DE69315463T2 - Subsonische Venturi-proportionale und isokinetische Probenentnahmeverfahren und Vorrichtung - Google Patents

Subsonische Venturi-proportionale und isokinetische Probenentnahmeverfahren und Vorrichtung

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Description

  • Die Erfindung betrifft subsonische Venturi-proportionale und isokinetische Probenahmeverfahren und eine Vorrichtung dazu, sowie insbesondere eine Anordnung zur Bestimmung der gasförmigen Bestandteile von Abgas unter Verwendung eines Paares von subsonischen Venturi-Drosselungen, eine zum Messen des Abas- bzw. Abgas/Luftstromes und die andere zum Messen des Stromes einer entnommenen Probe, wobei das System für die Durchführung sowohl einer proportionalen als auch einer proportionalen isokinetischen Probenahme ausgelegt ist.
  • Nach den derzeit geltenden staatlichen Bestimmungen dürfen die Abgasemissionen von Kraftfahrzeugen festgelegte Werte bestimmter darin enthaltener Verunreinigungen nicht überschreiten, wie dies in dem Code of Federal Regulations festgelegt ist. Siehe beispielsweise Gesetz Nr. 40 des Code of Federal Regulations, Teile 81-99, Unterabschnitte A, B, D, E, F, G, K und N. Siehe auch Kaufman, US-A-3,699,814. Aufgrund solcher Vorschriften ist es unerläßlich geworden, die Abgasemissionen von Kraftfahrzeugen zu testen und zu analysieren, um die relative Menge bestimmter darin enthaltener Bestandteile zu ermitteln. Es wurde daher viel Mühe aufgewandt für die Entwicklung von Geräten zur Verwendung auf diesem Gebiet der Abgasuntersuchung, und so ist nun bekannt, wie man Abgas von einem Verbrennungsmotor mit einer genau gesteuerten Strömungsgeschwindigkeit durch eine Testvorrichtung leitet, um die relativen Mengen der darin enthaltenen Bestandteile zu ermitteln und zu analysieren. Die allgemeine Vorgehensweise bei diesen Tests ist die Zugabe von Verdünnungsluft zu dem Abgas. Das Gesamtvolumen der Mischung aus Abgas und Verdünnungsluft muß gemessen werden. Es muß eine kontinuierlich proportionale Probe gesammelt werden, und sie wird zur anschließenden Analyse der Bestandteile wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und NOx aufbewahrt. Massenemissionen werden anhand der Probenkonzentrationen und der Gesamtströmung über den Testzeitraum ermittelt.
  • Ein solches System zum Analysieren von Proben aus Abgasen wird in dem Patent US-A-3,699,814 von Kaufman mit dem Titel "Gas Sampler" (Gasprobenehmer), erteilt am 24. Oktober 1972, dargelegt. Das Patent von Kaufman betrifft einen Abgasprobenehmer, bei dem die Verdrängerpumpe der bekannten Systeme durch ein Venturi- und Zentrifugalgebläse mit kritischer Strömungsgeschwindigkeit ersetzt wurde, um die verdünnten Abgasemissionen mit einem konstanten Volumenstrom zuzuführen.
  • Ein anderes System arbeitet mit einem Paar von Venturi-Rohren mit kritischer Strömungsgeschwindigkeit zur proportionalen Probenahme. Ein Beispiel für ein solches System ist dargelegt in US-A-3,817,100. In einem weiteren solchen System erzeugt eine stromabwärts gelegene Pumpe einen hinreichenden Unterdruck am Massenstromauslaß des Venturi-Rohres mit kritischer Strömungsgeschwindigkeit, so daß die Massenstrommischung mit Schallgeschwindigkeit strömt, ein Zustand, der die Massenstrommischung auf eine konstante Massenströmungsgeschwindigkeit begrenzt bei vorgegebenen stromaufwärtigen Temperaturund Druckverhältnissen, die am Massenstromeinlaß des Venturi- Rohres mit kritischer Strömungsgeschwindigkeit gemessen wurden. Aus dem verdünnten Massenstrom wird eine Probe durch ein weiteres Venturi-Rohr mit kritischer Strömungsgeschwindigkeit in unmittelbarer Nähe des Massenstrom-Venturirohres mit kritischer Strömungsgeschwindigkeit entnommen, so daß die Venturi-Rohre unter den gleichen Druck- und Temperaturverhältnissen am Einlaß arbeiten. Dieses zur Probenahme verwendete Ventun-Rohr mit kritischer Strömungsgeschwindigkeit arbeitet in Verbindung mit einer stromabwärtigen Pumpe in der Probenahmeleitung, um eine Strömung mit Schallgeschwindigkeit zu erzeugen und damit eine konstante Massenströmungsgeschwindigkeit bei den gemessenen stromaufwärtigen Temperatur- und Druckverhältnissen. Über das Venturi-Rohr mit kritischer Strömungsgeschwindigkeit wird also eine Probe mit einer zur Massenströmungsgeschwindigkeit proportionalen Strömungsgeschwindigkeit zur Analyse entnommen.
  • wenngleich diese Art eines proportionalen Probenahmesystems unter Verwendung von zwei Venturi-Rohren mit kritischer Strömungsgeschwindigkeit gewisse Vorteile bietet, hat sie doch den Nachteil, daß sie keine aktive Steuerung der Massenströmungsgeschwindigkeit bzw. der Probenströmungsgeschwindigkeit zuläßt, um eine statische und dynamische Probenahme der Massenstrommischung zu ermöglichen. Infolgedessen können mit diesen bekannten Systemen nicht ohne weiteres unterschiedlich große Verbrennungsmotoren getestet werden, die stark unterschiedliche Abgasvolumenströme erzeugen, ohne dazu unterschiedliche Massenstrom-Venturirohre mit kritischer Strömungsgeschwindigkeit zu verwenden.
  • Die EP-A-0,316,688 offenbart eine Vorrichtung zur Abgasprobenahme, bei der das durch einen Gaskanal strömende Probengas mit Hilfe von zwei Venturi-Rohren, die unterschiedlich groß sind und parallelgeschaltet sind, in einem festgelegten Verteilungsverhältnis geteilt wird. Das Probengas, das durch das kleinere Venturi-Rohr geströmt ist, wird in einem Verdünnungsgaskanal verdünnt. Das verdünnte Probengas wird wieder mit Hilfe einer mit einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit arbeitenden Vorrichtung und eines Gasprobenahmekanals, der mit der mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit arbeitenden Vorrichtung parallelgeschaltet ist, in einem festgelegten Verteilungsverhältnis geteilt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Probenahme des Emissionsgehaltes eines von einer Abgasquelle entweichenden Abgases bereitgestellt, umfassend einen Abgaseinlaß, der an die Abgasquelle angeschlossen werden kann, einen Strömungsbegrenzungsweg für das von der Abgasquelle entweichende Abgas, eine Strömungserzeugungsvorrichtung, die mit dem Strömungsbegrenzungsweg gekoppelt ist, um eine Strömung des Abgases in dem Strömungsbegrenzungsweg zu erzeugen, eine Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases mit einer ersten subsonischen Venturi-Drosselung, eine Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer entnommenen Abgasprobe mit einer zweiten subsonischen Venturi-Drosselung, eine erste Durchflußregulierungseinrichtung zur Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die erste subsonische Venturi-Drosselung, eine zweite Durchflußregulierungseinrichtung zur Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe durch die zweite subsonische Venturi-Drosselung, und eine Steuereinheit zur aktiven Steuerung der ersten und der zweiten Regulierungseinrichtung entsprechend der gemessenen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und der entnommenen Abgasprobe, um eine proportionale Probenahme zu erhalten.
  • Vorteilhafterweise ist die erste und die zweite subsonische Venturi-Drosselung so angeordnet, daß sie im wesentlichen den gleichen Wirkdruck besitzen bei einem vorbestimmten Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die Drosselstelle der ersten subsonischen Venturi-Drosselung zur Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe durch die Drosselstelle der zweiten subsonischen Venturi-Drosselung.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Probenahme des Emissionsgehaltes eines von einer Abgasquelle entweichenden Abgases bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Erzeugen einer Abgasströmung in einem Strömungsbegrenzungsweg, Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases mit Hilfe einer ersten subsonischen Venturi-Drosselung, Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer entnommenen Abgasprobe mit Hilfe einer zweiten subsonischen Venturi-Drosselung und aktives Regulieren der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die erste subsonische Venturi-Drosselung und der Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe durch die zweite subsonische Ventun-Drosselung entsprechend der gemessenen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und der entnommenen Probe, um eine proportionale Probenahme zu erhalten.
  • Vorzugsweise umfaßt das Verfahren des weiteren den Schritt der weitgehenden Aufrechterhaltung des gleichen Wirkdruckes in der ersten und in der zweiten subsonischen Venturi- Drosselung bei einem vorbestimmten Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die Drosselstelle der ersten subsonischen Venturi-Drosselung zur Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe durch die Drosselstelle der zweiten subsonischen Venturi-Drosselung.
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur subsonischen, Venturi-proportionalen und isokinetischen Probenahme, die gemäß den Ausführungsformen der Erfindung konstruiert ist.
  • Mit Bezug auf Fig. 1 der Zeichnung ist eine subsonische, Venturi-proportionale Probenahmevorrichtung zur Probenahme und Messung des Emissionsgehaltes eines aus einer Abgasquelle entweichenden Abgases dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 11 gekennzeichnet. Die Vorrichtung 11 umfaßt einen Auspuffrohradapter 12 zum Anschluß an ein Auspuffrohr 13 eines Verbrennungsmotors. Das Abgas aus dem Auspuffrohr 13 wird durch ein Abgaszuleitungsrohr 14 in einen ersten Fluidströmungsbegrenzungsweg bzw. eine erste Fluidströmungsbegrenzungsleitung eingeleitet, der/die allgemein mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet ist.
  • Der erste Strömungsbegrenzungsweg 15 kann an seinem stromaufwärtigen Ende im Bereich seines Anschlusses an das Zuleitungsrohr 14 einen Mischkanal 16 umfassen, der mit einem Luftschacht 17 gekoppelt ist, dem durch eine Filteranordnung 18 Umgebungsluft zugeführt wird. Diese Filteranordnung 18 kann mit Hilfe einer Reihe von aufeinandergestapelten Filtern realisiert werden, beispielsweise mit einem Vorfilter 19, einem Holzkohlefilter 21 und einem Basisfilter 22. Im Gebrauch dient die Filteranordnung 18 im allgemeinen zur Zuleitung einer relativ verschmutzungsfreien Frischluft, die in dem Mischkanal 16 mit dem Abgas von dem Verbrennungsmotor oder einer anderen Abgasquelle gemischt wird, die mit dem Abgaszuleitungsrohr 14 gekoppelt ist, um eine Mischung aus Abgas und frischer Verdünnungsluft zu liefern, die durch den ersten Strömungsbegrenzungsweg 15 strömt.
  • Eine Verdichtereinheit oder Pumpe 23 ist in den ersten Strömungsbegrenzungsweg 15 eingebaut und erzeugt einen Unterdruck, um die Strömung der Mischung oder des Abgases, hier manchmal bezeichnet als Strömung des Massenstromes, in dem ersten Strömungsbegrenzungsweg 15 zu erzeugen. Die strömungserzeugende Verdichtereinheit oder Pumpe 23 wird durch eine Auslaßöffnung 24 an die Atmosphäre entlüftet.
  • Ein regulierbares Stromregelventil 26 oberhalb der Pumpe 23 dient zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Massenstromes durch eine geeichte subsonische Venturi-Drosselung 27, die zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Massenstromes verwendet wird. Das Stromregelventil 26 ist elektrisch mit einer Steuereinheit 28 verbunden, bei der es sich um einen Digital- oder Analogrechner handeln kann, um die Strömungsgeschwindigkeit des Massenstromes automatisch zu regulieren. Wenngleich eine computergesteuerte Regulierung bevorzugt wird, kann das System alternativ so angeordnet werden, daß das Ventil 26 von Hand reguliert wird.
  • Das Stromregelventil 26 kann weggelassen werden, wenn ein regelbarer Verdichter, ein Turboverdichter oder eine regelbare positive Verdrängerpumpe anstelle eines Verdichters oder einer Pumpe 23 mit fester Drehzahl als Strömungserzeugungsvorrichtung verwendet wird. In diesem Fall wird die regelbare Pumpe, der regelbare Verdichter oder Turboverdichter vorzugsweise mit der Steuereinheit 28 elektrisch verbunden sein, um die Strömungsgeschwindigkeit des Massenstromes automatisch zu regulieren.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß die hier in bezug auf die vorliegende Erfindung genannten Strömungsgeschwindigkeiten Massenströmungsgeschwindigkeiten sind.
  • Im Betrieb wird eine Probe des Abgases oder der Mischung aus einer Probenahmezone 29 in dem ersten Strömungsbegrenzungsweg 15 mit Hilfe einer weiteren geeichten subsonischen Venturi- Drosselung 31 entnommen und strömt durch einen Probenströmungsweg oder eine Probenleitung 32. Eine Pumpe 33 erzeugt einen ausreichenden Unterdruck in der Probenleitung 32, um eine Strömung der Probe durch das subsonische Venturi-Rohr 31 in die Leitung 32 zu erzeugen. Ein regulierbares Stromregelventil 34 ist in dem Probenströmungsweg 32 oberhalb der Pumpe 33 angeordnet, um die Strömungsgeschwindigkeit der Probe durch die Probenleitung 32 und das subsonische Venturi-Rohr 31 zu regulieren, das zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit der Probe herangezogen wird. Dieses Ventil 34 sowie das Ventil 26 oder die regelbare Strömungserzeugungsvorrichtung werden so gesteuert, daß die Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Massenstromes ist, um eine proportionale Probenahme zu erhalten.
  • Die Strömungsgeschwindigkeit des Massenstromes erhält man mit einem Druckwandler 35, der den Druckunterschied zwischen der Probenahmezone 29 oberhalb des Einlasses des Venturi-Rohres 27 und dem Druck an der Drosselstelle der Venturi-Drosselung 27 mißt, und mit einem Temperaturwandler 38 und einem Druckwandler 39, die die Temperatur bzw. den Druck oberhalb des Venturi-Rohres 27 messen. Die Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe erhält man mit einem Druckwandler 36, der den Druckunterschied zwischen der Probenahmezone 29 und dem Druck an der Drosselstelle der Venturi-Drosselung 31 mißt, und mit dem Temperaturwandler 38 und dem Druckwandler 39, die die Temperatur bzw. den Druck oberhalb des Venturi-Rohres 31 messen.
  • Diese Wandler 35, 36, 38 und 39 sind jeweils mit der Computersteuerungseinheit 28 elektrisch verbunden und können elektrische Signale an die Steuereinheit 28 absetzen, um die gemessenen Druck- oder Temperaturverhältnisse anzuzeigen. Die Steuereinheit 28 errechnet dann nach wohlbekannten Gleichungen die Strömungsgeschwindigkeit des Massenstromes und die Strömungsgeschwindigkeit der Probe durch die Venturi-Rohre 27 bzw. 31 anhand der von diesen Wandlern 35, 36, 38 und 39 erhaltenen Signale, anhand der einzelnen Eichdaten der zuvor geeichten Venturi-Rohre 27 und 31 und anhand der in der Steuereinheit 28 gespeicherten Daten. Die Strömungsgeschwindigkeiten des Massenstromes und der Probe durch die Venturi- Rohre 27 bzw. 31 werden kontinuierlich errechnet, so daß der Steuerungscomputer 28 die Strömungsgeschwindigkeiten überwachen und elektrische Signale an das/die Ventil(e) 26 und/oder 34 absetzen kann, um die Strömungsgeschwindigkeit des Massenstromes und/oder der entnommenen Probe so zu regulieren, daß das gewünschte Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten aufrechterhalten werden kann, das während eines Testzeitraums aufgrund von Schwankungen in dem System leichten Änderungen unterliegen kann.
  • Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung sind die geeichten subsonischen Venturi-Drosselungen 27 und 31 so ausgelegt, daß sie an ihren Drosselstellen den gleichen Druck aufweisen, gemessen mit den Druckwandlern 35 bzw. 36 bei einem gewünschten Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit durch das subsonische Venturi-Rohr 27 für den Massenstrom zu der Strömungsgeschwindigkeit durch das subsonische Venturi-Rohr 31 für die Probe.
  • In diesem Fall sind die mit dem Massenstrom oder dem Strom der Probe in Berührung kommenden Querschnittsflächen der subsonischen Venturi-Drosselungen 27 und 31 vorzugsweise so ausgelegt und konfiguriert, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche der Drosselstelle des Venturi-Rohres 27 zur Querschnittsfläche der Drosselstelle des Venturi-Rohres 31 gleich ist dem Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit durch das Venturi-Rohr 27 zur Strömungsgeschwindigkeit durch das Venturi-Rohr 31. Wenn diese Konfigurationen berücksichtigt werden, kann die Vorrichtung 11 so betrieben werden, daß eine proportionale isokinetische Probenahme möglich ist, wobei V&sub1; (die Strömungsgeschwindigkeit des Massenstromes in der Probenahmezone 29) und V&sub2; (die Strömungsgeschwindigkeit der Probe am Einlaß des Venturi-Rohres 31) gleich sind.
  • Die isokinetische Probenahme ist eine spezielle Art der proportionalen Probenahme und kann allgemein beschrieben werden als Entnahme einer repräsentativen Probe bei der gleichen Gasgeschwindigkeit wie der Geschwindigkeit des nichtentnommenen Gases, so daß der Gasstrom durch das Verfahren nicht gestört wird, was zu einer repräsentativeren Probe führt, die durch das Entnahmeverfahren nicht beeinträchtigt wird, beispielsweise bei der Messung disperser Proben. Bei der proportionalen isokinetischen Probenahme beträgt das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit durch das Venturi-Rohr 27 zur Strömungsgeschwindigkeit durch das Venturi-Rohr 31 normalerweise 100 : 1. Es können jedoch auch andere Verhältnisse der Strömungsgeschwindigkeiten verwendet werden, um eine proportionale isokinetische Probenahme durchzuführen, je nach den speziellen Konfigurationen der Venturi-Rohre 27 und 31.
  • In einem System, wo die ideale Strömungsgeschwindigkeit für die proportionale isokinetische Probenahme in einem Verhältnis von 100 : 1 steht, können Strömungsgeschwindigkeiten in einem Verhältnis von beispielsweise 75 : 1 oder 50 : 1 verwendet werden. In diesem Fall erfolgt die isokinetische Probenahme mit dem System nur näherungsweise, doch ist eine proportionale Probenahme möglich.
  • Bei der proportionalen isokinetischen Probenahme wird ein Differenzdruckwandler 37 verwendet, um den Druckunterschied zwischen den Drosselstellen der Venturi-Rohre 27 und 31 zu überwachen. Wenn von dem Druckwandler 37 ein Druckunterschied gemessen wird, wird ein Korrektursignal von dem Wandler 37 an die Steuereinheit 28 abgesetzt, die wiederum den Druckunterschied überwacht und steuert. Wenn sie das Korrektursignal empfängt, setzt die Steuereinheit 28 ein Signal an das Steuerventil 34 ab, um die Strömungsgeschwindigkeit der Probe durch die subsonische Venturi-Drosselung 31 so zu regulieren, daß das Druckdifferenzsignal null wird, so daß der Druckwandler 37 auf einem Mindestwert (d.h. Null) gehalten wird, um das gewünschte Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten. Der Druckwandler 37 kann mit einem empfindlicheren Arbeitsbereich gewählt werden als die Druckwandler 35 und 36, um ein Korrektursignal mit höherer Amplitude zu liefern.
  • Durch Verwendung von zwei subsonischen Venturi-Rohren, eines 27 für die Strömung des Massenstromes und das andere 31 für die Strömung der Probe, die über einen ganzen Bereich an Strömungsgeschwindigkeiten betrieben werden können, läßt sich eine regulierbare und proportionale Probenahme erzielen. In einem speziellen Fall kann die Geometrie des subsonischen Venturi-Rohres 27 für den Massenstrom und des subsonischen Venturi-Rohres 31 für die Probenahme so ausgelegt werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Massenstromes und die Strömungsgeschwindigkeit der Probe gleich sind, so daß eine isokinetische Probenahme erfolgt. Zusätzlich zu der proportionalen und isokinetischen Probenahme erfolgt auch eine aktive Strömungsregelung.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn die Luftschachtanordnung 18 nicht verwendet wird, eine rohe Abgasprobe entnommen werden kann, die dann in der Probenleitung 32 verdünnt wird. In diesem Fall kann ein Filter in dem Probenweg 32 oberhalb des Stromregelventils 34 angeordnet sein, um Feststoffteilchen aus dem rohen Abgas zu entfernen. Außerdem kann eine Trockengaszuführungsleitung an die Probenleitung 32 oberhalb des Stromregelventils 34 und des Filters angeschlossen sein. Die Strömungsgeschwindigkeit des zur Verdünnung der entnommenen rohen Probe verwendeten Trockengases kann mit einem Massenstrommeßgerät reguliert werden, das in die Trockengasleitung eingebaut ist. Ein Beispiel für ein System, bei dem kein Luftschacht verwendet wird und stattdessen eine rohe Abgasprobe entnommen und in der Probenleitung verdünnt wird, ist dargelegt in der US-A-5,184,501 mit dem Titel "Exhaust Sampler And Control Means", erteilt am 9. Februar 1993 für die Anmeldung mit dem Aktenzeichen 695,606, eingereicht am 3. Mai 1991 im Namen von Gary W. Lewis et al. und übertragen auf die Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Anmeldung.
  • Aus der obigen Beschreibung wird leicht ersichtlich, daß hier eine hochwirksame Vorrichtung zur proportionalen Probenahme von Abgas, die den Emissionsgehalt eines aus einer Abgasquelle entweichenden Abgases untersucht, sowie Verfahren zur proportionalen Probenahme veranschaulicht und beschrieben sind. Mit Hilfe eines Paares von geeichten subsonischen Venturi- Rohren und der zu der Vorrichtung gehörigen Steuerungen kann ein gewünschtes Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases bzw. des Massenstromes zur Strömungsgeschwindigkeit der Probe aufrechterhalten werden, um eine proportionale Probenahme zu erhalten. Die subsonischen Venturi-Rohre können auch speziell konfiguriert und betrieben werden, um eine isokinetische Probenahme zu erzielen, wobei die Abgasströmungsgeschwindigkeit und die Probenströmungsgeschwindigkeit gleich sind.

Claims (9)

1. Vorrichtung (11) zur Probenahme des Emissionsgehaltes eines von einer Abgasquelle entweichenden Abgases, umfassend einen Abgaseinlaß (14), der an die Abgasquelle angeschlossen werden kann, einen Strömungsbegrenzungsweg (15) für das von der Abgasquelle entweichende Abgas, eine Strömungserzeugungsvorrichtung, die mit dem Strömungsbegrenzungsweg gekoppelt ist, um eine Strömung des Abgases in dem Strömungsbegrenzungsweg (15) zu erzeugen, eine Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases mit einer ersten subsonischen Venturi-Drosselung, eine Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer entnommenen Abgasprobe mit einer zweiten subsonischen Venturi-Drosselung (31), eine erste Durchflußregulierungseinrichtung (26) zur Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die erste subsonische Venturi-Drosselung (27), eine zweite Durchflußregulierungseinrichtung (34) zur Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe durch die zweite subsonische Venturi-Drosselung (31), und eine Steuereinheit (28) zur aktiven Steuerung der ersten und der zweiten Regulierungseinrichtung (26, 34) entsprechend der gemessenen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und der entnommenen Abgasprobe, um eine proportionale Probenahme zu erhalten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste und die zweite subsonische Venturi-Drosselung (27, 31) jeweils so angeordnet sind, daß sie im wesentlichen den gleichen Wirkdruck besitzen bei einem vorbestimmten Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die Drosselstelle der ersten subsonischen Venturi-Drosselung (27) zur Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe durch die Drosselstelle der zweiten subsonischen Venturi-Drosselung (31).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Verhältnis der Querschnittsfläche der ersten subsonischen Venturi- Drosselung (27) zur Querschnittsfläche der zweiten subsonischen Venturi-Drosselung (31) im wesentlichen gleich ist dem Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die Drosselstelle der ersten subsonischen Venturi-Drosselung (27) zur Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe durch die Drosselstelle der zweiten subsonischen Venturi-Drosselung (31).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Steuereinheit (28) eine Wirkdruckmeßvorrichtung (37) umfaßt, die den Druckunterschied zwischen dem Abgas in der Drosselstelle der ersten subsonischen Venturidrosselung (27) und der entnommenen Probe in der Drosselstelle der zweiten subsonischen Venturidrosselung (31) mißt und ein Korrektursignal an die zweite Durchflußregulierungseinrichtung (34) absetzt, um die Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe so zu regulieren, daß der Druckunterschied zwischen dem Abgas in der Drosselstelle der ersten subsonischen Venturi-Drosselung (27) und der entnommenen Probe in der Drosselstelle der zweiten subsonischen Venturi-Drosselung (31) auf einem Mindestwert gehalten wird.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einrichtungen zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des weiteren eine Temperaturmeßvorrichtung (38) und eine erste Druckmeßvorrichtung (39) umfassen, die die Temperatur bzw. den Druck des Abgases oberhalb der ersten und der zweiten subsonischen Venturi-Drosselung (27, 31) messen, eine zweite Druckmeßvorrichtung (35) zur Messung des Druckes an der Drosselstelle der ersten subsonischen Venturi-Drosselung (27), und eine dritte Druckmeßvorrichtung (36) zur Messung des Druckes an der Drosselstelle der zweiten subsonischen Venturi-Drosselung (31).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuereinheit (28) so ausgelegt ist, daß sie die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und der entnommenen Probe anhand von Signalen errechnet, die von der Temperaturmeßvorrichtung (38) und der ersten, zweiten und dritten Druckmeßvorrichtung (35, 36, 39) an sie abgesetzt wurden.
7. Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Geschwindigkeit des Abgases in der Nähe des Einlasses der zweiten subsonischen Venturi-Drosselung (31) im wesentlichen gleich ist der Geschwindigkeit der entnommenen Probe am Einlaß der zweiten subsonischen Venturi- Drosselung, so daß man eine isokinetische Probenahme erhält.
8. Verfahren zur Probenahme des Emissionsgehalts eines von einer Abgasquelle entweichenden Abgases, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Erzeugen einer Abgasströmung in einem Strömungsbegrenzungsweg (15), Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases mit Hilfe einer ersten subsonischen Venturi-Drosselung (27), Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer entnommenen Abgasprobe mit Hilfe einer zweiten subsonischen Venturi-Drosselung (31) und aktives Regulieren der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die erste subsonische Venturi-Drosselung (27) und der Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe durch die zweite subsonische Venturi-Drosselung (31) entsprechend der gemessenen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und der entnommenen Probe, um eine proportionale Probenahme zu erhalten.
9. Verfahren nach Anspruch 8, des weiteren umfassend den Schritt der weitgehenden Aufrechterhaltung des gleichen Wirkdruckes in der ersten und in der zweiten subsonischen Venturi-Drosselung (27, 31) bei einem vorbestimmten Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die Drosselstelle der ersten subsonischen Venturi-Drosselung zur Strömungsgeschwindigkeit der entnommenen Probe durch die Drosselstelle der zweiten subsonischen Venturi-Drosselung.
DE69315463T 1992-03-18 1993-03-10 Subsonische Venturi-proportionale und isokinetische Probenentnahmeverfahren und Vorrichtung Expired - Lifetime DE69315463T2 (de)

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US07/853,506 US5337595A (en) 1992-03-18 1992-03-18 Subsonic venturi proportional and isokinetic sampling methods and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69315463D1 DE69315463D1 (de) 1998-01-15
DE69315463T2 true DE69315463T2 (de) 1998-03-26

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ID=25316218

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