用于沖刷顆粒測(cè)量裝置的儀器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測(cè)顆粒的儀器，特別是涉及一種用于沖刷顆粒測(cè)量裝置的 儀器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在許多燃燒過(guò)程中形成了具有1納米到10微米之間的直徑的細(xì)顆粒。出于各種 原因需要測(cè)量這些細(xì)顆粒。由于細(xì)顆粒潛在的健康影響也為了監(jiān)測(cè)例如內(nèi)燃機(jī)操作，特別 是柴油機(jī)的燃燒過(guò)程的操作，可以進(jìn)行細(xì)顆粒測(cè)量。根據(jù)上述原因，需要可靠的細(xì)顆粒測(cè)量 裝置。
[0003] 在文件W02009109688A1中描述了用于測(cè)量細(xì)顆粒的一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)方法和裝置。 在這個(gè)現(xiàn)有技術(shù)方法中，將清潔、基本無(wú)顆粒的氣體供給到所述裝置中并作為主流通過(guò)進(jìn) 氣室被引導(dǎo)到設(shè)置在所述裝置內(nèi)的噴射器。在將清潔空氣供給到所述進(jìn)氣室之前或在將清 潔的空氣供給到所述進(jìn)氣室時(shí)，清潔空氣被進(jìn)一步電離。被電離的清潔空氣可以優(yōu)選地以 聲速或接近聲速的速度被提供到所述噴射器。例如可以使用電暈充電器進(jìn)行清潔空氣的電 離。進(jìn)氣室進(jìn)一步設(shè)置有樣品入口，樣品入口設(shè)置為與包括具有細(xì)顆粒的氣溶膠的通道或 空間流體連通。清潔氣流與噴射器一起引起抽吸到樣品入口，使得從管道或空間到進(jìn)氣室 形成樣品氣溶膠流。從而將樣品氣溶膠流作為側(cè)流提供到所述噴射器。被電離的清潔氣體 給顆粒充電。帶電顆?？梢员贿M(jìn)一步引導(dǎo)回包含有氣溶膠的管道或空間。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè) 由帶電顆粒攜帶的電荷，監(jiān)測(cè)氣溶膠樣品的細(xì)顆粒?？梢赃M(jìn)一步通過(guò)使用離子捕集器去除 自由尚子。
[0004] 除了上述細(xì)顆粒之外，工業(yè)過(guò)程和燃燒過(guò)程通常還形成具有大于1 μ m，或者大于 2μπι、3μπι、5μπι或更大的顆粒直徑的顆粒。在正常操作條件下，特別是在例如啟動(dòng)、停止和 故障狀態(tài)過(guò)程中的特定操作條件下，可以少量形成具有大于1 μπι顆粒直徑的這些粗顆粒。 柴油機(jī)排氣顆粒的尺寸分布通常展示為三種不同模式：核模式，其由具有約小于50nm的直 徑的顆粒組成；累積模式，其由具有50nm至1 μ m之間的直徑的顆粒組成；以及粗模式，在 所述粗模式中顆粒直徑大于1 μπι。大多數(shù)柴油機(jī)排氣顆粒是在廢氣從排氣管中排出之后產(chǎn) 生的，并且這些顆粒通常屬于累積模式和核模式。
[0005] 對(duì)于細(xì)顆粒監(jiān)測(cè)裝置，尤其是柴油機(jī)的機(jī)上診斷的一個(gè)重要要求是小而緊湊的結(jié) 構(gòu)。此外，優(yōu)選地，這些細(xì)顆粒監(jiān)測(cè)裝置可以被長(zhǎng)時(shí)間操作而不需要維護(hù)。在例如監(jiān)測(cè)內(nèi)燃 機(jī)細(xì)顆粒的很多應(yīng)用中，更優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)裝置可以連續(xù)地對(duì)細(xì)顆粒測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)操作。
[0006] 為了滿足長(zhǎng)時(shí)間操作需要，有必要使細(xì)顆粒監(jiān)測(cè)裝置不被顆粒阻塞，即避免設(shè)備 污染。一個(gè)重點(diǎn)污染區(qū)域是引導(dǎo)向?qū)嶋H測(cè)量空間的用于樣品氣流入口的入口噴嘴。
[0007] 1981年12月22日公開的、申請(qǐng)人為Robert Bosch GmbH (羅伯特博世公司）的美 國(guó)專利4, 307, 061，描述了自恢復(fù)煙塵檢測(cè)器，特別用于監(jiān)測(cè)柴油機(jī)廢氣中的碳含量。例如 氧化鋁陶瓷的絕緣支撐體支撐兩個(gè)電極，所述兩個(gè)電極通過(guò)例如0. 1_的一個(gè)小間隙彼此 隔開，并且所述間隙使得兩個(gè)電極之間具有高電阻。在收集煙塵時(shí)，被所述間隔隔開的兩個(gè) 電極之間的電阻將降低，這可以通過(guò)連接到電源的電極感測(cè)電流來(lái)表示。為了移除抽煙結(jié) 束后的煙塵或者氣體中的煙塵含量，電極被設(shè)置在一層基本不導(dǎo)電的催化材料之上或被嵌 入基本不導(dǎo)電的催化材料中，其中所述基本不導(dǎo)電的催化材料以氧化物形式存在，催化位 于電極之間間隙中的煙塵的氧化，從而通過(guò)氧化移除煙塵并且恢復(fù)電極之間間隙的電阻， 因此也恢復(fù)了用于后續(xù)檢測(cè)在間隙中的煙塵累積的傳感器的靈敏度。優(yōu)選地，不導(dǎo)電的催 化材料是鉑的混合物、鉑金屬、鉑金屬合金和金屬氧化物，其中所述金屬氧化物與例如氧化 鋁的陶瓷基底相容或相同。可以通過(guò)厚膜技術(shù)設(shè)置基本不導(dǎo)電層，并且也可以通過(guò)厚膜技 術(shù)將電極設(shè)置在基本上不導(dǎo)電層之上，或者電極可以以延伸通過(guò)催化不導(dǎo)電層的細(xì)鉑絲形 式存在。傳感元件可以被設(shè)置在殼體或類似于火花塞套筒的套筒中。然而，所述用于去除 污染的解決方案是復(fù)雜的。
[0008] 2008年11月20日公開的、申請(qǐng)人為Robert Bosch GmbH(羅伯特博世公司）的 PCT申請(qǐng)W0 2008/138849 A1涉及一種用于檢測(cè)氣流中顆粒的方法，其中所述方法帶有包 括至少兩個(gè)電極的傳感器元件。在測(cè)量階段中，測(cè)量電壓被施加到傳感器元件的電極上，其 中由顆粒累積形成的顆粒路徑短路電極，并且測(cè)量由此產(chǎn)生的電流、電壓降和/或電阻并 將由此產(chǎn)生的電流、電壓降和/或電阻作為濃度和/或質(zhì)量流速的測(cè)量。該發(fā)明的特征在 于，在測(cè)量階段之后的再生階段中，通過(guò)提高施加到電極上的測(cè)量電壓作為再生電壓部分 或完全去除所累積的顆粒。這種方法需要復(fù)雜的電源設(shè)計(jì)和構(gòu)造。
[0009] 需要一種改進(jìn)的顆粒測(cè)量?jī)x器和方法，其能夠避免顆粒測(cè)量裝置的污染，特別是 入口噴嘴的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種儀器以便克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一種用于沖刷顆粒測(cè)量裝置的儀器，包括：
[0012] a.用于將樣品氣流（QS)吸入儀器的裝置；
[0013] b.用于觸發(fā)儀器進(jìn)入沖刷模式的裝置，其通過(guò)關(guān)閉儀器的出口閥實(shí)現(xiàn)所述觸發(fā)， 并且所述沖刷模式迫使清潔氣流沿樣品入口通道向上流動(dòng)，在所述模式中，樣品氣流（QS) 進(jìn)入儀器的流量基本上為零；其中，用于觸發(fā)儀器進(jìn)入沖刷模式的裝置連接到傳感器；以 及
[0014] c.用于調(diào)節(jié)氣流的裝置，其以基本清潔的氣體沖刷儀器的至少一部分的方式調(diào)節(jié) 所述氣流，
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的用于沖刷顆粒測(cè)量裝置的儀器還包括：
[0016] d.電暈充電器，其被用于將清潔氣流（QC)中的至少一部分氧氣轉(zhuǎn)換為臭氧；
[0017] e.用于將基本清潔的氣流（QC)供給到儀器中的通道，所述清潔氣流（QC)形成 噴射器的動(dòng)力流體流，其中在儀器的正常測(cè)量模式下，所述噴射器將樣品氣流（QS)吸入儀 器中，其中，用于將基本清潔的氣流（QC)供給到儀器中的通道位于所述電暈充電器的上游 處。
[0018] 用于細(xì)顆粒測(cè)量的過(guò)程包括：將樣品氣流QS吸入測(cè)量?jī)x器；將額外的、基本上清 潔的氣流QA供給到所述測(cè)量?jī)x器中，優(yōu)選地，將樣品氣流QS與額外氣流QA和另一個(gè)清潔 氣流QC混合；在總流量QT = QS+QA+QC中測(cè)量顆粒濃度，并且優(yōu)選地，基于顆粒濃度測(cè)量結(jié) 果調(diào)節(jié)額外氣流。對(duì)于本領(lǐng)域或細(xì)顆粒測(cè)量領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，基于顆粒測(cè)量結(jié)果調(diào)節(jié)額 外氣流的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，即其能夠在測(cè)量?jī)x器的最優(yōu)顆粒濃度測(cè)量范圍內(nèi)使用測(cè)量?jī)x 器，并且大大減少甚至完全防止入口噴嘴的污染，其中所述額外氣流可以被調(diào)節(jié)以便QS/QT 比率可以在一個(gè)大范圍內(nèi)變化。
[0019] 由于在測(cè)量?jī)x器的最優(yōu)顆粒濃度測(cè)量范圍內(nèi)使用測(cè)量?jī)x器并且防止儀器污染對(duì) 長(zhǎng)期測(cè)量影響最大，本發(fā)明過(guò)程和儀器最適用于非收集顆粒測(cè)量?jī)x器，即最適用于不刻意 收集顆粒的測(cè)量過(guò)程。
[0020] 樣品氣流通過(guò)使用噴射栗有益地被吸入測(cè)量?jī)x器中，其中基本清潔氣體被用作動(dòng) 力流體流，從而使動(dòng)力流體流中的顆粒不會(huì)錯(cuò)誤影響測(cè)量結(jié)果。
[0021] 尤其是在長(zhǎng)期測(cè)量中，在顆粒測(cè)量?jī)x器中的顆粒累積，特別是在樣品入口通道中 的顆粒累積會(huì)對(duì)顆粒測(cè)量?jī)x器的操作產(chǎn)生不利影響。在很多情況下，這可以通過(guò)太小或嘈 雜的測(cè)量信號(hào)、樣品氣流QS減少或通過(guò)其他方式表現(xiàn)出來(lái)。
[0022] 發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過(guò)顆粒測(cè)量?jī)x器的頻繁或偶發(fā)沖刷減少甚至完全移除有害顆粒累 積是有可能的，特別是使用基本清潔的氣體沖刷顆粒測(cè)量?jī)x器的樣品入口。
[0023] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)設(shè)置在顆粒監(jiān)測(cè)儀器內(nèi)部的噴射器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng) 樣品氣流通過(guò)入口噴嘴的抽吸。清潔氣流QC形成了噴射器的動(dòng)力流體。除了產(chǎn)生抽吸 之外，氣流QC被電離并且動(dòng)力流體流被用于給進(jìn)入顆粒監(jiān)測(cè)裝置的顆粒充電。這確保了 TO2009109688 A1中描述的測(cè)量方法可以被用于顆粒測(cè)量，其中文件W02009109688 A1通過(guò) 引用方式全部并入本文。
[0024] 在本發(fā)明前面的實(shí)施方式中，可以有益地通過(guò)將額外氣流QA供給到樣品入口實(shí) 現(xiàn)沖刷，這使得在正常操作過(guò)程中，使用額外氣流作為樣品稀釋氣流。如果QS0是沒有 額外氣流QA的樣品氣流，然后在顆粒測(cè)量?jī)x器的正常操作過(guò)程中QA被設(shè)置為小于QS0。 當(dāng)裝置被設(shè)置為進(jìn)入沖刷模式時(shí)，額外氣流QA被設(shè)置為大于QS0,優(yōu)選地大于1. 5倍 QS0 (1. 5 X QS0)，并且更優(yōu)選地大于2倍QS0 (2 X QS0)。
[0025] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，其中帶有動(dòng)力流體流QC的噴射器被用于將這樣的 樣品氣流QS帶入測(cè)量?jī)x器中，也可以通過(guò)關(guān)閉測(cè)量?jī)x器的出口流體管道并且使清潔空氣 流QC在上游通過(guò)測(cè)量?jī)x器的入口管道實(shí)現(xiàn)沖刷。在這種情況下，當(dāng)使用W02009109688 A1 中描述的測(cè)量?jī)x器時(shí)，通常優(yōu)選地在沖刷過(guò)程中切換電離作用。然而，如果顆粒測(cè)量?jī)x器處 于高溫，優(yōu)選地高于30(TC并且更優(yōu)選地高于40(TC，如果含氧氣體被用作清潔氣流QC，并 且如果電暈放電被用于電離，保持電暈電壓或者甚至將電暈電壓設(shè)置為比正常操作更高的 值可能是有益的。電暈放電單元將至少一部分氧氣轉(zhuǎn)換為臭氧，這樣將改善沖刷過(guò)程中的 累積煙塵顆粒的燃燒。
[0026] 可以通過(guò)時(shí)間觸發(fā)（即，以頻繁或偶發(fā)周期）沖刷或者可以通過(guò)一些其他方式觸 發(fā)沖刷。觸發(fā)沖刷的一種方式是保持獲得已經(jīng)通過(guò)顆粒測(cè)量?jī)x器的顆?？倲?shù)的信息，并且 在達(dá)到預(yù)定值之后啟動(dòng)沖刷。觸發(fā)沖刷的另一種方式是在顆粒濃度超過(guò)一定限度之后啟動(dòng) 沖刷。這個(gè)觸發(fā)過(guò)程具有不允許過(guò)高顆粒濃度流進(jìn)顆粒測(cè)量?jī)x器的優(yōu)點(diǎn)。觸發(fā)沖刷的另一 個(gè)方式是監(jiān)測(cè)樣品氣流QS，并且如果樣品氣流降低到一定限度就啟動(dòng)沖刷?？梢酝ㄟ^(guò)各種 方式實(shí)現(xiàn)樣品氣流的監(jiān)測(cè)，特別是如果在測(cè)量?jī)x器被切換為測(cè)量模式之前就監(jiān)測(cè)氣流。在 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)申請(qǐng)者的現(xiàn)有未公開申請(qǐng)PCT/FI2011/050730中描述的方 法監(jiān)測(cè)樣品氣流，所述申請(qǐng)通過(guò)引用方式全部并入本文，其中用于測(cè)量顆粒濃度的儀器和 過(guò)程包括：顆粒濃度測(cè)量的傳感元件；用于切換或調(diào)節(jié)影響傳感元件輸出的參數(shù)的裝置； 以及基于切換或調(diào)節(jié)產(chǎn)生的、相對(duì)于傳感元件輸出的響應(yīng)，用于確定體積流量的裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中
[0028] 圖1示出了顆粒測(cè)量?jī)x器的示意圖，其中所述顆粒測(cè)量?jī)x器帶有用于設(shè)置其進(jìn)入 沖刷模式的裝置；
[0029] 圖2示出了一個(gè)實(shí)施方式，其中控制裝置位于顆粒傳感器的外部并且可以通過(guò)各 種方法實(shí)現(xiàn)所述沖刷模式。
[0030] 為了清楚起見，圖中只顯示用于理解本發(fā)明的必要細(xì)