WO2011104039A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der qualität der messergebnisse eines streulichtmessgerätes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der qualität der messergebnisse eines streulichtmessgerätes Download PDF

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scattered light
measuring
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Karl Stengel
Gerhard Haaga
Michael Neuendorf
Raymond Sieg
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to methods for determining the quality of the measurement results of a scattered light measuring device, as used for measuring particle concentrations in motor vehicle exhaust gases, and to a scattered light measuring device designed to carry out a method according to the invention.
  • a measuring chamber usually arranged in a measuring chamber, bright light source such.
  • a laser used and the measured colloid is passed through the measuring chamber.
  • At least one light sensor is present in the measuring chamber, which detects scattered light that has been scattered by particles present in the colloid.
  • scavenging air curtains are used to keep the light output surfaces of the light source and the light input surfaces of the light sensors that come into contact with the exhaust gases clean of deposits, the light input and output surfaces are contaminated over time by particle deposits, the intensity of the signals emitted by the light sensors decreases and the measurement results are falsified.
  • a falsification of the measurement results can also be caused by an aging of components of the light source, the light sensors and / or the amplifier and evaluation electronics.
  • Flue gas meters that are used for official measurements are subject to mandatory calibration, which further increases the need to ensure a sufficient accuracy of the measurement results. Disclosure of the invention
  • a method according to the invention for determining the quality of the measurement results of a scattered light measuring device which is provided for measuring a particle concentration in motor vehicle exhaust gases and at least one scattered light measuring chamber, at least one light source and at least one light sensor, includes the step, the scattered light meter initially in a defined reference state , in which ideally no deposits in the scattered light measuring chamber are present and the components are in a mint condition, to operate (initialization). This condition is given, for example, immediately after the production of the scattered light measuring instrument or after the replacement or the thorough cleaning of the relevant components, such as, for example, the scattered light measuring chamber.
  • the scattered light measuring device which is in a described reference state, is operated in a first defined operating state.
  • the light source is switched off in the first operating state.
  • the light source is switched on in the first operating state, and a first reference gas flow having a first defined particle concentration or a first measuring body having defined scattering properties is introduced into the scattered light measuring chamber in order to generate defined scattered light.
  • the signal of one or more scattered light sensors is measured and stored as the first scattered light sensor signal S1.
  • the scattered light meter is brought into a second defined operating state in which the light source is turned on and a second reference gas stream having a second defined particle concentration or a second measuring body with defined scattering properties, which differ from the scattering properties of the first measuring body is in the scattered light measuring chamber introduced to generate defined stray light, which differs from the scattered light in the first operating state.
  • the signal of the scattered light sensor or the scattered light sensors is measured and stored as a second scattered light sensor signal S2.
  • the difference D M2-M1 between the scattered light sensor signals measured in the two defined operating states M2 and M1 are calculated and compared with the reference signal difference R determined in the initialization.
  • the deviation of the signal difference D from the reference signal difference R determined in the used or aged state of the scattered light measuring device is a reliable measure of the quality of the measurement results of the scattered light measuring device.
  • a threshold value can be defined above which the user is warned and / or further operation of the scattered light measuring device is prevented the accuracy of the results no longer meets the (legal) requirements.
  • Two threshold values can also be defined in such a way that if a first, lower threshold value is exceeded, a warning is output and if a second, higher threshold value is exceeded, the further operation of the scattered light measuring device is prevented.
  • the light source in the first defined operating state is switched off and the dark value of the scattered light measuring chamber, i. H. the output signal of the scattered light sensor, which is output when the light source and the dark measuring chamber are turned off, is used as the scattered light sensor signal S1.
  • the dark value of the scattered light measuring chamber i. H. the output signal of the scattered light sensor, which is output when the light source and the dark measuring chamber are turned off.
  • the light source is switched on in both defined operating states and in each case
  • a reference gas stream with a defined particle concentration is passed through the scattered-light measuring chamber, whereby the particle concentration ration in the second operating state differs from the particle concentration in the first operating state.
  • one of the reference gases is a so-called zero gas, that is, a gas having a particularly low particle concentration.
  • a zero gas is often available as a purge gas and / or as a gas for zeroing the meter. The method can therefore be carried out inexpensively using the existing zero gas without additional effort for the provision of a reference gas.
  • a measuring body which diffuses incident light in a defined manner is introduced into the measuring chamber.
  • the measuring body is designed so that it simulates the scattering behavior of a reference gas flow with a predetermined particle concentration. Since such a measuring body is not subject to a noticeable aging process and therefore has a constant scattering behavior over a long time, the use of such a measuring body makes it possible to repeat and permanently set a defined operating state particularly effectively and simply with high accuracy and reproducibility.
  • the steps for determining the quality of the measurement results are carried out regularly at predetermined time intervals. This ensures that the quality of the measurement results of the scattered light measuring device is regularly monitored and contamination and / or aging of the components, which could adversely affect the measurement results, reliably and timely detected.
  • the steps for determining the quality of the measurement results are performed regularly after a predetermined number of measurement operations.
  • the quality of the measurement results even with a heavy use of the meter, in which a check at predetermined intervals is not sufficient, reliably monitored. If the meter is rarely used, such a procedure will result in unnecessary checks. saving time in which the device is not available for measurements.
  • the two methods can also be combined in such a way that a check of the quality of the measurement results always takes place when a predetermined number of measuring operations have been carried out or when a predetermined time has passed since the last inspection, whichever criterion is reached earlier , Such a combination allows the measuring accuracy of the measuring device to be permanently ensured with the least possible effort under the most varied operating conditions of the measuring device.
  • the results of all checks are stored permanently.
  • the contamination and aging of the measuring device are logged over the entire service life and can be evaluated for calibration, monitoring and / or maintenance purposes.
  • the initialization steps for determining the reference state are carried out immediately after the production of the scattered light measuring device.
  • the measuring chamber is not polluted and the other components are in mint condition, so that the reference state can be determined very accurately.
  • the initialization can be done by the manufacturer without burdening the user with it and it prevents inexperienced users from forgetting initialization or performing it incorrectly.
  • the initialization can be made immediately after the installation of the scattered light meter at the site.
  • the initialization can also be carried out after each cleaning of the scattered light measuring chamber and / or the exchange of components relevant for the measurement accuracy in order to obtain a current reference value in each case.
  • the invention also includes a scattered light measuring device for measuring the particle concentration in motor vehicle exhaust gases with at least one storage device for storing the reference signal difference and a control device which is designed to control the scattered light measuring device so that it carries out a method according to the invention.
  • a scattered light measuring device for measuring the particle concentration in motor vehicle exhaust gases with at least one storage device for storing the reference signal difference and a control device which is designed to control the scattered light measuring device so that it carries out a method according to the invention.
  • the figure shows schematically an embodiment of a scattered light measuring device 3 for carrying out a method according to the invention.
  • the scattered light measuring device 3 shown in FIG. 1 has a measuring chamber 26 with a light source 4, which, for B. is designed as a laser and emits light into the measuring chamber 26 during operation.
  • a light source 4 which, for B. is designed as a laser and emits light into the measuring chamber 26 during operation.
  • two light sensors 6a, 6b are arranged.
  • the light sensors 6a, 6b are outside the scope of FIG. 1
  • Measuring chamber 26 drawn, although in reality they are at least partially disposed within or on the measuring chamber 26.
  • the light sensors 6a, 6b detect light emitted from the light source 4 after being scattered by particles present in the measuring chamber 26.
  • the light source 4 and the light sensors 6a, 6b are arranged so that no light directly from the
  • Light source 4 on or in the light sensors 6a, 6b radiates.
  • the light sensors 6a, 6b are preferably arranged such that light, which is scattered by the particles in different angles, is detected by different light sensors 6a, 6b.
  • the light sensors 6a, 6b are electrically connected to an evaluation unit 8, which evaluates the signals output by the light sensors 6a, 6b and in particular determines the particle concentration of the colloid in the measuring chamber 26 from the signals output by the light sensors 6a, 6b. The results of the evaluation are output via an output device 10.
  • Output device 10 can be a display device (display), a printer and / or a data interface, which is designed to transmit the results to a data processing or data storage device, such as a data processing device. a floppy disk or a USB stick to transfer.
  • a data processing or data storage device such as a data processing device. a floppy disk or a USB stick to transfer.
  • exhaust gases to be measured of a motor vehicle 24 shown schematically are received by an exhaust gas probe 22, which is arranged in or on the exhaust of the motor vehicle 24, and fed through an exhaust hose and a switching element 32 of the measuring chamber 26. (Exhaust flow B).
  • the switching element 32 is operatively connected to a control unit 28 and between an open state in which there is an influx of exhaust gases the motor vehicle 24 is allowed in the measuring chamber 26, and a closed state in which the influx of exhaust gases from the motor vehicle 24 is switched off in the measuring chamber 26, reversible.
  • the control unit 28 is, for example, electrically or hydraulically with the switching element 32, the z. B. is formed as a valve, connected.
  • An inventive scattered light measuring device 3 additionally has a zero gas source 12, the so-called zero gas, d. h., Gas with a particularly low particle concentration, provides.
  • the zero gas source 12 has an air supply 14, which receives air from the environment. If the scattered light measuring device 3 in a particularly polluted and / or dusty
  • the air supply 14 may be formed as a pipe or fireplace, which surrounds the ambient air from a greater distance, for. B. from outside the building. Alternatively, particularly clean air can also be taken from supplied gas cylinders.
  • the air supply 14 supplies the received ambient air to a filter unit 16, which is designed to reduce the particle concentration in the intake air.
  • the filter unit 16 has at least one fine filter 16b (eg a so-called HEPA filter) which is able to filter the supplied air in such a way that the level of the signal strength generated by the light sensors 6a, 6b, which is caused by those particles which are still present in the zero gas even after filtering, to a value which is lower than the value at the particle concentration, as it is present in exhaust gases from vehicles with a well-functioning particulate filter , is determined.
  • a fine filter 16b eg a so-called HEPA filter
  • the fine filter 16b is preceded by a coarse filter 16a, which filters out particularly coarse particles from the supplied air before they enter the fine filter 16b. This prevents rapid fouling and / or clogging of the fine filter 16b by coarse particles and the maintenance intervals for replacing or cleaning the filters 16a, 16b can be extended.
  • the coarse filter 16a and the fine filter 16b can correspond to the respective degree of contamination. be replaced separately or cleaned to reduce maintenance costs.
  • a pump 18 Downstream of the measuring chamber 26, a pump 18 is provided for conveying the zero gas.
  • the pump 18 conveys the zero gas from the zero gas source 12 by sucking the zero gas through the measuring chamber 26.
  • the pump 18 although it is operated during the measurement process, the exhaust gas flow B from the motor vehicle 24 through the measuring chamber 26.
  • the pump 18 upstream of the measuring chamber 26 in the zero gas flow A and / or in the exhaust stream B is arranged.
  • a pressure sensor 20 is provided which controls the pressure of the supplied
  • control unit Measures zero gas and the result to a not shown in the figure 1 control unit continues.
  • the pressure measured by the pressure sensor 20 can be used to control the pump 18 to always ensure a sufficient zero gas flow through the measuring chamber 26.
  • the pump 18 With known performance of the pump 18 can be concluded from the pressure of the zero gas on the contamination of the filter unit 16, since a heavily contaminated filter unit 16, a large pressure drop occurs. If the pressure drop across the filter unit 16 exceeds a predetermined limit value, then a warning signal can be output, which indicates to the user that at least one of the filters 16a, 16b of the filter unit 16 is to be replaced.
  • the pump 18 can be switched off when a second, higher limit value is exceeded, if the contamination of the filter is so strong that a reliable function of the zero gas source 12 is no longer guaranteed or there is a danger that the pump 18 overloaded and / or is damaged.
  • a pressure sensor 20 may be arranged upstream of the filter unit 16 in order to measure the pressure of the zero gas upstream of the filter unit 16.
  • a reference signal difference R is determined in a reference state of the scattered light measuring device 3, eg immediately after its production or delivery.
  • the pump 18 of the zero gas source 12 is turned on, so that filtered by the filter unit 16 filtered zero gas from the zero gas source 12 into the measuring chamber 26.
  • the light source 4 is turned on and the signals outputted from the light sensors 6a, 6b, which are based on scattered light scattered from particles present in the zero gas introduced into the measuring chamber 26, and detected by the light sensors 6a, 6b, become evaluated to define the zero state of the scattered light measuring device 3.
  • control unit 28 controls the switching element 32 so that the supply of exhaust gases from the motor vehicle 24 into the measuring chamber 26 is opened and exhaust gases from the motor vehicle 24 through the measuring chamber 26 to flow (exhaust stream B), so that the particle concentration in the exhaust gases flowing through the measuring chamber can be measured.
  • the zero gas flow A is not switched off during the measurement of the particle concentration in the exhaust gases of the motor vehicle 24. Instead, the zero gas from the zero gas source 12 flows simultaneously through the measuring chamber 26 with the exhaust gases to be measured.
  • the zero gas is conducted, for example, as a purge gas directly in front of the sensors 6a, 6b and / or the light exit opening of the light source 4 in order to foul the sensors 6a , 6b or the light exit opening by the deposition of particles from the exhaust stream B to prevent or at least minimize.
  • the zero gas flow A is turned off during the measurement in order to avoid dilution of the exhaust gas flow B by zero gas.

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Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung der Qualität der Messergebnisse eines Streulichtmessgerätes (3) zur Messung von Partikelkonzentration in Kraftfahrzeugabgasen, das wenigstens eine Streulicht-Messkammer (26), wenigstens eine Lichtquelle (4) und wenigstens einen Lichtsensor (6a, 6b) aufweist, umfasst die Schritte: Bestimmen der Differenz R zwischen zwei Streulichtsensorsignalen (S1, S2), die in einem Referenzzustand des Streulichtmessgerätes aufgenommen worden sind; Bestimmen der Differenz (D) zwischen zwei Streulichtsensorsignalen (M1, M2), die in einem gebrauchten Zustand des Streulichtmessgerätes aufgenommen worden sind; und Vergleichen der Differenz (D) der im gebrauchten Zustand aufgenommenen Signale mit der Referenz-Signaldifferenz (R) der im Referenzzustand aufgenommenen Signale.

Description

Beschreibung
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Qualität der Messerqebnisse eines Streulichtmessgerätes
Stand der Technik Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bestimmung der Qualität der Messergebnisse eines Streulichtmessgerätes, wie es zur Messung von Partikelkonzentrationen in Kraftfahrzeugabgasen verwendet wird, und ein Streulichtmessgerät, das zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Verwendung von Streulichtverfahren zur Messung der Konzentration von
Partikeln in Abgasen und anderen Kolloiden ist im Stand der Technik bekannt.
Dabei wird üblicherweise eine in einer Messkammer angeordnete, lichtstarke Lichtquelle, wie z. B. ein Laser, eingesetzt und das zu messende Kolloid wird durch die Messkammer geleitet. In der Messkammer ist wenigstens ein Lichtsensor vorhanden, der Streulicht, das von im Kolloid vorhandenen Partikeln gestreut worden ist, detektiert. Auch wenn so genannte Spülluftvorhänge eingesetzt werden, um die Lichtausgangsflächen der Lichtquelle und die Lichteingangsflächen der Lichtsensoren, die mit den Abgasen in Berührung kommen, sauber von Ab- lagerungen zu halten, werden die Lichteingangs- und -ausgangsflächen im Laufe der Zeit durch Partikelablagerungen verschmutzt, die Intensität der von den Lichtsensoren ausgegebenen Signale nimmt ab und die Messergebnisse werden verfälscht. Eine Verfälschung der Messergebnisse kann auch durch eine Alterung von Bauelementen der Lichtquelle, der Lichtsensoren und/oder der Verstär- ker- und Auswertelektronik verursacht werden.
Es ist daher wichtig, Verschmutzungen und/oder eine Alterung der kritischen Bauelemente eines solchen Messgerätes zu erkennen, um die Genauigkeit und Validität der mit dem Messgerät gemessenen Daten beurteilen zu können. Abgasmessgeräte, die für amtliche Messungen verwendet werden, fallen unter die Eichpflicht, wodurch sich die Notwendigkeit, eine hinreichende Genauigkeit der Messergebnisse sicherzustellen, noch weiter erhöht. Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Qualität der Messergebnisse eines Streulichtmessgerätes zuverlässig und mit guter Genauigkeit zu bestimmen. Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 und ein erfindungsgemäßes Streulichtmessgerät nach dem Patentanspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung Qualität der Messergebnisse eines Streulichtmessgerätes, das zur Messung einer Partikelkonzentration in Kraftfahrzeugabgasen vorgesehen ist und wenigstens eine Streulicht- Messkammer, wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens einen Lichtsensor aufweist, schließt den Schritt ein, das Streulichtmessgerät zunächst in einem de- finierten Referenzzustand, in dem idealerweise keine Ablagerungen in der Streulicht-Messkammer vorhanden sind und sich die Bauelemente in einem neuwertigen Zustand befinden, zu betreiben (Initialisierung). Dieser Zustand ist beispielsweise unmittelbar nach der Herstellung des Streulichtmessgerätes bzw. nach dem Austausch oder der gründlichen Reinigung der relevanten Bauelemente, wie beispielsweise der Streulicht-Messkammer, gegeben.
Erfindungsgemäß wird das Streulichtmessgerät, das sich in einem beschriebenen Referenzzustand befindet, in einem ersten definierten Betriebszustand betrieben. In einer ersten Variante ist die Lichtquelle im ersten Betriebszustand ausgeschaltet. Alternativ ist die Lichtquelle im ersten Betriebszustand eingeschaltet und ein erster Referenzgasstrom mit einer ersten definierten Partikelkonzentration oder ein erster Messkörper mit definierten Streueigenschaften wird in die Streulicht-Messkammer eingebracht, um definiertes Streulicht zu erzeugen. Das Signal eines oder mehrerer Streulichtsensoren wird gemessen und als ers- tes Streulichtsensorsignal S1 gespeichert. Danach wird das Streulichtmessgerät in einen zweiten definierten Betriebszustand gebracht, in dem die Lichtquelle eingeschaltet ist und ein zweiter Referenzgasstrom mit einer zweiten definierten Partikelkonzentration oder ein zweiter Messkörper mit definierten Streueigenschaften, die sich von den Streueigenschaften des ersten Messkörpers unterscheiden, wird in die Streulicht- Messkammer eingebracht, um definiertes Streulicht zu erzeugen, das sich von dem Streulicht im ersten Betriebszustand unterscheidet.
Auch im zweiten definierten Betriebszustand wird das Signal des Streulichtsensors bzw. der Streulichtsensoren gemessen und als zweites Streulichtsensorsignal S2 gespeichert.
Die Differenz zwischen dem zweiten Streulichtsensorsignal S2 und dem ersten Streulichtsensorsignal S1 ergibt eine Referenz-Signaldifferenz R = S2 - S1 , die in einer geeigneten Speichervorrichtung zur späteren Verwendung gespeichert wird.
Die Initialisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist damit abgeschlossen.
Zur Bestimmung Qualität der Messergebnisse eines Streulichtmessgeräts, das für eine gewisse Zeit und/oder eine gewisse Anzahl von Messvorgängen in Betrieb gewesen ist, werden die zuvor beschriebenen Schritte wiederholt:
Der erste, während der Initialisierung eingerichtete, definierte Betriebszustand, in dem die Lichtquelle ausgeschaltet ist oder in dem die Lichtquelle eingeschaltet ist und ein erster Referenzgasstrom mit einer ersten definierten Partikelkonzentration oder der erste Messkörper in die Streulicht-Messkammer eingebracht ist, wird wiederhergestellt und ein erstes Streulichtsensorsignal M1 des Streulichtsensors bzw. der Streulichtsensoren wird gemessen und gespeichert.
Danach wird der zweite, während der Initialisierung eingerichtete, definierte Betriebszustand, bei dem ein zweiter Referenzgasstrom, der eine zweite definierte Partikelkonzentration hat, oder der zweite Messkörper in die Streulicht- Messkammer eingebracht ist, eingestellt und ein zweites Streulichtsensorsignal M2 wird gemessen und gespeichert. Die Differenz D = M2 - M1 zwischen den in den beiden definierten Betriebszuständen gemessenen Streulichtsensorsignalen M2 und M1 wird berechnet und mit der in der Initialisierung bestimmten Referenz-Signaldifferenz R verglichen.
Die Abweichung der im gebrauchten bzw. gealterten Zustand des Streulicht- Messgerätes ermittelten Signaldifferenz D von der Referenz-Signaldifferenz R ist ein zuverlässiges Maß für die Qualität der Messergebnisse des Streulicht- Messgerätes.
Für die Abweichung der im gebrauchten bzw. gealterten Zustand des Streulicht- Messgerätes ermittelten Signaldifferenz D von der Referenz-Signaldifferenz R kann ein Schwellwert definiert werden, bei dessen Überschreiten dem Benutzer eine Warnung angezeigt wird und/oder der weitere Betrieb des Streulichtmessgerätes verhindert wird, da die Genauigkeit der Ergebnisse nicht mehr den (gesetzlichen) Anforderungen entspricht. Es können auch zwei Schwellwerte derart defi- niert werden, dass bei einer Überschreitung eines ersten, niedrigeren Schwellwertes eine Warnung ausgegeben wird und bei Überschreiten eines zweiten, höheren Schwellwertes der weitere Betrieb des Streulichtmessgerätes verhindert wird. Dadurch, dass das Verfahren auf dem Vergleich der Differenzen von jeweils zwei
Streulichtsensorsignale beruht, die in zwei verschiedenen Betriebszuständen aufgenommen worden sind, können systematische Fehler, wie z.B. Offset-Fehler der Sensor- und Verstärkeranordnung ausgeschlossen oder zumindest reduziert werden. Dadurch erreicht das Verfahren eine besonders hohe Genauigkeit.
In einer Ausführungsform ist die Lichtquelle im ersten definierten Betriebszustand ausgeschaltet und der Dunkelwert der Streulicht-Messkammer, d. h. das Ausgangssignal des Streulichtsensors, das bei ausgeschalteter Lichtquelle und dunkler Messkammer ausgegeben wird, wird als Streulichtsensorsignal S1 ver- wendet. In dieser Ausführungsform muss nur ein einziger Referenzgasstrom mit einer definierten Partikelkonzentration bereitgestellt werden. Das Verfahren ist daher besonders einfach und kostengünstig durchzuführen.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Lichtquelle in beiden definierten Betriebszuständen eingeschaltet und in jedem
Betriebszustand wird ein Referenzgasstrom mit einer definierten Partikelkonzentration durch die Streulicht-Messkammer geleitet, wobei sich die Partikelkonzent- ration im zweiten Betriebszustand von der Partikelkonzentration im ersten Betriebszustand unterscheidet. Durch ein solches Verfahren, bei dem zwei Referenzgasströme mit unterschiedlichen Partikelkonzentrationen miteinander verglichen werden, kann der Verschmutzungsgrad mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden.
In einer Ausführungsform ist eines der Referenzgase ein so genanntes Nullgas, d.h ein Gas, mit einer besonders niedrigen Partikelkonzentration. Ein solches Nullgas steht häufig als Spülgas und/oder als Gas für den Nullabgleich des Messgerätes zur Verfügung. Das Verfahren kann daher unter Verwendung des vorhandenen Nullgases kostengünstig ohne zusätzlichen Aufwand für die Bereitstellung eines Referenzgases durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform wird in wenigstens einem Betriebszustand ein Mess- körper, der eingestrahltes Licht in definierter Weise streut, in die Messkammer eingebracht. Der Messkörper ist so ausgestaltet, dass er das Streuverhalten eines Referenzgasstroms mit einer vorgegebenen Partikelkonzentration simuliert. Da ein solcher Messkörper keinem merklichen Alterungsprozess unterliegt und daher ein über lange Zeit konstantes Streuverhalten aufweist, kann durch den Einsatz eines solchen Messkörpers ein definierter Betriebszustand besonders effektiv und einfach mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit wiederholt und dauerhaft eingestellt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Schritte zur Bestimmung der Qualität der Messergebnisse regelmäßig in vorgegebenen Zeitabständen durchgeführt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Qualität der Messergebnisse des Streulicht-Messgerätes regelmäßig überwacht wird und eine Verschmutzung und/oder Alterung der Bauelemente, welche die Messergebnisse negativ beeinträchtigen könnten, zuverlässig und rechtzeitig erkannt wird.
In einer Ausführungsform werden die Schritte zur Bestimmung der Qualität der Messergebnisse regelmäßig nach einer vorgegebenen Anzahl von Messvorgängen durchgeführt. Dadurch wird die Qualität der Messergebnisse auch bei einer starken Benutzung des Messgerätes, bei der eine Überprüfung in vorgegebenen Zeitabständen nicht ausreichend ist, zuverlässig überwacht. Wird das Messgerät nur selten benutzt, werden durch ein solches Verfahren überflüssige Überprüfun- gen, die Zeit kosten, in denen das Gerät nicht für Messungen zur Verfügung steht, eingespart.
Die beiden Methoden können auch derart kombiniert werden, dass eine Überprü- fung der Qualität der Messergebnisse immer dann stattfindet, wenn eine vorgegebene Anzahl von Messvorgängen durchgeführt worden ist oder wenn eine vorgegebene Zeit seit der letzten Überprüfung vergangen ist, je nachdem welches Kriterium früher erreicht wird. Durch eine solche Kombination kann die Messgenauigkeit des Messgerätes mit geringst möglichen Aufwand unter verschiedens- ten Betriebsbedingungen des Messgerätes dauerhaft sichergestellt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Ergebnisse sämtlicher Überprüfungen dauerhaft gespeichert. So werden die Verschmutzung und Alterung des Messgerätes über die gesamte Lebensdauer protokolliert und können zu Eich-, Überwachungs- und/oder Wartungszwecken ausgewertet werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Initialisierungsschritte zur Bestimmung des Referenzzustandes unmittelbar nach der Herstellung des Streulichtmessgerätes vorgenommen. In diesem Zustand ist die Messkammer nicht verschmutzt und auch die anderen Bauelemente sind in einem neuwertigen Zustand, so dass der Referenzzustand besonders genau ermittelt werden kann. Auch kann die Initialisierung durch den Hersteller erfolgen, ohne den Anwender damit zu belasten und es wird verhindert, dass unerfahrene Anwender die Initialisierung vergessen oder fehlerhaft durchführen.
Alternativ kann die Initialisierung unmittelbar nach der Aufstellung des Streulichtmessgerätes am Einsatzort vorgenommen werden. Zusätzlich kann die Initialisierung auch nach jeder Reinigung der Streulichtmesskammer und/oder dem Austausch von für die Messgenauigkeit relevanten Bauelementen vorgenommen werden, um jeweils einen aktuellen Referenzwert zu erhalten.
Die Erfindung umfasst auch ein Streulichtmessgerät zur Messung der Partikelkonzentration in Kraftfahrzeugabgasen mit wenigstens einer Speichervorrichtung zur Speicherung der Referenz-Signaldifferenz und einer Steuervorrichtung, wel- che ausgebildet ist, das Streulichtmessgerät so anzusteuern, dass es ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Streulicht- Messvorrichtung 3 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in Figur gezeigte Streulicht-Messvorrichtung 3 weist eine Messkammer 26 mit einer Lichtquelle 4 auf, die z. B. als Laser ausgebildet ist und im Betrieb Licht in die Messkammer 26 strahlt. In der Messkammer 26 sind zwei Lichtsensoren 6a, 6b angeordnet. In der schematischen Darstellung der Figur 1 sind die Licht- sensoren 6a, 6b aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit außerhalb der
Messkammer 26 gezeichnet, obwohl sie in der Realität zumindest teilweise innerhalb oder an der Messkammer 26 angeordnet sind. Die Lichtsensoren 6a, 6b erfassen von der Lichtquelle 4 ausgestrahltes Licht, nachdem es von in der Messkammer 26 vorhandenen Partikeln gestreut worden ist. Die Lichtquelle 4 und die Lichtsensoren 6a, 6b sind so angeordnet, dass kein Licht direkt von der
Lichtquelle 4 auf oder in die Lichtsensoren 6a, 6b strahlt. Die Lichtsensoren 6a, 6b sind vorzugsweise derart angeordnet, dass Licht, welches von den Partikeln in verschiedene Winkel gestreut wird, von verschiedenen Lichtsensoren 6a, 6b erfasst wird.
Die Lichtsensoren 6a, 6b sind elektrisch mit einer Auswerteinheit 8 verbunden, welche die von den Lichtsensoren 6a, 6b ausgegeben Signale auswertet und insbesondere aus den von den Lichtsensoren 6a, 6b ausgegeben Signalen die Partikelkonzentration des Kolloids in der Messkammer 26 bestimmt. Die Ergeb- nisse der Auswertung werden über eine Ausgabevorrichtung 10 ausgegeben. Die
Ausgabevorrichtung 10 kann eine Anzeigevorrichtung (Display), einen Drucker und/oder eine Datenschnittstelle, die ausgebildet ist, die Ergebnisse an einen Da- tenverarbeitungs- oder eine Datenspeichervorrichtung, wie z.B. eine Diskette oder einen USB-Stick, zu übertragen, umfassen.
Die zu messenden Abgase eines schematisch dargestellten Kraftfahrzeugs 24 werden von einer Abgassonde 22, die im oder am Auspuff des Kraftfahrzeugs 24 angeordnet ist, aufgenommen und durch einen Abgasschlauch und ein Schaltelement 32 der Messkammer 26 zugeführt. (Abgasstrom B).
Das Schaltelement 32 ist funktional mit einer Steuereinheit 28 verbunden und zwischen einem geöffneten Zustand, in dem es einen Zustrom von Abgasen aus dem Kraftfahrzeug 24 in die Messkammer 26 erlaubt, und einem geschlossenen Zustand, in dem der Zustrom von Abgasen aus dem Kraftfahrzeug 24 in die Messkammer 26 abgeschaltet ist, umschaltbar. Die Steuereinheit 28 ist bspw. elektrisch oder hydraulisch mit dem Schaltelement 32, das z. B. als Ventil ausge- bildet ist, verbunden.
Aus der Messkammer 26 strömen die Abgase über eine Abgasabführvorrichtung 40 nach außen, ohne die unmittelbare Umgebung der Messkammer 26, z. B. die Werkstatt oder den Messplatz, zu verunreinigen oder zu vergiften.
Eine erfindungsgemäße Streulicht-Messvorrichtung 3 weist zusätzlich eine Nullgasquelle 12 auf, die so genanntes Nullgas, d. h., Gas mit einer besonders niedrigen Partikelkonzentration, zur Verfügung stellt. Die Nullgasquelle 12 weist eine Luftzuführung 14 auf, welche Luft aus der Umgebung aufnimmt. Wird die Streu- licht-Messvorrichtung 3 in einer besonders verschmutzten und/oder staubhaltigen
Umgebung, wie z.B. einer Werkstatt, betrieben, so kann die Luftzuführung 14 als Rohr oder Kamin ausgebildet sein, welche die Umgebungsluft aus einer größeren Entfernung, z. B. von außerhalb des Gebäudes heranführt. Alternativ kann besonders saubere Luft auch aus angelieferten Gasflaschen entnommen wer- den.
Die Luftzuführung 14 führt die aufgenommene Umgebungsluft einer Filtereinheit 16 zu, welche dazu ausgebildet ist, die Partikelkonzentration in der aufgenommenen Luft zu reduzieren. Dazu weist die Filtereinheit 16 wenigstens einen Fein- filter 16b (z. B. einen sogenannten HEPA-Filter) auf, der in der Lage ist, die zugeführte Luft so zu filtern, dass das Niveau der von den Lichtsensoren 6a, 6b erzeugten Signalstärke, die durch diejenigen Partikel, die auch nach der Filterung noch im Nullgas enthalten sind, verursacht wird, auf einen Wert sinkt, der niedriger als der Wert ist, der bei Partikelkonzentration, wie sie in Abgasen von Fahr- zeugen mit einem gut funktionierenden Partikelfilter vorhanden ist, ermittelt wird.
Dem Feinfilter 16b ist ein Grobfilter 16a vorgeschaltet, der besonders grobe Partikel aus der zugeführten Luft heraus filtert, bevor sie in den Feinfilter 16b gelangen. Dadurch wird ein schnelles Verschmutzen und/oder Verstopfen des Feinfil- ters 16b durch grobe Partikel verhindert und die Wartungsintervalle zum Auswechseln bzw. Reinigen der Filter 16a, 16b können verlängert werden. Der Grobfilter 16a und der Feinfilter 16b können dem jeweiligen Verschmutzungsgrad ent- sprechend separat ausgewechselt bzw. gereinigt werden, um die Wartungskosten zu reduzieren.
Stromabwärts der Messkammer 26 ist ein Pumpe 18 zur Förderung des Nullga- ses vorgesehen. Die Pumpe 18 fördert das Nullgas aus der Nullgasquelle 12 durch Ansaugen des Nullgases durch die Messkammer 26. Gleichzeitig unterstützt die Pumpe 18, wenn sie auch während des Messvorgangs betrieben wird, den Abgasstrom B aus dem Kraftfahrzeug 24 durch die Messkammer 26. In einem alternativen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe 18 stromaufwärts der Messkammer 26 im Nullgasstrom A und/oder im Abgasstrom B angeordnet.
Im Verlauf der Nullgasströmung zwischen der Luftzuführung 14 und der Mess- kammer 26 ist ein Drucksensor 20 vorgesehen, der den Druck des zugeführten
Nullgases misst und das Ergebnis an eine in der Figur 1 nicht gezeigte Steuereinheit weiter gibt. Der von dem Drucksensor 20 gemessene Druck kann zur Regelung der Pumpe 18 verwendet werden, um stets eine ausreichende Nullgasströmung durch die Messkammer 26 sicherzustellen.
Bei bekannter Leistung der Pumpe 18 kann aus dem Druck des Nullgases auf die Verschmutzung der Filtereinheit 16 geschlossen werden, da über eine stark verschmutze Filtereinheit 16 ein großer Druckabfall auftritt. Überschreitet der Druckabfall über die Filtereinheit 16 einen vorgegebenen Grenzwert, so kann ein Warnsignal ausgegeben werden, welches den Benutzer darauf hinweist, dass wenigstens einer der Filter 16a, 16b der Filtereinheit 16 auszuwechseln ist. Auch kann die Pumpe 18 bei Überschreiten eines zweiten, höheren Grenzwertes abgeschaltet werden, wenn die Verschmutzung des Filters so stark ist, dass eine sichere Funktion der Nullgasquelle 12 nicht mehr gewährleistet ist oder die Ge- fahr besteht, dass die Pumpe 18 überlastet und/oder beschädigt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Drucksensor 20 stromaufwärts der Filtereinheit 16 angeordnet sein um den Druck des Nullgases vor der Filtereinheit 16 zu messen. In einem Referenzzustand der Streulicht-Messvorrichtung 3, z.B. unmittelbar nach dessen Herstellung oder Auslieferung wird eine Referenz-Signaldifferenz R ermittelt.
Vor dem eigentlichen Messvorgang wird ein so genannter Nullabgleich durchgeführt.
Die Pumpe 18 der Nullgasquelle 12 ist eingeschaltet, so dass durch die Filtereinheit 16 gefiltertes Nullgas aus der Nullgasquelle 12 in die Messkammer 26 strömt.
Die Lichtquelle 4 wird eingeschaltet und die von den Lichtsensoren 6a, 6b ausgegebenen Signale, die auf Streulicht beruhen, das von Partikeln, die in dem in die Messkammer 26 geführten Nullgas vorhanden sind, gestreut und von den Lichtsensoren 6a, 6b detektiert worden ist, werden ausgewertet um den Nullzustand der Streulicht-Messvorrichtung 3 zu definieren.
Nachdem der Nullabgleich durchgeführt worden ist, steuert die Steuereinheit 28 das Schaltelement 32 so an, dass die Zufuhr von Abgasen von dem Kraftfahrzeug 24 in die Messkammer 26 geöffnet wird und Abgase aus dem Kraftfahrzeug 24 durch die Messkammer 26 strömen (Abgasstrom B), so dass die Partikelkonzentration in den durch die Messkammer strömenden Abgasen gemessen werden kann.
In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Nullgasströmung A während der Messung der Partikelkonzentration in den Abgasen des Kraftfahrzeugs 24 nicht abgeschaltet. Das Nullgas aus der Nullgasquelle 12 strömt vielmehr gleichzeitig mit den zu messenden Abgasen durch die Messkammer 26. Dabei wird das Nullgas beispielsweise als Spülgas unmittelbar vor den Sensoren 6a, 6b und/oder der Lichtaustrittsöffnung der Lichtquelle 4 entlang geführt, um ein Verschmutzen der Sensoren 6a, 6b bzw. der Lichtaustrittsöffnung durch die Ablagerung von Partikeln aus dem Abgasstrom B zu verhindern oder wenigstens zu minimieren.
In einem alternativen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Nullgasströmung A während der Messung abgeschaltet, um eine Verdünnung des Abgasstromes B durch Nullgas zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung der Qualität der Messergebnisse eines Streulichtmessgerätes (3), das zur Messung einer Partikelkonzentration in Kraftfahrzeugabgasen vorgesehen ist und wenigstens eine Streulicht-Messkammer (26), wenigstens eine Lichtquelle (4) und wenigstens einen Lichtsensor (6a, 6b) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
A) in einem Referenzzustand des Streulichtmessgerätes:
A1 ) Messen und Speichern eines ersten Streulichtsensorsignals (S1 ) in einem ersten definierten Betriebszustand des Streulichtmessgerätes;
A2) Messen und Speichern eines zweiten Streulichtsensorsignals (S2) in einem zweiten definierten Betriebszustand des Streulichtmessgerätes;
A3) Ermitteln und Speichern einer Referenz-Signaldifferenz (R) zwischen dem zweiten Streulichtsensorsignal (S2) und dem ersten Streulichtsensorsignal (S1 );
B) in einem gebrauchten Zustand des Streulichtmessgerätes:
B1 ) Messen und Speichern eines ersten Streulichtsensorsignals (M1 ) im ersten definierten Betriebszustand des Streulichtmessgerätes;
B2) Messen und Speichern eines zweiten Streulichtsensorsignals (M2) im zweiten definierten Betriebszustand des Streulichtmessgerätes;
B3) Ermitteln und Speichern einer Signaldifferenz (D) zwischen dem zweiten Streulichtsensorsignal (M2) und dem ersten Streulichtsensorsignal (M1 );
C) Vergleichen der Signaldifferenz (D) im gebrauchten Zustand mit der im Refe- renzustand aufgenommenen Referenz-Signaldifferenz R.
2. Verfahren nach Anspruch 1 wobei die Lichtquelle (4) im ersten definierten Betriebszustand ausgeschaltet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in wenigstens einem Betriebszustand ein Messkörper mit einem definierten Streuverhalten in die Streulicht-Messkammer (26) eingebracht ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in wenigstens einem Betriebszustand die Lichtquelle (4) eingeschaltet ist und ein Referenzgasstrom mit einer definierten Partikelkonzentration durch die Streulicht- Messkammer (26) geleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Referenzgas ein Nullgas mit einer besonders niedrigen Partikelkonzentration ist.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die in einem gebrauchten Zustand des Streulichtmessgerätes durchzuführenden Schritte B1 bis B3 und C regelmäßig in vorgegebenen Zeitabständen und/oder nach einer vorgegebenen Anzahl von Messvorgängen durchgeführt werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schritte A1 bis A3 zur Ermittlung der Referenz-Signaldifferenz R unmittelbar nach der Herstellung des Streulichtmessgerätes vorgenommen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schritte A1 bis A3 zur Ermittlung der Referenz-Signaldifferenz R unmittelbar nach der Aufstellung des Streulichtmessgerätes am Einsatzort vorgenommen werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schritte A1 bis A3 zur Ermittlung der Referenz-Signaldifferenz R nach einer Reinigung der Streulicht-Messkammer (26) vorgenommen werden.
10. Streulichtmessgerät zur Messung der Partikelkonzentration in Kraftfahrzeugabgasen mit wenigstens einer Speichervorrichtung zur Speicherung einer Referenz-Signaldifferenz und einer Steuervorrichtung, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.
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