DE2425875A1

DE2425875A1 - Truebungsmessgeraet

Info

Publication number: DE2425875A1
Application number: DE19742425875
Authority: DE
Inventors: Edwin Ing Grad Jagodzinski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-05-28
Filing date: 1974-05-28
Publication date: 1975-12-11
Also published as: FR2273274A1; FR2273274B3; GB1498465A

Description

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16.4.1974-

Anlage zur

ROB.S RT BOSCH GMBH, Stuttgart

Trubungsmessgerät

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Trübung von Gasen, insbesondere der Abgase von Dieselmotoren, durch die Messung der Intensität eines Lichtstrahls, der durch eine von den zu messenden Gasen gefüllte Kammer geleitet wird; wobei die Ein- und Austrittsöffnungen für das die Kammer durchdringende Licht durch je eine rotierende transparente Scheibe abgeschlossen sind.

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Stuttgart

Die Messung der Trübung von Gasen, insbesondere von Abgasen aus Diesel-Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, hat den Zweck, trübende Bestandteile in den Abgasen zu ermitteln. Das Prinzip derartiger Trübungsmessgeräte beruht darauf, dass sich die Beleuchtungsstärke einer am Ende einer Messkammer angebrachten Fotozelle ändert, wenn das von einer Lichtquelle ausgesandte Licht statt durch reine Luft durch ein getrübtes Gas zu der Fotozelle geleitet wird. Die durch die Messkammar strömenden Messgase, deren Trübung in der Hauptsache durch Russpartikelchen hervorgerufen wird, schlagen sich dabei sehr schnell auf den Oberflächen der Lichtquelle und der Fotozelle nieder. Damit wird das Messergebnis ungenau, beziehungsweise die Messung ist überhaupt nicht möglich.

Um Messgase von der Lichtquelle und der Fotozelle fernzuhalten, wird deshalb bei bekannten Geräten an den Enden der Messkamin3r, die sich in einer gewissen Entfernung von der Lichtquelle und der Fotozelle befinden, ein Reinluftstrom quer zu dem Strom der Messgase durch einen besonderen, im Gerät eingebauten "Ventilator geblasen. Dieser Luftstrom soll die Messgase vor ihrem Auftreffen auf die Lichtquelle und Fotozelle ablenken und so die Oberflächen der Lichtquelle und der Fotozelle sauber halten. Trotz dieses Reinluf tstromes quer zu dem Messgasstrom tritt ö^e(3-^ock nach eini-' ger Zeit eine Verschmutzung der Oberflächen der Fotozelle und der Lichtquelle ein. Ausserdem wird die Länge der Messgassäule, die in das Ergebnis der Messung eingeht, von dem Reinluftstrom beeinflusst. Dadurch tritt eine zusätzliche Verfälschung des Messergebnisses ein. Ausserdem wirkt sich die Fördercharakteristik des Gebläses auf die Länge der Messgassäule aus.

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Es ist auch bekannt, eine Messkammer für Abgase mit einer rotierenden Scheibe abzuschliessen, wobei die Scheibe an einem Scheibenwischer vorbeibewegt wird, der auf der Scheibe angelagerte Schmutzteilchen abwischen soll (DT-Gm 1 980 4-19)· Eine derartige Anordnung ist kompliziert im Aufbau und bedarf zu einer Reinigung der Scheibe eines Poliermittels, welches aber wiederum den Lichtdurchgang durch die Scheibe beeinflussen kann. Ausserdem ist eine derartige Anordnung nur für eine geringe Messzeit zu verwendsn, bei längerer Messdauer odar bei einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Messvorgänge ι besteht die Möglichkeit, dass auch die Reinigungsvocrichtung verschmutzt und dadurch die Scheibe nur unzureic.'aend gereinigt wird. Zudem besteht die Gefahr, dass auf der Scheibe Kratzspuren du?.ⁱch den Scheibenwischer bzw. das Poliermittel entstehen.

Die der Erfiidung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Trübungsgerät zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Einrichtungen nicht aufweist, das vielmehr so aufgebaut ist, dass sich Schmutzpartikel auf den die Messkammer abdeckenden Scheiben nur in geringem Masse absetzen können, so dass durch Schmutzablagerungen auf diesen Scheiben keine Messfehler entstehen und die Standzeit des Messgerätes, d.h. die Zeit zwischen zwei Reinigungen der Scheiben verlängert wird.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass vor den Ein- und Austrittsöffnungen für das Licht Schotte angeordnet sind, die in ihrer Ruhelage die Ein- und Austritts öffnungen verschliessen und die bei Verschiebung die Ein- und Austrittsöffnungen wenigstens teilweise für den Lichtdurchgang freigeben.

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Weitere zweckmässige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus den zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau eines

Messgerätes und
Fig. 2 in schematischer Darstellung die Anordnung der Schotte i:i der Messkammer.

Das Trübungsmessgerät weist gemäss FJg. 1 zwei Kammern, eine Messkammer 10 und eine Vergleichskamir.er 11 auf. Während des Messvorgangs wird die Messkammer 10 ftändig von dem zu messenden Gas, das beispielsweise vom Auspuff einer Brennkraftmaschine zu dieser Messkammer 10 geleitet werden kann, durchströmt.

Die Yergleichskammer 11 ist dagegen sn eine Pumpe 12 angeschlossen, die ständig reine Luft in die Vergleichskammer 11 fördert, wobei stets ein leichter Überdruck in dieser Vergleichskammer 11 aufrechterhalten wird. Die Messkammer 10 weist ausser der Eintrittsöffnung 13 und der Austrittsöffnung 14 für das Messgas zwei öffnungen 15 und 16 auf. Die öffnung 15 ist dabei als Lichteintrittsöffnung und die öffnung 16 als Lichtaustrittsöffnung der Messkammer 10 bestimmt. Zweckmässigerweise ist die Durchströmrichtung der Gase durch die Kammern 10, 11 so gewählt, dass sie mit der Rotationsrichtung der Scheiben 21, 22 übereinstimmt. Ausserdem hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Gase, insbesondere des Messgases, der Rotationsgeschwindigkeit der Scheiben 21, entspricht.

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Die Vergleichskammer 11 ist prinzipiell gleich aufgebaut, auch sie weist ausser den Lufteintritts- und Austrittsöffnungen 17 und 18 eine Lichteintrittsöffnung 19 und eine Lichtaustrittsöffnung 20 auf. Vor den öffnungen 15 und 16 sowie 19 und 20 sind Scheiben 21 und 22 angebracht. Diese Scheiben 21 und 22 sitzen auf einer gemeinsamen Achse 23» die von einen weiter nicht dargestellten Motor in Umdrehung versetzt wird. Die Scheiben sind dabei in so geringem Abstand vor den öffnungen 15* 16, 19 und 20 angeordnet, dass an der Scheibenoberfläche eine laminare Grenzschicht auftritt, die sich nicht auf die Messlänge der Kammern 10 und 11 auswirkt. Die Dicke der laminaren Grenzschicht kann dabei zwischen 0 und 0,4· mm schwanken. Bei einer angenommenen Länge der Messkammer von 14-0 mm würde dann der Einfluss der laminaren Grenzschicht auf die Messlänge gering sein. Da die Messgase que:? zur Längsrichtung durch die Messkammer 10 hindurchströmen, können Änderungen in der Trübung des Messgases schnell erfasst werden. Zudem ist auch die Temperatur über die gesamte Länge der Messkammer 10 annähernd gleich. Schliesslich kann mit einem über die gesamte Länge der Messkammer angeordneten Widerstandsdraht, der in der Zeichnung weiter nicht dargestellt ist, die mittlere Temperatur des Messgases exakt festgestellt werden.

Die in der Messkammer 10 angebrachten Leitbleche 24- sorgen für eine gleichmässigeVerteilung der Strömung über die gesamte Messkammer 10. Durch die Messkammer 10 und die Vergleichskammer 11 fliesst ein von einer Lichtquelle 25 ausgesandter Lichtstrom, der über Umlenkspiegel 26 und 27 zu der Messkammer 10 und der Vergleichskammer 11 geleitet wird. In dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle 25 und der

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Messkammer 10 ist dabei ein Interferenzfilter 28 und ein Linsensystem 29 zur Bündelung des Lichtstrahles angeordnet. In dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle 25 und der Vergleichskammer 11 ist ein Polarisationsfilter 30 und ebenfalls ein" Linsensystem 29 zur Bündelung des Lichtstromes angeordnet. Die Lichtquelle 25 ist dabei zweckmässigerweise so ausgebildet, dass sie ein dem Sonnenlicht ähnliches Licht liefert. Ausserdem ist es bei einer polychromatischen Lichtquelle zweckmässig, in den Weg der Lichtstrahlen ein Filter zu schalten, welches nur für Licht in" einem sehr engen UV-Bereich durchlässig ist.

Die Scheibe 21 v/eist lichtundurchlässige Sektoren 31 lichtdurchlässige Sektoren 32 auf. Die Aufteilung dieser Sektoren erfolgt dabei so, dass bei einem lichtundurchlässigen Sekto? 31 vor den öffnungen Ip vor der öffnung 19 ein lichtdurchlässiger Sektor 32 vor de:e Öffnung 15 vorbeibewegt wird. !Die genaue Aufteilung de:? lichtdurchlässigen und der lichtundurchlässigen Sektoren der Scheibe 21 ist dabei so gewählt, dass bei Rotation der Scheibe 21 die Summe des durch die beiden Kammern 10 und 11 gelangenden Lichts konstant bleibt, wenn beide Kammern mit reiner Luft gefüllt sind.

Hinter der Austrittsöffnung 16 der Messkammer 10 ist ein Sammellinsensystem 33 angeordnet, hinter dem eine Lochblende 34- zur Ausblendung von Streulicht vorgesehen ist. In gleicher Weise ist hinter der öffnung 20 der Vergleichskammer 11 ein Sammellinsensystem 33 angeordnet, hinter dem ebenfalls eine Lochblende 34 angeordnet ist. Hinter den Lochblenden 34· sind Lichtleiter angeordnet, die zu der

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lichtempfindlichen !Fläche eines Sensors 37 führen. Dieser Sensor 37 ist zweckmässigerweise so ausgebildet, dass seine Farbempfindlichkeit durch seine Eigenschaften oder durch Vorschalten entsprechender Farbfilter der Farbempfindlichkeit des menschlichen Auges angepasst ist.

Die Wirkungsweise dieser Messanordnung ist folgende: Die Lichtquelle 25 sendet Licht aus, das durch die Sammellinsen 29 gebündelt wird und zu der Ilesskammer 10 bzw. der Vergleichskammer 11 gelangt. Befindet sich, wie in der Zeichnung dargestellt, vor der Öffnung 15 der Messkammer 10 ein lichtundurchlässiger Soktor 31 der Scheibe 21, so kann das Licht nicht durch dio Messkammer 1o hindurchdringen. Dagegen kann das über den Umlenkspiegel 27, das Polarisationsfilter 30 und dis Sammellinsensystem 29 zur Vergleichskammer 11 gelangende Licht durch den lichtdurchlässigen Sektor 32 der Scheibe 21 in die Vergleichskammer 11 eindringen und durch die Öffnung und die.·Scheibe 22 austreten. Das aus der Öffnung 20 austretende Licht wird über die Sammellinse 32 der Lochblende 34· und von dort über den Lichtleiter 36 auf die lichtempfindliche Fläche des Sensors 37 geleitet, der ein entsprechendes Ausgangssignal abgibt.

Werden nun die Scheiben 21 und 22 weitergedreht, so gelangt der lichtdurchlässige Sektor 32 der Scheibe 21 vor die öffnung 15 der Messkammer 10, während der lichtundurchlässige Sektor 31 der Scheibe 21 vor die öffnung 19 der Vergleichskammer 11 gelangt. Damit kann das Licht nicht mehr durch die Vergleichskammer 11 dringen, wohl aber durch die Messkammer 10. Auch hier wird das Licht über

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die Sammellinsen 29 und 31 sowie über die Lochblende 34 und den Lichtleiter 35 zur lichtempfindlichen Fläche des Sensors 37 geleitet.

Das Ausgangssignal des Sensors 37 wird dabei durch die Trübung des in der Messkammer 10 befindlichen Gases und der dadurch bewirkten Verringerung des Lichtstromes geringer sein als bei Durchtritt des Lichtes durch die Vergleichskammer 11. Aus dem Unterschied der Ausgangssignale des Sensors 37 "bei Lichtdurchgang durch die Messkammer 10 bzw. die Vergleichskammer 11 kann ein Mass für die Trübung des Messgases abgeleitet v/erden.

Das beschriebene Messgerät arbeitet erst nach einer bestimmten Aufheizdauer einwandfrei, weil während der Anwärmphase an den noch kalten Scheiben 21 und 22 das Abgas kondensieren kann. Da sich während der relativ langen Anwärmphase trotz der laminaren Grenzschicht an den Scheiben 21 und 22 auch noch Schmutzteilchen an den Scheiben 21 und 22 absetzen können, die das Messergebnis verfälschen, sind im Innenraum der Messkammer 10 vor den öffnungen 15 und 16 Schotte 40 und 41 angeordnet, die in ihrer Ruhelage, d.h. während der Anwärmphase des Trübungsmessgerätes die öffnungen 15 und 16 verschliessen. Die öffnungen 15 und 16 werden nur während der relativ kurzen Messphase durch Verschieben der Schotte 40 und 41 freigegeben, so dass die Schmutzablagerung auf den Scheiben 21 und 22, die nur während der kurzen Messphase eintreten kann, gering bleibt, so dass die Standzeit des Messgerätes verlängert wird.

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Um auch während der Anwärmphase die Strömungsverhältnisse innerhalb der Messkammer 10 möglichst nur geringfügig zu beeinflussen, sind die Schotte 40 und 41 mit zum Innenraum der Messkammer 10 hin gewölbten Innenflächen versehen.

Während des Messvorganges werden die Schotte 40 und 41 senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases in der Messkammer aus der Messkammer 10 herausgezogen, so dass während des Messvorganges der Querschnitt der Messkammer durch die Schotte 40 und 41 nicht beeinflusst vdrd. Die Verschiebung der Schotte 40 und 41 kann dabei, wie- in Fig. 2 schema tisch dargestellt, mit Hilfe eines Elektronagnets 42 erfolgen.

Mit Hilfe der Schotte 40 und 41 können auch Eichungen des Messgerätes vorgenommen werden, indes, bei Füllung der Messkammer mit Frischluft die Schotte 40 und 41 in eine bestimmte Zwischenstellung gebracht werden, in der nur ein Teil des Lichtstromes die Messkammer 10 durchdringen kann, so dass bestimmte Rauchtrübungen simuliert werden können.

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Claims

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Ansprüche

/ 1.ir orrichtung zur Bestimmung der Trübung von Gasen, insbesondere von Abgasen von Dieselmotoren, durch die Messung der Intensität eines Lichtstrahls, der durch eine von den zu messenden Gasen gefüllte Kamme:'*- geleitet wird, wobei die Ein- und Austrittsöffnungen für das die Kammer durchdringende Licht durch je eint; rotierende, transparente Scheibe abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Ein- und Austrittsöffnungen (15 j 16) für das Licht Schotte (4-0, 4-1) angeordnet sind, die in ihrer Ruhelage die Ein- und Austrittsöffnungen (15₅ 16) verschliesson und die bei Verschiebung die Ein- und Austrittsöffnungen (15j 16) wenigstens teilweise für den Lichtdurchgang freigeben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schotte (4-0, 41) im Innenraum der Messkammer (10) angeordnet sind.

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3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schotte (4-0, 41) senkrecht zur Strömungsrichtung der die Messkammer (10) durchströmenden Abgase verschiebbar angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach eineD der Ansprüche 1-3? dadurch gekennzeichnet, dass die Schotte (4C , 41) eine zur Messkammer (10) hin gewölbte Innenfläche aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schotte (40, 41) Eichstellungen zur Simulation bestimmter AbgsstrÜbungen vorgesehen sind.

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