用于冲刷颗粒测量装置的仪器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于监测颗粒的仪器，特别是涉及一种用于冲刷颗粒测量装置的 仪器。
【背景技术】
[0002] 在许多燃烧过程中形成了具有1纳米到10微米之间的直径的细颗粒。出于各种 原因需要测量这些细颗粒。由于细颗粒潜在的健康影响也为了监测例如内燃机操作，特别 是柴油机的燃烧过程的操作，可以进行细颗粒测量。根据上述原因，需要可靠的细颗粒测量 装置。
[0003] 在文件W02009109688A1中描述了用于测量细颗粒的一个现有技术方法和装置。 在这个现有技术方法中，将清洁、基本无颗粒的气体供给到所述装置中并作为主流通过进 气室被引导到设置在所述装置内的喷射器。在将清洁空气供给到所述进气室之前或在将清 洁的空气供给到所述进气室时，清洁空气被进一步电离。被电离的清洁空气可以优选地以 声速或接近声速的速度被提供到所述喷射器。例如可以使用电晕充电器进行清洁空气的电 离。进气室进一步设置有样品入口，样品入口设置为与包括具有细颗粒的气溶胶的通道或 空间流体连通。清洁气流与喷射器一起引起抽吸到样品入口，使得从管道或空间到进气室 形成样品气溶胶流。从而将样品气溶胶流作为侧流提供到所述喷射器。被电离的清洁气体 给颗粒充电。带电颗粒可以被进一步引导回包含有气溶胶的管道或空间。因此，通过监测 由带电颗粒携带的电荷，监测气溶胶样品的细颗粒。可以进一步通过使用离子捕集器去除 自由尚子。
[0004] 除了上述细颗粒之外，工业过程和燃烧过程通常还形成具有大于1 μ m，或者大于 2μπι、3μπι、5μπι或更大的颗粒直径的颗粒。在正常操作条件下，特别是在例如启动、停止和 故障状态过程中的特定操作条件下，可以少量形成具有大于1 μπι颗粒直径的这些粗颗粒。 柴油机排气颗粒的尺寸分布通常展示为三种不同模式：核模式，其由具有约小于50nm的直 径的颗粒组成；累积模式，其由具有50nm至1 μ m之间的直径的颗粒组成；以及粗模式，在 所述粗模式中颗粒直径大于1 μπι。大多数柴油机排气颗粒是在废气从排气管中排出之后产 生的，并且这些颗粒通常属于累积模式和核模式。
[0005] 对于细颗粒监测装置，尤其是柴油机的机上诊断的一个重要要求是小而紧凑的结 构。此外，优选地，这些细颗粒监测装置可以被长时间操作而不需要维护。在例如监测内燃 机细颗粒的很多应用中，更优选地，监测装置可以连续地对细颗粒测量进行实时操作。
[0006] 为了满足长时间操作需要，有必要使细颗粒监测装置不被颗粒阻塞，即避免设备 污染。一个重点污染区域是引导向实际测量空间的用于样品气流入口的入口喷嘴。
[0007] 1981年12月22日公开的、申请人为Robert Bosch GmbH (罗伯特博世公司）的美 国专利4, 307, 061，描述了自恢复烟尘检测器，特别用于监测柴油机废气中的碳含量。例如 氧化铝陶瓷的绝缘支撑体支撑两个电极，所述两个电极通过例如0. 1_的一个小间隙彼此 隔开，并且所述间隙使得两个电极之间具有高电阻。在收集烟尘时，被所述间隔隔开的两个 电极之间的电阻将降低，这可以通过连接到电源的电极感测电流来表示。为了移除抽烟结 束后的烟尘或者气体中的烟尘含量，电极被设置在一层基本不导电的催化材料之上或被嵌 入基本不导电的催化材料中，其中所述基本不导电的催化材料以氧化物形式存在，催化位 于电极之间间隙中的烟尘的氧化，从而通过氧化移除烟尘并且恢复电极之间间隙的电阻， 因此也恢复了用于后续检测在间隙中的烟尘累积的传感器的灵敏度。优选地，不导电的催 化材料是铂的混合物、铂金属、铂金属合金和金属氧化物，其中所述金属氧化物与例如氧化 铝的陶瓷基底相容或相同。可以通过厚膜技术设置基本不导电层，并且也可以通过厚膜技 术将电极设置在基本上不导电层之上，或者电极可以以延伸通过催化不导电层的细铂丝形 式存在。传感元件可以被设置在壳体或类似于火花塞套筒的套筒中。然而，所述用于去除 污染的解决方案是复杂的。
[0008] 2008年11月20日公开的、申请人为Robert Bosch GmbH(罗伯特博世公司）的 PCT申请W0 2008/138849 A1涉及一种用于检测气流中颗粒的方法，其中所述方法带有包 括至少两个电极的传感器元件。在测量阶段中，测量电压被施加到传感器元件的电极上，其 中由颗粒累积形成的颗粒路径短路电极，并且测量由此产生的电流、电压降和/或电阻并 将由此产生的电流、电压降和/或电阻作为浓度和/或质量流速的测量。该发明的特征在 于，在测量阶段之后的再生阶段中，通过提高施加到电极上的测量电压作为再生电压部分 或完全去除所累积的颗粒。这种方法需要复杂的电源设计和构造。
[0009] 需要一种改进的颗粒测量仪器和方法，其能够避免颗粒测量装置的污染，特别是 入口喷嘴的污染。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是提供一种仪器以便克服现有技术中的缺点。
[0011] 根据本发明的一种用于冲刷颗粒测量装置的仪器，包括：
[0012] a.用于将样品气流（QS)吸入仪器的装置；
[0013] b.用于触发仪器进入冲刷模式的装置，其通过关闭仪器的出口阀实现所述触发， 并且所述冲刷模式迫使清洁气流沿样品入口通道向上流动，在所述模式中，样品气流（QS) 进入仪器的流量基本上为零；其中，用于触发仪器进入冲刷模式的装置连接到传感器；以 及
[0014] c.用于调节气流的装置，其以基本清洁的气体冲刷仪器的至少一部分的方式调节 所述气流，
[0015] 根据本发明的用于冲刷颗粒测量装置的仪器还包括：
[0016] d.电晕充电器，其被用于将清洁气流（QC)中的至少一部分氧气转换为臭氧；
[0017] e.用于将基本清洁的气流（QC)供给到仪器中的通道，所述清洁气流（QC)形成 喷射器的动力流体流，其中在仪器的正常测量模式下，所述喷射器将样品气流（QS)吸入仪 器中，其中，用于将基本清洁的气流（QC)供给到仪器中的通道位于所述电晕充电器的上游 处。
[0018] 用于细颗粒测量的过程包括：将样品气流QS吸入测量仪器；将额外的、基本上清 洁的气流QA供给到所述测量仪器中，优选地，将样品气流QS与额外气流QA和另一个清洁 气流QC混合；在总流量QT = QS+QA+QC中测量颗粒浓度，并且优选地，基于颗粒浓度测量结 果调节额外气流。对于本领域或细颗粒测量领域技术人员来讲，基于颗粒测量结果调节额 外气流的优点是显而易见的，即其能够在测量仪器的最优颗粒浓度测量范围内使用测量仪 器，并且大大减少甚至完全防止入口喷嘴的污染，其中所述额外气流可以被调节以便QS/QT 比率可以在一个大范围内变化。
[0019] 由于在测量仪器的最优颗粒浓度测量范围内使用测量仪器并且防止仪器污染对 长期测量影响最大，本发明过程和仪器最适用于非收集颗粒测量仪器，即最适用于不刻意 收集颗粒的测量过程。
[0020] 样品气流通过使用喷射栗有益地被吸入测量仪器中，其中基本清洁气体被用作动 力流体流，从而使动力流体流中的颗粒不会错误影响测量结果。
[0021] 尤其是在长期测量中，在颗粒测量仪器中的颗粒累积，特别是在样品入口通道中 的颗粒累积会对颗粒测量仪器的操作产生不利影响。在很多情况下，这可以通过太小或嘈 杂的测量信号、样品气流QS减少或通过其他方式表现出来。
[0022] 发明者发现，通过颗粒测量仪器的频繁或偶发冲刷减少甚至完全移除有害颗粒累 积是有可能的，特别是使用基本清洁的气体冲刷颗粒测量仪器的样品入口。
[0023] 在本发明的一个实施方式中，通过设置在颗粒监测仪器内部的喷射器产生驱动 样品气流通过入口喷嘴的抽吸。清洁气流QC形成了喷射器的动力流体。除了产生抽吸 之外，气流QC被电离并且动力流体流被用于给进入颗粒监测装置的颗粒充电。这确保了 TO2009109688 A1中描述的测量方法可以被用于颗粒测量，其中文件W02009109688 A1通过 引用方式全部并入本文。
[0024] 在本发明前面的实施方式中，可以有益地通过将额外气流QA供给到样品入口实 现冲刷，这使得在正常操作过程中，使用额外气流作为样品稀释气流。如果QS0是没有 额外气流QA的样品气流，然后在颗粒测量仪器的正常操作过程中QA被设置为小于QS0。 当装置被设置为进入冲刷模式时，额外气流QA被设置为大于QS0,优选地大于1. 5倍 QS0 (1. 5 X QS0)，并且更优选地大于2倍QS0 (2 X QS0)。
[0025] 在本发明的一个实施方式中，其中带有动力流体流QC的喷射器被用于将这样的 样品气流QS带入测量仪器中，也可以通过关闭测量仪器的出口流体管道并且使清洁空气 流QC在上游通过测量仪器的入口管道实现冲刷。在这种情况下，当使用W02009109688 A1 中描述的测量仪器时，通常优选地在冲刷过程中切换电离作用。然而，如果颗粒测量仪器处 于高温，优选地高于30(TC并且更优选地高于40(TC，如果含氧气体被用作清洁气流QC，并 且如果电晕放电被用于电离，保持电晕电压或者甚至将电晕电压设置为比正常操作更高的 值可能是有益的。电晕放电单元将至少一部分氧气转换为臭氧，这样将改善冲刷过程中的 累积烟尘颗粒的燃烧。
[0026] 可以通过时间触发（即，以频繁或偶发周期）冲刷或者可以通过一些其他方式触 发冲刷。触发冲刷的一种方式是保持获得已经通过颗粒测量仪器的颗粒总数的信息，并且 在达到预定值之后启动冲刷。触发冲刷的另一种方式是在颗粒浓度超过一定限度之后启动 冲刷。这个触发过程具有不允许过高颗粒浓度流进颗粒测量仪器的优点。触发冲刷的另一 个方式是监测样品气流QS，并且如果样品气流降低到一定限度就启动冲刷。可以通过各种 方式实现样品气流的监测，特别是如果在测量仪器被切换为测量模式之前就监测气流。在 本发明的一个实施方式中，通过申请者的现有未公开申请PCT/FI2011/050730中描述的方 法监测样品气流，所述申请通过引用方式全部并入本文，其中用于测量颗粒浓度的仪器和 过程包括：颗粒浓度测量的传感元件；用于切换或调节影响传感元件输出的参数的装置； 以及基于切换或调节产生的、相对于传感元件输出的响应，用于确定体积流量的装置。
【附图说明】
[0027] 下面将参照附图更详细地描述本发明，其中
[0028] 图1示出了颗粒测量仪器的示意图，其中所述颗粒测量仪器带有用于设置其进入 冲刷模式的装置；
[0029] 图2示出了一个实施方式，其中控制装置位于颗粒传感器的外部并且可以通过各 种方法实现所述冲刷模式。
[0030] 为了清楚起见，图中只显示用于理解本发明的必要细