专利名称：用于测量机动车废气的颗粒浓度的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量机动车废气的颗粒浓度的装置。
背景技术：
为了测量废气中的颗�：推渌禾澹ǔＪ褂寐涔夥椒ǎ渲幸加写饬康慕禾宕┕饬渴�。在此例如激光用作光源，从而由光源发射的光被胶体中存在的颗粒漫射。附加地存在至少一个、但最好是多个光传感器，其检测被颗粒漫射的光(漫射光)。光传感器可以关于光的入射方向以不同角度布置。基本上，相关的部件如光源、光传感器和传感器信号的电子分析电路具有不同的偏移机制(Offsetmechanismus)和漂移机制(Driftmechanismus),其在时间上是不可变的，但通常非常缓慢地进行。这些机制包括例如由光源发射的光功率的温度漂移、传感器的 漂移、分析电路的漂移、这些部件的偏移量以及老化效应。除了由于电子部件引起的测量误差之外，在漫射光方法的情况下还出现了其它可能的误差源。对此例如当光源被接通时，即使没有颗粒位于测量室中，在测量室几何形状上也会发生反射，并且因为测量室利用例如是气体或大气的介质填充，所述气体或大气包含一定的、即使与废气相比更少量的颗粒，所以所述颗粒引起其它信号成分，。对于在车间中使用的测试设备来说，大气通常显著地受颗粒污染并且因此显而易见地影响测量精度。尤其是当利用测量设备要评估具有颗粒过滤器的现代机动车的排放时，所描述的机制对测量和诊断的精度有较大的影响，所述现代机动车具有非常低的排放水平。因此需要消除前面所描述的误差源，以便能够以高精度测量机动车废气中的颗粒浓度。
发明内容
本发明的任务在于，提供了一种用于测量机动车废气中的至少一种颗粒浓度的排放测量设备，利用该排放测量设备能够以高精度确定颗粒浓度。该任务根据本发明通过按独立权利要求I所述的用于测量机动车废气中的颗粒浓度的装置来解决。从属权利要求描述了根据本发明的装置的有利的设计方案。根据本发明的用于测量机动车废气中的颗粒浓度的装置具有测量室，所述测量室可以以有待测量的气体颗粒混合物(胶体)填充，并且具有至少一个光源和至少一个光传感器，其中构造所述光传感器，以便检测由光源发射的并且由气体颗粒混合物中的颗粒所漫射的光(漫射光)。根据本发明的装置也具有废气输送设备和零气体源。构造所述废气输送设备，以便将有待测量的气态引导到测量室中。构造所述零气体源，以便为测量室输送无颗粒的零气体。布置在废气输送设备与测量室之间的开关元件适于选择性地允许或阻止废气输送到测量室中。通过根据本发明的、具有适于阻止废气输送到测量室中的开关元件的装置可以简单地实施零点平衡，而为此例如不必拉出和/或转插软管。通过有规律地实施零点平衡，改善了由测量装置所求得的测量结果的精度。这种装置也提供了如下可能性能够自动地实施测量系统的零点平衡并且因此自动地确保了测量结果的足够精度。在一个实施方式中，设置了开关元件，所述开关元件布置在零气体源与测量室之间，并且适于选择性地允许或阻止废气输送到测量室中。通过在测量过程中能够阻断零气体进入到测量室中的输送的方式可以特别有效地并且精确地实施测量，因为测量结果不会通过混入的零气体被歪曲。在一个实施方式中，开关元件是切换元件，如此构造所述切换元件，从而当允许零气体的输送时阻止废气输送到所述测量室中，并且当阻止废气的输送时允许零气体的输送。通过能够选择性地仅仅将零气体或仅仅将废气引入到测量室中的方式，不仅可以特别有效地并且以高精度实施零点平衡(在测量室中仅有零气体)而且可以特别有效地并且以高精度实施实际测量(在测量室中仅有废气)。
在一个实施方式中，零气体源具有至少一个过滤器。通过利用过滤器所过滤的大气可以特别成本低廉地提供合适的零气体。在一个实施方式中，零气体源具有两体式的过滤器。两体式过滤器尤其具有粗过滤器以及在流动方向上布置在粗过滤器之后的精过滤器，该两体式的过滤器可以特别有效地过滤所吸取的大气。因为粗过滤器和精过滤器在需要时能够彼此独立地被清洁或者说交换，所以也减小了维护成本。在一个实施方式中，零气体源具有至少一个压力传感器。通过压力传感器可以监控所输送的零气体的压力并且通过合适的控制装置进行合适的调节。此外，可以通过确定零气体的、在过滤器上出现的压力降来确定过滤器的污染程度。在一个实施方式中，零气体源具有至少一个泵。借助泵可以特别有效地将零气体输送到测量室中。在一个实施方式中，泵在流动方向上布置在测量室之后。如果泵布置在测量室下游，在利用零气体填充测量室之后通过阻断零气体输送并且继续运行泵的可以在测量室中产生负压。因为气体中的颗粒浓度与其压力成比例，通过将压力降低可以将测量室中的颗粒浓度降低到零气体中的颗粒浓度之下。由此降低了零点水平(Nullniveau)并且改善了测量装置的灵敏性。在一个实施方式中，零气体源如此与测量室连接，从而使得从测量室流出的零气体被输送给零气体源的空气输送器。这样，为零气体提供了闭合的回路并且特别有效地使用了零气体。通过引导零气体在回路中重复穿过过滤器或者说过滤器们的方式还可以进一步将零气体中的颗粒浓度降低。在一个实施方式中，如此设置排放测量设备，从而自动地实施零点平衡。通过自动实施的零点平衡保证了，测量设备根据用户习惯始终提供足够精确的结果，所述用户可能会忘记或者出于舒适性原因省略手动的零点平衡。自动的零点平衡可以分别在预先给定的数目的测量之后和/或在预先给定的时间间隔中被触发。该方法也可以这样设置，或者当实现了预先给定数目的测量时或者当在两个彼此相继的测量之间的时间距离超过了预先给定的时间间隔时，根据首先满足了哪种标准来自动实施零点平衡。于是，仅仅需要在两个相继的零点平衡之间的时间间隔上保证零点调节的精度。于是，可以可靠地避免或者说最小化由于飘移现象引起的测量误差。在极端情况下，强制并且自动在每次单独的测量之前实施零点平衡，以便以特别高的精度获得测量结果。
以下借助附图描述
具体实施例方式 图I示意性地示出了根据本发明的测量装置的第一实施例；
图2示意性地示出了根据本发明的测量装置的替代的实施例；
图3示意性地示出了根据本发明的测量装置的第三实施例。
具体实施例方式图I中所示的根据本发明的第一实施例的测量装置I具有带有光源4的测量室26，该光源例如构造为激光器并且在运行中将光发射至测量室26中。测量室26配备有两个光传感器6a、6b。在图I的示意性的示图中，出于更好的清楚性的原因在测量室26之外示出了光传感器6a、6b，尽管它们在实际中至少部分地布置在测量室26内或者布置在测量室26上。光传感器6a、6b检测由光源4发射的光，该光由测量室26中的颗粒漫射(漫射光)。光传感器6a和6b在此优选如此布置，从而使得其分别检测以不同角度漫射的光。这两个光传感器6a、6b与分析单元8连接,所述分析单元分析由光传感器6a、6b输出的信号并且在此尤其是确定测量室26中的颗粒浓度。分析的结果通过输出装置10输出。输出装置10可以包括显示装置(显示器)，打印机和/或数据接口，所述数据接口构造为将结果传输至数据处理装置或数据存储装置、例如磁盘或USB盘。有待测量的示意性示出的机动车24的废气被废气探针22吸收,废气探针安装在机动车24的排气管中或排气管上，并且通过测量室26的开关元件30和排气管道来输送(废气流B)。在测量室26之前(上游)或在测量室26之后(下游)可以设置有图I中未示出的泵，以便除了有益于机动车24的发动机产生的废气压力之外还有益于废气流。开关元件30与控制单元28连接并且可以在打开状态与闭合状态之间切换，其中在打开状态中允许废气从机动车24流入到测量室26中，而在闭合状态中关断废气从机动车24进入到测量室26中的流入。控制单元28例如以电学方式、以机械方式或以液压方式与开关元件30连接，所述开关元件例如构造为切换阀。废气从测量室26经由未示出的废气排出装置向外(废气流D)流出，而不污染或毒化测量室26的紧邻的周围环境、例如车间或测量站。根据本发明的测量装置I附加地具有零气体源12，所述零气体源提供所谓的零气体、即具有特别低的颗粒浓度的气体。零气体源12具有空气输送装置14，所述空气输送装置从周围环境吸收空气。如果测量装置I在受到特别污染的和/或含尘的周围环境、例如车间中运行，则空气输送装置14可以构造为带有管或烟囱(Kamin)，以便将来自较远处的大气、例如从建筑物外引入。替选地也可以从送达的气瓶获取特别干净的空气。空气输送装置14将所吸收的大气输送给过滤单元16，所述过滤单元构造为减小在所吸收的空气中的颗粒浓度。为此，过滤单元16具有至少一个精过滤器16b (例如所谓的HEPA过滤器)，其能够将所输送的空气过滤得如此干净，从而使得在过滤之后在零气体中还包含的颗粒的浓度比废气中的颗粒浓度更低，所述废气从机动车借助良好地正常运行的废气颗粒过滤器排出。 在精过滤器16b上游连接有粗过滤器16a，在所输送的空气到达精过滤器16b之前粗过滤器将特别大的颗粒从所输送的空气中过滤掉，并且这样防止了精过滤器16b的很快的污染和/或堵塞。由此可以延长用于更换或清洁过滤器16a和16b的维护间隔。粗过滤器16a和精过滤器16b也可以根据相应的污染程度而单独地更换或者说清洁。通过这些措施可以降低维护成本。在过滤单元16下游设置有泵18，其通过空气输送装置14和过滤单元16吸取大气并且向测量室26输出(零气体流A)。在空气输送装置14与泵18之间的空气流动的路线中设置有压力传感器20，所述压力传感器测量零气体源12中的被输送的空气的压力并且将结果转送到在图I中未示出 的控制单元。这样被测量的压力可以用于调节泵18，以便保证足够的零气体流A从零气体源12进入到测量室26中。在泵18的已知的性能中，根据所输送的空气的压力或者说在过滤单元16上出现的压力降推断过滤单元16的污染程度，因为通过受污染的过滤单元16与通过干净的过滤单元16相比出现更大的压力降。如果通过过滤单元16的压力降超过预先给定的边界值，则输出警告信号，其提示用户要更换过滤单元16的至少一个过滤器。当过滤单元16的污染如此显著，从而不再能够保证零气体源12的可靠工作时，在超过预先给定的边界值时泵18也可以被关断，所述边界值等于或者高于输出警告信号的边界值。附加地，第二压力传感器20可以在上游布置在过滤单元16与空气输送装置14之间。在图I所示的实施例中，从测量室26流出的零气体被重新输送给空气输送装置14(零气体回流C)。这样形成零气体循环，在零气体循环中引导零气体重复通过过滤单元16。由此，还可以进一步减小零气体中的颗粒浓度。也减小了对从外部输送的气体的需求，这在使用来自气瓶的特别干净但特别昂贵的气体时是特别有利的。在实际测量过程之前，控制单元28触发开关元件30，从而没有废气从机动车24流入到测量室26中。接通泵18，从而使得通过过滤单元16过滤的零气体从零气体源12流入到测量室26中。通过接通光源4以及分析由光传感器6a、6b输出的信号实施测量室26的零点平衡，所述信号基于被在测量室26中的颗粒所漫射的并且被光传感器6a、6b所吸收的光。在实施零点平衡之后，控制单元28如此触发开关元件30，从而打开使得废气从机动车24流入到测量室26中并且来自机动车24的废气流经测量室(废气流B，C)，从而可以测量废气中的颗粒浓度。替代地，可以以机械方式通过操作者进行开关元件30的切换。在此情况下，可以省去用于切换开关元件30的马达或者类似设备。在图I所示的实施例中，零气体流A在测量废气中的颗粒浓度期间未被关断。来自零气体源12的零气体同时与有待测量的废气一起流经测量室26。在此，零气体例如作为冲洗气体直接在传感器6a、6b之前和/或在沿着光源4的光射出开口之前引导，以便防止传感器6a、6b或者说光射出开口由于来自废气流B的颗粒沉积而受到污染。图2示意性地示出了根据本发明的测量装置2的一个替代的实施例。根据第二实施例的测量装置2的构造基本上相当于在图I中所示的实施例。相同的元件设有相同的附图标记，并且只要其在构造和功能上与第一实施例相一致就不再重复描述。根据第二实施例的测量装置2与第一实施例的测量装置I的不同之处在于，开关元件32构造为切换元件，从而使得进入测量室26中的气体输送可以选择性地在机动车24的废气与来自废气源12的零气体之间切换。也就是说，在测量过程期间，当废气从机动车24引导至测量室26中时为了确定废气中的颗粒浓度，没有零气体从零气体源12流入到测量室26中。同样在零点平衡期间，当零气体从零气体源12引导通过测量室26时，没有废气通过测量室26。由于在测量过程中没有零气体流入到测量室26中，所以避免了机动车24的废气 在测量室26中稀释并且也可以以高精度确定废气中的较低的颗粒浓度。图3示意性地示出了根据本发明的测量装置3的第三实施例。在此也不再重复描述具有与前面所描述的实施例相同的构造和相同的功能的元件。根据第三实施例的测量装置3与前面所示的测量装置1、2的不同之处在于，设置用于输送零气体的泵18，并不是在零气体源12的内部在测量室26的上游，而是在测量室26下游布置在排气管路40中，设置所述排气管路，以便将废气从测量室26中导出。在该实施例中，泵18通过吸取零气体而输送来自零气体源12的零气体通过测量室26。当泵18也在测量过程中工作时泵18有助于来自于机动车24的废气流B通过测量室26。在图3中所示的第三实施例中，如此构造开关元件34，从而其不同于前面所示的第二实施例，不仅可以在零气体流A与废气流B之间切换而且也可以具有如下调节方式，其中不仅废气流B的输送而且零气体流A的输送被阻断。通过同时阻断零气体和废气的输送，在泵18同时运行的情况下可以在测量室26中产生负压。因为在气体体积中的颗粒浓度与其压力成比例，所以通过降低在测量室26中的压力或在测量室26中产生负压还可以进一步降低测量室26中的颗粒浓度。这样，实现了测量装置3的较低的零点水平并且在废气流B中的颗粒的识别阈值还进一步降低。结果，利用测量装置3可实现的精度还可以进一步提高。在三个根据本发明的实施例中所示的测量装置1、2、3中的每个都可以有利地如此构造，从而只有当事先实施零点平衡时才可以实施测量。尤其是，测量装置1、2、3可以构造为自动地在每次测量之前进行零点平衡。由此防止了由于操作者的健忘或舒适性而未实施必要的零点平衡，并且防止实施了由于缺少零点平衡而提供错误测量结果的测量。自动实施零点平衡的测量装置提供了具有尽可能好的精度的、特别可靠的测量结果。
权利要求
1.用于测量机动车废气中的颗粒浓度的装置(I;2 ;3)，所述装置具有 测量室(26)，所述测量室能够以有待测量的气体颗粒混合物填充； 至少一个光源(4)和至少一个光传感器(6a，6b)，其中构造所述光传感器(6a，6b)，以便检测由在气体颗粒混合物中存在的颗粒所漫射的光； 废气输送设备(22)，构造所述废气输送设备以将有待测量的废气输送给所述测量室(26)； 零气体源(12)，构造所述零气体源以提供无颗粒的零气体；以及 开关元件(30 ；32 ;34)，所述开关元件(30 ；32 ;34)布置在所述废气输送设备(22)与所述测量室(26)之间并且适于选择性地允许或阻止废气输送到所述测量室(26)中。
2.根据权利要求I所述的装置(2;3)，其具有开关元件(32，34)，所述开关元件布置在所述零气体源(12)与所述测量室(26)之间并且适于选择性地允许或阻止零气体输送到所述测量室(26)中。
3.根据权利要求2所述的装置(2;3)，其中所述开关元件(32，34)是切换元件，如此构造所述切换元件，从而当允许零气体的输送时阻止废气输送到所述测量室(26)中，并且当阻止废气的输送时允许零气体输送到所述测量室(26)中。
4.根据上述权利要求中任一项所述的装置(I；2 ;3)，其中所述零气体源(12)具有至少一个过滤器(16)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的装置(I;2;3)，其中所述零气体源(12)具有至少一个压力传感器(20)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的装置(I;2)，其中所述装置(I ；2 ;3)具有至少一个泵(18)。
7.根据权利要求6所述的装置(I;2)，其中所述泵(18)沿流动方向布置在所述测量室(26)之前。
8.根据权利要求6或7所述的装置(3)，其中所述泵(18)沿流动方向布置在所述测量室(26)之后。
9.根据上述权利要求中任一项所述的装置(3)，其中所述零气体源(12)与所述测量室(26)如此连接，从而将从所述测量室(26)中流出的零气体输送给所述零气体源(12)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的装置(I；2 ;3)，如此设置所述装置(I ；2 ;3)，从而自动地实施零点平衡。
全文摘要
一种用于测量机动车废气中的颗粒浓度的装置(1)，所述装置具有测量室(26)、至少一个光源(4)和至少一个光传感器(6a，6b)，所述测量室能够以有待测量的气体颗粒混合物填充。构造所述光传感器(6a，6b)，以便检测由在气体颗粒混合物中存在的颗粒所漫射的光。构造废气输送设备(22)，以将有待测量的废气输送给测量室(26)。能够由零气体源(12)向所述测量室(26)输送无颗粒的零气体。开关元件(30)布置在所述废气输送设备(22)与所述测量室(26)之间，并且适于选择性地允许或阻止废气输送到所述测量室(26)中。
文档编号G01M15/10GK102770745SQ201180011159
公开日2012年11月7日 申请日期2011年1月4日 优先权日2010年2月26日
发明者G.哈加, K.施滕格尔, M.诺伊恩多夫, R.西格 申请人:罗伯特·博世有限公司
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