DE1598138C3 - Vorrichtung zum Messen der Konzentration von in einem strömenden Gas suspendierten Teilchen, insbesondere des Rußgehaltes der Abgase von Brennkraftmaschinea - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration von in einem strömenden Gas suspendierten Teilchen, insbesondere des Rußgehalts der Abgase von Brennkraftmaschinen, mit einer Lichtquelle, mit einem die gasförmige Suspension senkrecht zur Strahlungsrichtung der Lichtquelle führenden Meßrohr, dessen Wandung zwei in der Achse des Lichtstrahls liegende Öffnungen sowie eine dritte um 90° gegen diese versetzt angeordnete öffnung aufweist, mit einem zur Aufnahme des von der Suspension in eine bestimmte Richtung gestreuten Lichts dienenden photoelektrischen Empfänger, der in einem das Gesichtsfeld des Empfängers begrenzenden, senkrecht zur Längsachse des Meßrohrs ausgerichteten Tubus angeordnet ist.

Es ist eine Vorrichtung der vorgenannten Bauart bekannt (Streulichtmeßvorrichtung in der Zeitschrift »Staub«, Bd. 18, Nr. 2, vom 1. Februar 1958, S. 37 bis 43), die für die Bestimmung des Reinigungsgrades von Kraftfahrzeugluftfiltern entwickelt ist, wobei die Staubteilchen-Konzentration so klein gewählt wird, daß Absorptionserscheinungen vernachlässigt werden. Neben dem Nachteil, daß die Lichtabsorption nicht berücksichtigt wird, ist auch für die Eichung dieser Vorrichtung ein sehr aufwendiges Verfahren vorgesehen. Nun muß aber bei der Streulichtmessung die vom Lichtempfänger gemessene Streulichtgröße mit einer Richtgröße, z. B. der Lichtquelle selbst, abgeglichen werden. Die Streulichtgröße nimmt linear mit zunehmender Konzentration der Suspension ab. Da aber jeder Streulichtmessung eine Lichtabsorption überlagert ist, die mit zunehmender Konzentration der Suspension nicht linear, sondern logarithmisch zunimmt, muß eine Korrektür des vom Lichtempfänger gemessenen Wertes erfolgen, wenn ein lineares Ableseverhältnis angestrebt ist. Um die Lichtstärke der direkten Lichtquelle größenordnungsmäßig mit der des Streulichts vergleichbar zu machen, wird bei einem bekannten Trübungsmeßgerät (siehe deutsche Patentschrift 1147 404) in den bei der Vergleichsmessung mittels einer Umschaltblende über verschiedene Planglasplatten direkt zum Lichtempfänger gelenkten Lichtstrahl ein Graukeil sowie eine Dunkelblende jeweils verstellbar angeordnet. Dieses Gerät ist, abgesehen davon, daß der Absorptionsfehler bei dieser Ausführung umständlich zu korrigieren ist, aufwendig, teuer und der Empfindlichkeit wegen relativ unpraktisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine handliche, einfache Meßvorrichtung zu schaffen, insbesondere zur Abgasprüfung von Fahrzeugen, bei der der Absorptionsfehler automatisch korrigiert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Tubus mit dem Meßrohr mittels einer das Meßrohr koaxial umschließenden Muffe, in die der Tubus übergeht, verbunden ist, daß die Muffe gegen das Meßrohr verdrehbar ist, so daß der Tubus in einer senkrecht zur Achse des Suspensionsstroms liegenden Ebene schwenkbar ist, und daß die Muffe neben der Anschlußöffnung des Tubus zwei weitere Öffnungen aufweist, die derart angeordnet sind, daß in einer ersten, zur Eichung dienenden Schwenklage des Tubus der Empfänger dem direkten, durch die in der Achse des Lichtstrahls liegenden Öffnungen des Meßrohres tretenden Licht der Quelle ausgesetzt ist, daß in einer zweiten, zum Null-Abgleich dienenden Schwenklage der Empfänger gegen jegliches Licht abgeschirmt ist und daß in einer dritten, zur Messung dienenden Schwenklage des Tubus der Empfänger dem von der Suspension senkrecht zur Achse des Lichtstrahls durch die dritte Öffnung reflektierten Licht ausgesetzt ist. Hierbei wird also auch der Vergleichslichtstrahl durch die Suspension geleitet, wodurch dann im Vergleich zum Streulichtstrahl für jede neu im Vergleich zu messende Konzentration der Suspension die Absorption ohne Einfluß bleibt. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Tubus erlaubt

eine sehr einfache und robuste Konstruktion der Meßvorrichtung, wobei durch einfaches Verschwenken des Tubus in der senkrecht zur Achse des Suspensionsstroms liegenden Ebene die Vorrichtung in ihrer Stellung für die Eichung, den Null-Abgleich und die Messung gebracht werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Öffnungen (Blenden) in der Wandung des Meßrohrs so klein gehalten, daß die Teilchen-Konzentration in einem Kernausschnitt des Suspensionsstroms gemessen wird.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß zwischen dem Lichtempfänger und dem Meßrohr eine den Lichtempfänger schützende Glasscheibe angeordnet ist, die mit dem Tubus geschwenkt wird, denn dadurch wird auch ein durch etwaige Verschmutzung der Scheiben verursachter Absorptionsfehler eliminiert.

Durch die deutsche Patentschrift 850 245 sowie durch die Zeitschrift für Naturforschung, Bd. 10b, S. 474 bis 478, sind zwar Streulichtmeßvorrichtungen bekanntgeworden, bei denen der den photoelektrischen Empfänger tragende Tubus verschwenkbar ist. Hier dient jedoch das Verschwenken des Tubus lediglich der Messung des Streulichts unter verschiedenen Winkeln zum Meßobjekt und zum einfallenden Licht der Lichtquelle, um die Korngröße bzw. Molekülgröße des Meßobjekts zu bestimmen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine in Abgleichstellung befindliche Meßvorrichtung,

F i g. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie H-II in Fig. 1, wobei die Meßvorrichtung in Sperrstellung ist, und

Fig. 3 einen Schnitt wie in Fig. 2, in dem die Vorrichtung in Meßstellung ist.

Über eine Düsel, die koaxial in einem Meßrohr 2 angeordnet ist, strömt die auf ihre Konzentration zu prüfende Suspension 3 in das Meßrohr ein. Über Bohrungen 4 reißt der Suspensionsstrom 3 Frischluft in das Meßrohr 2, die den Suspensionsstrom zur Kühlung und Reinigung, vor allem im Meßbereich, hüllenartig umgibt.

Ein durch eine Lampe 5 und einen Kondensor 6 erzeugter Lichtstrahl 7 durchquert eine schützende Glasscheibe 8, das Meßrohr 2 und den Suspensionsstrom 3. Im Meßrohr 2 sind für diesen Strahldurchgang Radialbohrungen 9 a, 9 b und 9 c vorgesehen. Kondensor 6, Glasscheibe 8 und Meßrohr 2 sind über einen Träger 10 miteinander fest verbunden.

Im Meßbereich ist um das Meßrohr 2 drehbar eine Muffe 11 angeordnet, die T-förmig in einen Tubus 12 übergeht. In der Muffe 11 sind außer der Mündung des Tubus in die Muffe Radialbohrungen 13 a und 13 b vorgesehen, die beim Drehen der Muffe 11 die Radialbohrungen 9 a, 9 b und 9 c des Meßrohres 2 öffnen oder schließen. Auf der der Muffe 11 gegenüberliegenden Seite trägt der Tubus 12 einen Lichtempfänger 14. Im Tubus 12 ist zwischen Lichtempfänger 14 und Meßrohr 2 eine schützende Glasscheibe 15 angeordnet. Der Lichtempfänger 14 und

ίο die Glasscheibe 15 werden also mit dem Tubus um das Meßrohr geschwenkt.

In der in F i g. 1 dargestellten Abgleichstellung des Tubus ist durch die Radialbohrungen 13 a, 9 a und 9 b sowie den Tubus 12 ein geradliniger Durchgang für den Lichtstrahl 7 ermöglicht. Die von dem Lichtempfänger 14 gemessene Größe, bei der die Teilabsorption des Lichtstrahls durch die Suspension bereits enthalten ist, dient also als Richtgröße für die Messung dieser bestimmten Suspension. Die Korrek-

ao tür dieser von der Konzentration der Suspension abhängigen Absorptionsunterschiede erfolgt durch Ändern der Lichtstärke der Lampe 5. Die Lichtstärke der Lampe wird dabei so lange verändert, bis sich der Zeiger eines nicht dargestellten Meßwertanzeigegeräts auf den Richtwert »1« der Skala des Anzeigegeräts einstellt.

In der in Fig. 2 dargestellten Stellung des Tubus 12 ist der Weg des Lichtstrahls 7 durch die Wand der Muffe 11 gesperrt. In dieser Stellung ist der Lichtempfänger 14 verdunkelt, so daß der Zeiger des Meßwertanzeigegeräts auf den Nullpunkt der Skala zeigt bzw. auf diesen justiert werden kann.

In F i g. 3 ist der Tubus 12 schließlich in Meßstellung gezeigt. Der Lichtstrahl 7 kann in das durch die Radialbohrung 13 b aufgesteuerte Meßrohr 2 dringen, wo das Licht durch die Partikeln der Suspension 3 gestreut wird. Die im Meßrohr im rechten Winkel zueinander angeordneten Radialöffnungen 9 a, 9 c blenden für den Lichtempfänger 14 einen Teil des Streulichts aus dem Kern des Suspensionsstroms 3 aus. Da bei dieser Messung durch die Abgleichung in der in F i g. 1 dargestellten Tubusstellung die Lichtabsorption korrigiert ist und die Intensität des Streulichts der Anzahl der Partikeln der Suspension direkt proportional ist, ist der Konzentrationsgrad der Suspension auf dem Meßwertanzeigegerät linear und direkt ablesbar.

Da etwa verschmutzte Scheiben im Strahlengang eine Lichtabsorption verursachen, ist ein zusätzlicher Vorteil dieser Ausführung, daß bei den einzelnen Tubusstellungen dieselben Glasscheiben 8 und 15 vom Licht durchstrahlt werden. Dadurch wird auch der durch etwaige Verschmutzung der Scheiben verursachte Absorptionsfehler eliminiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansp rüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Konzentration von in einem strömenden Gas suspendierten Teilchen, insbesondere des Rußgehalts der Abgase von Brennkraftmaschinen, mit einer Lichtquelle, mit einem die gasförmige Suspension senkrecht zur Strahlungsrichtung der Lichtquelle führenden Meßrohr, dessen Wandung zwei in der Achse des Lichtstrahls liegende Öffnungen sowie eine dritte um 90° gegen diese versetzt angeordnete Öffnung aufweist, mit einem zur Aufnahme des von der Suspension in eine bestimmte Richtung gestreuten Lichts dienenden fotoelektrischen Empfänger, der in einem das Gesichtsfeld des Empfängers begrenzenden, senkrecht zur Längsachse des Meßrohrs ausgerichteten Tubus angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tubus (12) mit dem Meßrohr (2) mittels einer das Meßrohr koaxial umschließenden Muffe (11), in die der Tubus (12) übergeht, verbunden ist, daß die Muffe (11) gegen das Meßrohr (2) verdrehbar ist, so daß der Tubus (12) in einer senkrecht zur Achse des Suspensionsstroms (3) liegenden Ebene schwenkbar ist, und daß die Muffe (11) neben der Anschlußöffnung des Tubus (12) zwei weitere Öffnungen (13 a, 13 b) aufweist, die derart angeordnet sind, daß in einer ersten, zur Eichung dienenden Schwenklage (F i g. 1) des Tubus (12) der Empfänger (14) dem direkten, durch die in der Achse (7) des Lichtstrahls liegenden öffnungen (9 a und 9 b) des Meßrohrs tretenden Licht der Quelle (5) ausgesetzt ist, daß in einer zweiten, zum Nullabgleich dienenden Schwenklage (F i g. 2) der Empfänger (14) gegen jegliches Licht abgeschirmt ist und daß in einer dritten, zur Messung dienenden Schwenklage (F i g. 3) des Tubus (12) der Empfänger dem von der Suspension senkrecht zur Achse (7) des Lichtstrahls durch die dritte Öffnung (9 c) reflektierten Licht ausgesetzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (Blenden) (9 a, 9 c) in der Wandung des Meßrohrs (2) so klein gehalten werden, daß die Teilchen-Konzentration in einem Kernausschnitt des Suspensionsstroms gemessen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lichtempfänger (14) und dem Meßrohr (2) eine den Lichtempfänger (14) schützende Glasscheibe (15) angeordnet ist, die. mit dem Tubus (12) geschwenkt wird.