EP3887763A1 - Method for operating a corona discharge particle sensor unit - Google Patents

Method for operating a corona discharge particle sensor unit

Info

Publication number
EP3887763A1
EP3887763A1 EP19787235.1A EP19787235A EP3887763A1 EP 3887763 A1 EP3887763 A1 EP 3887763A1 EP 19787235 A EP19787235 A EP 19787235A EP 3887763 A1 EP3887763 A1 EP 3887763A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particle sensor
measurement signal
corona
signal
sensor unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19787235.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Radoslav Rusanov
Oliver Krayl
Simon Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3887763A1 publication Critical patent/EP3887763A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a particle sensor unit working with a corona discharge according to the preamble of claim 1 and a device designed to carry out the method
  • Such a method and such a particle sensor unit are known from EP 2 247 939 B1 and EP 2 511 690 B1, respectively.
  • a corona discharge is an electrical discharge in an initially non-conductive medium, in which free charge carriers are generated by ionizing components of the medium.
  • the particles are charged by adhering ions.
  • the charged particles are carried out of the particle sensor by the flowing fluid and take their electrical charge with them.
  • the measurement of the charge of the particles is usually carried out by measuring the mirror charge of the previously charged particles on a measuring electrode (Influenz) or by measuring the charge missing by leaving the previously charged particles on a virtual GND electrode is tracked to prevent charging of this electrode (escaping current).
  • the ions from the corona discharge, which do not adhere to a particle are preferably filtered out beforehand by an electric field of an ion-trapping electrode.
  • the corona current is preferably generated in the form of a pulse train.
  • the principle of evaluating an "escaping current" is explained in EP 2 824 453 A1.
  • the particle sensor unit is set up to electrically charge particles in a fluid stream laden with particles with the aid of a controllable corona discharge, the corona current and / or corona voltage of which can be controlled by the particle sensor unit, and one of the electrical charges and dependent on the concentration of the particles
  • the known particle sensors work with a measuring principle which is based on a measurement of the electrical charge discharged from the sensor with the particles.
  • EP 2 247 939 A1 describes one that works with an ejector principle
  • Particle sensor known. Compressed air is blown into the particle sensor from a nozzle, and exhaust gas serving as measuring gas is drawn in via the Venturi effect. The corona discharge takes place in an "ion generation section". The ions generated in this way are blown into a "electric charge section" via a nozzle with pressurized air, to which sample gas is fed via a further inlet.
  • Measured gas flow through the particle sensor is achieved, which is largely independent of the flow velocity of the exhaust gas prevailing outside the particle sensor.
  • An ejector principle is used to guide the exhaust gas flow through the sensor in a controlled manner.
  • compressed air is blown into the sensor from a nozzle and exhaust gas is sucked in via the Venturi effect.
  • the corona burns in the compressed air chamber and ions get into the exhaust gas via the air flow.
  • compressed air By using compressed air, a high flow through the sensor can advantageously be achieved, regardless of the external exhaust gas velocity in the exhaust pipe, as a result of which sufficiently high signal levels can also be achieved even with a low particle concentration.
  • the disadvantage of this prior art is the use of compressed air, which has to be made available in a particularly complex manner. This applies analogously to the subject of EP 2 51 1 690 B1, which also works with compressed air injection.
  • the sample gas volume flow in the sensor depends on external parameters.
  • Exhaust gas sensor for internal combustion engines is the sample gas volume flow (here the exhaust gas volume flow) e.g. dependent on the crank angle, the engine speed, the load, the state of a particle filter arranged upstream of the particle sensor or the temperature.
  • the volume flow is variable over time and is subject to strong fluctuations.
  • the particle concentration can vary widely.
  • the sensor signal varies very greatly, which means that the sensor and in particular a charge amplifier of the sensor have a very large one
  • particle is intended to generally refer to floating particles, regardless of whether they are solid or liquid (like droplets in an aerosol).
  • the particle sensor unit is operated in such a way that the particle sensor signal is in a predeterminable range, or that the particle sensor unit is set up to carry out a method according to the invention.
  • the exhaust gas sensor has a device for ion generation, for example a high-voltage tip as a corona discharge electrode, on which a corona discharge takes place.
  • a device for ion generation for example a high-voltage tip as a corona discharge electrode, on which a corona discharge takes place.
  • the majority of the ions generated by the discharge (> 90%) fly along the electric ones Field lines to the counter electrode (ground). If particles fly through the corona discharge zone, they take in more ions and thus electrical charge per particle, the larger the corona current carried by the ions of the corona discharge and the greater the field strength of the electrical field of the corona discharge and so that the corona voltage and the drift speed of the ions are.
  • the typical charge per particle which generally also depends on the particle size, can thus be regulated / modified by adjusting the corona voltage and the corona current. This allows the charge per particle depending on the exhaust gas velocity and the
  • the invention allows a targeted and strong increase in the corona discharge at a low particle concentration in order to be able to measure these low particle concentrations precisely.
  • the particles are also diffusively charged by the ions flying further (greater than 10%). This charge can be controlled via the corona current.
  • a preferred embodiment of the method is characterized in that the particle sensor signal is generated from a measurement signal of the particle sensor, the measurement signal representing an electrical charge that is released from the particle sensor with the electrically charged particles to the fluid. It is also preferred that the measurement signal is amplified with a predeterminable factor that is so large that the amplified measurement signal lies in the predefinable range and that the measurement signal is treated as the particle sensor signal.
  • a further preferred embodiment is characterized in that the particle sensor signal is treated as a variable to be controlled and that an electrical variable influencing the corona discharge serves as a manipulated variable in a closed control loop with which the particle sensor signal is regulated to a desired value.
  • the manipulated variable is a corona voltage.
  • the manipulated variable is a corona current.
  • manipulated variable is an electrical output of the corona discharge or another electrical mixed variable formed from the corona current and the corona voltage.
  • the particle sensor signal is provided at an output of the particle sensor unit.
  • a measurement signal range is specified, a
  • Measurement signal of the particle sensor is detected, and that when the detected measurement signal lies in the predeterminable measurement signal range, the measurement signal is evaluated as a function of a fluid velocity and the corona voltage and the corona current and is provided at an output.
  • Another preferred embodiment is characterized in that a measurement signal range is specified, a measurement signal of the particle sensor is recorded, and when the recorded measurement signal is below the predeterminable measurement signal range, an output of the corona discharge or another corona size (voltage , Current) is increased.
  • a measurement signal range is predetermined, a measurement signal of the particle sensor is recorded, and then when the recorded measurement signal is above the predeterminable measurement signal range, a corona discharge power or another corona size (voltage, current) is reduced.
  • the particle sensor unit it is preferred that it is set up to one or more of the above
  • the invention can generally be used for measuring particle concentrations (not necessarily soot particles) in measurement gases (not necessarily exhaust gas), for example for detecting dust concentrations.
  • FIG. 1 shows a technical environment of the invention in the form of an exhaust pipe and a particle sensor unit which has a particle sensor, a wire harness and a control unit;
  • Figure 2 shows a cross section of a ceramic carrier element
  • Particle sensor that carries various electrodes
  • Figure 3 is a plan view of a ceramic carrying electrodes
  • Carrier element of an embodiment of a particle sensor according to the invention is a Carrier element of an embodiment of a particle sensor according to the invention.
  • FIG. 4 qualitatively shows a dependency of the electrical charge per particle as a function of the corona power P
  • FIG. 5 shows an example of regulating the sensor signal by means of a manipulated variable to a constant value
  • Figure 6 is a block diagram of a cyclically repeating
  • FIG. 7 corresponds to the block diagram of FIG. 6
  • Particle sensor 12 which is connected via a cable harness 14 to a control device 16 of the particle sensor unit 10.
  • the particle sensor 12 protrudes into an exhaust pipe 18, which carries exhaust gas as the measurement gas 20, and has a protruding into the flow of the measurement gas 20
  • Pipe arrangement of an inner metallic tube 22 and an outer metallic tube 24 is used in a preferred embodiment of the invention, but is not an essential element of the invention.
  • the two metallic tubes 22, 24 preferably have a general one
  • the base areas of the cylindrical shapes are preferably circular, elliptical or polygonal.
  • the cylinders are preferably arranged coaxially, the axes of the cylinders lying transversely to the flow direction of the measurement gas 20 which prevails in the exhaust pipe 18 outside the pipe arrangement.
  • the inner metallic tube 22 protrudes beyond the outer metallic tube 24 into the flowing measurement gas 20 at a first end 26 of the tube arrangement facing away from the installation opening in the exhaust gas tube 18.
  • the outer metallic tube 24 projects beyond the inner metallic tube 22 at a second end 28 of the two metallic tubes 22, 24 facing the installation opening in the exhaust pipe 18.
  • the inside diameter of the outer metallic tube 24 is preferably so much larger than the outer diameter of the inner one
  • the clear width W of the inner metallic tube 22 forms a second flow cross section.
  • Particle sensor is attached so as to protrude transversely to the flow direction of the measurement gas 20 in the exhaust gas pipe 18 and laterally into the flow of the measurement gas 20, the inside of the metallic pipes 22, 24 preferably being sealed off from the surroundings of the exhaust pipe 18.
  • the attachment is preferably carried out with a screw connection.
  • a ceramic carrier element 34 is arranged in the inner metallic tube 22 and has a plurality of electrodes adhering there
  • Electrode assembly 36 carries.
  • the electrodes of the electrode arrangement 36 are exposed to the measuring gas 20 flowing past and are connected to the control unit 16 of the particle sensor unit 10 via the cable harness 14.
  • the control device 16 is set up to operate the particle sensor 12 and to generate an output signal from electrical variables such as current and voltage occurring on electrodes of the electrode arrangement 36, which image reflects the particle concentration in the exhaust gas.
  • the control unit 16 can be a separate control unit, or it can be integrated in a control unit that serves to control a combustion process.
  • the control unit 16 has a control module which controls the corona discharge, for example by controlling the corona current, the corona voltage or a mixed variable formed from these two variables, for example the corona power.
  • the signal of the electrode arrangement 36 is processed in the control device 16 according to the invention, that is to say with the method according to the invention or one of its configurations, by an evaluation circuit which, for example, has a microprocessor and a memory in which instructions for carrying out a method according to the invention are stored.
  • Results of the processing are provided as an output signal at an output 38 of the control device 16.
  • the output signal is generated, for example, according to the principle described in the aforementioned EP 2 824 453 A1.
  • FIG. 2 shows a cross section of a ceramic carrier element 34 of a particle sensor, which carries various electrodes, and is used for
  • a corona discharge electrode 40, a ground electrode 42 and an ion capture electrode 44 are arranged on the electrically insulating ceramic carrier element 34.
  • the ceramic carrier element 34 additionally carries a measuring electrode 46, which serves as a particle charge detection electrode, but which is not absolutely necessary.
  • a heating element 50 in the form of a heating electrode adhering there is arranged on a rear side 48 of the ceramic carrier element 34.
  • the ceramic carrier element 34 is arranged with its longitudinal direction parallel to the direction of the measuring gas 20 flowing there in the inner metallic tube 22 of FIG. 1. Measuring gas 20 flows over this arrangement of corona discharge electrode 40, ground electrode 42, ion trapping electrode 44 and possibly also measuring electrode 46 with the one indicated by the direction of the arrow
  • the corona discharge takes place between the corona discharge electrode 40 and the ground electrode 42 in a corona discharge zone 52.
  • the corona discharge zone 52 is traversed by measuring gas 20 loaded with particles.
  • the measuring gas 20 present there is partially ionized in the corona discharge zone 52.
  • the particles then take up ions and thus an electrical charge.
  • the voltage required to generate the corona discharge between the corona discharge electrode 40 and the ground electrode 42 is generated by a high-voltage source integrated in the control device 16.
  • the ion trap electrode 44 traps ions which do not adhere to the heavier and therefore more inert particles transported with the measurement gas 20.
  • the inner metallic tube 22, not shown in FIG. 2, can serve as a counter-electrode for the ion-trapping electrode 44.
  • the measurement of the electrical charge transported with the soot particles takes place either by means of charge influence on the measuring electrode 46 serving as the particle charge detection electrode instead, or it takes place using the "escaping current" principle, the principle of which is explained in EP 2 824 453 A1.
  • FIG. 3 shows a plan view of a ceramic carrying electrodes
  • Carrier element 34 of an embodiment of a particle sensor according to the invention Carrier element 34 of an embodiment of a particle sensor according to the invention.
  • a corona discharge electrode 40 which has a tip 54, a ground electrode 42 and an ion-trapping electrode 44, and possibly also a measuring electrode 46, are each planar and adherent on the ceramic carrier element 34 and form planar electrodes.
  • a portion of the ceramic support element 34 which is delimited by interfaces of the ceramic support element and on which the tip 54 of the planar corona discharge electrode 40 rests, protrudes as the tip of the ceramic support element 34 from the rest of the ceramic support element.
  • This portion which is covered in FIG. 3 by the tip 54 of the corona discharge electrode 40, projects with the tip 54 into a recess 56 in the ceramic carrier element 34, which is not filled with the ceramic material of the ceramic carrier element 34.
  • FIG 4 shows qualitatively a dependency of the typical electrical charge q per particle, which occurs due to the charging of the particles when crossing the corona discharge, as a function of the corona power P.
  • the corona power P is the product of that by the ions of Corona discharge current and the electrical voltage between the corona discharge electrode and its counter electrode.
  • the two variables corona current and corona voltage are not independent of one another, but are linked to one another via the nonlinear impedance of the corona discharge.
  • At least one of these two electrical variables or also a mixed variable (for example the power) formed therefrom is regulated.
  • any combination of corona current and corona voltage can be used as a controlled variable to influence and thus adjust the charge per particle that occurs in the corona discharge. In one embodiment, this takes place as a function of at least one sample gas parameter (for example speed, particle concentration and particle size) in the particle sensor.
  • FIG. 5 shows an example of a control of the sensor signal S by means of a manipulated variable to a constant value.
  • the manipulated variable here is the corona power P.
  • the regulation takes place continuously, so that the target value is constantly regulated.
  • Analog front ends are analogue ballasts that amplify highly sensitive analog signals and thus serve as a preamplifier.
  • an amplification factor of the analog front end is selected or switched on and depending on the currently measured particle concentration, the sensor signal is e.g. regulated to a fixed value by means of the corona power.
  • the sensor signal S is detected in this embodiment and, preferably depending on the
  • Particle sensor unit 10 reacts to this by, for example, specifying the corona power P (here representative of the general mixed quantity of corona current and corona voltage) in such a way that the sensor signal S remains constant.
  • the control can take place continuously, for example, so that control is always carried out to a setpoint. It may be the case that the control must settle in the event of strong and / or rapid changes in concentration, and the actual value therefore only returns to the setpoint with a delay.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment for a cyclically repeating operating method, which forms an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • the individual blocks represent process steps or process parts which run at different points in the particle sensor unit 10 and which are explained below.
  • the mode of operation is particularly well suited for a particle sensor 12 evaluating the effects of influenza, which is operated with a pulsed corona discharge.
  • a corona discharge pulse and the subsequent pause until the next pulse can represent a measurement cycle. The pause between two pulses should be so long that successive measurements do not influence each other by overlapping.
  • a corona discharge pulse is fired for each cycle. After a predetermined time which has elapsed since the corona discharge pulse was ignited and which corresponds to a time which it takes for particles charged in the corona discharge pulse to reach the measuring electrode, a signal is sent to the measuring electrode detected. This signal is evaluated. It is checked, for example, whether the signal is in a predetermined specific range. Depending on the result of the test, either a particle concentration is determined from the signal, or the parameters for the next corona discharge pulse are changed and the measurement is repeated. It is also possible to average the measurement over time for a better signal-to-noise ratio.
  • Block 60 represents the triggering of a corona discharge pulse.
  • Block 62 represents the acquisition of the corona discharge pulse
  • the method branches to a block 66 in which parameters for a change in the corona discharge depending on the detected signal are determined. For example, if the detected signal is below a lower limit of the predetermined signal range, the corona power can be increased as a parameter in order to achieve a stronger charge of the particles and thus a larger measurement signal.
  • the parameters of the corona discharge are then changed in block 68 in accordance with the specification of block 66, and in block 60 a corona discharge pulse is triggered again, this time with increased corona power.
  • the method branches to block 70, in which the measurement signal is processed to give an indication of the particle concentration.
  • This processing and also the limits of the predetermined range in block 64 are in one embodiment of the flow velocity of the
  • Measurement gas dependent which is communicated to the particle sensor unit, for example, by another control device 160.
  • the further control device 160 is, for example, the engine control device of an exhaust gas that generates measurement gas
  • Particle concentration is provided for reading in block 72 at output 38 of the particle sensor unit 10.
  • FIG. 7 shows a flowchart corresponding to the block diagram of FIG. 6 as a further exemplary embodiment of a method according to the invention. This process can also take place with continuous corona discharge.
  • Step 100 represents a start of a corona discharge.
  • a signal of the measuring electrode resulting from the corona discharge is recorded.
  • the subsequent step 104 it is checked whether the detected signal is in a predetermined signal range. If this is not the case, the method branches into a corona control loop which begins with step 106.
  • step 106 it is checked whether the measurement signal acquired in step 102 is smaller than the lower limit of the predetermined range from step 102. If this is the case, the method branches to step 108, in which, for example, the corona power is increased.
  • step 106 the measurement signal recorded in step 102 is greater than the upper limit of the predetermined range from step 102
  • step 110 the corona power is reduced.
  • step 112 is optionally carried out, in which a setting of a new measurement signal as a result of the change in the corona parameters is awaited. The method then branches back to step 102, in which a new measurement signal is detected.
  • step 104 If, on the other hand, it is determined in step 104 that the measurement signal detected at the measurement electrode lies in the predetermined range, then the method branches to step 114, in which the measurement signal gives an indication of the Particle concentration is processed.
  • step 114 This processing and also the limits of the predetermined range in block 104 can also be changed here
  • Flow rate of the sample gas may be dependent on the
  • Particle sensor unit 10 is communicated, for example, by a further control device.
  • the further control device is, for example, the engine control device of an exhaust gas as an internal combustion engine producing measurement gas.
  • the specification of a particle concentration generated in step 114 becomes in step 1 16 at the exit of the
  • Particle sensor unit 10 provided for reading out. The method then branches back to step 102, in which a new measurement signal is detected.
  • the measurement signal is still too large in relation to the specific area despite the already minimal corona power or is still too small despite the already maximum corona power.

Abstract

The invention relates to a method for operating a particle sensor unit (10) which operates using a corona discharge and which is designed to electrically charge a flow of particles in a particle-loaded fluid using a controllable corona discharge, the corona current and/or corona voltage of which can be controlled by the particle sensor unit (10), and to generate a particle sensor signal on the basis of the electric charge and concentration of the particles. The method is characterized in that the particle sensor unit (10) is operated such that the particle sensor signal lies in a specifiable range. An independent claim relates to a particle sensor unit (10).

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren zum Betreiben einer Korona-Entladungs-Partikelsensoreinheit Method for operating a corona discharge particle sensor unit
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mit einer Korona-Entladung arbeitenden Partikelsensoreinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine zur Ausführung des Verfahrens eingerichtete The present invention relates to a method for operating a particle sensor unit working with a corona discharge according to the preamble of claim 1 and a device designed to carry out the method
Partikelsensoreinheit nach dem Oberbegriff des unabhängigen Particle sensor unit according to the generic term of the independent
Vorrichtungsanspruchs. Device claim.
Ein solches Verfahren und eine solche Partikelsensoreinheit sind jeweils aus der EP 2 247 939 B1 und der EP 2 511 690 B1 bekannt. Such a method and such a particle sensor unit are known from EP 2 247 939 B1 and EP 2 511 690 B1, respectively.
Eine Korona-Entladung ist eine elektrische Entladung in einem zunächst nichtleitendem Medium, bei der freie Ladungsträger durch eine Ionisation von Bestandteilen des Mediums erzeugt werden. Die Aufladung der Partikel erfolgt durch Anhaften von Ionen. Die aufgeladenen Partikel werden durch das strömende Fluid aus dem Partikelsensor herausgetragen und nehmen dabei ihre elektrische Ladung mit. Die Messung der Ladung der Partikel erfolgt in der Regel durch die Messung der Spiegelladung der zuvor aufgeladenen Partikel an einer Mess-Elektrode (Influenz) oder durch die Messung der durch das Verlassen der zuvor aufgeladenen Partikel fehlenden Ladung, die an einer virtual-GND- Elektrode nachgeführt wird, um eine Aufladung dieser Elektrode zu verhindern (escaping current). In beiden Fällen werden davor vorzugsweise die Ionen aus der Korona-Entladung, die nicht an einem Partikel haften, durch ein elektrisches Feld einer lonenfänger-Elektrode ausgefiltert. Im Falle des Influenz-Sensors wird der Korona-Strom bevorzugt in Form eines Pulszuges erzeugt. Das Prinzip der Auswertung eines "escaping current" wird in der EP 2 824 453 A1 erläutert. Bei den bekannten Verfahren ist die Partikelsensoreinheit dazu eingerichtet, Partikel in einem mit Partikeln beladenen Fluidstrom mit Hilfe einer steuerbaren Korona-Entladung, deren Korona-Strom und/oder Korona-Spannung durch die Partikelsensoreinheit steuerbar ist, elektrisch aufzuladen und ein von der elektrischen Aufladung und der Konzentration der Partikel abhängiges A corona discharge is an electrical discharge in an initially non-conductive medium, in which free charge carriers are generated by ionizing components of the medium. The particles are charged by adhering ions. The charged particles are carried out of the particle sensor by the flowing fluid and take their electrical charge with them. The measurement of the charge of the particles is usually carried out by measuring the mirror charge of the previously charged particles on a measuring electrode (Influenz) or by measuring the charge missing by leaving the previously charged particles on a virtual GND electrode is tracked to prevent charging of this electrode (escaping current). In both cases, the ions from the corona discharge, which do not adhere to a particle, are preferably filtered out beforehand by an electric field of an ion-trapping electrode. In the case of the influence sensor, the corona current is preferably generated in the form of a pulse train. The principle of evaluating an "escaping current" is explained in EP 2 824 453 A1. In the known methods, the particle sensor unit is set up to electrically charge particles in a fluid stream laden with particles with the aid of a controllable corona discharge, the corona current and / or corona voltage of which can be controlled by the particle sensor unit, and one of the electrical charges and dependent on the concentration of the particles
Partikelsensorsignal zu erzeugen. Generate particle sensor signal.
Die bekannten Partikelsensoren arbeiten mit einem Messprinzip, das auf einer Messung der mit den Partikeln aus dem Sensor ausgetragenen elektrischen Ladung basiert. The known particle sensors work with a measuring principle which is based on a measurement of the electrical charge discharged from the sensor with the particles.
Aus der EP 2 247 939 A1 ist ein mit einem Ejektorprinzip arbeitender EP 2 247 939 A1 describes one that works with an ejector principle
Partikelsensor bekannt. Druckluft wird aus einer Düse in den Partikelsensor eingeblasen, und als Messgas dienendes Abgas wird über den Venturi-Effekt angesaugt. Die Korona-Entladung findet in einer "ion generation section" statt. Die dabei erzeugten Ionen werden über eine Düse mit unter Druck stehender Luft in eine "electric Charge section" eingeblasen, der über einen weiteren Einlass Messgas zu geführt wird. Particle sensor known. Compressed air is blown into the particle sensor from a nozzle, and exhaust gas serving as measuring gas is drawn in via the Venturi effect. The corona discharge takes place in an "ion generation section". The ions generated in this way are blown into a "electric charge section" via a nozzle with pressurized air, to which sample gas is fed via a further inlet.
Durch die Verwendung von Druckluft wird der Vorteil eines großen By using compressed air, the advantage of a big one
Messgasstroms durch den Partikelsensor hindurch erzielt, der von der außerhalb des Partikelsensors herrschenden Strömungsgeschwindigkeit des Abgases weitgehend unabhängig ist. Measured gas flow through the particle sensor is achieved, which is largely independent of the flow velocity of the exhaust gas prevailing outside the particle sensor.
Um den Abgasstrom kontrolliert durch den Sensor zu leiten, wird ein Ejektor- Prinzip angewendet. Dazu wird Druckluft aus einer Düse in den Sensor eingeblasen und Abgas saugt sich über den Venturi-Effekt an. Die Korona brennt in der Druckluftkammer ab und Ionen gelangen über den Luftstrom ins Abgas. Durch die Verwendung von Druckluft kann hier vorteilhaft, unabhängig von der äußeren Abgasgeschwindigkeit im Abgasrohr, ein hoher Durchfluss durch den Sensor erreicht werden, wodurch auch ausreichend hohe Signalpegel auch bei geringer Partikelkonzentration erreicht werden. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist die Verwendung von Druckluft, die extra aufwändig bereitgestellt werden muss. Dies gilt analog für den ebenfalls mit Drucklufteinblasung arbeitenden Gegenstand der EP 2 51 1 690 B1. Speziell in Partikelsensoren, die ohne kontrollierte Messgaszuführung betrieben werden, z.B. ohne Druckluft-Ejektorpumpe, ist der Messgasvolumenstrom im Sensor von äußeren Parametern abhängig. Bei einer Verwendung als An ejector principle is used to guide the exhaust gas flow through the sensor in a controlled manner. For this purpose, compressed air is blown into the sensor from a nozzle and exhaust gas is sucked in via the Venturi effect. The corona burns in the compressed air chamber and ions get into the exhaust gas via the air flow. By using compressed air, a high flow through the sensor can advantageously be achieved, regardless of the external exhaust gas velocity in the exhaust pipe, as a result of which sufficiently high signal levels can also be achieved even with a low particle concentration. The disadvantage of this prior art is the use of compressed air, which has to be made available in a particularly complex manner. This applies analogously to the subject of EP 2 51 1 690 B1, which also works with compressed air injection. Especially in particle sensors that are operated without a controlled sample gas supply, eg without a compressed air ejector pump, the sample gas volume flow in the sensor depends on external parameters. When used as
Abgassensor für Verbrennungsmotoren ist der Messgasvolumenstrom (hier der Abgasvolumenstrom) z.B. von dem Kurbelwinkel, der Motordrehzahl, der Last, dem Zustand eines stromaufwärts von dem Partikelsensor angeordneten Partikelfilters oder der Temperatur abhängig. Exhaust gas sensor for internal combustion engines is the sample gas volume flow (here the exhaust gas volume flow) e.g. dependent on the crank angle, the engine speed, the load, the state of a particle filter arranged upstream of the particle sensor or the temperature.
Dementsprechend ist der Volumenstrom zeitlich variabel und unterliegt starken Schwankungen. Zusätzlich kann auch die Partikelkonzentration stark variieren. Dadurch variiert das Sensorsignal sehr stark, wodurch der Sensor und insbesondere ein Ladungsverstärker des Sensors einen sehr großen Accordingly, the volume flow is variable over time and is subject to strong fluctuations. In addition, the particle concentration can vary widely. As a result, the sensor signal varies very greatly, which means that the sensor and in particular a charge amplifier of the sensor have a very large one
dynamischen Bereich aufweisen müssen. Insbesondere ist die Messung bei kleinen Partikelkonzentrationen und Abgasgeschwindigkeiten aufgrund der kleinen Signalpegel herausfordernd. must have dynamic range. The measurement at small particle concentrations and exhaust gas velocities is particularly challenging due to the low signal levels.
Sofern in der vorliegenden Anmeldung von Abgas und Rußpartikeln die Rede ist, soll dies jeweils als Beispiel für die allgemeineren Begriffe Partikel und Messgas verstanden werden. Der Begriff des Partikels soll in dieser Anmeldung allgemein Schwebeteilchen bezeichnen, unabhängig davon, ob diese fest oder flüssig (wie Tröpfchen in einem Aerosol) sind. If exhaust gas and soot particles are mentioned in the present application, this should be understood as an example for the more general terms particles and measurement gas. In this application, the term particle is intended to generally refer to floating particles, regardless of whether they are solid or liquid (like droplets in an aerosol).
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von dem eingangs genannten Stand der Technik in Bezug auf ihre Verfahrensaspekte durch die The present invention differs from the prior art mentioned at the outset in terms of its method aspects by
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und in Bezug auf ihre characterizing features of claim 1 and in relation to their
Vorrichtungsaspekte durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs. Danach ist vorgesehen, dass die Partikelsensoreinheit so betrieben wird, dass das Partikelsensorsignal in einem vorgebbaren Bereich liegt, beziehungsweise dass die Partikelsensoreinheit dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Device aspects through the characteristic features of the independent device claim. It is then provided that the particle sensor unit is operated in such a way that the particle sensor signal is in a predeterminable range, or that the particle sensor unit is set up to carry out a method according to the invention.
Der Abgassensor besitzt entsprechend der Erfindung eine Vorrichtung zur lonengeneration, bspw. eine hochspannungsführende Spitze als Korona- Entladungselektrode, an welcher eine Korona-Entladung stattfindet. Der Großteil der durch die Entladung erzeugten Ionen (>90%) fliegt entlang der elektrischen Feldlinien zur Gegen-Elektrode (Masse). Fliegen Partikel durch die Korona- Entladungszone, so nehmen sie umso mehr Ionen und damit elektrische Ladung pro Partikel auf, je größer der durch die Ionen der Korona-Entladung getragene Korona-Strom ist und je größer die Feldstärke des elektrisches Feldes der Korona-Entladung und damit die Korona-Spannung und die Driftgeschwindigkeit der Ionen sind. Damit lässt sich die typische Ladung pro Partikel, die generell auch noch von der Partikelgröße abhängt, durch das Einstellen der Korona- Spannung und des Korona-Stromes regeln/modifizieren. Dies erlaubt es, die Ladung pro Partikel abhängig von der Abgasgeschwindigkeit und der According to the invention, the exhaust gas sensor has a device for ion generation, for example a high-voltage tip as a corona discharge electrode, on which a corona discharge takes place. The majority of the ions generated by the discharge (> 90%) fly along the electric ones Field lines to the counter electrode (ground). If particles fly through the corona discharge zone, they take in more ions and thus electrical charge per particle, the larger the corona current carried by the ions of the corona discharge and the greater the field strength of the electrical field of the corona discharge and so that the corona voltage and the drift speed of the ions are. The typical charge per particle, which generally also depends on the particle size, can thus be regulated / modified by adjusting the corona voltage and the corona current. This allows the charge per particle depending on the exhaust gas velocity and the
Partikelkonzentration so zu regeln, dass das Signal konstant oder in einem bestimmten Bereich bleibt, in welchem eine Ladungsmessung mit ausreichender Genauigkeit möglich ist. Insbesondere erlaubt die Erfindung eine gezielte und starke Erhöhung der Korona-Entladung bei geringer Partikel-Konzentration, um diese geringen Partikel-Konzentrationen genau messen zu können. Zusätzlich zu der im Korona-Bereich erfolgenden Aufladung werden die Partikel auch diffusiv durch die weiterfliegenden Ionen (größer 10%) geladen. Diese Aufladung kann über den Korona-Strom gesteuert werden. To regulate the particle concentration so that the signal remains constant or in a certain range in which a charge measurement with sufficient accuracy is possible. In particular, the invention allows a targeted and strong increase in the corona discharge at a low particle concentration in order to be able to measure these low particle concentrations precisely. In addition to charging in the corona area, the particles are also diffusively charged by the ions flying further (greater than 10%). This charge can be controlled via the corona current.
Dadurch, dass das Partikelsensorsignal in einem vorgebbaren Bereich liegt, beziehungsweise in dem vorgebbaren Bereich gehalten wird, wird ein The fact that the particle sensor signal lies in a predeterminable range or is held in the predeterminable range makes a
nachteiliger Einfluss von Schwankungen der Abgasgeschwindigkeit, adverse influence of fluctuations in the exhaust gas velocity,
beziehungsweise des Abgasvolumenstroms im Sensor, und einer sehr geringen Konzentration der Partikel auf die Messung der Konzentration verringert. Als vorteilhafte Folge ergibt sich eine Erweiterung des Messbereichs insbesondere für kleine Partikelkonzentrationen, also eine Verschiebung der unteren or the exhaust gas volume flow in the sensor, and a very low concentration of the particles is reduced to the measurement of the concentration. The advantageous consequence is an expansion of the measuring range, in particular for small particle concentrations, that is to say a shift of the lower ones
Nachweisgrenze nach unten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein preiswerter Analog-Digital-Konverter verwendet werden kann, der nur wenige Eingangsspannungskanäle aufweist. Vorteilhaft ist auch die verlängerte Detection limit down. Another advantage is that an inexpensive analog-to-digital converter can be used that has only a few input voltage channels. The extended one is also advantageous
Lebensdauer der Korona-Entladungselektrode. Diese Verlängerung ergibt sich dadurch, dass eine Erhöhung der Korona-Entladung nur bedarfsweise erfolgt und dass die Korona-Entladungs-Elektrode ansonsten mit geringerer elektrischer Belastung betrieben werden kann. Diese Vorteile lassen sich ohne zusätzliche Hardware und damit kostengünstig erzielen. Lifetime of the corona discharge electrode. This extension results from the fact that the corona discharge is increased only when necessary and that the corona discharge electrode can otherwise be operated with a lower electrical load. These advantages can be achieved without additional hardware and thus at low cost.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Partikelsensorsignal aus einem Messsignal des Partikelsensors erzeugt wird, wobei das Messsignal eine elektrische Ladung abbildet, die vom Partikelsensor mit den elektrisch aufgeladenen Partikeln an das Fluid abgegeben wird. Bevorzugt ist auch, dass das Messsignal mit einem vorgebbaren Faktor verstärkt wird, der so groß ist, dass das verstärkte Messsignal in dem vorgebbaren Bereich liegt und dass das Messsignal als das Partikelsensorsignal behandelt wird. A preferred embodiment of the method is characterized in that the particle sensor signal is generated from a measurement signal of the particle sensor, the measurement signal representing an electrical charge that is released from the particle sensor with the electrically charged particles to the fluid. It is also preferred that the measurement signal is amplified with a predeterminable factor that is so large that the amplified measurement signal lies in the predefinable range and that the measurement signal is treated as the particle sensor signal.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das Partikelsensorsignal als zu regelnde Größe behandelt wird und dass eine die Korona-Entladung beeinflussende elektrische Größe als Stellgröße in einem geschlossenen Regelkreis dient, mit dem das Partikelsensorsignal auf einen Sollwert geregelt wird. A further preferred embodiment is characterized in that the particle sensor signal is treated as a variable to be controlled and that an electrical variable influencing the corona discharge serves as a manipulated variable in a closed control loop with which the particle sensor signal is regulated to a desired value.
Weiter ist bevorzugt, dass die Stellgröße eine Korona-Spannung ist. It is further preferred that the manipulated variable is a corona voltage.
Bevorzugt ist auch, dass die Stellgröße ein Korona-Strom ist. It is also preferred that the manipulated variable is a corona current.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Stellgröße eine elektrische Leistung der Korona-Entladung oder eine andere aus Korona-Strom und Korona-Spannung gebildete elektrische Mischgröße ist. Another preferred embodiment is characterized in that the manipulated variable is an electrical output of the corona discharge or another electrical mixed variable formed from the corona current and the corona voltage.
Bevorzugt ist auch, dass das Partikelsensorsignal an einem Ausgang der Partikelsensoreinheit bereitgestellt wird. It is also preferred that the particle sensor signal is provided at an output of the particle sensor unit.
Weiter ist bevorzugt, dass ein Messsignalbereich vorgegeben wird, ein It is further preferred that a measurement signal range is specified, a
Messsignal des Partikelsensors erfasst wird, und dass dann, wenn das erfasste Messsignal in dem vorgebbaren Messsignalbereich liegt, das Messsignal in Abhängigkeit von einer Fluidgeschwindigkeit und der Korona-Spannung und dem Korona-Strom ausgewertet und an einem Ausgang bereitgestellt wird. Measurement signal of the particle sensor is detected, and that when the detected measurement signal lies in the predeterminable measurement signal range, the measurement signal is evaluated as a function of a fluid velocity and the corona voltage and the corona current and is provided at an output.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Messsignalbereich vorgegeben wird, ein Messsignal des Partikelsensors erfasst wird, und dann, wenn das erfasste Messsignal unterhalb von dem vorgebbaren Messsignalbereich liegt, eine Leistung der Korona-Entladung oder eine andere Korona-Größe (Spannung, Strom) vergrößert wird. Another preferred embodiment is characterized in that a measurement signal range is specified, a measurement signal of the particle sensor is recorded, and when the recorded measurement signal is below the predeterminable measurement signal range, an output of the corona discharge or another corona size (voltage , Current) is increased.
Bevorzugt ist auch, dass ein Messsignalbereich vorgegeben wird, ein Messsignal des Partikelsensors erfasst wird, und dann, wenn das erfasste Messsignal oberhalb von dem vorgebbaren Messsignalbereich liegt, eine Leistung der Korona-Entladung oder eine andere Korona-Größe (Spannung, Strom) verringert wird. It is also preferred that a measurement signal range is predetermined, a measurement signal of the particle sensor is recorded, and then when the recorded measurement signal is above the predeterminable measurement signal range, a corona discharge power or another corona size (voltage, current) is reduced.
Mit Bezug auf Ausgestaltungen der Partikelsensoreinheit ist bevorzugt, dass diese dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere der oben genannten With regard to configurations of the particle sensor unit, it is preferred that it is set up to one or more of the above
Ausgestaltungen des Verfahrens auszuführen. To implement embodiments of the method.
Die Erfindung ist allgemein zur Messung von Partikelkonzentrationen (nicht notwendigerweise Rußpartikel) in Messgasen (nicht notwendigerweise Abgas) verwendbar, zum Beispiel zur Erfassung von Staubkonzentrationen. The invention can generally be used for measuring particle concentrations (not necessarily soot particles) in measurement gases (not necessarily exhaust gas), for example for detecting dust concentrations.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Bei der Beschreibung einzelner Figuren wird ggf. auch auf Elemente aus anderen Figuren Bezug genommen. Es zeigen, jeweils in schematischer Form: Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the description below. The same reference numerals in different figures designate the same or at least functionally comparable elements. When describing individual figures, reference may also be made to elements from other figures. In each case in schematic form:
Figur 1 ein technisches Umfeld der Erfindung in Form eines Abgasrohrs und einer Partikelsensoreinheit, die einen Partikelsensor, einen Kabelbaum und ein Steuergerät aufweist; 1 shows a technical environment of the invention in the form of an exhaust pipe and a particle sensor unit which has a particle sensor, a wire harness and a control unit;
Figur 2 einen Querschnitt eines keramischen T rägerelements eines Figure 2 shows a cross section of a ceramic carrier element
Partikelsensors, der verschiedene Elektroden trägt; Particle sensor that carries various electrodes;
Figur 3 eine Draufsicht auf ein Elektroden tragendes keramisches Figure 3 is a plan view of a ceramic carrying electrodes
Trägerelement eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Partikelsensors; Carrier element of an embodiment of a particle sensor according to the invention;
Figur 4 qualitativ eine Abhängigkeit der elektrischen Ladung pro Partikel als Funktion der Korona-Leistung P; FIG. 4 qualitatively shows a dependency of the electrical charge per particle as a function of the corona power P;
Figur 5 ein Beispiel für eine Regelung des Sensorsignals mittels einer Stellgröße auf einen konstanten Wert; Figur 6 ein Blockdiagramm eines sich zyklisch wiederholenden FIG. 5 shows an example of regulating the sensor signal by means of a manipulated variable to a constant value; Figure 6 is a block diagram of a cyclically repeating
Betriebsverfahrens als ein Ausführungsbeispiel eines Operating method as an embodiment of a
erfindungsgemäßen Verfahrens; und method according to the invention; and
Figur 7 ein zu dem Blockdiagramm der Figur 6 korrespondierendes FIG. 7 corresponds to the block diagram of FIG. 6
Flussdiagramm als weiteres Ausführungsbeispiel eines Flow chart as a further embodiment of a
erfindungsgemäßen Verfahrens. inventive method.
Im Einzelnen zeigt die Figur 1 eine Partikelsensoreinheit 10, die einen 1 shows a particle sensor unit 10, the one
Partikelsensor 12 aufweist, der über einen Kabelbaum 14 mit einem Steuergerät 16 der Partikelsensoreinheit 10 verbunden ist. Particle sensor 12, which is connected via a cable harness 14 to a control device 16 of the particle sensor unit 10.
Der Partikelsensor 12 ragt in ein Abgasrohr 18 hinein, das Abgas als Messgas 20 führt, und weist eine in den Strom des Messgases 20 hineinragende The particle sensor 12 protrudes into an exhaust pipe 18, which carries exhaust gas as the measurement gas 20, and has a protruding into the flow of the measurement gas 20
Rohranordnung eines inneren metallischen Rohres 22 und eines äußeren metallischen Rohres 24 auf. Eine solche Rohranordnung wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet, stellt aber kein wesentliches Element der Erfindung dar. Pipe arrangement of an inner metallic tube 22 and an outer metallic tube 24. Such a tube arrangement is used in a preferred embodiment of the invention, but is not an essential element of the invention.
Die beiden metallischen Rohre 22, 24 haben bevorzugt eine allgemeine The two metallic tubes 22, 24 preferably have a general one
Zylinderform oder Prismenform. Die Grundflächen der Zylinderformen sind bevorzugt kreisförmig, elliptisch oder vieleckig. Die Zylinder sind bevorzugt koaxial angeordnet, wobei die Achsen der Zylinder quer zur Strömungsrichtung des Messgases 20 liegen, die im Abgasrohr 18 außerhalb der Rohranordnung herrscht. Das innere metallische Rohr 22 ragt an einem der Einbauöffnung im Abgasrohr 18 abgewandten ersten Ende 26 der Rohranordnung über das äußere metallische Rohr 24 hinaus in das strömende Messgas 20 hinein. An einem der Einbauöffnung im Abgasrohr 18 zugewandten zweiten Ende 28 der beiden metallischen Rohre 22, 24 ragt das äußere metallische Rohr 24 über das innere metallische Rohr 22 hinaus. Die lichte Weite des äußeren metallischen Rohrs 24 ist bevorzugt so viel größer als der äußere Durchmesser des inneren Cylindrical shape or prism shape. The base areas of the cylindrical shapes are preferably circular, elliptical or polygonal. The cylinders are preferably arranged coaxially, the axes of the cylinders lying transversely to the flow direction of the measurement gas 20 which prevails in the exhaust pipe 18 outside the pipe arrangement. The inner metallic tube 22 protrudes beyond the outer metallic tube 24 into the flowing measurement gas 20 at a first end 26 of the tube arrangement facing away from the installation opening in the exhaust gas tube 18. The outer metallic tube 24 projects beyond the inner metallic tube 22 at a second end 28 of the two metallic tubes 22, 24 facing the installation opening in the exhaust pipe 18. The inside diameter of the outer metallic tube 24 is preferably so much larger than the outer diameter of the inner one
metallischen Rohrs 22, dass sich zwischen den beiden metallischen Rohren 22, 24 ein erster Strömungsquerschnitt, bzw. ein Spalt 5 ergibt. Die lichte Weite W des inneren metallischen Rohrs 22 bildet einen zweiten Strömungsquerschnitt. metallic tube 22 that there is a first flow cross-section or a gap 5 between the two metallic tubes 22, 24. The clear width W of the inner metallic tube 22 forms a second flow cross section.
Diese Geometrie hat zur Folge, dass Messgas 20 über den ersten The result of this geometry is that measurement gas 20 is above the first
Strömungsquerschnitt an dem ersten Ende 26 in die Rohranordnung eintritt, dann an dem zweiten Ende 28 der Rohranordnung seine Richtung ändert, in das innere metallische Rohr 22 eintritt und aus diesem vom vorbeiströmenden Messgas 20 herausgesaugt wird. Dabei ergibt sich im inneren metallischen Rohr 22 eine laminare Strömung. Diese Rohranordnung von Rohren 22, 24 wird mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flow cross section at the first end 26 enters the pipe arrangement, then changes its direction at the second end 28 of the tube arrangement, enters the inner metallic tube 22 and is sucked out of it by the measuring gas 20 flowing past. This results in a laminar flow in the inner metallic tube 22. This tube arrangement of tubes 22, 24 is with a preferred embodiment of an inventive
Partikelsensors quer zur im Abgasrohr 18 herrschenden Strömungsrichtung des Messgases 20 an dem Abgasrohr 18 und seitlich in den Strom des Messgases 20 hineinragend befestigt, wobei das Innere der metallischen Rohre 22, 24 bevorzugt gegenüber der Umgebung des Abgasrohrs 18 abgedichtet ist. Die Befestigung erfolgt bevorzugt mit einer Schraubverbindung. Particle sensor is attached so as to protrude transversely to the flow direction of the measurement gas 20 in the exhaust gas pipe 18 and laterally into the flow of the measurement gas 20, the inside of the metallic pipes 22, 24 preferably being sealed off from the surroundings of the exhaust pipe 18. The attachment is preferably carried out with a screw connection.
In dem inneren metallischen Rohr 22 ist ein keramisches Trägerelement 34 angeordnet, das eine mehrere dort anhaftende Elektroden aufweisende A ceramic carrier element 34 is arranged in the inner metallic tube 22 and has a plurality of electrodes adhering there
Elektrodenanordnung 36 trägt. Die Elektroden der Elektrodenanordnung 36 sind dem vorbeiströmenden Messgas 20 ausgesetzt und über den Kabelbaum 14 mit dem Steuergerät 16 der Partikelsensoreinheit 10 verbunden. Das Steuergerät 16 ist dazu eingerichtet, den Partikelsensor 12 zu betreiben und aus an Elektroden der Elektrodenanordnung 36 auftretenden elektrischen Größen wie Strom und Spannung ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Partikelkonzentration im Abgas abbildet. Electrode assembly 36 carries. The electrodes of the electrode arrangement 36 are exposed to the measuring gas 20 flowing past and are connected to the control unit 16 of the particle sensor unit 10 via the cable harness 14. The control device 16 is set up to operate the particle sensor 12 and to generate an output signal from electrical variables such as current and voltage occurring on electrodes of the electrode arrangement 36, which image reflects the particle concentration in the exhaust gas.
Das Steuergerät 16 kann ein separates Steuergerät sein, oder es kann in ein Steuergerät integriert sein, das zur Steuerung eines Verbrennungsprozesses dient. Das Steuergerät 16 weist ein Steuermodul auf, das die Korona-Entladung steuert, indem es bspw. den Korona-Strom, die Korona-Spannung oder eine aus diesen beiden Größen gebildete Mischgröße, zum Beispiel die Korona-Leistung, steuert. Das Signal der Elektrodenanordnung 36 wird im Steuergerät 16 erfindungsgemäß, das heißt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer seiner Ausgestaltungen, durch eine Auswerteschaltung verarbeitet, die dazu zum Beispiel einen Mikroprozessor und einen Speicher aufweist, in dem Anweisungen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gespeichert sind. The control unit 16 can be a separate control unit, or it can be integrated in a control unit that serves to control a combustion process. The control unit 16 has a control module which controls the corona discharge, for example by controlling the corona current, the corona voltage or a mixed variable formed from these two variables, for example the corona power. The signal of the electrode arrangement 36 is processed in the control device 16 according to the invention, that is to say with the method according to the invention or one of its configurations, by an evaluation circuit which, for example, has a microprocessor and a memory in which instructions for carrying out a method according to the invention are stored.
Ergebnisse der Verarbeitung werden als Ausgangssignal an einem Ausgang 38 des Steuergeräts 16 bereitgestellt. Die Erzeugung des Ausgangssignals erfolgt zum Beispiel nach dem Prinzip, das in der eingangs genannten EP 2 824 453 A1 beschrieben ist. Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines keramischen Trägerelements 34 eines Partikelsensors, das verschiedene Elektroden trägt, und dient zur Results of the processing are provided as an output signal at an output 38 of the control device 16. The output signal is generated, for example, according to the principle described in the aforementioned EP 2 824 453 A1. FIG. 2 shows a cross section of a ceramic carrier element 34 of a particle sensor, which carries various electrodes, and is used for
Veranschaulichung des Arbeitsprinzips eines planaren, mit einer Korona- Entladung arbeitenden Partikelsensors. Illustration of the working principle of a planar particle sensor working with a corona discharge.
Auf dem elektrisch isolierenden keramischen Trägerelement 34 ist eine Korona- Entladungs-Elektrode 40, eine Masse-Elektrode 42 und eine lonenfänger- Elektrode 44 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel trägt das keramische Trägerelement 34 zusätzlich noch eine als Partikel-Ladungs- Detektions-Elektrode dienende Mess-Elektrode 46, die aber nicht zwingend erforderlich ist. Auf einer Rückseite 48 des keramischen Trägerelements 34 ist bei einer Ausgestaltung ein Heizelement 50 in Form einer dort anhaftend anliegenden Heiz-Elektrode angeordnet. A corona discharge electrode 40, a ground electrode 42 and an ion capture electrode 44 are arranged on the electrically insulating ceramic carrier element 34. In the exemplary embodiment shown, the ceramic carrier element 34 additionally carries a measuring electrode 46, which serves as a particle charge detection electrode, but which is not absolutely necessary. In one embodiment, a heating element 50 in the form of a heating electrode adhering there is arranged on a rear side 48 of the ceramic carrier element 34.
Das keramische Trägerelement 34 ist mit seiner Längsrichtung parallel zur Richtung des dort strömenden Messgases 20 im inneren metallischen Rohr 22 der Figur 1 angeordnet. Über diese Anordnung von Korona-Entladungs-Elektrode 40, Masse-Elektrode 42, lonenfänger-Elektrode 44 und ggf. noch Mess-Elektrode 46 strömt Messgas 20 mit der durch die Pfeilrichtung angegebenen The ceramic carrier element 34 is arranged with its longitudinal direction parallel to the direction of the measuring gas 20 flowing there in the inner metallic tube 22 of FIG. 1. Measuring gas 20 flows over this arrangement of corona discharge electrode 40, ground electrode 42, ion trapping electrode 44 and possibly also measuring electrode 46 with the one indicated by the direction of the arrow
Strömungsrichtung. Die Korona-Entladung findet zwischen der Korona- Entladungs-Elektrode 40 und der Masse-Elektrode 42 in einer Korona- Entladungszone 52 statt. Die Korona-Entladungszone 52 wird von mit Partikeln beladenem Messgas 20 durchströmt. In der Korona-Entladungszone 52 wird dort vorhandenes Messgas 20 zum Teil ionisiert. Die Partikel nehmen anschließend Ionen und damit eine elektrische Ladung auf. Flow direction. The corona discharge takes place between the corona discharge electrode 40 and the ground electrode 42 in a corona discharge zone 52. The corona discharge zone 52 is traversed by measuring gas 20 loaded with particles. The measuring gas 20 present there is partially ionized in the corona discharge zone 52. The particles then take up ions and thus an electrical charge.
Die zur Erzeugung der Korona-Entladung erforderliche Spannung zwischen der Korona-Entladungs-Elektrode 40 und der Masse-Elektrode 42 wird durch eine in das Steuergerät 16 integrierte Hochspannungsquelle erzeugt. The voltage required to generate the corona discharge between the corona discharge electrode 40 and the ground electrode 42 is generated by a high-voltage source integrated in the control device 16.
Die lonenfänger-Elektrode 44 fängt Ionen ab, die nicht an den schwereren und damit trägeren mit dem Messgas 20 transportierten Partikeln haften. Das in der Figur 2 nicht dargestellte innere metallische Rohr 22 kann als Gegen-Elektrode für die lonenfänger-Elektrode 44 dienen. Die Messung der mit den Rußpartikeln transportierten elektrischen Ladung findet entweder mittels Ladungsinfluenz an der als Partikel-Ladungs-Detektions-Elektrode dienenden Mess-Elektrode 46 statt, oder sie erfolgt mit dem "escaping current"-Prinzip, dessen Prinzip in der EP 2 824 453 A1 erläutert ist. The ion trap electrode 44 traps ions which do not adhere to the heavier and therefore more inert particles transported with the measurement gas 20. The inner metallic tube 22, not shown in FIG. 2, can serve as a counter-electrode for the ion-trapping electrode 44. The measurement of the electrical charge transported with the soot particles takes place either by means of charge influence on the measuring electrode 46 serving as the particle charge detection electrode instead, or it takes place using the "escaping current" principle, the principle of which is explained in EP 2 824 453 A1.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Elektroden tragendes keramisches FIG. 3 shows a plan view of a ceramic carrying electrodes
Trägerelement 34 eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Partikelsensors. Auf dem keramischen Trägerelement 34 liegen eine Korona- Entladungs-Elektrode 40, die eine Spitze 54 aufweist, eine Masse-Elektrode 42 und eine lonenfänger-Elektrode 44 sowie ggf. noch eine Mess-Elektrode 46 jeweils planar und anhaftend auf und bilden planare Elektroden. Carrier element 34 of an embodiment of a particle sensor according to the invention. A corona discharge electrode 40, which has a tip 54, a ground electrode 42 and an ion-trapping electrode 44, and possibly also a measuring electrode 46, are each planar and adherent on the ceramic carrier element 34 and form planar electrodes.
Ein von Grenzflächen des keramischen Trägerelements begrenzter Teilbereich des keramischen Trägerelements 34, auf dem die Spitze 54 der planaren Korona-Entladungs-Elektrode 40 aufliegt, ragt als Spitze des keramischen Trägerelements 34 aus dem übrigen keramischen Trägerelement heraus. Dieser Teilbereich, der in der Figur 3 durch die Spitze 54 der Korona-Entladungs- Elektrode 40 verdeckt wird, ragt mit der Spitze 54 in eine Ausnehmung 56 des keramischen Trägerelements 34 hinein, die nicht mit dem keramischen Material des keramischen Trägerelements 34 ausgefüllt ist. A portion of the ceramic support element 34, which is delimited by interfaces of the ceramic support element and on which the tip 54 of the planar corona discharge electrode 40 rests, protrudes as the tip of the ceramic support element 34 from the rest of the ceramic support element. This portion, which is covered in FIG. 3 by the tip 54 of the corona discharge electrode 40, projects with the tip 54 into a recess 56 in the ceramic carrier element 34, which is not filled with the ceramic material of the ceramic carrier element 34.
Figur 4 zeigt qualitativ eine Abhängigkeit der typischen elektrischen Ladung q pro Partikel, welche durch die Aufladung der Partikel beim Durchqueren der Korona- Entladung auftritt, als Funktion der Korona-Leistung P. Die Korona-Leistung P ist das Produkt aus dem durch die Ionen der Korona-Entladung getragenen Strom und der zwischen der Korona-Entladungs-Elektrode und ihrer Gegenelektrode herrschenden elektrischen Spannung. Typischerweise erwartet man eine monoton steigende Funktion, die nicht-linear sein muss. Üblicherweise sind die beiden Größen Korona-Strom und Korona-Spannung nicht voneinander unabhängig, sondern sie sind über die nichtlineare Impedanz der Korona- Entladung miteinander verknüpft. Figure 4 shows qualitatively a dependency of the typical electrical charge q per particle, which occurs due to the charging of the particles when crossing the corona discharge, as a function of the corona power P. The corona power P is the product of that by the ions of Corona discharge current and the electrical voltage between the corona discharge electrode and its counter electrode. Typically, one expects a monotonically increasing function, which must be non-linear. Usually, the two variables corona current and corona voltage are not independent of one another, but are linked to one another via the nonlinear impedance of the corona discharge.
In einer Ausgestaltung wird wenigstens eine dieser beiden elektrischen Größen oder auch eine daraus gebildete Mischgröße (z.B. die Leistung) geregelt. In jedem Fall lässt sich über eine beliebige Verknüpfung aus Korona-Strom und Korona-Spannung als Regelgröße die in der Korona-Entladung erfolgende Aufladung pro Partikel beeinflussen und damit einstellen. In einer Ausgestaltung erfolgt dies in Abhängigkeit von wenigstens einem Messgas-Parameter (z.B. Geschwindigkeit, Partikelkonzentration und -große) im Partikelsensor. Figur 5 zeigt ein Beispiel für eine Regelung des Sensorsignals S mittels einer Stellgröße auf einen konstanten Wert. Die Stellgröße ist hier die Korona-Leistung P. In diesem Beispiel erfolgt die Regelung kontinuierlich, so dass ständig auf den Zielwert geregelt wird. In one configuration, at least one of these two electrical variables or also a mixed variable (for example the power) formed therefrom is regulated. In any case, any combination of corona current and corona voltage can be used as a controlled variable to influence and thus adjust the charge per particle that occurs in the corona discharge. In one embodiment, this takes place as a function of at least one sample gas parameter (for example speed, particle concentration and particle size) in the particle sensor. FIG. 5 shows an example of a control of the sensor signal S by means of a manipulated variable to a constant value. The manipulated variable here is the corona power P. In this example, the regulation takes place continuously, so that the target value is constantly regulated.
Eine solche Regelung kann weiterhin mit verschiedenen Verstärkungsfaktoren im analogen Frontend des Sensors kombiniert werden. Analog-Frontends (AFE) sind analog arbeitende Vorschalteinheiten, die hochempfindliche Analogsignale verstärken und damit als Vorverstärker dienen. Dadurch, dass sie die Such a control can also be combined with various amplification factors in the analog front end of the sensor. Analog front ends (AFE) are analogue ballasts that amplify highly sensitive analog signals and thus serve as a preamplifier. By having the
Sensorsignale direkt verstärken, reduzieren sie das Signal-Rausch-Verhältnis und tragen somit zur Verbesserung der Signalqualität bei. Amplify sensor signals directly, reduce the signal-to-noise ratio and thus contribute to improving the signal quality.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verstärkungsfaktor des analogen Frontend ausgewählt, bzw. eingeschaltet und in Abhängigkeit von der aktuell gemessenen Partikelkonzentration wird das Sensorsignal z.B. mittels der Korona-Leistung auf einen festen Wert geregelt. In one embodiment of the invention, an amplification factor of the analog front end is selected or switched on and depending on the currently measured particle concentration, the sensor signal is e.g. regulated to a fixed value by means of the corona power.
Weiterhin ist es auch möglich, eine geeignete Korona-Leistung P zu wählen, bei der das Sensorsignal in einem bestimmten Bereich liegt, wobei das Sensorsignal S nicht auf einen Sollwert geregelt wird. Stattdessen wird das Sensorsignal S bei dieser Ausgestaltung erfasst und, bevorzugt in Abhängigkeit von der Furthermore, it is also possible to choose a suitable corona power P at which the sensor signal is in a specific range, the sensor signal S not being regulated to a setpoint. Instead, the sensor signal S is detected in this embodiment and, preferably depending on the
eingestellten Korona-Leistung P, ausgewertet. set corona power P, evaluated.
Bei dem in der Figur 5 dargestellten Beispiel erfolgt eine Regelung des In the example shown in FIG. 5, the
Sensorsignals S auf einen konstanten Wert. Während der über eine Zeit t erfolgenden Messung ändert sich die Partikelkonzentration C im Messgas mehrfach. Dies wird von der Partikelsensoreinheit 10 erkannt. Die Sensor signal S to a constant value. During the measurement taking place over a time t, the particle concentration C in the sample gas changes several times. This is recognized by the particle sensor unit 10. The
Partikelsensoreinheit 10 reagiert darauf, indem sie zum Beispiel die Korona- Leistung P (hier stellvertretend für die allg. Mischgröße aus Korona-Strom und Korona-Spannung) so vorgibt, dass das Sensorsignal S konstant bleibt. Die Regelung kann dabei z.B. kontinuierlich erfolgen, so dass ständig auf einen Sollwert geregelt wird. Dabei kann es sein, dass die Regelung bei starken und/oder schnellen Konzentrationsänderungen einschwingen muss und der Istwert sich daher erst mit Verzögerung wieder auf den Sollwert einstellt. Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein sich zyklisch wiederholendes Betriebsverfahren, das ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens bildet. Die einzelnen Blöcke repräsentieren dabei Verfahrensschritte oder Verfahrensteile, die an verschiedenen Stellen der Partikelsensoreinheit 10 ablaufen und die im Folgenden erläutert werden. Eine solche zyklische Particle sensor unit 10 reacts to this by, for example, specifying the corona power P (here representative of the general mixed quantity of corona current and corona voltage) in such a way that the sensor signal S remains constant. The control can take place continuously, for example, so that control is always carried out to a setpoint. It may be the case that the control must settle in the event of strong and / or rapid changes in concentration, and the actual value therefore only returns to the setpoint with a delay. FIG. 6 shows an exemplary embodiment for a cyclically repeating operating method, which forms an exemplary embodiment of a method according to the invention. The individual blocks represent process steps or process parts which run at different points in the particle sensor unit 10 and which are explained below. Such a cyclical
Betriebsweise ist besonders gut für einen Influenz-Erscheinungen auswertenden Partikelsensor 12 geeignet, der mit einer gepulsten Korona-Entladung betrieben wird. Dabei können ein Korona-Entladungs-Puls und die anschließende Pause bis zum nächsten Puls einen Messzyklus darstellen. Die Pause zwischen zwei Pulsen sollte so lang sein, dass aufeinander folgende Messungen sich nicht durch Überlappungen gegenseitig beeinflussen. Für jeden Zyklus wird ein Korona-Entladungs-Puls gezündet. Nach einer vorbestimmten Zeit, die seit dem Zünden des Korona-Entladungs-Pulses verstrichen ist und die einer Zeit entspricht, die im Korona-Entladungs-Puls aufgeladene Partikel benötigen, um zur Mess-Elektrode zu gelangen, wird ein Signal an der Mess-Elektrode detektiert. Dieses Signal wird ausgewertet. Dabei wird zum Beispiel geprüft, ob das Signal in einem vorbestimmten bestimmten Bereich liegt. In Abhängigkeit vom Ergebnis der Prüfung wird entweder eine Partikelkonzentration aus dem Signal bestimmt, oder es werden die Parameter für den nächsten Korona- Entladungs-Puls geändert, und die Messung wird wiederholt. Hier ist auch eine Mittelung der Messung über der Zeit für ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis möglich. The mode of operation is particularly well suited for a particle sensor 12 evaluating the effects of influenza, which is operated with a pulsed corona discharge. A corona discharge pulse and the subsequent pause until the next pulse can represent a measurement cycle. The pause between two pulses should be so long that successive measurements do not influence each other by overlapping. A corona discharge pulse is fired for each cycle. After a predetermined time which has elapsed since the corona discharge pulse was ignited and which corresponds to a time which it takes for particles charged in the corona discharge pulse to reach the measuring electrode, a signal is sent to the measuring electrode detected. This signal is evaluated. It is checked, for example, whether the signal is in a predetermined specific range. Depending on the result of the test, either a particle concentration is determined from the signal, or the parameters for the next corona discharge pulse are changed and the measurement is repeated. It is also possible to average the measurement over time for a better signal-to-noise ratio.
Der Block 60 repräsentiert die Auslösung eines Korona-Entladungs-Pulses. Block 62 repräsentiert die Erfassung des aus dem Korona-Entladungs-Puls Block 60 represents the triggering of a corona discharge pulse. Block 62 represents the acquisition of the corona discharge pulse
resultierenden Signals der Mess-Elektrode. Im Block 64 wird überprüft, ob das erfasste Signal in einem vorbestimmten Signalbereich liegt. Wenn das nicht der Fall ist, verzweigt das Verfahren in einen Block 66, in dem Parameter für eine Änderung der Korona-Entladung in Abhängigkeit von dem erfassten Signal bestimmt werden. Liegt das erfasste Signal zum Beispiel unterhalb einer unteren Grenze des vorbestimmten Signalbereichs, kann zum Beispiel die Korona- Leistung als Parameter vergrößert werden, um eine stärkere Aufladung der Partikel und damit ein größeres Messsignal zu erzielen. Anschließend werden im Block 68 die Parameter der Korona-Entladung entsprechend der Vorgabe des Blocks 66 geändert, und im Block 60 wird erneut ein Korona-Entladungs-Puls, diesmal mit vergrößerter Korona-Leistung, ausgelöst. Wird im Block 64 dagegen festgestellt, dass das an der Mess-Elektrode erfasste Messsignal in dem vorbestimmten Bereich liegt, dann verzweigt das Verfahren in den Block 70, in dem das Messsignal zu einer Angabe der Partikelkonzentration verarbeitet wird. Diese Verarbeitung und auch die Grenzen des vorbestimmten Bereichs im Block 64 sind in einer Ausgestaltung von der Strömungsgeschwindigkeit des resulting signal of the measuring electrode. In block 64 it is checked whether the detected signal is in a predetermined signal range. If this is not the case, the method branches to a block 66 in which parameters for a change in the corona discharge depending on the detected signal are determined. For example, if the detected signal is below a lower limit of the predetermined signal range, the corona power can be increased as a parameter in order to achieve a stronger charge of the particles and thus a larger measurement signal. The parameters of the corona discharge are then changed in block 68 in accordance with the specification of block 66, and in block 60 a corona discharge pulse is triggered again, this time with increased corona power. On the other hand, it is determined in block 64 that the measurement signal detected at the measurement electrode in the predetermined range, then the method branches to block 70, in which the measurement signal is processed to give an indication of the particle concentration. This processing and also the limits of the predetermined range in block 64 are in one embodiment of the flow velocity of the
Messgases abhängig, die der Partikelsensoreinheit zum Beispiel durch ein weiteres Steuergerät 160 mitgeteilt wird. Das weitere Steuergerät 160 ist zum Beispiel das Motorsteuergerät eines Abgas als Messgas erzeugenden Measurement gas dependent, which is communicated to the particle sensor unit, for example, by another control device 160. The further control device 160 is, for example, the engine control device of an exhaust gas that generates measurement gas
Verbrennungsmotors. Die im Block 70 erzeugte Angabe einer Internal combustion engine. The indication of a generated in block 70
Partikelkonzentration wird im Block 72 am Ausgang 38 der Partikelsensoreinheit 10 zum Auslesen bereitgestellt. Particle concentration is provided for reading in block 72 at output 38 of the particle sensor unit 10.
Figur 7 zeigt ein zu dem Blockdiagramm der Figur 6 korrespondierendes Flussdiagramm als weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses Verfahren kann auch bei kontinuierlich erfolgender Korona- Entladung ablaufen. FIG. 7 shows a flowchart corresponding to the block diagram of FIG. 6 as a further exemplary embodiment of a method according to the invention. This process can also take place with continuous corona discharge.
Der Schritt 100 repräsentiert einen Start einer Korona-Entladung. Im sich anschließenden Schritt 102 wird ein aus der Korona-Entladung resultierendes Signal der Mess-Elektrode erfasst. Im sich daran anschließenden Schritt 104 wird überprüft, ob das erfasste Signal in einem vorbestimmten Signalbereich liegt. Wenn das nicht der Fall ist, verzweigt das Verfahren in eine Korona- Regelschleife, die mit dem Schritt 106 beginnt. Im Schritt 106 wird überprüft, ob das im Schritt 102 erfasste Messsignal kleiner als die untere Grenze des vorbestimmten Bereichs aus Schritt 102 ist. Ist dies der Fall, verzweigt das Verfahren in den Schritt 108, in dem zum Beispiel die Korona-Leistung vergrößert wird. Ist das im Schritt 102 erfasste Messsignal dagegen größer als die obere Grenze des vorbestimmten Bereichs aus Schritt 102, verzweigt das Verfahren aus dem Schritt 106 heraus in den Schritt 110, in dem zum Beispiel die Korona-Leistung verringert wird. In beiden Fällen wird optional ein Schritt 112 durchlaufen, in dem ein als Folge der Änderung der Korona-Parameter erfolgendes Einstellen eines neuen Messsignals abgewartet wird. Anschließend verzweigt das Verfahren zurück in den Schritt 102, in dem ein neues Messsignal erfasst wird. Step 100 represents a start of a corona discharge. In the subsequent step 102, a signal of the measuring electrode resulting from the corona discharge is recorded. In the subsequent step 104, it is checked whether the detected signal is in a predetermined signal range. If this is not the case, the method branches into a corona control loop which begins with step 106. In step 106 it is checked whether the measurement signal acquired in step 102 is smaller than the lower limit of the predetermined range from step 102. If this is the case, the method branches to step 108, in which, for example, the corona power is increased. If, on the other hand, the measurement signal recorded in step 102 is greater than the upper limit of the predetermined range from step 102, the method branches out from step 106 to step 110, in which, for example, the corona power is reduced. In both cases, step 112 is optionally carried out, in which a setting of a new measurement signal as a result of the change in the corona parameters is awaited. The method then branches back to step 102, in which a new measurement signal is detected.
Wird im Schritt 104 dagegen festgestellt, dass das an der Mess-Elektrode erfasste Messsignal in dem vorbestimmten Bereich liegt, dann verzweigt das Verfahren in den Schritt 114, in dem das Messsignal zu einer Angabe der Partikelkonzentration verarbeitet wird. Diese Verarbeitung und auch die Grenzen des vorbestimmten Bereichs im Block 104 können auch hier von der If, on the other hand, it is determined in step 104 that the measurement signal detected at the measurement electrode lies in the predetermined range, then the method branches to step 114, in which the measurement signal gives an indication of the Particle concentration is processed. This processing and also the limits of the predetermined range in block 104 can also be changed here
Strömungsgeschwindigkeit des Messgases abhängig sein, die der Flow rate of the sample gas may be dependent on the
Partikelsensoreinheit 10 zum Beispiel durch ein weiteres Steuergerät mitgeteilt wird. Das weitere Steuergerät ist zum Beispiel das Motorsteuergerät eines Abgas als Messgas erzeugenden Verbrennungsmotors. Die im Schritt 114 erzeugte Angabe einer Partikelkonzentration wird im Schritt 1 16 am Ausgang der Particle sensor unit 10 is communicated, for example, by a further control device. The further control device is, for example, the engine control device of an exhaust gas as an internal combustion engine producing measurement gas. The specification of a particle concentration generated in step 114 becomes in step 1 16 at the exit of the
Partikelsensoreinheit 10 zum Auslesen bereitgestellt. Anschließend verzweigt das Verfahren zurück in den Schritt 102, in dem ein neues Messsignal erfasst wird. Particle sensor unit 10 provided for reading out. The method then branches back to step 102, in which a new measurement signal is detected.
In einer weiteren Ausgestaltung kann überprüft werden, ob das Messsignal in Bezug auf den bestimmten Bereich trotz bereits minimaler Korona-Leistung noch zu groß ist oder trotz bereits maximaler Korona-Leistung noch zu klein ist. Diese Werte werden zu Partikelkonzentrationen verarbeitet und anschließend mit verringerter Genauigkeit ausgegeben. In a further embodiment, it can be checked whether the measurement signal is still too large in relation to the specific area despite the already minimal corona power or is still too small despite the already maximum corona power. These values are processed into particle concentrations and then output with reduced accuracy.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum Betreiben einer mit einer Korona-Entladung arbeitenden Partikelsensoreinheit (10), die dazu eingerichtet ist, einen Strom von Partikeln in einem mit Partikeln beladenen Fluid mit Hilfe einer steuerbaren Korona-Entladung, deren Korona-Strom und/oder Korona-Spannung durch die Partikelsensoreinheit (10) steuerbar ist, elektrisch aufzuladen und ein von der elektrischen Aufladung und der Konzentration der Partikel abhängiges Partikelsensorsignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelsensoreinheit (10) so betrieben wird, dass das 1. A method for operating a particle sensor unit (10) working with a corona discharge, which is set up to detect a flow of particles in a particle-laden fluid with the aid of a controllable corona discharge, its corona current and / or corona voltage is controllable by the particle sensor unit (10) to charge electrically and to generate a particle sensor signal dependent on the electrical charge and the concentration of the particles, characterized in that the particle sensor unit (10) is operated in such a way that the
Partikelsensorsignal in einem vorgebbaren Bereich liegt. Particle sensor signal lies in a predeterminable range.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das 2. The method according to claim 1, characterized in that the
Partikelsensorsignal aus einem Messsignal eines Partikelsensors (12) der Partikelsensoreinheit (10) erzeugt wird, wobei das Messsignal eine elektrische Ladung abbildet, die vom Partikelsensor (12) mit den elektrisch aufgeladenen Partikeln an das Fluid abgegeben wird. Particle sensor signal is generated from a measurement signal of a particle sensor (12) of the particle sensor unit (10), the measurement signal depicting an electrical charge which is released from the particle sensor (12) with the electrically charged particles to the fluid.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das 3. The method according to claim 1, characterized in that the
Partikelsensorsignal aus einem Messsignal eines Partikelsensors (12) der Partikelsensoreinheit (10) erzeugt wird, wobei das Messsignal eine elektrische Ladung abbildet, die vom Partikelsensor (12) mit den elektrisch aufgeladenen Partikeln an das Fluid abgegeben wird, wobei das Messsignal der Ladung der Partikel im Fluid entspricht, welche durch den Partikelsensor (12) geladen wurden. Particle sensor signal is generated from a measurement signal of a particle sensor (12) of the particle sensor unit (10), the measurement signal depicting an electrical charge which is emitted from the particle sensor (12) with the electrically charged particles to the fluid, the measurement signal of the charge of the particles in the Fluid corresponds to which were charged by the particle sensor (12).
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das 4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the
Messsignal mit einem vorgebbaren Faktor verstärkt wird, der so groß ist, dass das verstärkte Messsignal in dem vorgebbaren Bereich liegt und dass das Messsignal als das Partikelsensorsignal behandelt wird. Measurement signal is amplified with a predeterminable factor that is so large that the amplified measurement signal lies in the predefinable range and that the measurement signal is treated as the particle sensor signal.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikelsensorsignal als zu regelnde Größe behandelt wird und dass eine die Korona-Entladung beeinflussende elektrische Größe als Stellgröße in einem geschlossenen Regelkreis dient, mit dem das Partikelsensorsignal auf einen Sollwert geregelt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the particle sensor signal is treated as a variable to be controlled and that an electrical variable influencing the corona discharge serves as a manipulated variable in a closed control loop with which the particle sensor signal is regulated to a desired value .
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße eine Korona-Spannung ist. 6. The method according to claim 5, characterized in that the manipulated variable is a corona voltage.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße ein Korona-Strom ist. 7. The method according to claim 5, characterized in that the manipulated variable is a corona current.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße eine elektrische Leistung der Korona-Entladung oder eine andere aus Korona-Strom und Korona-Spannung gebildete elektrische Mischgröße ist. 8. The method according to claim 5, characterized in that the manipulated variable is an electrical power of the corona discharge or another electrical mixed variable formed from corona current and corona voltage.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass das Partikelsensorsignal an einem Ausgang (38) der Partikelsensoreinheit (10) bereitgestellt wird. characterized in that the particle sensor signal is provided at an output (38) of the particle sensor unit (10).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messsignalbereich vorgegeben wird, ein Messsignal des Partikelsensors (12) erfasst wird, und dann, wenn das erfasste Messsignal in dem vorgebbaren Messsignalbereich liegt, das Messsignal in Abhängigkeit von einer Fluidgeschwindigkeit und der Korona-Spannung und dem Korona- Strom ausgewertet und an einem Ausgang (38) bereitgestellt wird. 10. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a measurement signal range is predetermined, a measurement signal of the particle sensor (12) is detected, and then, when the detected measurement signal is in the predetermined measurement signal range, the measurement signal as a function of a fluid velocity and the corona voltage and the corona current are evaluated and provided at an output (38).
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 1 1. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass ein Messsignalbereich vorgegeben wird, ein characterized that a measurement signal range is specified
Messsignal des Partikelsensors (12) erfasst wird, und dann, wenn das erfasste Messsignal unterhalb von dem vorgebbaren Messsignalbereich liegt, eine Leistung der Korona-Entladung vergrößert wird. Measurement signal of the particle sensor (12) is detected, and when the detected measurement signal is below the predeterminable measurement signal range, an output of the corona discharge is increased.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein 12. The method according to claim 1 to 10, characterized in that a
Messsignalbereich vorgegeben wird, ein Messsignal des Partikelsensors (12) erfasst wird, und dann, wenn das erfasste Messsignal oberhalb von dem vorgebbaren Messsignalbereich liegt, eine Leistung der Korona- Entladung verringert wird. Measurement signal range is specified, a measurement signal of the particle sensor (12) is detected, and when the detected measurement signal is above the predeterminable measurement signal range, a corona discharge power is reduced.
13. Partikelsensoreinheit (10), die dazu eingerichtet ist, einen Strom von 13. Particle sensor unit (10), which is set up to a current of
Partikeln in einem mit Partikeln beladenen Fluid mit Hilfe einer steuerbaren Korona-Entladung, deren Korona-Strom und/oder Korona-Spannung durch die Partikelsensoreinheit (10) steuerbar ist, elektrisch aufzuladen und ein von der elektrischen Aufladung und Konzentration der Partikel abhängiges Partikelsensorsignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelsensoreinheit (10) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach Anspruch 1 auszuführen. Electrically charge particles in a fluid loaded with particles with the aid of a controllable corona discharge, the corona current and / or corona voltage of which can be controlled by the particle sensor unit (10) and to generate a particle sensor signal which is dependent on the electrical charge and concentration of the particles , characterized in that the Particle sensor unit (10) is set up to carry out a method according to claim 1.
14. Partikelsensoreinheit (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelsensoreinheit (10) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 1 1 auszuführen. 14. Particle sensor unit (10) according to claim 13, characterized in that the particle sensor unit (10) is set up to carry out a method according to one of claims 2 to 1 1.
EP19787235.1A 2018-11-26 2019-10-14 Method for operating a corona discharge particle sensor unit Withdrawn EP3887763A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018220299.0A DE102018220299A1 (en) 2018-11-26 2018-11-26 Method for operating a corona discharge particle sensor unit
PCT/EP2019/077709 WO2020108836A1 (en) 2018-11-26 2019-10-14 Method for operating a corona discharge particle sensor unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3887763A1 true EP3887763A1 (en) 2021-10-06

Family

ID=68242690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19787235.1A Withdrawn EP3887763A1 (en) 2018-11-26 2019-10-14 Method for operating a corona discharge particle sensor unit

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3887763A1 (en)
DE (1) DE102018220299A1 (en)
WO (1) WO2020108836A1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI20080182A0 (en) * 2008-03-04 2008-03-04 Navaro 245 Oy Measurement method and apparatus
JP5537487B2 (en) 2011-04-12 2014-07-02 日本特殊陶業株式会社 Particle detection system
JP5774516B2 (en) 2012-02-21 2015-09-09 日本特殊陶業株式会社 Particle sensor
JP6335861B2 (en) * 2015-10-27 2018-05-30 日本特殊陶業株式会社 Fine particle measurement system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020108836A1 (en) 2020-06-04
DE102018220299A1 (en) 2020-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1681550A1 (en) Method and apparatus for measuring number concentration and average diameter of aerosol particles
DE102014015634A1 (en) Particle Measurement System
DE2458719A1 (en) IONIZATION FLOW METER
DE112005000255T5 (en) Amplifier circuit of an integrating electrometer
DE102014015633A1 (en) Particle Measurement System
EP1655595A1 (en) Method and device for measuring number concentration and mean diameter of particles suspended in a carrier gas
EP3887763A1 (en) Method for operating a corona discharge particle sensor unit
EP3685924B1 (en) Powder feeding device for coating powder and powder coating installation with a powder feeding device
DE102004050956A1 (en) emission Control system
AT523591B1 (en) Device and method for measuring properties of a fluid
DE10241545A1 (en) Device for converting a continuous flow of liquid into a flow of liquid droplets
DE102011110057A1 (en) A method of controlling an ionization device of an exhaust aftertreatment device
EP3682224B1 (en) Particle sensor having a planar, exposed corona discharge electrode
EP3396352B1 (en) Method and device for the extractive determination of the concentration of one or more substances
WO2021191104A1 (en) Method and aerosol measuring device for determining the particle speed of an aerosol
DE2445004A1 (en) Measurement of dust content in moving gases - involves monitoring current discharge through corona discharge electrodes
DE102018218918A1 (en) Particle sensor and operating method therefor
DE102006032906B4 (en) Apparatus and method for detecting and evaluating particles in a gas stream
EP3903088A1 (en) Particle sensor and method for operating same
DE102015214398A1 (en) Method for operating a sensor for detecting particles in an exhaust line of an internal combustion engine
EP1681551A1 (en) Method and device for measuring the number concentration and average diameter of aerosol particles
EP3874280A1 (en) Method and apparatus for determining a velocity of a fluid stream in the region of a particle sensor
DE102019112354A1 (en) Method and device for the continuous measurement of at least one parameter of substances
WO2020099045A1 (en) Particulate sensor with a test-gas flow propelled by ions
DE102019112355A1 (en) Method and device for the continuous measurement of at least one parameter of substances

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210628

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20220118