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DE102006034075B4 - Method and device for the selective detection of conductive particles in gas streams - Google Patents

Method and device for the selective detection of conductive particles in gas streams Download PDF

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Abstract

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.method for the selective detection of electrically conductive and / or electrically charged particles in a gas stream, in particular for detecting soot particles, wherein the gas flow through an array of electrodes (E1, E2) flows, between which an electric current flows, which by a disabled discharge between the electrodes (E1, E2), wherein at the electrodes (E1, E2) an electrical voltage is applied and a switchable additional electric or magnetic field is controlled so that the conductive ponds dependent on be distracted differently from their mass and their charge.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven Erfassung von leitfähigen Teilchen in Gasströmen, insbesondere zur Erfassung von Russpartikeln.The The invention relates to a method and a device for selective Detection of conductive particles in gas streams, in particular for detecting soot particles.

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.in the Prior art are different methods of detection the russ density in pouring Gases. These are capacitive, optical and electronic methods used. The current flow through the discharge system as Measure of the number of particles determined.

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.To DE 199 04 691 C2 For example, an optical sensor unit for in-situ detection and characterization of fluid-borne particles is known. This consists of at least one pulsed radiation emitter unit whose radiation is used for the thermal excitation of the particles, and at least one optical detector capable of temporally dissolving the course of the thermal radiation emanating from the particles, and these at a defined angle or angular range detected, which are integrated together in a measuring arrangement and arranged so that this arrangement device projects into a stationary or flowing fluid wholly or partially or the stationary or flowing fluid surrounds as adapted or variable in cross-sectional device and the detected, timed in its course signal the thermal radiation for a downstream evaluation unit for the simultaneous determination of the primary particle size and the volume or mass concentration provides. The disadvantage here is the high equipment expense.

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.It is also after DE 103 53 860 A1 a sensor for detecting particles in the exhaust system of an internal combustion engine known. The arrangement contains two electrode devices, which are arranged at a defined distance from each other and at least partially exposed to the gas stream. The electrode devices are separated from one another by an intermediate layer of an electrically insulating material and have free edges spaced apart from one another by the thickness of the intermediate layer and exposed to the gas flow.

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.at This sensor can also be a small distance between the two Electrode devices precise be realized because this distance through the intermediate layer pretend the electrically insulating material. The sensor points several exposed, the gas flow in the exhaust pipe exposable and only by the thickness of the intermediate layer spaced edge surface pairs the electrodes whose impedance changes with increasing particle loading and such a signal for the particle loading changes and such a signal for the particle loading of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe delivers.

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.adversely in the capacitive arrangements is that the holders for the electrode systems contaminated by deposits and thus falsify the measurement result or even cause a short circuit between the electrodes.

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.In DE 103 45 945 A1 is described an exhaust system of an internal combustion engine. This contains a soot filter and a device for the regeneration of the soot filter. For this purpose, an additive is used which comprises a catalyst which acts during the regeneration, and the temperature of the soot filter is increased so that oxidized soot particles oxidize thereon.

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.Furthermore, in DE 198 17 402 C1 a sensor arrangement described in which the deposits are to be thermally degraded. This is a sensor arrangement for the quantitative determination of electrically conductive or electrically charged particles contained in a gas flow, in particular soot particles in the exhaust flow of a diesel engine. This arrangement comprises an electrode arrangement surrounded by the gas flow in an exhaust pipe, to which a voltage can be supplied via at least one conductor arrangement projecting through a wall of the exhaust pipe, and a current measuring device for measuring a current flowing from the voltage source to the electrode arrangement. The formation of a possibly causing a short circuit continuous particle layer is prevented by at least a portion of the surface of the protruding into the exhaust pipe conductor assembly is heated to a particle thermally destructive temperature.

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.To DE 10 2004 029 523 A1 An arrangement is known with which, for the selective detection of electrically conductive and / or electrically charged particles in a gas stream flowing through an electrode arrangement, between the electrodes of which an electrical current is caused by a hindered discharge between the electrodes. In this case, an electrical voltage is applied to the electrodes and to further electrodes.

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.Furthermore, in DE 102 44 702 A1 describes the detection of particles in a gas stream, wherein the gas stream flows through an electrode arrangement, between whose electrodes an electric current flows, which is caused by a hindered discharge between the electrodes. At the electrodes, one of which has a coating of a ceramic material, is applied to a high-frequency AC voltage.

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 be hinderte Entladung zwischen den Elektroden verursacht wird. Dabei liegt an den Elektroden eine elektrische Spannung an, wobei eine der Elektroden von einer Isolierung umschlossen ist.In US 38 23 372 A an arrangement is described in which for the detection of particles in egg a gas stream flowing through an array of electrodes between which an electric current flows, which is caused by a hindrance discharge between the electrodes. In this case, an electrical voltage is applied to the electrodes, one of the electrodes being enclosed by an insulation.

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.at the known arrangements is disadvantageous that the emergence of the Deposits can not be avoided and no statement about the error, which is caused by the current contamination, taken can be.

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.Of the Invention is based on the object, a method and an apparatus of the type mentioned above, in which the influence of aging processes as a result of deposits is largely eliminated.

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.The Task is according to the invention with a Process which has the features specified in claim 1 and with a device having the in the claim 3 specified characteristics, solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments are specified in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass einem elektrischen Feld ein zusätzliches schaltbares elektrisches oder magnetisches Feld überlagert wird.The inventive solution exists in that an electric field has an additional switchable electrical or magnetic field superimposed becomes.

Damit können die durch Ablagerungen an den Elektrodenfassungen hervorgerufenen Drifterscheinungen ermittelt und gegebenenfalls kompensiert werden, wobei die Größe der parasitären Nebenschlüsse ermittelt wird.In order to can caused by deposits on the electrode sockets Drifterscheinungen be determined and compensated if necessary, where the size of the parasitic shunts is determined becomes.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The Invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment.

In der zugehörigen Zeichnung zeigtIn the associated Drawing shows

1 einen Querschnitt durch eine Ausführung mit zusätzlichem elektrischen Feld
und 1 a cross section through an embodiment with additional electric field
and

2 einen Querschnitt durch eine Ausführung mit zusätzlichem magnetischen Feld. 2 a cross section through an embodiment with additional magnetic field.

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.In the 1 illustrated arrangement includes a gas pipe 1 , in which the gas stream to be examined is conducted. Inside the gas pipe 1 is a ceramic insulating tube 2 appropriate. In the ceramic insulating tube 2 There is a centrally located inner electrode E1, between which and two or more outer electrodes (E2, E3) a high-frequency alternating voltage is applied, so that a disabled electrical discharge is excited. The current flowing between the outer electrodes (E2, E3) and the inner electrode (E1) is controlled via a switchable additional electric field so that the electrically conductive particles contained in the gas stream are deflected differently depending on the mass and charge.

Da durch das wechselnde An- und Abschalten des Feldes nur die frei beweglichen Teilchen beeinflusst werden und nicht die störenden parasitären Abla gerungen im Elektrodenbereich, kann daraus eine Information über die zu ermittelnden Parameter der frei beweglichen Teilchen gewonnen werden.There by changing the switching on and off of the field only the free be influenced by mobile particles and not disturbing parasitic Abla in the electrode area, it can provide information about the obtained to be determined parameters of the free moving particles become.

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.At the in 2 As shown, the deflection of the moving particles is effected by a controlled magnetic field. This is inside the ceramic tube 2 a magnetic coil M is arranged, with which a magnetic field is generated, which causes the deflection of the moving particles.

11
GasleitungsrohrGas Pipeline
22
Isolierröhrcheninsulating tubes
E1E1
innere Elektrodeinner electrode
E2, E3E2, E3
äußere Elektrodeouter electrode
MM
Magnetspulesolenoid

Claims (8)

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.Method for the selective detection of electrical conductive and / or electrically charged particles in a gas stream, in particular for the detection of soot particles, in which the gas flow through a Arrangement of electrodes (E1, E2) flows, between which an electric Electricity flows, which by a disabled discharge between the electrodes (E1, E2) is caused, wherein at the electrodes (E1, E2) a electrical voltage is applied and a switchable additional electric or magnetic field is controlled so that the conductive Ponds in dependence be distracted differently from their mass and their charge. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Elektroden eine hochfrequente Wechselspannung anliegt.Method according to claim 1, characterized in that a high-frequency alternating voltage is applied to the electrodes. 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.Arrangement for the selective detection of conductive particles in a gas stream, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 or 2, wherein the gas stream flows through an electrode arrangement (E1, E2), between whose electrodes (E1, E2) an electric current flows, which is caused by a disabled discharge between the electrodes (E1, E2), wherein a the electrodes (E1) in an insulating tube ( 2 ), which is located in the gas stream, and at least one outer electrode (E2) outside the Isolierröhrchens ( 2 ) is arranged and means for generating an additional electric or magnetic field, which penetrates the gas flow are arranged. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierröhrchen (2) aus Keramik besteht.Arrangement according to claim 3, characterized in that the insulating tube ( 2 ) consists of ceramic. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Elektrode (E1) mittig im Isolierröhrchen (2) angeordnet ist.Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the inner electrode (E1) centrally in the insulating tube ( 2 ) is arranged. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Isolierröhrchens (2) mindestens eine zusätzliche Elektrode (E3) angeordnet ist.Arrangement according to one of claims 3 to 5, characterized in that outside the Isolierröhrchens ( 2 ) at least one additional electrode (E3) is arranged. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Gasstrom eine schaltbare Magnetspule (M) angeordnet ist.Arrangement according to one of claims 3 to 5, characterized in that a switchable magnetic coil (M) is arranged in the gas flow. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Magnetspule (M) im Isolierröhrchen (2) angeordnet ist.Arrangement according to claim 7, characterized in that the switchable magnetic coil (M) in the insulating tube ( 2 ) is arranged.
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