WO2019034539A1 - Partikelsensoreinheit mit einem partikelsensor und einem steuergerät und verfahren zum betreiben der partikelsensoreinheit - Google Patents

Partikelsensoreinheit mit einem partikelsensor und einem steuergerät und verfahren zum betreiben der partikelsensoreinheit Download PDF

Info

Publication number
WO2019034539A1
WO2019034539A1 PCT/EP2018/071694 EP2018071694W WO2019034539A1 WO 2019034539 A1 WO2019034539 A1 WO 2019034539A1 EP 2018071694 W EP2018071694 W EP 2018071694W WO 2019034539 A1 WO2019034539 A1 WO 2019034539A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
current
currents
particle sensor
sample gas
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/071694
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Genter
Uwe Glanz
Enno Baars
Radoslav Rusanov
Andy Tiefenbach
Henrik Schittenhelm
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 WO2019034539A1 publication Critical patent/WO2019034539A1/de

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
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
    • G01N1/2252—Sampling from a flowing stream of gas in a vehicle exhaust
    • 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
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0255—Investigating particle size or size distribution with mechanical, e.g. inertial, classification, and investigation of sorted collections
    • 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
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0266—Investigating particle size or size distribution with electrical classification
    • 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

  • a particle sensor unit having a particle sensor and a controller, and a method of operating the particle sensor unit
  • the present invention relates to a particle sensor unit according to the
  • Particle sensor unit has a particle sensor and a control unit.
  • the particle sensor has a sample gas inlet, a sample gas outlet, extending between sample gas inlet and sample gas outlet
  • Sample gas flow path a corona discharge electrode, a ground electrode and at least one further electrode, which in the
  • Sample gas flow path is arranged.
  • the controller has a high voltage source connected to the corona discharge electrode and a current measuring device connected to the at least one further electrode.
  • the control unit is set up in the
  • a concentration of particles in the measurement gas prevailing in the measurement gas flow path is determined as a function of measured values of electrical currents flowing via the at least one further electrode.
  • particle sensors are increasingly being used for on-board diagnostic purposes.
  • a particle sensor operating on a resistive principle has a very strong position on the market. The operation of this sensor is based on the formation of conductive soot paths between two interdigital electrodes and an evaluation of a rise time of the current at applied voltage as a measure of the soot concentration. The mass concentration (mg / m 3 ) is measured. The calculation of the number concentration is at this
  • the sensor is periodically regenerated by being brought to at least 700 ° C by an integral heating element which causes the soot deposits to burn away.
  • Health hazards are more critical. It should be noted in particular that especially small particles, which due to their very small mass (m ⁇ r 3 ) only a small proportion of the total mass, can be particularly critical, because they can penetrate deeply into the human body due to their small size , It is foreseeable that the legislation will require the use of particle sensors suitable for measuring the number concentration as soon as acceptable particle sensors are available on the market from their detection performance and price.
  • the particle sensor known from EP 2 824 453 A1 (WO 2013/125181 A1) mentioned at the beginning uses a charge measurement principle for detecting the particle concentration.
  • the (soot) particles are charged via a corona discharge.
  • a corona discharge is an electrical discharge in a first non-conducting medium, in which free charge carriers by an ionization of
  • Components of the medium are generated.
  • the charging of the particles takes place by adhesion of ions.
  • the electrical charge of these particles or the electric current is measured, which is associated with the transport of the charged particles through the exhaust gas stream.
  • a measurement of this current which is also referred to as "escaping current” is carried out, where the corona discharge is located there in an ion
  • the generated ions are injected via a nozzle with pressurized air into an "electric charge section", which is supplied with measuring gas via a further inlet, so that the corona discharge is spatially separated from the sensor
  • the sample gas inlet opening is located behind (in the stream of ions: downstream) of the corona discharge electrode.
  • Particle sensor has a charge trapping electrode and that the control device is adapted to charge the charge trapping electrode at different times to different high electrical potentials, to detect the different high potentials determining currents of an electric current flowing in the particulate sensor electric current, and a concentration of the measuring gas transported particles of a determined by the potentials
  • Charge catcher electrode of the particle sensor is charged at different times to different high electrical potentials are determined to the different high potentials determining currents of an electric current flowing in the particle sensor, and a concentration of transported with the sample gas particles of a determined by the potentials
  • Potentials detected currents is determined. For the following considerations it is simplified to assume that the electric charge of the particles does not depend on their size and that the particles move with the flow velocity of the sample gas.
  • Sample gas flow entrapped charged particles increases with increasing level of the attractive potential of the charge trapping electrode. By charging the charge-trapping electrode at different times to different electrical potentials, it begins with the different ones
  • the particulate sensor unit is configured to determine, as the determination current, an amperage of a current carried by charged particles flying out of the particulate sensor.
  • the size of these charged particles which effectively escape from the sensor and whose current is also called “escaping current", depends on the potential of the charge-trapping electrode. A determination of the current strengths of this current at given potentials of the charge trapping electrode therefore conversely allows a determination of the size of the particles.
  • the particle sensor unit is adapted to detect currents of electric currents flowing through the charge trapping electrode as a further electrode, in addition to determine currents that flow across the ground electrode and to determine currents through the corona -Discharge electrode flow and set for each
  • Potential value as a determination current strength to determine a current magnitude of a current which is obtained by subtracting the currents of the current flowing through the ground electrode and the charge collector electrode currents of the
  • a further preferred refinement is characterized in that the particle sensor unit is set up to detect current strengths of electric currents as determination current strengths, which currents are detected by a current in the
  • This embodiment allows a direct determination of the escaping current, e.g. by charge influence.
  • Charge catcher electrode the larger and sluggish must be the charged particles, so as not to be caught and at the
  • Concentration of particles of a certain size in the sample gas flow is determined in particular by the size of the potentials of the charge-trapping electrode. The arrangement described captures the
  • Charge collector electrode charged particles with a limited by an upper barrier size from the top, so that the charge detection electrode detects only the particles whose size is above the barrier.
  • This embodiment has the advantage that it is possible to dispense with a separate charge detection electrode. It does not detect the charge passing the charge-trapping electrode but detects the charge of the particles trapped by the charge-trapping electrode. The number of trapped charged particles increases with the
  • FIG. 1 shows a particle sensor unit according to the invention
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method according to the invention for operating the first exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a stepped course of potentials that are set when carrying out a method according to FIG. 3 on a charge-trapping electrode
  • FIG. 6 shows a histogram for representing the size distribution of
  • FIG. 7 shows a particle sensor unit which has a current measuring device between the charge-trapping electrode and the voltage source and a further current measuring device which measures the current flowing via the ground electrode;
  • FIG. 8 shows a particle sensor unit which has a current measuring device connected between the charge collector electrode and the voltage source; and
  • Figure 9 is an optional heater element.
  • Figure 1 shows a particle sensor unit 10, a
  • Particle sensor 12 and a control unit 14 which is connected to a wire harness 16 to the particle sensor 12.
  • the particle sensor 12 has a protective tube assembly comprising an inner metallic tube 18 and an outer metallic tube 20. In a proper use of the particle sensor 12 protrudes the
  • Thermowell assembly with its first end 24 transversely into a guided through a pipe flow of sample gas 22 inside.
  • Protective tube arrangement is opposite the first end 24 in the direction of the longitudinal axis of the metallic tubes 18, 20.
  • the outer metallic tube 20 is optionally closed.
  • the outer metallic tube 20 may have an opening for injecting fresh air 28 at the second end 26.
  • the outer metallic tube 20 is preferably connected to ground, where the ground potential may be a local potential (e.g., an exhaust pipe) or a controller ground potential.
  • the inner metallic tube 18 is open at both ends 24, 26 and is concentrically disposed in the outer metallic tube 20. It protrudes with its first end 24 belonging to the first end beyond the also belonging to the first end 24 end of the outer metallic tube 20 addition.
  • the outer diameter of the inner metallic tube 18 is so much smaller than the inner diameter of the outer metallic tube 20, which results between the two metallic tubes an annular flow channel, via the first transversely to the thermowell arrangement flowing measuring gas in the
  • Protective tube arrangement can occur. At the first end 24 belonging end of the outer metallic tube 20 results in a sample gas inlet with annular flow cross-section. At the also belonging to the first end 24 end of the inner metallic tube 18 results in a
  • Sample gas outlet which has the inside diameter of the inner metallic tube 18.
  • the sample gas flowing across the sample gas outlet generates a suction at the sample gas outlet opening, which ensures that sample gas enters the protective tube arrangement via the sample gas inlet and flows via the annular flow channel and the interior of the inner metallic tube 18 to the sample gas outlet. Because of this geometry arises in the
  • a sensor element 30 of the particle sensor 12 held by a carrier element Inside the inner metallic tube 18 is a sensor element 30 of the particle sensor 12 held by a carrier element.
  • the sensor element 30 is connected to the control device 14 via the cable harness 16.
  • FIG. 2 shows the sensor element 30 together with a wall section 18.1 of the inner metallic tube 18 and elements of the control device 14.
  • the sensor element 30 has a corona discharge electrode 32, a ground electrode 34 and a flow direction behind the corona discharge electrode 32 and the ground electrode 34 arranged on another electrode.
  • Charge detection electrode 36 which has no other function besides the charge detection. Between the ground electrode 34 and the charge detection electrode 36, a charge trapping electrode 38 is disposed. These electrodes are arranged in the illustrated embodiment electrically isolated from each other on a support element.
  • the carrier element consists for example of a dielectric ceramic material and optionally has a heater element 39.
  • the electrodes 32, 34, 36, 38 of the sensor element 30 are connected via the cable harness 16 to the control unit 14.
  • the control unit 14 has a microprocessor 14.1 and a memory 14.2, a high voltage source 14.3, a voltage source 14.4 and a current measuring device 14.5.
  • the high voltage source 14.3 and the voltage source 14.4 are from
  • the control of the high voltage source 14.3 comprises at least the switching on and off of the high voltage source 14.3.
  • the control of the voltage source 14.1 comprises at least the
  • the Microprocessor 14.1 evaluates the currents detected by the current measuring device 14.5.
  • the control of the high voltage source 14.3 and the voltage source 14.4 and the evaluation of the detected currents are performed by processing a program stored in memory 14.2 program.
  • the microprocessor 14.1 gives concentrations of particles for various
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method according to the invention for
  • the determination currents are detected by measuring the currents flowing through the charge detection electrode 36.
  • a current intensity of the current is detected, which is then charged by the still past the charge trapping electrode 38
  • This current causes a charge of the charge detection electrode 36 by influence.
  • the current flow required for charging is detected by the current measuring device 14.5 as a measurement signal M1.
  • the charge trapping electrode 38 becomes a second
  • the second potential V2 may be greater or less than the first potential V1. In the following, it is initially assumed that the second potential V2 is greater than the first potential V1.
  • a fourth step 46 the electric current of the electric current carried by these particles is detected by the charge detection electrode 36 measured by the current measuring device 14.5. In this case, otherwise unchanged conditions more charged particles of the
  • the measurement signal M2 will be smaller than the measurement signal M1.
  • a fifth step 48 the smaller measurement signal is subtracted from the larger measurement signal. In the difference of the two measurement signals, or
  • Potential V1 and the second potential V2 are set.
  • the first potential V1 only light charged particles are sucked off, which for example have a mass which is smaller than an upper barrier S1.
  • Due to the second potential V2 slightly heavier charged particles whose mass is smaller than an upper barrier S2 are sucked off.
  • the difference formation qualitatively gives the number of charged particles whose mass is greater than S1 but smaller than S2 and which therefore belong to a size class which is limited by S1 and S2 and thus also limited by the associated potentials V1 and V2.
  • the microprocessor 14.1 assigns the difference to a specific concentration value.
  • the relationship between the difference and the concentration value is z. B. stored in the memory in the form of a characteristic or calculation rule.
  • the concentration thus determined is provided in a seventh step 52 at the output of the control unit 14 as an output signal.
  • a measuring cycle consists of steps 40 to 52. The measuring cycle is repeated continuously in the following, so that always actual values of the particle concentrations, which are disaggregated by particle sizes, are provided at the output 14.6 of the control device 14.
  • the potentials increase monotonically.
  • FIG. 5 shows qualitatively at the potentials of Figure 4 with the
  • Current measuring device measured signals Mi wherein a signal Mi each belongs to a potential Vi.
  • the signals are determination currents that result at the charge detection electrode 36.
  • the currents become smaller with increasing potential Vi at the charge trapping electrode 38.
  • FIG. 6 qualitatively shows a histogram for representing the size distribution of particle counts over particle size classes, as can be calculated from the measured signals plotted in FIG. Each particle number is based on a difference of signals Mi, Mi + 1 or Mi, Mi-1.
  • the determination currents in the second step 42 and in the fourth step 46 can also be determined in each case by: the current intensities of the currents flowing through the corona discharge electrode 32, the ground electrode 34 and the charge trapping electrode 38 are determined so that the sum of those across the ground electrode 34 and the
  • Charge collector electrode 38 is formed flowing currents and this sum is subtracted from the current flowing through the corona discharge electrode 32 current.
  • FIG. 7 shows a suitable particle sensor unit 10 which is based on FIGS. 1 and 2 and differs therefrom in that it has no
  • Charge detection electrode has. Instead, one is attached to the
  • Microprocessor 14.1 connected second current measuring device 14.8 connected between the charge trapping electrode 38 and the voltage source 14.4, which measures the current flowing through the charge trapping electrode 38 current and passes their measured value to the microprocessor.
  • the particle sensor unit of Figure 4 has a third to the microprocessor
  • the determination currents in the second step and in the fourth step can also be determined in each case by determining the current strengths of the currents flowing through the charge-trapping electrode.
  • This current is in each case complementary to the "escaping current", ie the current which is simultaneously carried by the charged particles flying over the charge-trapping electrode 38.
  • a separate charge detection electrode 36, as it is present in the first embodiment, is also not needed here.
  • FIG. 8 shows a particle sensor unit 10 suitable for this purpose, which is mounted on the
  • Particle sensor unit 10 of Figures 1 and 2 is based on this and the same as the particle sensor unit 10 of Figure 7 differs in that it has no charge detection electrode. Instead, one is attached to the
  • Microprocessor 14.1 connected second current measuring device 14.8 is connected between the charge trapping electrode 38 and the voltage source 14.4, which measures the current flowing through the charge trapping electrode 38 and transmits its measured value to the microprocessor 14.1.
  • the determination currents in the second step 42 and in the fourth step 46 can also be determined in each case by determining the current intensities of the current flowing through the charge-trapping electrode 38.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of an optional heater element 39 which may be embedded in the dielectric ceramic of the carrier element or applied to a surface of one or more sides of the carrier element.
  • the heater element 39 is preferably screen printed or otherwise printed
  • the heater element 39 can be used on the one hand to increase the temperature of the sensor element 30, e.g. To reduce or prevent soot deposits, which can lead to a short circuit between the electrodes. Alternatively, the temperature of the sensor element with the heater element 39 can be increased to over 650 ° C- 700 ° C to burn soot deposits.
  • the heater element 39 has a meander-shaped resistance heater 39. 1, the over
  • Contact surfaces 39.2 and the wiring harness with the control unit 14 is connectable. This function may be necessary in particular for burnout of the charge trap electrode 38. Because of their attractive effect is to expect a high degree of carbon fouling.

Abstract

Vorgestellt wird eine Partikelsensoreinheit (10) mit einem Partikelsensor (12) der eine Korona-Entladungs-Elektrode (32), eine Masse-Elektrode (34) und wenigstens eine weitere Elektrode aufweist, und mit einem Steuergerät (14), das eine an die Korona-Entladungs-Elektrode (32) angeschlossene Hochspannungsquelle (14.3) und eine Strommessvorrichtung (14.5) aufweist, die an die wenigstens eine weitere Elektrode angeschlossen ist. Das Steuergerät (14) ist dazu eingerichtet, eine Konzentration von Partikeln in Abhängigkeit von Messwerten von über die wenigstens eine weitere Elektrode fließenden elektrischen Strömen zu bestimmen. Die Partikelsensoreinheit (10) zeichnet sich dadurch aus, dass der Partikelsensor (12) eine Ladungsfänger-Elektrode (38) aufweist und dass das Steuergerät (14) dazu eingerichtet ist, die Ladungsfänger- Elektrode (38) zu verschiedenen Zeitpunkten auf verschieden hohe elektrische Potenziale aufzuladen, zu den verschieden hohen Potenzialen Bestimmungsstromstärken eines im Partikelsensor (12) fließenden elektrischen Stroms zu erfassen, und eine Konzentration von mit dem Messgas transportierten Partikeln einer durch die Potenziale bestimmten Größenklasse in Abhängigkeit von je zwei für voneinander verschiedene Potenziale erfassten Bestimmungsstromstärken zu ermitteln.

Description

Beschreibung
Titel
Partikelsensoreinheit mit einem Partikelsensor und einem Steuergerät und Verfahren zum Betreiben der Partikelsensoreinheit
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Partikelsensoreinheit nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
Eine solche Partikelsensoreinheit und ein solches Verfahren ist jeweils aus der EP 2 824 453 A1 (WO 2013/125181 A1 ) bekannt. Die bekannte
Partikelsensoreinheit weist einen Partikelsensor und ein Steuergerät auf. Der Partikelsensor weist einen Messgaseinlass, einen Messgasauslass, einen sich zwischen Messgaseinlass und Messgasauslass erstreckenden
Messgasströmungspfad, eine Korona-Entladungs-Elektrode, eine Masse- Elektrode und wenigstens eine weitere Elektrode auf, die in dem
Messgasströmungspfad angeordnet ist. Das Steuergerät weist eine an die Korona-Entladungs-Elektrode angeschlossene Hochspannungsquelle und eine Strommessvorrichtung auf, die an die wenigstens eine weitere Elektrode angeschlossen ist. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, eine im
Messgasströmungspfad herrschende Konzentration von Partikeln in
Abhängigkeit von Messwerten von über die wenigstens eine weitere Elektrode fließenden elektrischen Strömen zu bestimmen.
Bei dem bekannten Verfahren zum Betreiben einer solchen Partikelsensoreinheit wird in Abhängigkeit von Messwerten von über die wenigstens eine weitere Elektrode fließenden elektrischen Ströme eine im Messgasströmungspfad herrschende Konzentration von Partikeln in dem Messgas bestimmt. In Bezug auf den Zustand von Partikelfiltern von Kraftfahrzeugen werden zunehmend Partikelsensoren für Zwecke der On-Board Diagnostik eingesetzt. Dabei hat ein nach einem resistiven Prinzip arbeitender Partikelsensor eine sehr starke Position auf dem Markt. Die Funktionsweise dieses Sensors basiert auf der Ausbildung von leitfähigen Rußpfaden zwischen zwei Interdigital-Elektroden und einer Auswertung einer Anstiegszeit des Stromes bei angelegter Spannung als Maß für die Rußkonzentration. Es wird die Massenkonzentration (mg/m3) gemessen. Die Berechnung der Anzahlkonzentration ist bei diesem
Sensorkonzept aus vielfältigen Gründen sehr schwer bis unmöglich. Der Sensor wird periodisch regeneriert, in dem er durch ein integriertes Heizelement auf mindestens 700°C gebracht wird, wodurch die Rußablagerungen wegbrennen.
In der Wissenschaft wird seit längerem diskutiert, ob die Gesamtmasse (in mg/m3) oder die Anzahl der Partikel (Partikel/m3) in Bezug auf eine
Gesundheitsgefährdung kritischer sind. Dabei ist insbesondere zu beachten, dass gerade kleine Partikel, welche aufgrund ihrer sehr kleinen Masse (m~r3) einen nur geringen Anteil an der Gesamtmasse haben, besonders kritisch sein können, weil sie aufgrund ihrer kleinen Größe tief in den menschlichen Körper eindringen können. Es ist absehbar, dass die Gesetzgebung eine Verwendung von zur Messung der Anzahlkonzentration geeigneten Partikelsensoren vorschreiben wird, sobald von ihrer Detektionsleistung und von ihrem Preis her akzeptable Partikelsensoren auf dem Markt verfügbar sind.
Der aus der eingangs genannten EP 2 824 453 A1 (WO 2013/125181 A1 ) bekannte Partikelsensor verwendet ein Ladungsmessungsprinzip zur Erfassung der Partikelkonzentration. Dabei werden die (Ruß-)Partikel über eine Korona- Entladung aufgeladen.
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. Anschließend wird die elektrische Ladung dieser Partikel bzw. der elektrische Strom gemessen, der mit dem Transport der geladenen Partikel durch den Abgasstrom einhergeht. Bei dem bekannten Hochspannungspartikelsensor erfolgt eine Messung dieses auch als„escaping current" bezeichneten Stroms. Die Korona-Entladung findet dort 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 zugeführt wird. Die Korona-Entladung findet bei dem bekannten Sensor damit räumlich getrennt von dem Messgas statt, dessen Beladung mit Partikeln gemessen werden soll. Die Messgaseinlassöffnung liegt hinter (im Strom der Ionen: stromabwärts) der Korona-Entladungs-Elektrode.
Offenbarung der Erfindung Von dem eingangs genannten Stand der Technik nach der EP 2 824 453 A1 unterscheidet sich die vorliegende Erfindung in Bezug auf ihre
Vorrichtungsaspekte durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und in Bezug auf ihre Verfahrensaspekte durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 sehen vor, dass der
Partikelsensor eine Ladungsfänger-Elektrode aufweist und dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, die Ladungsfänger-Elektrode zu verschiedenen Zeitpunkten auf verschieden hohe elektrische Potenziale aufzuladen, zu den verschieden hohen Potenzialen Bestimmungsstromstärken eines im Partikelsensors fließenden elektrischen Stroms zu erfassen, und eine Konzentration von mit dem Messgas transportierten Partikeln einer durch die Potenziale bestimmten
Größenklasse in Abhängigkeit von je zwei für voneinander verschiedene
Potenziale erfassten Stromstärken zu ermitteln.
In Analogie zu diesen Vorrichtungsmerkmalen sehen die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs vor, dass eine
Ladungsfänger-Elektrode des Partikelsensors zu verschiedenen Zeitpunkten auf verschieden hohe elektrische Potenziale aufgeladen wird, zu den verschieden hohen Potenzialen Bestimmungsstromstärken eines im Partikelsensor fließenden elektrischen Stroms bestimmt werden, und eine Konzentration von mit dem Messgas transportierten Partikeln einer durch die Potenziale bestimmten
Größenklasse in Abhängigkeit von je zwei für voneinander verschiedene
Potenziale erfassten Stromstärken ermittelt wird. Für die folgenden Betrachtungen wird vereinfachend angenommen, dass die elektrische Ladung der Partikel nicht von ihrer Größe abhängt und dass sich die Partikel mit der Strömungsgeschwindigkeit des Messgases bewegen.
Die maximale Größe von mit der Ladungsfänger-Elektrode aus dem
Messgasstrom eingefangenen geladenen Partikeln steigt mit zunehmender Höhe des anziehenden Potenzials der Ladungsfänger-Elektrode an. Dadurch, dass die Ladungsfänger-Elektrode zu verschiedenen Zeitpunkten auf verschieden hohe elektrische Potenziale aufgeladen wird, fängt sie zu den verschiedenen
Zeitpunkten Partikel mit unterschiedlicher Maximalgröße ein. Durch diese
Merkmale ist es möglich, die Konzentration der Partikel größenselektiv zu messen.
Bevorzugt ist auch, dass die Partikelsensoreinheit dazu eingerichtet ist, als Bestimmungsstromstärke eine Stromstärke eines Stroms zu bestimmen, der von aus dem Partikelsensor herausfliegenden geladenen Partikeln getragen wird.
Die Größe dieser geladenen Partikel, die gewissermaßen aus dem Sensor entkommen und deren Strom auch als "escaping current" bezeichnet wird ist von dem Potenzial der Ladungsfänger-Elektrode abhängig. Eine Bestimmung der Stromstärken dieses Stroms bei vorgegebenen Potenzialen der Ladungsfänger- Elektrode erlaubt daher umgekehrt eine Bestimmung der Größe der Partikel. Je höher das anziehende Potenzial der Ladungsfänger-Elektrode ist, desto größer und Träger müssen die geladenen Partikel sein, um noch nicht eingefangen zu werden und an der Ladungsdetektions-Elektrode vorbei zu fliegen und damit zu dem "escaping current" beizutragen.
Weiter ist bevorzugt, dass die Partikelsensoreinheit dazu eingerichtet ist, Stromstärken von elektrischen Strömen zu erfassen, die über die Ladungsfänger- Elektrode als weitere Elektrode fließen, zusätzlich Stromstärken zu bestimmen, die über die Masse-Elektrode fließen und Stromstärken zu bestimmen, die über die Korona-Entladungs-Elektrode fließen und für jeden eingestellten
Potenzialwert als Bestimmungsstromstärke eine Stromstärke eines Stroms zu bestimmen, die sich durch Subtrahieren der Stromstärken der über die Masse- Elektrode und die Ladungsfänger-Elektrode fließenden Ströme von der
Stromstärke des über die Korona-Entladungs-Elektrode fließenden Stroms ergibt. Durch diese Merkmale wird die Stromstärke des "escaping current"
gewissermaßen indirekt aus im Steuergerät messbaren Strömen bestimmt, ohne dass der Partikelsensor eine eigene Ladungsdetektions-Elektrode aufweisen muss. In Abhängigkeit von den so gebildeten Bestimmungsstromstärken kann wieder auf die Größe der beteiligten Partikel geschlossen werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Partikelsensoreinheit dazu eingerichtet ist, als Bestimmungsstromstärken Stromstärken von elektrischen Strömen zu erfassen, die über eine im
Strömungspfad in einer vom Messgaseinlass zum Messgasauslass weisenden
Richtung hinter der Ladungsfänger-Elektrode in dem Messgasströmungspfad angeordneten Ladungsdetektions-Elektrode als weitere Elektrode fließen.
Diese Ausgestaltung erlaubt eine direkte Bestimmung des "escaping current", z.B. durch Ladungsinfluenz. Je höher das anziehende Potenzial der
Ladungsfänger-Elektrode ist, desto größer und träger müssen die geladenen Partikel sein, um noch nicht eingefangen zu werden und an der
Ladungsdetektions-Elektrode vorbei zu fliegen und dort einen Signalbeitrag zu erzeugen. Diese Auswertung des mit der Ladungsdetektions-Elektrode als Integral der Ladung messbaren Stroms erlaubt daher einen Rückschluss auf die
Konzentration von Partikeln bestimmter Größe im Messgasstrom. Die Größe wird dabei insbesondere durch die Größe der Potenziale der Ladungsfänger- Elektrode bestimmt. Durch die beschriebene Anordnung fängt die
Ladungsfänger-Elektrode geladene Partikel mit einer durch eine obere Schranke nach oben beschränkten Größe ab, so dass die Ladungsdetektions-Elektrode nur die Partikel erfasst, deren Größe oberhalb der Schranke liegt.
Bevorzugt ist auch, dass als Bestimmungsstromstärken Stromstärken von elektrischen Strömen erfasst werden, die über die Ladungsfänger-Elektrode als weitere Elektrode fließen. Diese Stromstärken sind jeweils komplementär zu den
Stromstärken des "escaping current". Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auf eine separate Ladungsdetektions-Elektrode verzichtet werden kann. Es wird nicht die an der Ladungsfänger-Elektrode vorbeifliegende Ladung erfasst, sondern es wird die Ladung der von der Ladungsfänger-Elektrode eingefangenen Partikel erfasst. Die Zahl der eingefangenen geladenen Partikel steigt mit der
Größe des anziehenden Potenzials an. Für die Verfahrensmerkmale ergeben sich die gleichen Vorteile, die sich bei den jeweils analogen Vorrichtungsaspekten ergeben.
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. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Partikelsensoreinheit;
Figur 2 Einzelheiten des Gegenstands der Figur 1 für ein erstes
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Partikelsensoreinheit;
Figur 3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des ersten Ausführungsbeispiels;
Figur 4 einen treppenförmigen Verlauf von Potenzialen, die beim Durchführen eines Verfahrens nach Figur 3 an einer Ladungsfänger-Elektrode eingestellt werden;
Figur 5 bei den Potenzialen aus der Figur 4 mit einer an eine
Ladungsdetektions-Elektrode angeschlossenen Strommessvorrichtung gemessene Signale;
Figur 6 ein Histogramm zur Darstellung der Größenverteilung von
Partikelanzahlen über Partikelgrößenklassen, wie sie sich aus den in Figur 5 gemessenen Signalen bestimmen lassen;
Figur 7 eine Partikelsensoreinheit, die eine zwischen der Ladungsfänger- Elektrode und der Spannungsquelle Strommessvorrichtung und eine weitere Strommessvorrichtung aufweist, die den über die Masse- Elektrode fließenden Strom misst; Figur 8 eine Partikelsensoreinheit die eine zwischen der Ladungsfänger- Elektrode und der Spannungsquelle geschaltete Strommessvorrichtung aufweist; und Figur 9 ein optionales Heizer-Element.
Im Einzelnen zeigt die Figur 1 eine Partikelsensoreinheit 10, die einen
Partikelsensor 12 und ein Steuergerät 14 aufweist, das mit einem Kabelbaum 16 an den Partikelsensor 12 angeschlossen ist.
Der Partikelsensor 12 weist eine Schutzrohranordnung auf, die ein inneres metallisches Rohr 18 und ein äußeres metallisches Rohr 20 aufweist. Bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Partikelsensors 12 ragt die
Schutzrohranordnung mit ihrem ersten Ende 24 quer in eine durch ein Rohr geführte Strömung von Messgas 22 hinein. Das zweite Ende 26 der
Schutzrohranordnung liegt dem ersten Ende 24 in Richtung der Längsachse der metallischen Rohre 18, 20 gegenüber. An dem zweiten Ende 26 ist das äußere metallische Rohr 20 optional verschlossen. Alternativ kann das äußere metallische Rohr 20 an dem zweiten Ende 26 eine Öffnung zur Einblasung von Frischluft 28 aufweisen. Das äußere metallische Rohr 20 ist bevorzugt an Masse angeschlossen, wobei das Massepotenzial ein lokales Potenzial (z.B. eines Abgasrohrs) oder ein Steuergeräte-Massepotenzial sein kann.
Das innere metallische Rohr 18 ist an den beiden Enden 24, 26 offen, und es ist konzentrisch im äußeren metallischen Rohr 20 angeordnet. Es ragt mit seinem zum ersten Ende 24 gehörenden ersten Ende über das ebenfalls zum ersten Ende 24 gehörende Ende des äußeren metallischen Rohrs 20 hinaus. Der äußere Durchmesser des inneren metallischen Rohrs 18 ist so viel kleiner als der innere Durchmesser des äußeren metallischen Rohrs 20, das sich zwischen den beiden metallischen Rohren ein ringförmiger Strömungskanal ergibt, über den zunächst quer zur Schutzrohranordnung strömendes Messgas in die
Schutzrohranordnung eintreten kann. An zum ersten Ende 24 gehörenden Ende des äußeren metallischen Rohrs 20 ergibt sich ein Messgaseinlass mit kreisringförmigem Strömungsquerschnitt. An dem ebenfalls zum ersten Ende 24 gehörenden Ende des inneren metallischen Rohrs 18 ergibt sich ein
Messgasauslass, der die lichte Weite des inneren metallischen Rohrs 18 besitzt. Das quer über den Messgasauslass strömende Messgas erzeugt durch einen Venturi-Effekt einen Sog an der Messgasauslassöffnung, der dafür sorgt, dass Messgas über den Messgaseinlass in die Schutzrohranordnung eintritt und über den kreisringförmigen Strömungskanal und das Innere des inneren metallischen Rohrs 18 zum Messgasauslass strömt. Aufgrund dieser Geometrie stellt sich im
Inneren des inneren metallischen Rohrs 18 eine laminare Messgasströmung ein.
Im Inneren des inneren metallischen Rohres 18 befindet sich ein von einem Trägerelement gehaltenes Sensorelement 30 des Partikelsensors 12. Das Sensorelement 30 ist über den Kabelbaum 16 mit dem Steuergerät 14 verbunden.
Figur 2 zeigt das Sensorelement 30 zusammen mit einem Wandabschnitt 18.1 des inneren metallischen Rohres 18 und Elementen des Steuergeräts 14. Das Sensorelement 30 weist eine Korona-Entladungs-Elektrode 32, eine Masse- Elektrode 34 und eine in Strömungsrichtung hinter der Korona-Entladungs- Elektrode 32 und der Masse-Elektrode 34 angeordnete weitere Elektrode auf.
Die weitere Elektrode ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine
Ladungsdetektions-Elektrode 36, die außer der Ladungsdetektion keine weitere Funktion besitzt. Zwischen der Masse-Elektrode 34 und der Ladungsdetektions- Elektrode 36 ist eine Ladungsfänger-Elektrode 38 angeordnet. Diese Elektroden sind im dargestellten Ausführungsbeispiel elektrisch voneinander isoliert auf einem Trägerelement angeordnet. Das Trägerelement besteht zum Beispiel aus einem dielektrischen Keramikmaterial und weist optional ein Heizer-Element 39 auf.
Die Elektroden 32, 34, 36, 38 des Sensorelementes 30 sind über den Kabelbaum 16 an das Steuergerät 14 angeschlossen. Das Steuergerät 14 weist einen Mikroprozessor 14.1 und einen Speicher 14.2, eine Hochspannungsquelle 14.3, eine Spannungsquelle 14.4 und eine Strommessvorrichtung 14.5 auf. Die Hochspannungsquelle 14.3 und die Spannungsquelle 14.4 werden vom
Mikroprozessor 14.1 gesteuert. Die Steuerung der Hochspannungsquelle 14.3 umfasst wenigstens das Einschalten und Ausschalten der Hochspannungsquelle 14.3. Die Steuerung der Spannungsquelle 14.1 umfasst wenigstens das
Einstellen verschiedener Potenziale am Ausgang der Spannungsquelle 14.1 . Der Mikroprozessor 14.1 wertet die von der Strommessvorrichtung 14.5 erfassten Stromstärken aus. Die Steuerung der Hochspannungsquelle 14.3 und der Spannungsquelle 14.4 sowie die Auswertung der erfassten Stromstärken erfolgt durch Abarbeiten eines im Speicher 14.2 abgelegten Programms. Als Ergebnis gibt der Mikroprozessor 14.1 Konzentrationen von Partikeln für verschiedene
Größenklassen der Partikel an einem Ausgang 14. 6 des Steuergeräts 14 aus.
Die Hochspannungsquelle 14.3 ist mit ihrem Ausgang an die Korona-Entladungs- Elektrode 32 angeschlossen. Die Spannungsquelle 14.4 ist mit ihrem Ausgang an die Ladungsfänger-Elektrode 38 angeschlossen. Die Masse-Elektrode 34 ist an ein Massepotenzial 14.7 des Steuergeräts 14 angeschlossen, und die Strommesseinrichtung 14.5 ist an die Ladungsdetektions-Elektrode 36 angeschlossen. Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Betreiben einer Partikelsensoreinheit mit einer an die Ladungsdetektions- Elektrode angeschlossenen Strommessvorrichtung. Bei dem in der Figur 3 dargestellten Verfahren werden die Bestimmungsstromstärken durch Messung der über die Ladungsdetektions-Elektrode 36 fließenden Ströme erfasst.
In einem ersten Schritt 40 des Flussdiagramms der Figur 3 wird die
Ladungsfänger-Elektrode 38 auf ein erstes Potenzial V1 aufgeladen.
In einem zweiten Schritt 42 wird eine Stromstärke des Stroms erfasst, der durch die dann noch an der Ladungsfänger-Elektrode 38 vorbeifliegenden geladenen
Partikel getragen wird. Dieser Strom bewirkt durch Influenz eine Aufladung der Ladungsdetektions-Elektrode 36. Der für die Aufladung erforderliche Stromfluss wird als Messsignal M1 von der Strommessvorrichtung 14.5 erfasst. In einem dritten Schritt 44 wird die Ladungsfänger-Elektrode 38 auf ein zweites
Potenzial V2 aufgeladen. Das zweite Potenzial V2 kann größer oder kleiner sein als das erste Potenzial V1 . Im Folgenden wird zunächst davon ausgegangen, dass das zweite Potenzial V2 größer ist als das erste Potenzial V1.
In einem vierten Schritt 46 wird die Stromstärke des durch diese Partikel getragenen elektrischen Stroms mithilfe der Ladungsdetektions-Elektrode 36 durch die Strommesseinrichtung 14.5 gemessen. In diesem Fall werden bei sonst unveränderten Bedingungen mehr geladene Partikel von der
Ladungsfänger-Elektrode 38 abgesaugt, und entsprechend weniger geladene Partikel werden an der Ladungsdetektions-Elektrode 36 vorbeifliegen. Daher wird das Messsignal M2 kleiner sein als das Messsignal M1.
In einem fünften Schritt 48 wird das kleinere Messsignal von dem größeren Messsignal subtrahiert. In der Differenz der beiden Messsignale, bzw.
Bestimmungsstromstärken bildet sich die Konzentration von Partikeln in dem Messgas ab, deren Größe zwischen Schranken liegt, die durch das erste
Potenzial V1 und das zweite Potenzial V2 festgelegt werden. Durch das erste Potenzial V1 werden nur leichte geladene Partikel abgesaugt, die zum Beispiel eine Masse haben, die kleiner als eine obere Schranke S1 ist. Durch das zweite Potenzial V2 werden auch etwas schwerere geladene Partikel, deren Masse kleiner als eine obere Schranke S2 ist, abgesaugt. Durch die Differenzbildung erhält man qualitativ die Zahl der geladenen Partikel, deren Masse größer als S1 aber kleiner als S2 sind und die daher einer Größenklasse angehören, die durch S1 und S2 begrenzt und damit auch durch die zugehörigen Potenziale V1 und V2 begrenzt wird.
In einem sechsten Schritt 50 ordnet der Mikroprozessor 14.1 der Differenz einen bestimmten Konzentrationswert zu. Der Zusammenhang zwischen der Differenz und dem Konzentrationswert ist z. B. im Speicher in Form einer Kennlinie oder Berechnungsvorschrift abgelegt.
Die so bestimmte Konzentration wird in einem siebten Schritt 52 am Ausgang des Steuergerätes 14 als Ausgangssignal bereitgestellt.
Dieses für die Bildung einer einzelnen Differenz beschriebene Verfahren kann auf die Bildung von n-Differenzen erweitert werden. Dazu sind nacheinander n+1
Potenziale einzustellen und n+1 zugehörige Stromstärken zu erfassen. Aus je zwei für benachbarte Potenziale erfassten Stromstärken wird jeweils eine Differenz gebildet, die auf die beschriebene Weise der Konzentration von Partikeln einer Größenklasse entspricht. Es ergeben sich dann insgesamt n- Differenzen von Stromstärken, wobei jede Differenz ein Maß für die
Konzentration von Partikeln einer bestimmten Größenklasse darstellt. Wenn die Potenziale einmal vom größten Potenzial bis zum kleinsten Potenzial eingestellt worden sind, ist ein Messzyklus abgeschlossen. Ein Messzyklus besteht im Beispiel der Figur 3 aus den Schritten 40 bis 52. Der Messzyklus wird im Folgenden fortlaufend wiederholt, so dass immer aktuelle Werte der nach Partikelgrößen aufgeschlüsselten Partikelkonzentrationen am Ausgang 14.6 des Steuergeräts 14 bereitgestellt werden.
Figur 4 zeigt einen treppenförmigen Verlauf von Potenzialen Vi mit i = 1 bis Vn+1 die beim Durchführen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Messzyklus an der Ladungsfänger-Elektrode 38 eingestellt werden. Im dargestellten Beispiel steigen die Potenziale monoton an.
Figur 5 zeigt qualitativ bei den Potenzialen aus der Figur 4 mit der
Strommessvorrichtung gemessene Signale Mi wobei ein Signal Mi jeweils zu einem Potenzial Vi gehört. Die Signale sind Bestimmungsstromstärken, die sich dabei an der Ladungsdetektions-Elektrode 36 ergeben. Die Stromstärken werden mit zunehmendem Potenzial Vi an der Ladungsfänger-Elektrode 38 kleiner.
In dem Ausführungsbeispiel, bei dem als Bestimmungsstromstärken über die Ladungsfänger-Elektrode 38 fließende Ströme verwendet werden, würden die Stromstärken mit zunehmendem Potenzial an der Ladungsfänger-Elektrode 38 größer werden, weil die Ladungsfänger-Elektrode 38 mit zunehmendem
Potenzial mehr geladene Partikel einfängt.
Figur 6 zeigt qualitativ ein Histogramm zur Darstellung der Größenverteilung von Partikelanzahlen über Partikelgrößenklassen, wie sie sich aus den gemessenen und in Figur 5 aufgetragenen Signalen berechnen lassen. Jede Partikelanzahl basiert auf einer Differenz von Signalen Mi, Mi+1 oder Mi, Mi-1 .
Bei der Beschreibung des Flussdiagramms der Figur 3 werden die
Bestimmungsstromstärken im zweiten Schritt 42 und im vierten Schritt 46 durch Messung des über die Ladungsdetektions-Elektrode 36 fließenden elektrischen Stroms bestimmt.
Als erste Alternative dazu können die Bestimmungsstromstärken im zweiten Schritt 42 und im vierten Schritt 46 auch jeweils dadurch bestimmt werden, dass die Stromstärken der über die Korona-Entladungs-Elektrode 32, die Masse- Elektrode 34 und die Ladungsfänger-Elektrode 38 fließenden Ströme bestimmt werden, dass die Summe der über die Masse-Elektrode 34 und die
Ladungsfänger-Elektrode 38 fließenden Ströme gebildet wird und diese Summe von dem über die Korona-Entladungs-Elektrode 32 fließenden Strom subtrahiert wird.
Figur 7 zeigt eine dafür geeignete Partikelsensoreinheit 10, die auf den Figuren 1 und 2 basiert und sich von dieser darin unterscheidet, dass sie keine
Ladungsdetektions-Elektrode aufweist. Stattdessen ist eine an den
Mikroprozessor 14.1 angeschlossene zweite Strommessvorrichtung 14.8 zwischen der Ladungsfänger-Elektrode 38 und der Spannungsquelle 14.4 geschaltet, die den über die Ladungsfänger-Elektrode 38 fließenden Strom misst und ihren Messwert an den Mikroprozessor übergibt. Darüber hinaus weist die Partikelsensoreinheit der Figur 4 eine dritte an den Mikroprozessor
angeschlossene Strommessvorrichtung 14.9 auf, die den über die Masse- Elektrode 34 fließenden Strom misst und ihren Messwert an den Mikroprozessor 14.1 übergibt. Der über die Korona-Entladungs-Elektrode 32 fließende Strom wird vom Steuergerät 14 erzeugt. Seine Stromstärke ist im Steuergerät 14 bekannt oder wird andernfalls durch noch eine weitere Strommessvorrichtung gemessen.
Als zweite Alternative dazu können die Bestimmungsstromstärken im zweiten Schritt und im vierten Schritt auch jeweils dadurch bestimmt werden, dass die Stromstärken der über die Ladungsfänger-Elektrode fließenden Ströme bestimmt werden. Dieser Strom ist jeweils komplementär zu dem "escaping current", also dem Strom, der zeitgleich durch die über die Ladungsfänger-Elektrode 38 hinweg fliegenden geladenen Partikeln getragen wird. Eine separate Ladungsdetektions- Elektrode 36, wie sie beim ersten Ausführungsbeispiel vorhanden ist, wird auch hier nicht benötigt.
Figur 8 zeigt eine dafür geeignete Partikelsensoreinheit 10, die auf der
Partikelsensoreinheit 10 der Figuren 1 und 2 basiert und sich von dieser wie bereits die Partikelsensoreinheit 10 aus Figur 7 darin unterscheidet, dass sie keine Ladungsdetektions-Elektrode aufweist. Stattdessen ist eine an den
Mikroprozessor 14.1 angeschlossene zweite Strommessvorrichtung 14.8 zwischen der Ladungsfänger-Elektrode 38 und der Spannungsquelle 14.4 geschaltet, die den über die Ladungsfänger-Elektrode 38 fließenden Strom misst und ihren Messwert an den Mikroprozessor 14.1 übergibt.
Als zweite Alternative dazu können die Bestimmungsstromstärken im zweiten Schritt 42 und im vierten Schritt 46 auch jeweils dadurch bestimmt werden, dass die Stromstärken des über die Ladungsfänger-Elektrode 38 fließenden Stroms bestimmt werden.
Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines optionalen Heizer-Elements 39, welches in die dielektrische Keramik des Trägerelements eingebettet oder auf eine Oberfläche einer oder mehrerer Seiten des Trägerelements aufgebracht sein kann. Bei einer Anordnung auf einer Oberfläche wird das Heizer-Element 39 bevorzugt mittels Siebdruck oder einem anderen Druckverfahren von
Metallschichten aufgebracht, erfolgen. Das Heizer-Element 39 kann einerseits zur Erhöhung der Temperatur des Sensorelements 30 verwendet werden, z.B. um Rußablagerungen, welche zu einem Kurzschluss zwischen den Elektroden führen können, zu reduzieren oder zu verhindern. Alternativ kann auch die Temperatur des Sensorelements mit dem Heizer-Element 39 auf über 650°C- 700°C erhöht werden um Rußablagerungen zu verbrennen. Das Heizer-Element 39 weist eine mäanderförmige Widerstandsheizung 39. 1 auf, die über
Kontaktflächen 39.2 und den Kabelbaum mit dem Steuergerät 14 verbindbar ist. Diese Funktion kann insbesondere zum Freibrennen der Ladungsfänger- Elektrode 38 notwendig sein. Wegen deren anziehender Wirkung ist an ihr ein hohes Maß an Verrußung zu erwarten.

Claims

Ansprüche 1 . Partikelsensoreinheit (10) mit einem Partikelsensor (12) der einen
Messgaseinlass, einen Messgasauslass, einen sich zwischen
Messgaseinlass und Messgasauslass erstreckenden
Messgasströmungspfad, eine Korona-Entladungs-Elektrode (32), eine Masse-Elektrode (34) und wenigstens eine weitere Elektrode aufweist, die in dem Messgasströmungspfad angeordnet ist, und mit einem Steuergerät
(14), das eine an die Korona-Entladungs-Elektrode (32) angeschlossene Hochspannungsquelle (14.3) und eine Strommessvorrichtung (14.5) aufweist, die an die wenigstens eine weitere Elektrode angeschlossen ist, wobei das Steuergerät (14) dazu eingerichtet ist, eine im
Messgasströmungspfad herrschende Konzentration von Partikeln in
Abhängigkeit von Messwerten von über die wenigstens eine weitere
Elektrode fließenden elektrischen Strömen zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelsensor (12) eine Ladungsfänger-Elektrode (38) aufweist und dass das Steuergerät (14) dazu eingerichtet ist, die Ladungsfänger-Elektrode (38) zu verschiedenen Zeitpunkten auf
verschieden hohe elektrische Potenziale aufzuladen, zu den verschieden hohen Potenzialen Bestimmungsstromstärken eines im Partikelsensor (12) fließenden elektrischen Stroms zu erfassen, und eine Konzentration von mit dem Messgas transportierten Partikeln einer durch die Potenziale bestimmten Größenklasse in Abhängigkeit von je zwei für voneinander verschiedene Potenziale erfassten Bestimmungsstromstärken zu ermitteln.
2. Partikelsensoreinheit (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu eingerichtet ist, als Bestimmungsstromstärke eine Stromstärke eines Stroms zu bestimmen, der von aus dem Partikelsensor (12) herausfliegenden geladenen Partikeln getragen wird.
3. Partikelsensoreinheit (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu eingerichtet ist, Stromstärken von elektrischen Strömen zu erfassen, die über die Ladungsfänger-Elektrode (38) als weitere Elektrode fließen, zusätzlich Stromstärken zu bestimmen, die über die Masse- Elektrode (34) fließen und Stromstärken zu bestimmen, die über die Korona- Entladungs-Elektrode (32) fließen und für jeden eingestellten Potenzialwert als Bestimmungsstromstärke eine Stromstärke eines Stroms zu bestimmen, die sich durch Subtrahieren der Stromstärken der über die Masse-Elektrode (34) und die Ladungsfänger-Elektrode (38) fließenden Ströme von der Stromstärke des über die Korona-Entladungs-Elektrode (32) fließenden Stroms ergibt.
Partikelsensoreinheit (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu eingerichtet ist, als Bestimmungsstromstärken Stromstärken von elektrischen Strömen zu erfassen, die über eine im Strömungspfad in einer vom Messgaseinlass zum Messgasauslass weisenden Richtung hinter der Ladungsfänger-Elektrode (38) in dem Messgasströmungspfad angeordneten Ladungsdetektions-Elektrode (36) als weitere Elektrode fließen.
Partikelsensoreinheit (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu eingerichtet ist, als Bestimmungsstromstärken Stromstärken von elektrischen Strömen erfasst werden, die über die Ladungsfänger- Elektrode (38) als weitere Elektrode fließen.
Verfahren zum Betreiben einer Partikelsensoreinheit (10), die einen Partikelsensor (12) aufweist, der einen Messgaseinlass, einen
Messgasauslass, einen sich zwischen Messgaseinlass und Messgasauslass erstreckenden Messgasströmungspfad, eine Korona-Entladungs-Elektrode (32), eine Masse-Elektrode (34) und wenigstens eine weitere Elektrode aufweist, die in dem Messgasströmungspfad angeordnet ist, und die ein Steuergerät (14) aufweist, das eine an die Korona-Entladungs-Elektrode (32) angeschlossene Hochspannungsquelle (14.3) und eine
Strommessvorrichtung (14.5) aufweist, die an die wenigstens eine weitere Elektrode angeschlossen ist, wobei eine im Messgasströmungspfad herrschende Konzentration von Partikeln in Abhängigkeit von über die wenigstens eine weitere Elektrode fließenden elektrischen Strömen bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladungsfänger-Elektrode (38) des Partikelsensors (12) zu verschiedenen Zeitpunkten auf verschieden hohe elektrische Potenziale aufgeladen wird, zu den verschieden hohen Potenzialen Bestimmungsstromstärken eines im Partikelsensor (12) fließenden elektrischen Stroms bestimmt werden, und dass eine Konzentration von mit dem Messgas transportierten Partikeln einer durch die Potenziale bestimmten Größenklasse in Abhängigkeit von je zwei für voneinander verschiedene Potenziale erfassten Bestimmungsstromstärken ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als
Bestimmungsstromstärke eine Stromstärke eines Stroms bestimmt wird, der von aus dem Partikelsensor (12) herausfliegenden geladenen Partikeln getragen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Stromstärken von elektrischen Strömen erfasst werden, die über die Ladungsfänger- Elektrode (38) als weitere Elektrode fließen, dass zusätzlich Stromstärken bestimmt werden, die über die Masse-Elektrode (34) fließen und
Stromstärken bestimmt werden, die über die Korona-Entladungs-Elektrode (32) fließen und dass für jeden eingestellten Potenzialwert als
Bestimmungsstromstärke eine Stromstärke eines Stroms bestimmt wird, die sich durch Subtrahieren der Stromstärken der über die Masse-Elektrode (34) und die Ladungsfänger-Elektrode (38) fließenden Ströme von der
Stromstärke des über die Korona-Entladungs-Elektrode (32) fließenden Stroms ergibt.
Verfahren nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Bestimmungsstromstärken Stromstärken von elektrischen Strömen erfasst werden, die über eine im Strömungspfad in einer vom Messgaseinlass zum Messgasauslass weisenden Richtung hinter der Ladungsfänger-Elektrode (38) in dem Messgasströmungspfad angeordneten Ladungsdetektions- Elektrode (36) als weitere Elektrode fließen.
0. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als
Bestimmungsstromstärken Stromstärken von elektrischen Strömen erfasst werden, die über die Ladungsfänger-Elektrode (38) als weitere Elektrode fließen.
PCT/EP2018/071694 2017-08-17 2018-08-09 Partikelsensoreinheit mit einem partikelsensor und einem steuergerät und verfahren zum betreiben der partikelsensoreinheit WO2019034539A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017214357.6 2017-08-17
DE102017214357.6A DE102017214357A1 (de) 2017-08-17 2017-08-17 Partikelsensoreinheit mit einem Partikelsensor und einem Steuergerät und Verfahren zum Betreiben der Partikelsensoreinheit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019034539A1 true WO2019034539A1 (de) 2019-02-21

Family

ID=63168426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/071694 WO2019034539A1 (de) 2017-08-17 2018-08-09 Partikelsensoreinheit mit einem partikelsensor und einem steuergerät und verfahren zum betreiben der partikelsensoreinheit

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017214357A1 (de)
WO (1) WO2019034539A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060284077A1 (en) * 2005-05-23 2006-12-21 Tsi Incorporated Instruments for measuring nanoparticle exposure
US20110050243A1 (en) * 2008-03-04 2011-03-03 Pegasor Oy Particle Measurement Process and Apparatus
US20110246089A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 Terence Barrett Micro-fabricated double condenser method and apparatus for the measurement of number-size distribution of airborne nano-particles
WO2013125181A1 (ja) 2012-02-21 2013-08-29 日本特殊陶業株式会社 微粒子センサ
WO2014033040A1 (en) * 2012-08-30 2014-03-06 Naneos Particle Solutions Gmbh Aerosol measuring device and method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060284077A1 (en) * 2005-05-23 2006-12-21 Tsi Incorporated Instruments for measuring nanoparticle exposure
US20110050243A1 (en) * 2008-03-04 2011-03-03 Pegasor Oy Particle Measurement Process and Apparatus
US20110246089A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 Terence Barrett Micro-fabricated double condenser method and apparatus for the measurement of number-size distribution of airborne nano-particles
WO2013125181A1 (ja) 2012-02-21 2013-08-29 日本特殊陶業株式会社 微粒子センサ
EP2824453A1 (de) 2012-02-21 2015-01-14 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Mikropartikelsensor
WO2014033040A1 (en) * 2012-08-30 2014-03-06 Naneos Particle Solutions Gmbh Aerosol measuring device and method

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017214357A1 (de) 2019-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2864757A1 (de) Verfahren zur funktionskontrolle eines sensors zur detektion von teilchen und sensor zur detektion von teilchen
DE102009028239A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Eigendiagnose eines Partikelsensors
AT502207B1 (de) Verfahren zum klassifizieren und trennen von teilchen sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens
EP3204750A1 (de) Verfahren zur funktionskontrolle eines sensors zur detektion von teilchen
DE102011110057A1 (de) Verfahren zum Regeln einer Ionisationseinrichtung von einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung
WO2019034539A1 (de) Partikelsensoreinheit mit einem partikelsensor und einem steuergerät und verfahren zum betreiben der partikelsensoreinheit
AT523591B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Messung von Eigenschaften eines Fluids
EP3682224B1 (de) Partikelsensor mit einer planaren, freigestellten korona-entladungs-elektrode
WO2019038012A1 (de) Partikelsensoreinheit mit einem mehrere messfühler aufweisenden partikelsensor und betriebsverfahren der partikelsensoreinheit
EP3396352B1 (de) Verfahren und einrichtung zur extraktiven bestimmung der konzentration von ein oder mehreren stoffen
DE102018218918A1 (de) Partikelsensor und Betriebsverfahren hierfür
DE102015214398A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine
DE102006032906B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung und Bewertung von Partikeln in einem Gasstrom
EP3903088A1 (de) Partikelsensor und betriebsverfahren hierfür
WO2020104112A1 (de) Kompakter partikelsensor mit sensorinterner messgasführung
EP1681551A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Anzahlkonzentration und mittlerem Durchmesser von Aerosolpartikeln
AT523371B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Messung von Aerosolen
DE102017212597A1 (de) Partikelsensor mit einem unterschiedliche lichte Weiten aufweisenden Rohr
WO2020127617A1 (de) Partikelsensor und betriebsverfahren hierfür
EP3580544A1 (de) Partikelsensor und betriebsverfahren hierfür
WO2020108836A1 (de) Verfahren zum betreiben einer korona-entladungs-partikelsensoreinheit
WO2019120790A1 (de) Sensoranordnung zur erfassung von partikeln eines messgases in einem messgasraum und verfahren zur erfassung von partikeln eines messgases in einem messgasraum
EP3903089A1 (de) Partikelsensor und betriebsverfahren hierfür
DE102017216191A1 (de) Partikelsensor mit einem durch Spritzgießen hergestellten keramischen Sensorkörper
DE102017209299A1 (de) Elektrostatische Partikelsensoreinheit mit Haupt- und Hilfselektroden

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18753166

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18753166

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1