用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置（1）。所述装置（1）包括：入口腔室（4），其用于从通道或空间接收样本气溶胶流；充电装置，其设置成沿第一流动方向通过喷头（6）将大致无颗粒的离子化气流提供到入口腔室（4）内，用于对样本气溶胶流内的气溶胶颗粒充电；以及离子阱（12），其设置在入口腔室（4）下游，用于将未附着到样本气溶胶流的颗粒的自由离子移除。在本实用新型中，所述装置包括沿第一流动方向位于喷头（6）和离子阱（12）之间的线性流动路径。
【专利说明】用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于监测颗粒的装置，更特别地涉及一种用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置。
【背景技术】
[0002]在很多工业过程和燃烧过程中形成微小颗粒。进而，微小颗粒存在于流入管道和通风系统以及室内空间内的呼吸空气中。为了各种原因而测量这些微小颗粒。
[0003]在文献W02009109688A1中描述了用于测量微小颗粒的一个现有技术的方法和装置。
[0004]微小颗粒监测装置的一个重要需求是可靠和高效操作。进而，优选地，这些微小颗粒检测装置可以低能耗方式连续操作，以实时地实施对微小颗粒的测量。可借助于能够实现低制造成本、可靠操作和低能耗的构造简单的装置，来实现上述需求。除了上述需求外，装置的尺寸必需最小化，使得它可用于现有系统和具有有限空间的系统中，例如车辆。在现有技术的装置中，无法以容许可靠连续操作的方式实现小型简单构造。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种装置以克服或至少减缓上述现有技术的缺点。通过根据权利要求1的特征部分的装置来实现本实用新型的目的。
[0006]在从属权利要求中公开了本实用新型的优选实施方式。
[0007]本实用新型基于提供一种用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置的构思。所述装置包括:入口腔室，其用于从通道或空间接收样本气溶胶流；充电装置，其设置成沿第一流动方向通过喷头将大致无颗粒的离子化气流提供到入口腔室内，用于对样本气溶胶流内的气溶胶颗粒充电；以及离子阱，其设置在入口腔室下游，用于将未附着到样本气溶胶流的颗粒的自由离子移除。根据本实用新型，所述装置包括沿第一流动方向位于喷头和离子阱之间的线性流动路径。这就表示在大致无颗粒的离子化气流供应到入口腔室内的第一流动方向上，离子阱与喷嘴对置。所述装置还包括位于喷头和离子阱之间的流动通道，用于形成通入所述装置的线性流动路径的至少部分。在本实用新型的一个实施方式中，位于喷头和离子阱之间的流动通道形成为设置于喷头和离子阱之间的线性流动路径内的缩扩喷嘴，且喉部大致沿第一流动方向延伸。离子阱可设置为至少部分地在第一流动方向上沿着线性流动路径延伸。
[0008]本实用新型的装置提供位于所述装置内的线性流动路径，使得所述装置的构造简化。线性流动路径能够实现用于所述装置的大致共轴结构。因为所述装置内的流动损耗可降低，因此所述共轴结构能够实现能量高效操作。降低的流动损耗也降低所述装置的能耗。进而，因为所述装置的这些部件可至少部分地设置为沿着线性流动路径彼此位于对方内部，因此所述线性流动路径能够实现减小所述装置的尺寸。所述共轴结构和所述线性流动路径能够实现降低传感器机械的制造成本。【专利附图】
【附图说明】
[0009]以下将参照附图并关联优选实施方式更详细地描述本实用新型，其中:
[0010]图1是根据本实用新型的一装置的一个实施方式的部件的示意图；以及
[0011]图2是图1的实施方式的示意图，其中所述装置的多个部件安装在一起。
【具体实施方式】
[0012]图1示出用于监测颗粒、尤其具有小于I μ m直径的颗粒的装置的基本部件。所述装置包括基本部件A，基本部件A设置有所述装置的主要功能部件，例如电子器件和测量部件。基本部件A通常位于测量空间外部，它可用于将所述装置安装到测量空间的结构。所述装置还包括主动传感器部件B，其设置为从测量空间吸入样本气溶胶流。测量空间可为通风通道、工业气体通道、工业排气通道、或室内、或其它任何包括具有气溶胶颗粒的气溶胶的通道或空间。所述装置设置为以非收集的测量方式操作，在所述非收集的测量方式中，样本气溶胶流被引入主动传感器部件B中，并进一步在不从样本气溶胶流中收集气溶胶颗粒的情况下从所述装置排出。主动传感器部件B可设置在测量空间内部，或至少它设置为与测量空间流体连接，使得样本气溶胶流可从测量空间引入，并排放回所述测量空间或另一空间。基本部件A进一步设置为将大致无颗粒的离子化气流提供到主动传感器部件B内，以用于为样本气溶胶流中的气溶胶颗粒充电。主动传感器部件B和基本部件A彼此连接或彼此可连接，并且彼此电绝缘。主动传感器部件B包括用于将未附着到样本气溶胶流的颗粒的自由离子移除的离子阱部。离子阱设置有离子阱电压。离子阱电压可从基本部件A供应到离子阱。离子阱设置在主动传感器部件B内部，并进一步与主动传感器部件B的结构电绝缘。
[0013]图2更详细地示出用于监测微小颗粒、尤其具有小于I μ m直径的颗粒的装置I的一个实施方式。图2实施方式的部件与图1所示的部件A和B对应。所述装置的主动传感器部件B包括测量壳体17，在测量壳体17内部导引样本气溶胶流以用于监测或测量微小颗粒。所述装置I连接到内部为气溶胶流或气溶胶的气溶胶管道或空间。因此，所述装置I设置为监测所述装置所连接到的空间的气溶胶中的微小颗粒。气溶胶管道可为工业过程中的排放管道或通风管道。替代性气溶胶管道可为包括气溶胶的任何空间、或具有气溶胶流的任何管道或通道。
[0014]主动传感器部件B包括用于将样本气溶胶流导引进装置I的样本入口 2。样本入口 2与气溶胶管道和传感器部件B内部流体连通。传感器部件B优选地也包括样本出口 10，经过分析的样本气溶胶流通过样本出口 10从传感器部件B排出。因此，装置I不收集或存储样本气溶胶。在替代性实施方式中，所述装置还可包括具有一个或多个样本入口 2的样本入口装置。传感器部件B包括入口腔室4，且样本入口 2设置为在气溶胶管道和入口腔室4之间提供流体连通。
[0015]所述装置I的基本部件A设置为将大致无颗粒的离子化气流供给到传感器部件B内以用于为样本气溶胶流中的气溶胶颗粒充电。基本部件A包括用于将清洁的无颗粒气体供应进传感器部件B的入口腔室4内的气源。气源可包括气源连接装置，清洁气体可经由气源连接装置从气源引出。气体可在用于从气体中大致移除颗粒的过滤器或类似装置中清洁。清洁气体可为空气或其它一些合适气体。基本部件A还包括清洁气体供应通道16，清洁气体通过清洁气体供应通道16供给到装置I的传感器部件B。清洁气体供应通道16与设置到传感器部件B的喷头6流体连通。喷头6通至入口腔室4。替代地，喷头6可设置到清洁气体供应通道16。清洁气源也设置有电离装置14，用于在将清洁气体从喷头6供给到入口腔室4内之前或期间将清洁气体的至少一部分电离。在图2的实施方式中，电离装置是延伸进清洁气体供应通道16内的电晕针。喷头6和电晕针有利地设置，使得电晕针大致延伸到喷头6的附近。这有助于电晕针保持清洁,并提高离子生产。电晕针借助于一个或多个电绝缘器38与清洁气流通道和传感器部件B的测量壳体17绝缘。根据上述，气体供应通道16设置为将大致无颗粒的离子化气流提供至入口腔室4。
[0016]传感器部件B还设置有喷射器24。喷射器24包括缩扩喷嘴24，缩扩喷嘴24因此形成缩扩流动通道，喷射器24的喉部8。喷射器24是利用缩扩喷嘴的文丘里管效应以将主要流体流动的压力能转换成动能的类似泵的设备，其产生汲入和吸入侧部流体流的低压区。主要流体流和侧部流体流在喷射器24内至少部分地混合。主要流体流和侧部流体流通过喷射器入口开口供给到喷射器喉部8内。在通过喷射器24的喉部8之后，混合的流体膨胀，且速度降低，这导致通过将速度能转换回压力能而再加压已混合流体。在替代性实施方式中，所述装置也可包括一个或多个清洁气体供应通道16、电晕针以及喷射器24。
[0017]在图2的实施方式中，大致无颗粒的离子化气流作为主流供给至喷射器的喉部8。因此，清洁气体供应通道16和喷头6设置为以高速将大致无颗粒气流供给至喉部8内。大致无颗粒气流的速度优选地为音速或接近音速的。在喷射器24中，大致无颗粒气流形成对样本入口 24的吸力，使得样本气溶胶可被吸入入口腔室4。样本气溶胶流形成喷射器24的侧流。样本气溶胶流A的流量主要仅依据喷射器24的几何形状和大致无颗粒的离子化气流的流量而定。在一优选实施方式中，主流与测流之比小，优选地低于1:1，更优选地低于1:3。根据上述，无需将样本气溶胶流主动地供给到装置I内，而是它可借助于清洁气源和喷射器24而被吸入。
[0018]在替代性实施方式中，喷射器24或喉部8可用位于喷头6和入口腔室4下游的流动通道代替。流动通道可例如具有均匀一致的横截面、或扩张或锥形的横截面。
[0019]大致无颗粒的离子化气流和样本气溶胶流在入口腔室4和喷射器24内混合，使得样本气溶胶流的颗粒在与离子化清洁气流混合期间而被充电荷。传感器部件B还包括设置有至少一个离子阱12的离子捕获室22，用于移除未附上样本气溶胶流的颗粒的离子。离子捕获室设置在喷射器24、喉部8或流动通道的下游。离子阱22可为金属丝或其它一些种类的电极，例如板状电极或网式电极。离子阱12设置有用于移除上述自由离子的收集电压。用于捕获自由离子的电压依据装置I的设计参数而定，但典型地离子阱12电压是10V-30kV。离子阱12的电压也可调整，以移除核模式颗粒或甚至处于累积模式下的最小颗粒。离子阱12与传感器部件B和测量壳体17的结构电绝缘和分离。
[0020]基本部件A还可设置有控制组件30。控制组件30可包括用于控制所述装置和实施测量功能的电子器件以及其它装置。控制组件30也可设置为将电流馈送至电离装置14和离子阱12。进而，控制组件30也可设置为将大致无颗粒的气体供应至清洁气体供应通道16。
[0021]混合在一起的样本气溶胶和大致清洁气体与样本气溶胶的带电荷颗粒一起通过出口 10从传感器部件B排放出。出口 10设置为与离子捕获室22流体连通。所述装置还可包括连接到基本部件A的基部部件壳体32的外壳19。基本部件A和外壳19 一起形成位于传感器部件B和基本部件A之间的中间腔室42，离子捕获室22的排放流体通过出口 10排放进中间腔室42。外壳19还设置有用于将排放流体排出装置I的排放开口 3。排放开口 3可设置为将排放流体供应回气溶胶管道、或供应至外部环境或其它一些地方。
[0022]通过测量样本气溶胶流的带电荷颗粒所携带的电荷，监测气溶胶管道内的气溶胶的颗粒。在一优选实施方式中，通过测量与带电荷颗粒一起逃逸出装置I的电荷，监测气溶胶的颗粒。可通过很多替代性方法测量带电荷颗粒所携带的电荷。在一个实施方式中，通过测量从样本出口 10或排放开口 3逃逸出的净电流，测量带电荷颗粒所携带的电荷。为了能够实现测量小电流，典型地在PA级别的小电流，将整个装置I与周围系统隔离开。进而，传感器部件B必需与基本部件A和离子阱部件C电绝缘。在测量壳体17和外壳19之间可组装静电计。借助于这种配置，静电计可测量与带电荷颗粒一起逃逸出绝缘的装置I的电荷。换言之，这种配置测量逃逸电流。
[0023]根据上述，用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的本实用新型的装置I包括入口腔室、充电装置以及离子阱12，所述入口腔室用于从通道或空间接收样本气溶胶流，充电装置设置为沿第一流动方向通过喷头6将大致无颗粒的离子化气流提供到入口腔室4内以用于为样本气溶胶流中的气溶胶颗粒充电，离子阱12设置在入口腔室4下游以用于移除未附着到样本气溶胶流的颗粒的自由离子。入口腔室4可为设置为将样本气溶胶流接收在传感器部件B内部的任何空间。在本实用新型中，所述装置包括位于喷头6和离子阱12之间的沿第一流动方向的线性流动路径。这就表示样本气溶胶流和无颗粒的离子化气流设置成沿着线性流动路径从入口腔室4流动到离子阱12或离子捕获室22。此外，离子阱12和喷头6可在线性路径上共轴设置，或者离子阱12、供应通道16以及喷头6可在线性路径上共轴设置。
[0024]如上所述，充电装置可包括用于将大致无颗粒的气体供应进喷头6内的供应通道16、以及用于在将大致无颗粒的气体供应到入口腔室4内之前或期间电离大致无颗粒的气体的电离装置14。在一个实施方式中，供应通道16设置为沿第一流动方向延伸以用于沿第一流动方向将大致无颗粒的气体供给到喷头6内。第一流动方向可设置为与上述线性流动路径平行。优选地，第一流动方向与大致线性流动路径大致共轴。这就表示喷头6设置为沿第一流动方向将大致无颗粒的离子化气流引入沿第一流动方向延伸的大致线性流动路径内。电离装置14可为电晕针。电晕针也可设置为沿第一流动方向和/或平行于大致线性流动路径延伸。在一个实施方式中，供应通道16和电晕针设置为共轴延伸。在一个实施方式中，供应通道16和喷头6在线性流动路径上共轴设置。在另一实施方式中，供应通道
16、喷头6和离子阱12在线性流动路径上共轴设置。
[0025]在一个实施方式中，离子阱12设置为至少部分地在第一流动方向上沿着线性流动路径延伸。在一优选实施方式中，离子阱12大致平行于线性流动路径延伸，更优选地还与线性流动路径共轴地延伸。这就确保可高效地移除自由离子。
[0026]所述装置还包括用于将样本气溶胶流吸入入口腔室4内的喷射器24，来自喷头6的大致无颗粒的离子化气流作为主流提供到喷射器24内。喷射器24包括喉部8，喉部8形成为设置在喷头6和离子阱12之间线性流动路径内的缩扩喷嘴，且喉部8大致沿第一流动方向延伸。喷射器24设置在入口腔室4和喷头6的下游以及离子阱12的上游。因此，喷射器24设置在喷头6和离子阱12之间，尤其位于入口腔室4和离子阱12之间。喷射器24或喷射器的喉部8形成大致线性流动路径的一部分。喷射器24的喉部8大致平行于第一流动方向，并优选地与喷头6共轴。在替代性实施方式中，喷射器24用位于喷头6与离子阱12或者入口腔室4与离子阱12之间的流动通道代替，所述流动通道大致沿第一流动方向延伸。在一个实施方式中，离子阱12设置为至少部分地位于喷射器24的喉部8内、或至少部分地位于流动路径内，使得自由离子可已在喷射器或流动路径内移除。这能够使所述装置的长度缩短。此外，在一些实施方式中，喉部8或流动路径以及喷头6可在线性流动路径上共轴设置，或者，喉部8或流动路径以及供应通道16和喷头6可在线性流动路径上共轴设置，或者，喉部8或流动路径以及供应通道16、离子阱12和喷头6可在线性流动路径上共轴设置。
[0027]如上所述，所述装置包括设置有充电装置的基本部件A以及设置有入口腔室4和离子阱12的传感器部件B。传感器部件B可至少部分地设置在基本部件A内，用于使所述装置更紧凑。此外，充电装置设置为至少部分地位于传感器部件B内。
[0028]本领域技术人员清楚，随着技术进步，本实用新型的基本构思可以各种方式实现。因此，本实用新型及其实施方式不受限于上述示例，而可在权利要求书范围内变化。
【权利要求】
1.一种用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(1)，所述装置(I)包括: 入口腔室(4)，所述入口腔室(4)用于从所述通道或所述空间接收样本气溶胶流； 充电装置，所述充电装置设置成沿第一流动方向通过喷头(6)将大致无颗粒的离子化气流提供到所述入口腔室(4)内，用于对所述样本气溶胶流内的气溶胶颗粒充电；以及 离子阱(12)，所述离子阱(12)设置在所述入口腔室(4)下游，用于将未附着到所述样本气溶胶流的颗粒的自由离子移除； 其特征在于，所述装置包括沿所述第一流动方向位于所述喷头(6)和所述离子阱(12)之间的线性流动路径。
2.如权利要求1所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(1)，其特征在于，所述充电装置包括用于将大致无颗粒的气体供应进所述喷头(6)内的供应通道(16)、以及用于在将所述大致无颗粒的气体供应进所述入口腔室(4)之前或期间电离所述大致无颗粒的气体的电离装置(14)。
3.如权利要求2所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于，所述供应通道(16)设置为沿所述第一流动方向延伸以用于沿所述第一流动方向将所述大致无颗粒的气体供给到所述喷头(6)内。
4.如权利要求2或3所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(1)，其特征在于，所述电离装置(14)是电晕针。
5.如权利要求2所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于，所述离子阱(12)设置为至少部分地在所述第一流动方向上沿所述线性流动路径延伸。`
6.如权利要求2所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于，所述装置包括用于将所述样本气溶胶流吸入所述入口腔室(4)内的喷射器(24)，来自所述喷头(6)的大致无颗粒的离子化气流作为主流被提供到所述喷射器(24)内。
7.如权利要求6所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(1)，其特征在于，所述喷射器(24 )包括喉部(8 )，所述喉部(8 )形成设置在所述喷头(6 )和所述离子阱(12)之间的线性流动路径内的缩扩喷嘴，所述喉部(8)大致沿所述第一流动方向延伸。
8.如权利要求2所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于，所述装置包括位于所述喷头(6)和所述离子阱(12)之间的流动通道，所述流动通道大致沿所述第一流动方向延伸。
9.如权利要求7所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于，所述离子阱(12)设置为至少部分地位于所述喷射器(24)的喉部(8)内。
10.如权利要求8所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于，所述离子阱(12)设置为至少部分地位于所述流动通道内。
11.如权利要求1所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于，所述喷头(6)和所述离子阱(12)在所述线性流动路径上共轴设置。
12.如权利要求2所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于: 所述供应通道(16)和所述喷头(6)在所述线性流动路径上共轴设置；或者 所述供应通道(16)、所述喷头(6)以及所述离子阱(12)在所述线性流动路径上共轴设置。
13.如权利要求4所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于: 所述供应通道(16)和所述电晕针设置成共轴延伸。
14.如权利要求5所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于: 所述离子阱(12)和所述喷头(6)在所述线性流动路径上共轴设置；或者 所述离子阱(12)、所述供应通道(16)和所述喷头(6)在所述线性流动路径上共轴设置。
15.如权利要求7所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(1)，其特征在于: 所述喉部(8)和所述喷头(6)在所述线性流动路径上共轴设置；或者 所述喉部(8 )、所述供应通道(16 )和所述喷头(6 )在所述线性流动路径上共轴设置；或者 所述喉部(8)、所述供应通道(16)、所述离子阱(12)和所述喷头(6)在所述线性流动路径上共轴设置。
16.如权利要求8所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于: 所述流动通道和所述喷头(6)在所述线性流动路径上共轴设置；或者 所述流动通道、所述供应通道(16)和所述喷头(6)在所述线性流动路径上共轴设置；或者 所述流动通道、所述供应通道(16)、所述离子阱(12)和所述喷头(6)在所述线性流动路径上共轴设置。
17.如权利要求1所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于，所述装置包括设置有所述充电装置的基本部件(A)、以及设置有所述入口腔室(4)和所述离子阱(12)的传感器部件(B)。
18.如权利要求17所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于，所述传感器部件(B)至少部分地设置在所述基本部件(A)内部。
19.如权利要求17所述的用于监测包括气溶胶的通道或空间内的颗粒的装置(I)，其特征在于，所述充电装置至少部分地设置在所述传感器部件(B )的内部。
【文档编号】G01N15/00GK203443878SQ201220672035
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年12月7日 优先权日:2011年12月8日
【发明者】考科·詹卡, 简·兰德卡默 申请人:皮卡索尔公司