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Dokumentenidentifikation DE102006034075B4 19.03.2009
Titel Verfahren und Vorrichtung zur selektiven Erfassung von leitfähigen Teilchen in Gasströmen
Anmelder UST Umweltsensortechnik GmbH, 98716 Geschwenda, DE
Erfinder Kiesewetter, Olaf, 98716 Geschwenda, DE;
Sender, Reinhard, 98716 Geschwenda, DE;
Kittelmann, Sven, 99326 Stadtilm, DE;
Ewert, Anatolij, 98693 Ilmenau, DE
Vertreter Patentanwälte Liedtke & Partner, 99096 Erfurt
DE-Anmeldedatum 24.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006034075
Offenlegungstag 20.09.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.03.2009
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.03.2009
IPC-Hauptklasse G01N 15/06  (2006.01)  A,  F,  I,  20060724,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse F01N 3/029  (2006.01)  A,  L,  I,  20060724,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven Erfassung von leitfähigen Teilchen in Gasströmen, insbesondere zur Erfassung von Russpartikeln.

Im Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zur Erfassung der Russdichte in strömenden Gasen. Dazu werden kapazitive, optische und elektronische Verfahren verwendet. Dabei wird der Stromfluss über das Entladungssystem als Maß für die Teilchenanzahl ermittelt.

Nach DE 199 04 691 C2 ist eine optische Sensoreinheit zur In-situ-Erfassung und Charakterisierung von fluidgetragenen Teilchen bekannt. Diese besteht aus mindestens einer gepulsten Strahlungsemittereinheit, deren Strahlung zur thermischen Anregung der Teilchen genutzt wird, und mindestens einem optischen Detektor, in der Lage ist, den Verlauf der von den Teilchen ausgehenden thermischen Strahlung zeitlich aufzulösen, und der diese unter einem definierten Winkel oder Winkelbereich erfasst, die zusammen in einer Messanordnung integriert und so angeordnet sind, dass diese Anordnungsvorrichtung in ein ruhendes oder strömendes Fluid ganz oder teilweise hineinragt oder das ruhende oder strömende Fluid als angepasste oder im Querschnitt variable Vorrichtung umschließt und das detektierte, in seinem Verlauf zeitlich ausgelöste Signal der thermischen Strahlung für eine nachgeschaltete Auswerteeinheit zur simultanen Bestimmung der Primärpartikelgröße und der Volumen- oder Massenkonzentration bereitstellt. Nachteilig ist hierbei der hohe gerätetechnische Aufwand.

Ferner ist nach DE 103 53 860 A1 ein Sensor zum Erfassen von Partikeln im Abgassystem einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Anordnung enthält zwei Elektrodeneinrichtungen, die in einem definierten Abstand voneinander angeordnet und wenigstens bereichsweise dem Gasstrom ausgesetzt sind. Die Elektrodeneinrichtungen sind durch eine Zwischenschicht aus einem elektrisch isolierenden Material voneinander getrennt und weisen um die Dicke der Zwischenschicht voneinander beabstandete, dem Gasstrom aussetzbare freie Ränder auf.

Bei diesem Sensor kann auch ein kleiner Abstand zwischen den beiden Elektrodeneinrichtungen präzise realisiert werden, da dieser Abstand durch die Zwischenschicht aus dem elektrisch isolierenden Material vorgeben ist. Der Sensor weist mehrere freiliegende, dem Gasstrom im Abgasrohr aussetzbare und nur um die Dicke der Zwischenschicht voneinander beabstandete Randflächenpaare der Elektroden auf, deren Impedanz sich mit steigender Partikelbeladung ändert und so ein Signal für die Partikelbeladung ändert und so ein Signal für die Partikelbeladung des im Abgasrohr strömenden Abgases liefert.

Nachteilig bei den kapazitiven Anordnungen ist, dass die Halter für die Elektrodensysteme durch Ablagerungen verschmutzen und damit das Messergebnis verfälschen oder gar einen Kurzschluss zwischen den Elektroden verursachen.

In DE 103 45 945 A1 ist ein Abgasstrang einer Brennkraftmaschine beschrieben. Dieser enthält einen Russfilter und eine Einrichtung zur Regeneration des Russfilters. Hierzu wird ein Additiv eingesetzt, das einen bei der Regenerierung wirkenden Katalysator umfasst, sowie die Temperatur des Russfilters erhöht, so dass an diesem angelagerte Russpartikel oxidieren.

Ferner ist in DE 198 17 402 C1 eine Sensoranordnung beschrieben, bei der die Ablagerungen thermisch abgebaut werden sollen. Es handelt sich hierbei um eine Sensoranordnung zur quantitativen Bestimmung von in einem Gasstrom enthaltenen elektrisch leitenden oder elektrisch geladenen Partikel, insbesondere Russpartikel im Abgasstrom eines Dieselmotors. Dies Anordnung enthält eine vom Gasstrom in einer Abgasleitung umströmte Elektrodenanordnung, der eine Spannung über wenigstens eine durch eine Wand der Abgasleitung hindurchragende Leiteranordnung zuführbar ist, und eine Strommesseinrichtung zur Messung eines von der Spannungsquelle zur Elektrodenanordnung fließenden Stroms. Die Ausbildung einer gegebenenfalls einen Kurzschluss verursachenden durchgehenden Partikelschicht wird dadurch verhindert, dass wenigstens ein Abschnitt der Oberfläche der in die Abgasleitung ragenden Leiteranordnung auf eine die Partikel thermisch zerstörende Temperatur aufgeheizt wird.

Nach DE 10 2004 029 523 A1 ist eine Anordnung bekannt, mit der zur selektiven Erfassung von elektrisch leitfähigen und/oder elektrisch geladenen Partikeln in einem Gasstrom, der durch eine Elektrodenanordnung strömt, zwischen deren Elektroden ein elektrischer Storm durch eine behinderte Entladung zwischen den Elektroden verursacht wird. Dabei liegt an den Elektroden und an weiteren Elektroden eine elektrische Spannung an.

Ferner ist in DE 102 44 702 A1 die Detektion von Teilchen in einem Gasstrom beschrieben, wobei der Gasstrom durch eine Elektrodenanordnung strömt, zwischen deren Elektroden ein elektrischer Storm fließt, welcher durch eine behinderte Entladung zwischen den Elektroden verursacht wird. An den Elektroden, von denen eine einen Überzug aus einem keramischen Werkstoff aufweist, liegt eine hochfrequente Wechselspannung an.

In US 38 23 372 A ist eine Anordnung beschrieben, bei der zur Erfassung von Teilchen in einem Gasstrom, der durch eine Anordnung von Elektroden strömt, zwischen denen eine elektrischer Strom fließt, welcher durch eine behinderte Entladung zwischen den Elektroden verursacht wird. Dabei liegt an den Elektroden eine elektrische Spannung an, wobei eine der Elektroden von einer Isolierung umschlossen ist.

Bei den bekannten Anordnungen ist nachteilig, dass die Entstehung der Ablagerungen nicht vermieden werden kann und keine Aussage über den Fehler, der durch die jeweils aktuelle Verunreinigung verursacht wird, getroffen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der der Einfluss von Alterungsprozessen infolge von Ablagerungen weitgehend eliminiert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren, welches die in die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und mit einer Vorrichtung, welche die in die im Anspruch 3 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass einem elektrischen Feld ein zusätzliches schaltbares elektrisches oder magnetisches Feld überlagert wird.

Damit können die durch Ablagerungen an den Elektrodenfassungen hervorgerufenen Drifterscheinungen ermittelt und gegebenenfalls kompensiert werden, wobei die Größe der parasitären Nebenschlüsse ermittelt wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt

1 einen Querschnitt durch eine Ausführung mit zusätzlichem elektrischen Feld

und

2 einen Querschnitt durch eine Ausführung mit zusätzlichem magnetischen Feld.

Die in 1 dargestellte Anordnung enthält ein Gasleitungsrohr 1, in dem der zu untersuchende Gasstrom geführt wird. Im Innern des Gasleitungsrohres 1 ist ein keramisches Isolierröhrchen 2 angebracht. Im keramischen Isolierröhrchen 2 befindet sich eine mittig angeordnete innere Elektrode E1, zwischen der und zwei oder mehreren Außenelektroden (E2, E3) eine hochfrequente Wechselspannung angelegt wird, so dass eine behinderte elektrische Entladung angeregt wird. Der zwischen den äußeren Elektroden (E2, E3) und der inneren Elektrode (E1) fließende Strom wird über ein schaltbares zusätzliches elektrisches Feld so gesteuert, dass die im Gasstrom enthaltenen elektrisch leitenden Teilchen je nach Masse und Ladung unterschiedlich stark abgelenkt werden.

Da durch das wechselnde An- und Abschalten des Feldes nur die frei beweglichen Teilchen beeinflusst werden und nicht die störenden parasitären Ablagerungen im Elektrodenbereich, kann daraus eine Information über die zu ermittelnden Parameter der frei beweglichen Teilchen gewonnen werden.

Bei der in 2 gezeigten Ausführung erfolgt die Ablenkung der beweglichen Teilchen durch ein gesteuertes magnetisches Feld. Hierzu ist im Inneren des keramischen Röhrchens 2 eine Magnetspule M angeordnet, mit der ein Magnetfeld erzeugt wird, welches die Ablenkung der beweglichen Teilchen bewirkt.

1
Gasleitungsrohr
2
Isolierröhrchen
E1
innere Elektrode
E2, E3
äußere Elektrode
M
Magnetspule


Anspruch[de]
Verfahren zur selektiven Erfassung von elektrisch leitfähigen und/oder elektrisch geladenen Partikeln in einem Gasstrom, insbesondere zur Erfassung von Russpartikeln, bei dem der Gasstrom durch eine Anordnung von Elektroden (E1, E2) strömt, zwischen denen ein elektrischer Strom fließt, welcher durch eine behinderte Entladung zwischen den Elektroden (E1, E2) verursacht wird, wobei an den Elektroden (E1, E2) eine elektrische Spannung anliegt und ein schaltbares zusätzliches elektrisches oder magnetisches Feld so gesteuert wird, dass die leitfähigen Teichen in Abhängigkeit von ihrer Masse und ihrer Ladung unterschiedlich abgelenkt werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Elektroden eine hochfrequente Wechselspannung anliegt. Anordnung zur selektiven Erfassung von leitfähigen Teilchen in einem Gasstrom, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Gasstrom durch eine Elektrodenanordnung (E1, E2) strömt, zwischen deren Elektroden (E1, E2) ein elektrischer Strom fließt, welcher durch eine behinderte Entladung zwischen den Elektroden (E1, E2) verursacht wird, wobei eine der Elektroden (E1) in einem Isolierröhrchen (2) angeordnet ist, welches sich im Gasstrom befindet, und mindestens eine Außenelektrode (E2) außerhalb des Isolierröhrchens (2) angeordnet ist und Mittel zur Erzeugung eines zusätzlichen elektrischen oder magnetischen Feldes, das den Gasstrom durchdringt angeordnet sind. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierröhrchen (2) aus Keramik besteht. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Elektrode (E1) mittig im Isolierröhrchen (2) angeordnet ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Isolierröhrchens (2) mindestens eine zusätzliche Elektrode (E3) angeordnet ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Gasstrom eine schaltbare Magnetspule (M) angeordnet ist. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Magnetspule (M) im Isolierröhrchen (2) angeordnet ist.






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