensicht eines Auslasses eines Gehäuseteils des Partikelsensors gemäß 1, das Hauptströmungs- und Umgehungskanäle des Partikelsensors definiert,
3 eine weitere Seitenansicht des Gehäuseteils gemäß 1 und 2, und
4 eine Seitensicht des Einlasses des Gehäuseteils gemäß 1 bis 3.

Embodiments of the invention and further features and advantages of the invention are to be explained below with reference to the figures. Show it:

1 an exploded view of a preferred embodiment of a particle sensor according to the invention,
2 1 shows a side view of an outlet of a housing part of the particle sensor according to FIG 1 , which defines main flow and bypass channels of the particle sensor,
3 a further side view of the housing part according to FIG 1 and 2 , and
4 a side view of the inlet of the housing part according to FIG 1 until 3 .

1 zeigt im Zusammenhang mit den 2 bis 4 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors 1 zum Nachweis und/oder zur Charakterisierung von partikelförmigen Stoffen in einem Aerosolstrom A, der durch den Partikelsensor 1 geleitet wird. Der Partikelsensor 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das einen Einlass 20 für den Aerosolstrom A und einen Auslass 21 für den Aerosolstrom A aufweist, wobei das Gehäuse 2 weiterhin einen mit dem Einlass 20 und dem Auslass 21 kommunizierenden Hauptströmungskanal 3 sowie zumindest einen vom Hauptströmungskanal 3 getrennten ersten Umgehungskanal 4 bildet. Vorzugsweise ist weiterhin ein zweiter vom Hauptströmungskanal 3 getrennter Umgehungskanal 40 vorgesehen, wobei die Umgehungskanäle 4, 40 vorzugsweise beidseitig des Hauptströmungskanals 3 angeordnet sind. 1 shows related to the 2 until 4 an embodiment of a particle sensor 1 according to the invention for the detection and / or for the characterization of particulate substances in an aerosol flow A, which is passed through the particle sensor 1. The particle sensor 1 has a housing 2, which has an inlet 20 for the aerosol flow A and an outlet 21 for the aerosol flow A, the housing 2 also having a main flow channel 3 communicating with the inlet 20 and the outlet 21 and at least one of the main flow channel 3 separate first bypass channel 4 forms. A second bypass channel 40 separate from the main flow channel 3 is preferably also provided, with the bypass channels 4 , 40 preferably being arranged on both sides of the main flow channel 3 .

Der Partikelsensor 1 weist weiterhin eine Strahlungsquelle 31 auf (z.B. in Form einer Diode, die Licht emittiert, insbesondere Laserdiode, z.B. Oberflächenemitter (VC SEL)), die dazu ausgebildet ist, eine Strahlung in den Hauptströmungskanal 3 zu emittieren (z.B. im Wellenlängenbereich von 500nm bis 1100nm, insbesondere 640nm bis 950nm), so dass die Strahlung mit partikelförmigen Stoffen des durch den Hauptströmungskanal 3 geleiteten Aerosolstroms A in Wechselwirkung treten kann. Weiterhin ist im Hauptströmungskanal 3 ein Strahlungsdetektor 30 (z.B. optischer Sensor, insbesondere Fotodiode) angeordnet, der dazu ausgebildet ist, Strahlung der Strahlungsquelle 31 nach der Wechselwirkung mit partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms A zu erfassen, um z.B. deren Konzentration zu ermitteln. Hierzu kann der Partikelsensor 1 eine entsprechende Auswertungselektronik aufweisen. Insbesondere können die Strahlungsquelle 31 und der Strahlungsdetektor 30, wie in der 1 gezeigt, durch eine Einheit gebildet sein, in der beide Komponenten 30, 31 integriert sind.The particle sensor 1 also has a radiation source 31 (e.g. in the form of a diode that emits light, in particular a laser diode, e.g. surface emitter (VC SEL)), which is designed to emit radiation into the main flow channel 3 (e.g. in the wavelength range of 500 nm to 1100 nm, in particular 640 nm to 950 nm), so that the radiation can interact with particulate substances in the aerosol stream A conducted through the main flow channel 3 . Furthermore, a radiation detector 30 (eg optical sensor, in particular photodiode) is arranged in the main flow channel 3, which is designed to detect radiation from the radiation source 31 after the interaction with particulate substances of the aerosol flow A, for example to determine their concentration. For this purpose, the particle sensor 1 can have appropriate evaluation electronics. In particular, the radiation source 31 and the radiation detector 30, as in FIG 1 shown, be formed by a unit in which both components 30, 31 are integrated.

Zum Erzeugen des Aerosolstroms A weist der Partikelsensor 1 weiterhin ein Strömungserzeugungsmittel 5, vorzugsweise in Form eines Ventilators 5 auf, der dazu ausgebildet ist, den Aerosolstrom A über den Einlass 20 durch den Hauptströmungskanal 3 strömen zu lassen und aus dem Auslass 21 auszugeben, so dass der Aerosolstrom A am Strahlungsdetektor 30 vorbeigeführt wird. Alternativ hierzu kann der Partikelsensor 1 ein Strömungserzeugungsmittel 5 einer anderen Einheit verwenden, die dem Partikelsensor 1 den Aerosolstrom A zuleitet. Das Strömungserzeugungsmittel 5 muss daher nicht notwendigerweise eine Komponente des Partikelsensors 3 darstellen. Insofern im Folgenden von einem Ventilator 5 die Rede ist, betrifft dies auch Ausführungsformen die ein sonstiges bzw. externes Strömungserzeugungsmittel nutzen (wie z.B. einen externen Ventilator).To generate the aerosol flow A, the particle sensor 1 also has a flow generating means 5, preferably in the form of a fan 5, which is designed to allow the aerosol flow A to flow through the main flow channel 3 via the inlet 20 and to discharge it from the outlet 21, so that the aerosol flow A is guided past the radiation detector 30 . As an alternative to this, the particle sensor 1 can use a flow generating means 5 of another unit, which feeds the aerosol flow A to the particle sensor 1 . The flow generating means 5 therefore does not necessarily have to be a component of the particle sensor 3 . Insofar as a fan 5 is mentioned below, this also applies to embodiments that use a different or external means of flow generation (such as an external fan).

Der erste Umgehungskanal 4 und insbesondere auch der zweite Umgehungskanal 40 dienen zur Anpassung einer durch den Ventilator 5 bedingten Flussgeschwindigkeit des Aerosolstroms A im Hauptströmungskanal 3 und sind daher je nach gewähltem Ventilator 5 jeweils verschlossen oder geöffnet. Für den Fall, dass z.B. beide Umgehungskanäle 4, 40 verschlossen sind, also nicht zum Durchleiten jeweils eines Teilstroms A', A'' des Aerosolstroms A verwendet werden können, da sie jeweils keine Strömungsverbindung zwischen Einlass 20 und Auslass 21 bereitstellen, wird der volle Aerosolstrom A dem Hauptströmungskanal 3 zugeleitet. Ist zumindest einer der beiden Umgehungskanäle 4, 40 zwischen dem Einlass 20 und dem Auslass 21 durchlässig, d.h., geöffnet, kann zusätzlich ein entsprechender Teilstrom A' bzw. A'' am Hauptströmungskanal 3 vorbeigeleitet werden. Dies stellt am Einlass 20 den vollen Volumenstrom bzw. Aerosolstrom zur Verfügung, im Hauptströmungskanal 3 liegt dann jedoch ein niedriger Aerosolstrom A vor, da zumindest ein Teilstrom A' bzw. A'' durch den entsprechenden geöffneten Umgehungskanal 4 bzw. 40 geleitet wird. Bei einem sehr starken Ventilator 5 kann also z.B. einer oder beide Umgehungskanäle 4, 40 geöffnet sein; bei einem schwächeren Ventilator 5 kann z.B. lediglich der Hauptströmungskanal 3 verwendet werden und die Umgehungskanäle 4, 40 bleiben verschlossen.The first bypass channel 4 and in particular the second bypass channel 40 are used to adapt a flow rate of the aerosol stream A caused by the fan 5 in the main flow channel 3 and are therefore closed or closed depending on the fan 5 selected open. In the event that, for example, both bypass channels 4, 40 are closed, so can not be used to pass a partial flow A ', A''' of the aerosol flow A, since they each provide no flow connection between inlet 20 and outlet 21, the full Aerosol flow A fed to the main flow channel 3 . If at least one of the two bypass channels 4 , 40 between the inlet 20 and the outlet 21 is permeable, ie open, a corresponding partial flow A′ or A″ can also be guided past the main flow channel 3 . This makes the full volume flow or aerosol flow available at the inlet 20, but there is then a lower aerosol flow A in the main flow channel 3, since at least a partial flow A′ or A″ is passed through the corresponding open bypass channel 4 or 40 . With a very powerful fan 5, for example, one or both bypass channels 4, 40 can be open; with a weaker fan 5, for example, only the main flow channel 3 can be used and the bypass channels 4, 40 remain closed.

Wie insbesondere den 2 und 4 zu entnehmen ist, münden alle Kanäle 3, 4, 40 jeweils in den Einlass 20 und den Auslass 21, wobei die Umgehungskanäle 4, 40 z.B. am Einlass 20 verschlossen sein können.Like the one in particular 2 and 4 can be seen, all channels 3, 4, 40 each open into the inlet 20 and the outlet 21, wherein the bypass channels 4, 40 can be closed at the inlet 20, for example.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor 1 weist somit eine mehrkanalige Konstruktion auf, d.h. den Hauptströmungskanal 3, in dem der eigentliche PM-Sensor bzw. Strahlungsdetektor 30 platziert ist, und einen oder mehrere Umgehungskanäle (Bypass-Kanäle) 4, 40. Die Umgehungskanäle 4, 40 können offen oder geschlossen mit einem minimal angepassten Formwerkzeug hergestellt werden, um den Gesamtaerosolstrom auf den erforderlichen Bereich einzustellen.The particle sensor 1 according to the invention thus has a multi-channel construction, i.e. the main flow channel 3, in which the actual PM sensor or radiation detector 30 is placed, and one or more bypass channels (bypass channels) 4, 40. The bypass channels 4, 40 can be made open or closed with a minimally adjusted mold tooling to adjust the total aerosol flow to the required range.

Wie anhand der 1 ersichtlich ist, werden die Hauptströmungs- und Umgehungskanäle 3, 4, 40 vorzugsweise durch ein Gehäuseteil 6 gebildet, das auf einer Trägerplatte 7 angeordnet ist, die vorzugsweise als Leiterplatte 7 ausgestaltet ist. Die Trägerplatte 7 bildet einen Boden der Kanäle 3, 4, 40, wobei der Strahlungsdetektor 30 sowie die Strahlungsquelle 31 auf der Trägerplatte 7 angeordnet sind, so dass diese im Hauptströmungskanal 3 zu liegen kommen. Wie bereits oben erwähnt und in der 1 dargestellt, sind der Strahlungsdetektor 30 und die Strahlungsquelle 31 bevorzugt in eine einzelne Einheit integriert. Die Strahlung wird hier normal zum Plattenträger 7 in den Hauptströmungskanal 3 emittiert und an den partikelförmigen Stoffen des Aerosolstroms A zurückgestreutes Licht kann vom Strahlungsdetektor 30 detektiert werden.How based on 1 As can be seen, the main flow and bypass channels 3, 4, 40 are preferably formed by a housing part 6, which is arranged on a carrier plate 7, which is preferably designed as a printed circuit board 7. The carrier plate 7 forms a bottom of the channels 3 , 4 , 40 , the radiation detector 30 and the radiation source 31 being arranged on the carrier plate 7 so that they come to rest in the main flow channel 3 . As already mentioned above and in the 1 As shown, the radiation detector 30 and the radiation source 31 are preferably integrated into a single unit. Here, the radiation is emitted normal to the plate carrier 7 into the main flow channel 3 and light scattered back by the particulate substances of the aerosol flow A can be detected by the radiation detector 30 .

Vorzugsweise sind der Hauptströmungskanal 3 und die Umgehungskanäle 4, 40 entlang der Trägerplatte 7 nebeneinander angeordnet, wie es aus 1 ersichtlich ist.Preferably, the main flow channel 3 and the bypass channels 4, 40 are arranged side by side along the carrier plate 7, as shown in FIG 1 is evident.

Bevorzugt weist der Partikelsensor 1 weiterhin einen Temperatursensor 32 auf, der am Einlass 20 außerhalb des Hauptströmungskanals 3 und des jeweiligen Umgehungskanals 4, 40 auf der Trägerplatte 7 angeordnet ist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung kann am Einlass 20 ein vergleichsweise hoher Aerosol- bzw. Luftstrom erreicht werden, da eine eventuelle Aufteilung der Aerosolstroms A ggf. erst stromab des Temperatursensors 32 erfolgt (auf die durchleitungsfähigen Kanäle 3 bzw. 4, 40), so dass eine gute thermische Ankopplung des Temperatursensors 32 möglich ist.The particle sensor 1 preferably also has a temperature sensor 32 which is arranged at the inlet 20 outside the main flow channel 3 and the respective bypass channel 4, 40 on the carrier plate 7. Due to the solution according to the invention, a comparatively high aerosol or air flow can be achieved at the inlet 20, since a possible distribution of the aerosol flow A may only take place downstream of the temperature sensor 32 (to the channels 3 or 4, 40 capable of being passed through), so that a good thermal coupling of the temperature sensor 32 is possible.

Wie weiterhin aus der 1 ersichtlich ist, weist das Gehäuse 2 bevorzugt ein schützendes Außengehäuse 200, 201 auf, das das Gehäuseteil 6 und die Trägerplatte 7 zumindest teilweise umgibt. Dabei weist das Außengehäuse 200, 201 einen Gehäusedeckel 200 und einem Gehäuseboden 201 auf, die zusammen den Einlass 20 und den Auslass 21 bilden. Weiterhin weisen der Gehäuseboden 201 und der Gehäusedeckel 200 jeweils eine Aufnahme 50 zur Aufnahme je eines Abschnitts des Ventilators 5 auf, so dass dieser am Auslass 21 zu liegen kommt und den jeweiligen Aerosolstrom A, A', A'' (je nach Öffnungsstatus der Umgehungskanäle 4, 40) durch den Einlass 20 ansaugt.How to continue from the 1 As can be seen, the housing 2 preferably has a protective outer housing 200, 201 which at least partially surrounds the housing part 6 and the carrier plate 7. The outer housing 200, 201 has a housing cover 200 and a housing base 201, which together form the inlet 20 and the outlet 21. Furthermore, the housing base 201 and the housing cover 200 each have a receptacle 50 for receiving a section of the fan 5, so that it comes to rest at the outlet 21 and the respective aerosol flow A, A', A'' (depending on the opening status of the bypass channels 4, 40) sucks in through the inlet 20.

Zum elektrischen Kontaktieren des Partikelsensors 1 sind auf der Träger- bzw. Leiterplatte 7 elektrische Kontakte 70 vorgesehen, z.B. zum Herstellen einer Verbindung zur Auswertelektronik des Partikelsensors, so dass ein Ausgangssignal des Partikelsensors über die Kontakte 70 auslesbar ist.Electrical contacts 70 are provided on the carrier or printed circuit board 7 for electrical contacting of the particle sensor 1, e.g. for establishing a connection to the evaluation electronics of the particle sensor, so that an output signal of the particle sensor can be read out via the contacts 70.

Entsprechend kann der Gehäusedeckel 200 eine Ausnehmung 270 zur Aufnahme eines Steckverbinders aufweisen, der die Kontakte 70 auf der Leiterplatte 7 elektrisch kontaktieren kann.Correspondingly, the housing cover 200 can have a recess 270 for accommodating a plug connector, which can make electrical contact with the contacts 70 on the printed circuit board 7 .

Wie weiterhin aus der 1 ersichtlich ist, kann die Trägerplatte 7 über einen Trägerrahmen 9 und ein darunter liegendes Plattenelement 10 auf dem Gehäuseboden 201 angeordnet sein. Das Gehäuseteil 6 kann weiterhin über Bolzen bzw. Schrauben 11 mit der Trägerplatte 7 und dem darunter liegenden Gehäuseboden 201 verbunden sein. Ferner kann der Gehäusedeckel 200 zum Einschließen des Gehäuseteils 6 und der Trägerplatte 7 auf den Gehäuseboden 201 aufgesetzt sein, wobei Gehäuseboden 201 und Gehäusedeckel 200 über Rastverbindungen 280, 281 aneinander festgelegt sein können.How to continue from the 1 As can be seen, the support plate 7 can be arranged on the housing base 201 via a support frame 9 and a plate element 10 lying underneath. The housing part 6 can also be connected via bolts or screws 11 to the support plate 7 and the housing base 201 lying underneath. Furthermore, the housing cover 200 can be placed on the housing base 201 to enclose the housing part 6 and the support plate 7, wherein the housing base 201 and the housing cover 200 can be fixed to one another via snap-in connections 280, 281.

Die vorliegende Erfindung stelle mit Vorteil einen flexibel einsetzbaren Partikelsensor 1 bereit, der mit verschiedenen Ventilatoren bzw. Strömungserzeugungsmitteln 5 über einen breiten Volumenstrombereich eingesetzt werden kann. Dabei kann mittels eines adaptierbaren Formwerkzeugs beim Spritzgießen auf einfache Weise bewirkt werden, dass vorhandene Umgehungskanäle jeweils offen oder geschlossen ausgebildet sind. Somit kann ein einzelnes Sensordesign an verschiedene Ventilatoren 5 auf einfache Art und Weise angepasst werden, um einen breiten Bereich von Aerosol- bzw. Luftströmen mit (mehr oder weniger) konstanter Strömungsgeschwindigkeit im Hauptströmungskanal 3 zu realisieren.The present invention advantageously provides a particle sensor 1 that can be used flexibly, which can be used with different fans or flow generating means 5 over a wide volume flow range. In this case, by means of an adaptable mold during injection molding, it is possible in a simple manner to ensure that existing bypass channels are designed to be open or closed. A single sensor design can thus be easily adapted to different fans 5 in order to realize a wide range of aerosol or air flows with (more or less) constant flow velocity in the main flow channel 3 .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 3491362 B [0002]
CN209946101 [0002]

Claims

Particle sensor (1) for detecting and/or characterizing particulate substances in an aerosol flow (A) that is passed through the particle sensor (1), comprising: - a housing (2) having an inlet (20) for the aerosol flow (A) and an outlet (21) for the aerosol flow (A), the housing (2) further having the inlet (20) and the outlet (21) communicating main flow channel (3) and at least one first bypass channel (4) separate from the main flow channel (3), - a radiation source (31) which is designed to emit radiation into the main flow channel (3), so that the radiation interacts with particulate substances in the aerosol flow (A) conducted through the main flow channel (3), and - a radiation detector (30) arranged in the main flow channel (3) and designed to detect radiation after interaction with particulate substances of the aerosol flow (A), - wherein the particle sensor (1) can be connected to a flow generating means (5) for generating the aerosol flow (A), so that the aerosol flow (A) can flow past the radiation detector (30) via the inlet (20) through the main flow channel (3). and can be dispensed from the outlet (21), and wherein the at least one first bypass channel (4) is closed or opened to adjust a flow rate of the aerosol stream (A) caused by the flow generating means (5) in the main flow channel (3).

particle sensor claim 1 , wherein the particle sensor has the flow generating means (5).

particle sensor claim 2 , wherein the flow generating means (5) is a fan (5).

Particle sensor according to one of the preceding claims, wherein the housing (2) has a second bypass channel (40) which is separate from the main flow channel (3) and which is closed or opened to adjust the flow rate of the aerosol stream (A) in the main flow channel (3).

Particle sensor according to one of the preceding claims, wherein the main flow channel (3) and the at least one first bypass channel (4) and in particular also the second bypass channel (40) are delimited by a housing part (6) and a carrier plate (7).

particle sensor claim 5 , wherein the main flow channel (3) and the at least one first bypass channel (4) and in particular also the second bypass channel (40) are arranged next to one another along the carrier plate (7).

particle sensor claim 5 , wherein the main flow channel (3) and the at least one first bypass channel (4) and in particular also the second bypass channel (40) are arranged one above the other normal to the carrier plate (7).

particle sensor claim 4 or after one of the Claims 5 until 7 so far related to claim 4 , wherein the main flow channel (3) is arranged between the first and the second bypass channel (4, 40).

particle sensor claim 5 or after one of the Claims 6 until 8th so far related to claim 5 , wherein the support plate (7) is a printed circuit board.

particle sensor claim 5 or after one of the Claims 6 until 9 so far related to claim 5 , The radiation detector (30) and/or the radiation source (31) being arranged on the circuit board (7).

A particle sensor according to any one of the preceding claims, wherein the radiation source (31) and the radiation detector (30) are integrated into a single unit.

Particle sensor according to one of the preceding claims, wherein the particle sensor (1) further comprises a temperature sensor (32) which is arranged at the inlet (20) outside the main flow channel (3) and the respective bypass channel (4, 40).

particle sensor claim 5 and after claim 12 , wherein the temperature sensor (32) is arranged on the support plate (7).

particle sensor claim 5 or after one of the Claims 6 until 13 so far related to claim 5 , wherein the housing (2) has an outer housing (200, 201) which surrounds the housing part (6) and the support plate (7) at least partially.

particle sensor Claim 14 , wherein the outer housing (200, 201) has a housing cover (200) and a housing base (201), which together form the inlet (20) and the outlet (21).

particle sensor claim 15 , whereby the housing base (201) and the housing cover (200) each have a receptacle (50) for receiving the fan (5).

particle sensor claim 5 or after one of the Claims 6 until 16 so far related to claim 5 , Electrical contacts (70) for contacting the particle sensor (1) being arranged on the carrier plate (7).

Particle sensor according to the claims 15 and 17 , wherein the housing cover (200) has a recess (270) for receiving a connector for contacting the contacts (70) on the printed circuit board (7).

Particle sensor according to one of the preceding claims, wherein the flow generating means (5) is arranged at the outlet (21) and is adapted to draw in the aerosol flow (A) through the inlet (20) and discharge it from the outlet (21).