DE102017130981B3 - System for providing an aerosol - Google Patents
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Abstract
Ein System zum Bereitstellen eines Aerosols weist einen Partikelgenerator (7) zum Erzeugen eines Partikel-Flusses und ein Verdünnungssystem (8) zum Verdünnen des Partikel-Flusses mit Verdünnungsluft. Stromab von dem Verdünnungssystem (8) ist ein Auslass (11) und eine Partikel-Bereitstellungseinrichtung (24) vorgesehen. Ein Teil des dem Verdünnungssystem (8) zugeführten Partikel-Flusses ist zu dem Auslass (11) führbar, während ein anderer Teil des dem Verdünnungssystem (8) zugeführten Partikel-Flusses zu der Partikel-Bereitstellungseinrichtung (24) führbar ist. In dem Verdünnungssystem (8) besteht ein Druckgradient, um den Partikel-Fluss zu fördern. Zudem ist zwischen dem Verdünnungssystem (8) und dem Auslass (11) ein geregeltes Proportionalventil (26, 27) vorgesehen, mit dem die Druckverhältnisse in dem Verdünnungssystem (8) präzise eingestellt werden können. A system for providing an aerosol comprises a particle generator (7) for generating a particle flow and a dilution system (8) for diluting the particle flow with dilution air. Downstream of the dilution system (8) is provided an outlet (11) and a particle supply device (24). Part of the flow of particles fed to the dilution system (8) is deliverable to the outlet (11), while another part of the flow of particulates supplied to the dilution system (8) is feasible to the particle supply means (24). In the dilution system (8) there is a pressure gradient to promote particle flow. In addition, a regulated proportional valve (26, 27) is provided between the dilution system (8) and the outlet (11), with which the pressure conditions in the dilution system (8) can be precisely adjusted.
Description
Die Erfindung betrifft ein System zum Bereitstellen eines Aerosols.The invention relates to a system for providing an aerosol.
Zur Emissionsüberwachung von Motoren und Fahrzeugen ist es gesetzliche Vorschrift, die Abgase auf einem Prüfstand oder auch unter realen Bedingungen, z.B. auf der Straße, zu erfassen und hinsichtlich ihrer Zusammensetzung im Einzelnen zu untersuchen. Dabei sind neben vielfältigen Schadstoffanteilen vor allem auch Feinstaubpartikel von besonderem Interesse. Die Feinstaubpartikel, zum Beispiel auch Nanopartikel, können über die Atmung tief in die Lunge eindringen und zu erheblichen gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen. Neben den von Motoren emittierten Partikeln können zukünftig auch Partikelemissionen anderer Komponenten, wie Bremsen- und Reifenabrieb, auf ähnliche Weise reglementiert werden.For emission monitoring of engines and vehicles, it is a legal requirement that the exhaust gases on a test bench or even under real conditions, e.g. on the road, and to investigate their composition in detail. Here, in addition to a variety of pollutant levels especially particulate matter of particular interest. The fine dust particles, for example, nanoparticles, can penetrate deeply into the lungs via the respiration and lead to considerable health impairments. In addition to the particles emitted by engines, particle emissions from other components, such as brake and tire abrasion, can be regulated in a similar manner in the future.
Zum Erfassen der Partikel sind entsprechende Partikelmessgeräte bekannt, die in dafür ausgerüsteten Prüfständen bzw. Messsystemen zum Einsatz kommen. Die Partikelmessgeräte müssen - nicht zuletzt aufgrund von gesetzlichen Vorschriften - regelmäßig gewartet, überprüft und kalibriert werden, um die erforderliche Genauigkeit der Messungen dauerhaft zu sichern. Beispiele für derartige gesetzliche Vorschriften sind zum Beispiel die UNECE Regelung Nr. 83, Rev. 5, Serie
Für die regelmäßig erforderliche Überprüfung von Partikelmessgeräten (Prüfling) ist es bekannt, einen Partikelgenerator bereitzustellen, der in einem Massenfluss Partikel generiert und in ein Trägermedium (Luft, Stickstoff etc.) übergibt. Dieses so generierte „Aerosol“ wird in Hinsicht auf die zu testende Partikelcharakteristik (Partikelkonzentration, Partikelanzahl, Partikelmasse, Opazität etc.) parallel durch ein Referenzmessgerät gemessen und auch dem zu überprüfenden Messgerät zugeführt. Durch einen Vergleich der Messergebnisse des Referenzmessgeräts und des zu überprüfenden Geräts kann das zu überprüfende Gerät z.B. nachjustiert werden.For the regularly required checking of particle measuring devices (test object), it is known to provide a particle generator which generates particles in a mass flow and transfers them to a carrier medium (air, nitrogen, etc.). With reference to the particle characteristics to be tested (particle concentration, number of particles, particle mass, opacity, etc.), this "aerosol" generated in this way is measured in parallel by a reference measuring device and also fed to the measuring device to be tested. By comparing the measurement results of the reference measuring device and the device to be tested, the device to be tested can be used, for example, as a reference device. be readjusted.
Für die Bereitstellung des Aerosols ist es in der Regel erforderlich, das von dem Partikelgenerator erzeugte Aerosol zu verdünnen. Dabei können sich verändernde äußere Bedingungen, z.B. Luftdruck oder Umgebungstemperatur, aber auch nicht exakt reproduzierbare Bedienereinflüsse (Einstellung Ventile, Flüsse etc.), zu einer Veränderung der Verdünnungswirkung und damit einer Veränderung der Aerosol-Qualität führen. Die sich ändernden Bedingungen können insbesondere dazu führen, dass das von dem System bereitzustellende Aerosol oder eine Komponente im System (z.B. Klassifizierer, Referenzmessgerät) veränderliche und damit nicht mehr konstante bzw. reproduzierbare Eigenschaften aufweist, was die nachfolgende Validierung bzw. Kalibrierung der eigentlichen Partikel-Messgeräte erschwert.For the provision of the aerosol, it is usually necessary to dilute the aerosol generated by the particle generator. Thereby, changing external conditions, e.g. Air pressure or ambient temperature, but also not exactly reproducible operator influences (setting valves, rivers, etc.), leading to a change in the dilution effect and thus a change in the aerosol quality. The changing conditions may, in particular, lead to the aerosol to be provided by the system or a component in the system (eg classifier, reference measuring device) having variable and thus no longer constant or reproducible properties, which means the subsequent validation or calibration of the actual particle size. Measuring instruments difficult.
Zwar können sich aufgrund der Umgebungseinflüsse ändernde Messwerte häufig durch entsprechende Korrekturrechnungen korrigiert werden. Ein Einfluss auf die Partikeleigenschaften sowie auf das Arbeitsverhalten der betreffenden Komponenten, wie zum Beispiel dem Partikelgenerator, einer Klassifiziereinrichtung (nachfolgend auch als Klassifizierer oder Klassierer bezeichnet) oder eines Referenz-Partikelmessgeräts, kann dennoch in gewissem Maß bestehen bleiben.Although, due to the environmental influences changing measured values can often be corrected by appropriate correction calculations. An influence on the particle properties as well as on the working behavior of the relevant components, such as the particle generator, a classifier (also referred to as a classifier or classifier hereinafter) or a reference particle measuring device, can still be maintained to some extent.
Aus der
Eine andere Bauart eines Partikelgenerators wird in der
Die
Schließlich wird in der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zum Bereitstellen eines Aerosols anzugeben, bei dem (voll-)automatisch präzise definierte und reproduzierbare Bedingungen für die Erzeugung sowie Aufbereitung (Verdünnung, Klassifizierung etc.) eines geeigneten Aerosol- bzw. Partikelflusses bereitgestellt werden können.The invention has for its object to provide a system for providing an aerosol, in which (fully) automatically precisely defined and reproducible conditions for the generation and processing (dilution, classification, etc.) of a suitable aerosol or particle flow can be provided.
Die Aufgabe wird durch ein System zum Bereitstellen eines Aerosols mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The object is achieved by a system for providing an aerosol with the features of claim 1. Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
Es wird ein System zum Bereitstellen eines Aerosols angegeben, mit einem Partikelgenerator zum Erzeugen eines Partikel-Flusses, einem stromab von dem Partikelgenerator angeordneten Verdünnungssystem zum Verdünnen des Partikel-Flusses mit Verdünnungsluft, einem stromab von dem Verdünnungssystem vorgesehenen Auslass (zum Verwerfen des nicht benötigten Partikel-Flusses, bspw. in einen Abzug) und mit einer stromab von dem Verdünnungssystem vorgesehenen Partikel-Bereitstellungseinrichtung (zur Bereitstellung des zu nutzenden Aerosols). Ein Teil des dem Verdünnungssystem zugeführten Partikel-Flusses ist zu dem Auslass führbar, während ein anderer Teil des Partikel-Flusses zu der Partikel-Bereitstellungseinrichtung führbar ist. Weiterhin ist eine Druckmesseinrichtung vorgesehen ist, zum Messen eines Istwerts für den Druck an wenigstens einer Stelle in dem Verdünnungssystem.The invention relates to a system for providing an aerosol, comprising a particle generator for generating a particle flow Dilution system downstream of the particle generator for diluting the particle flow with dilution air, an outlet downstream of the dilution system (for rejecting the unneeded particle flow, eg into a fume hood) and with a particle supply device downstream of the dilution system ( to provide the aerosol to be used). A portion of the particulate flow supplied to the dilution system is feasible to the outlet while another portion of the particulate flow is feasible to the particulate delivery device. Furthermore, a pressure measuring device is provided for measuring an actual value for the pressure at at least one point in the dilution system.
In dem Verdünnungssystem besteht ein Druckgradient, wobei zwischen dem Verdünnungssystem und dem Auslass ein steuerbares bzw. geregeltes Proportionalventil angeordnet ist. Zudem ist eine Regelungseinrichtung vorgesehen, zum Einstellen des Proportionalventils in Abhängigkeit von dem durch die Druckmesseinrichtung gemessenen Druck-Istwert und einem vorgegebenen Druck-Sollwert.In the dilution system there is a pressure gradient, with a controllable proportional valve being arranged between the dilution system and the outlet. In addition, a control device is provided for adjusting the proportional valve as a function of the measured pressure value by the pressure measuring device and a predetermined pressure setpoint.
Das Verdünnungssystem ist somit mit einer Einrichtung zum Erfassen des Drucks im Verdünnungssystem sowie einer Regelungseinrichtung (Regelschleife/Regeleinheit) mit einem Druck als Sollgröße (Druck-Sollwert), dem erfassten Druck als Istgröße (Druck-Istwert) sowie dem Proportionalventil als Stellgröße ausgestattet. Durch diese Auslegung wird eine Entkopplung von der restlichen Umgebung ermöglicht. Der Druck im Verdünnungssystem kann unabhängig von sich ändernden Umgebungsbedingungen eingestellt werden.The dilution system is thus equipped with a device for detecting the pressure in the dilution system and a control device (control loop / control unit) with a pressure as a setpoint (pressure setpoint), the detected pressure as the actual value (pressure feedback) and the proportional valve as a manipulated variable. This design allows decoupling from the rest of the environment. The pressure in the dilution system can be adjusted independently of changing environmental conditions.
Der Partikelgenerator erzeugt ein Aerosol, das im vorliegenden System anschließend in Bezug auf seine Drücke und Flüsse in vollständig kontrollierter Weise verdünnt werden kann. Die Verdünnung kann - wie später noch erläutert wird - ein- oder mehrstufig erfolgen.The particle generator produces an aerosol which, in the present system, can then be diluted in a completely controlled manner with respect to its pressures and flows. The dilution can - as will be explained later - one or more stages.
Der Partikelgenerator ist an sich in diversen Ausführungsformen bekannt und dient zur Erzeugung von Partikeln in einem polydispersen Aerosol mit einer bestimmten Partikelgrößenverteilung. Das vorliegende System ist aufgrund seiner Eigenschaften fähig, mit den meisten dieser gängigen Partikelgeneratoren zusammenzuarbeiten, z.B. im Rahmen seiner Auslegungsgrenzen beliebige benötigte Drücke und Druckgradienten zur Abnahme der Partikel hin zum Verdünnungssystem bereitzustellen (einzuregeln) und konstant zu halten (auch bei Schwankungen im Aerosolstrom).The particle generator is known per se in various embodiments and serves to produce particles in a polydisperse aerosol with a specific particle size distribution. The present system, because of its properties, is capable of cooperating with most of these common particle generators, e.g. within its design limits, to provide (regulate) any pressures and pressure gradients required to take the particles down to the dilution system (even with fluctuations in the aerosol flow).
Somit wird bei dem System der von dem Partikelgenerator erzeugte Partikel-Fluss durch das Verdünnungssystem geführt. Ein Teil des durch das Verdünnungssystem in der gewünschten Weise verdünnten und konditionierten Partikel-Flusses wird zu der Partikel-Bereitstellungseinrichtung geführt, durch die der Partikel-Fluss seinem eigentlichen Zweck, zum Beispiel einem Prüfstand oder zu überprüfenden Partikelmessgeräten geführt werden kann.Thus, in the system, the particle flow generated by the particle generator is passed through the dilution system. A portion of the diluted and conditioned by the dilution system in the desired manner and conditioned particle flow is fed to the particle supply device, through which the particle flow its original purpose, for example, a test bench or to be checked particle measuring instruments can be performed.
Ein anderer Teil des Partikel-Flusses kann zu dem Auslass geführt werden. Der Partikel-Fluss wird somit von dem vom Partikelgenerator kommenden Partikel-Fluss abgezweigt. Gegebenenfalls kann der Partikel-Fluss auch bereits (teilweise) im Verdünnungssystem verdünnt worden sein.Another part of the particle flow can be led to the outlet. The particle flow is thus branched off from the particle flow coming from the particle generator. Optionally, the particle flow may already have been (partially) diluted in the dilution system.
Durch die konsequent abgeschlossene Auslegung des partikelführenden Systems (insbesondere der geregelten Proportionalventile) sowie durch die Regelschleifen ist es möglich, die Verhältnisse im Verdünnungssystem in einer gewünschten Weise (automatisch) einzustellen und zu regeln. Insbesondere ist es möglich, die Druckverhältnisse im Verdünnungssystem stets auf einem gewünschten Niveau (Druck-Sollwert) definiert, sowie konstant zu halten, unabhängig von den Umgebungsbedingungen wie Umgebungsluftdruck, Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit etc. Jegliche ortsbezogenen, aber auch sich ändernden Umgebungseinflüsse lassen sich durch die Regelung und damit durch ein Regeln des zum Auslass geführten Partikelflusses ausgleichen und von der Umgebung entkoppeln, ebenso sich ändernde (Stör-)Einflüsse durch Komponenten im System.Due to the consistently completed design of the particle-guiding system (in particular the controlled proportional valves) and by the control loops, it is possible to (automatically) adjust and regulate the conditions in the dilution system in a desired manner. In particular, it is possible, the pressure ratios in the dilution system always at a desired level (pressure setpoint) defined, and to keep constant, regardless of the ambient conditions such as ambient air pressure, ambient temperature, humidity, etc. Any location-related, but also changing environmental influences can be Balancing and thus decoupling from the environment by controlling the flow of particles to the outlet, as well as changing (interference) influences by components in the system.
Das System ermöglicht die Bereitstellung und Verdünnung eines Aerosols oder auch eines partikelfreien Gasstroms unter präzise definierten Bedingungen, wobei ein Einfluss aufgrund von Umgebungsbedingungen (Installationsort, Wetter, Luftdruck etc.) und sonstiger (Stör-)Einflüsse ausgeschlossen oder zumindest erheblich vermindert werden kann.The system allows the provision and dilution of an aerosol or even a particle-free gas flow under precisely defined conditions, whereby an influence due to environmental conditions (installation location, weather, air pressure, etc.) and other (disturbing) influences can be excluded or at least significantly reduced.
In dem Verdünnungssystem besteht ein Druckgradient. Das bedeutet, dass der Druckgradient insbesondere zwischen dem Eingang des Verdünnungssystems und einer stromab von dem Eingang liegenden Stelle des Verdünnungssystems besteht und damit den Gas- bzw. Aerosolfluss antreibt. Stromab liegende Stellen sind insbesondere die Verbindungen zu dem Auslass bzw. der Partikel-Bereitstellungseinrichtung.There is a pressure gradient in the dilution system. This means that the pressure gradient exists in particular between the inlet of the dilution system and a point of the dilution system located downstream of the inlet and thus drives the gas or aerosol flow. Downstream locations are in particular the connections to the outlet or the particle supply device.
Mit Hilfe des Druckgradienten ist es möglich, die Strömung des Partikelflusses durch das Verdünnungssystem aufrecht zu erhalten bzw. sogar den Fluss/die Flussraten im Rahmen der regelbaren Druckniveaus gezielt zu steuern.With the aid of the pressure gradient it is possible to maintain the flow of the particle flow through the dilution system or even to control the flow / flow rates within the controllable pressure levels.
Der Druckgradient kann zum Beispiel durch eine Drucksenke zwischen dem Verdünnungssystem und dem Auslass bewirkt werden. Die Drucksenke erzeugt einen Unterdruck, der auf das Verdünnungssystem wirkt und damit den Partikel-Fluss vom Partikelgenerator durch das Verdünnungssystem führt. Zum Beispiel kann zwischen dem Verdünnungssystem mit dem entsprechendem Proportionalventil und dem Auslass aus dem System eine Pumpe angeordnet sein, die einen Unterdruck erzeugt und an das Verdünnungssystem anlegt. Auf diese Weise wird ein Massenfluss durch das Verdünnungssystem erzeugt.The pressure gradient may be effected, for example, by a pressure sink between the dilution system and the outlet. The pressure sink creates a negative pressure which acts on the dilution system and thus causes the particle flow from the particle generator through the dilution system. For example, between the dilution system with the corresponding proportional valve and the outlet from the system, a pump may be arranged which generates a vacuum and applies it to the dilution system. In this way, a mass flow is generated by the dilution system.
Der mit Hilfe der Pumpe erzeugte, negative Druck bzw. Unterdruck kann in Verbindung mit einem oder mehreren weiteren Proportionalventilen und einer geeigneten Regelung sowie gegebenenfalls volumetrischen Flussmessern bzw. Massenflussmessern stets gleichen Unterdruck und damit gleiche Bedingungen für die vom Unterdruck abhängigen Komponenten (z.B. Regelung der stromauf liegenden Verdünnungsstufen) ermöglichen.The generated with the help of the pump, negative pressure or negative pressure in conjunction with one or more other proportional valves and a suitable control and optionally volumetric flow meters or mass flow meters always equal negative pressure and thus the same conditions for the negative pressure dependent components (eg control of upstream allow dilution levels).
Der Ausgang der Pumpe kann zu dem Auslass in die Umgebung bzw. in einen Abzug geführt werden.The output of the pump can be routed to the outlet into the environment or into a fume hood.
Die Pumpe kann zum Beispiel als Vakuumpumpe, insbesondere z.B. als Drehschieberpumpe ausgebildet sein.The pump may be used, for example, as a vacuum pump, in particular e.g. be designed as a rotary vane pump.
Ebenso ist es möglich, stromauf von dem Verdünnungssystem, insbesondere am Partikelgenerator, einen Überdruck (erhöhten Druck) anzulegen, der dann am Eingang des Verdünnungssystems wirkt, den Druckgradienten bewirkt und den Massenfluss durch das Verdünnungssystem erzeugt.It is also possible to apply an overpressure (increased pressure) upstream from the dilution system, in particular at the particle generator, which then acts at the inlet of the dilution system, effects the pressure gradient and generates the mass flow through the dilution system.
Der Partikel-Fluss im Inneren des Verdünnungssystems wird an geeigneter Stelle aufgeteilt, so dass ein Teil des Partikel-Flusses zu der Partikel-Bereitstellungseinrichtung und ein anderer Teil zum Auslass strömt.Particle flow inside the dilution system is split at a suitable location so that part of the flow of particles flows to the particle delivery device and another part to the outlet.
Das System kann auf diese Weise zur Umgebung hin komplett entkoppelt werden. Lediglich am stromauf liegenden Partikelgenerator einerseits und am stromab liegenden Auslass andererseits kann eine Verbindung zur Umgebung bestehen. Der Bereich des Verdünnungssystems hingegen ist komplett zur Umgebung entkoppelt, so dass Umgebungseinflüsse keine Auswirkung auf die Verdünnungswirkung im Inneren des Verdünnungssystems bzw. keinen Einfluss auf alle im System integrierten bzw. an das System gekoppelten Komponenten (Partikelgenerator, Klassifizierer, Massendurchflussmesser etc.) haben.The system can thus be completely decoupled from the environment. Only at the upstream particle generator on the one hand and on the downstream outlet on the other hand can connect to the environment exist. By contrast, the area of the dilution system is completely decoupled from the environment, so that environmental influences have no effect on the dilution effect inside the dilution system or on all components integrated in the system or coupled to the system (particle generator, classifier, mass flow meter, etc.).
Die Verdünnungsstufen sind mit Umgebungs-Komponenten ausschließlich durch geregelte Stellgrößen (z.B. die Proportionalventile) verbunden, die mit entsprechender Sollwertvorgabe und Istwert-Messung (Einrichtung zum Erfassen des Drucks) sowie einer Regelschleife geregelt werden. Das ermöglicht eine konsequente, von der Umgebung entkoppelte und unabhängige Einregelung der Drücke innerhalb der einzelnen Verdünnungsstufen (automatisch, definiert, präzise, stabil).
Die die Drücke im Verdünnungssystem mithilfe des Proportionalventils (bzw. mehrerer Proportionalventile) regelnde Regelungseinrichtung kann auch Teil einer übergeordneten Steuerung, z.B. einer Prüfstandssteuerung o.ä. sein. In der Regelungseinrichtung können auch die jeweiligen Soll-Werte für die Drücke einstellbar sein bzw. hinterlegt sein.The dilution stages are connected to ambient components exclusively by controlled manipulated variables (for example the proportional valves), which are regulated with appropriate setpoint specification and actual value measurement (device for detecting the pressure) as well as a control loop. This allows a consistent, independent of the environment and independent regulation of the pressures within the individual dilution stages (automatic, defined, precise, stable).
The control device which regulates the pressures in the dilution system by means of the proportional valve (or a plurality of proportional valves) can also be part of a higher-level control, eg a test rig control or the like. his. The respective desired values for the pressures can also be adjustable or stored in the control device.
Die Verdünnung kann somit automatisch unter gewünschten und präzise definierten und reproduzierbaren Bedingungen erfolgen und insbesondere unabhängig von variablen äußeren Bedingungen, wie zum Beispiel Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Aufstellungsort der Geräte etc., sein. Die Vielzahl der Fehlereinflüsse auf die Verdünnung und sämtliche Komponenten kann somit reduziert werden.The dilution can thus be carried out automatically under desired and precisely defined and reproducible conditions and, in particular, independent of variable external conditions, such as ambient temperature, air humidity, air pressure, installation location of the devices, etc. The large number of error influences on the dilution and all components can thus be reduced.
Das Verdünnungssystem kann eine erste Verdünnungsstufe und stromab von der ersten Verdünnungsstufe eine zweite Verdünnungsstufe aufweisen. Ohne weiteres ist es auch möglich, noch weitere Verdünnungsstufen in dem Verdünnungssystem vorzusehen.The dilution system may have a first dilution step and a second dilution step downstream of the first dilution step. It is also readily possible to provide further dilution stages in the dilution system.
Die erste Verdünnungsstufe kann über ein erstes geregeltes Proportionalventil mit dem Auslass verbunden sein, während die zweite Verdünnungsstufe über ein zweites geregeltes Proportionalventil mit dem Auslass verbunden sein kann. In dem Sinne kann somit jede der im Verdünnungssystem vorgesehenen Verdünnungsstufen ein eigenes geregeltes Proportionalventil aufweisen, das zu dem Auslass führt. Ebenso kann jede der Verdünnungsstufen über eine Einheit zur Erfassung des Druckes im Verdünnungssystem sowie einer Regelschleife verfügen.The first dilution stage may be connected to the outlet via a first regulated proportional valve, while the second dilution stage may be connected to the outlet via a second regulated proportional valve. In this sense, each of the dilution stages provided in the dilution system can thus have its own regulated proportional valve leading to the outlet. Likewise, each of the dilution stages may have a unit for detecting the pressure in the dilution system and a control loop.
Insbesondere kann in der ersten Verdünnungsstufe eine erste Druckmesseinrichtung vorgesehen sein, zum Messen eines Istwerts für den Druck an wenigstens einer Stelle in der ersten Verdünnungsstufe. Weiterhin kann in der zweiten Verdünnungsstufe eine zweite Druckmesseinrichtung vorgesehen sein, zum Messen eines Istwerts für den Druck an wenigstens einer Stelle in der zweiten Verdünnungsstufe.In particular, in the first dilution stage, a first pressure measuring device may be provided for measuring an actual value for the pressure at at least one point in the first dilution stage. Furthermore, in the second dilution stage, a second pressure measuring device may be provided for measuring an actual value for the pressure at at least one point in the second dilution stage.
Zudem kann die Regelungseinrichtung ausgebildet ist, zum Einstellen jeweils des ersten und des zweiten geregelten Proportionalventils in Abhängigkeit von den durch die jeweiligen Druckmesseinrichtungen gemessenen Druck-Istwerten und jeweiligen vorgegebenen Druck-Sollwerten.In addition, the regulating device can be designed to set the respective first and second controlled proportional valve as a function of the actual pressure values measured by the respective pressure measuring devices and the respective predetermined desired pressure values.
Mithilfe der den jeweiligen Verdünnungsstufen zugeordneten individuellen Proportionalventile und Regelungen können damit die Druckverhältnisse im Inneren der jeweiligen Verdünnungsstufe präzise und unabhängig von den Umgebungsbedingungen eingestellt bzw. eingeregelt werden. By means of the individual proportional valves and controls assigned to the respective dilution stages, the pressure conditions inside the respective dilution stage can be adjusted or adjusted precisely and independently of the ambient conditions.
Unabhängig davon, ob eine einstufige Verdünnung oder eine mehrstufige, zum Beispiel zweistufige Verdünnung, erfolgen soll, sind die volumetrischen Flüsse sowie die Druckpegel dieser Flüsse derart regelbar, dass bspw. Verhältnisse erreicht werden können, die definierten konstanten Standardbedingungen entsprechen (meist 101,3 kPa - auch bei geringeren/abweichenden anliegenden Umgebungsdrücken am Ort der Testung). Ebenso ist es somit möglich, frei wählbare Druckpegel zu erreichen oder einen größeren Druckbereich (z.B. stufenweise) abzutesten.Regardless of whether a single-stage dilution or a multi-stage, for example two-stage dilution, should be made, the volumetric flows and the pressure levels of these rivers are so regulated that, for example, can be achieved ratios that correspond to defined constant standard conditions (usually 101.3 kPa - even at lower / deviating applied ambient pressures at the place of testing). Likewise, it is thus possible to achieve arbitrary pressure levels or to test a larger pressure range (e.g., stepwise).
Das derart definierte, bereitzustellende Aerosol oder auch der partikelfreie Gasfluss können auf diese Weise konsistent für beliebige Messaufgaben, zum Beispiel für die Validierung oder Kalibrierung eines Partikel-Messgeräts, bereitgestellt werden, ohne dass sich die Eigenschaften aufgrund von variablen Umgebungseinflüssen ändern. Auch können somit an der Bereitstellungseinrichtung Bedingungen erzeugt werden, welche für den Prüfling am Ort der Testung sonst nicht darstellbar sind.In this way, the aerosol or the particle-free gas flow thus defined can be provided consistently for any measuring tasks, for example for the validation or calibration of a particle measuring device, without the properties changing due to variable environmental influences. It is therefore also possible for conditions to be generated at the supply device which otherwise would not be possible for the test object at the place of testing.
Auch unabhängig von unterschiedlichen, von der Aerosolquelle (Partikelgenerator) bereitgestellten Flüssen oder unterschiedlichen von den zu testenden Geräten abgenommenen oder anderen Komponenten beeinflussten Flüssen wird damit stets der gewünschte (gleiche) Druck in der jeweiligen Verdünnungsstufe eingeregelt sowie jegliche Änderungen und Störungen ausgeregelt. Somit bestehen stets definierte, von der Umgebung und sonstigen Testbedingungen unabhängige Druckverhältnisse für den Partikelgenerator und den Klassifizierer, weitere genauigkeitsrelevante Komponenten im System sowie den Prüfling und die Referenz.Irrespective of different flows provided by the aerosol source (particle generator) or different flows taken from the components to be tested or influenced by other components, the desired (equal) pressure in the respective dilution stage is always adjusted and any changes and disturbances are corrected. Thus, there are always defined, independent of the environment and other test conditions pressure conditions for the particle generator and the classifier, other accuracy-relevant components in the system and the test object and the reference.
In der ersten Verdünnungsstufe kann eine druckgeregelte, von der Umgebung abgeschlossene Verdünnung durchgeführt werden, die keinem Umgebungsdruckeinfluss unterliegt. Unabhängig von unterschiedlichen, von der Aerosolquelle bereitgestellten Flüssen wird damit stets der gleiche Druck in der Verdünnungsstufe eingeregelt. Damit können stets definierte, von der Umgebung und sonstigen Testbedingungen abgetrennte Druckverhältnisse erreicht werden.In the first dilution stage, a pressure-controlled, environmental-sealed dilution may be performed that is not subject to ambient pressure. Independently of different flows provided by the aerosol source, the same pressure is thus always regulated in the dilution stage. This can be achieved always defined, separated from the environment and other test conditions pressure conditions.
Auch in der zweiten Verdünnungsstufe kann eine druckgeregelte, von der Umgebung abgeschlossene Verdünnung stattfinden, sodass entsprechend definierte, von der Umgebung und den sonstigen Testbedingungen abgetrennte Druckverhältnisse erreicht werden.Also in the second dilution stage, a pressure-controlled, completed by the environment dilution can take place, so that correspondingly defined, separated from the environment and the other test conditions pressure conditions are achieved.
Da die Drücke in den beiden Verdünnungsstufen somit unabhängig von den Umgebungsbedingungen eingeregelt werden können, ist es zudem zur Regelung des Flusses zwischen diesen Stufen, zum Beispiel auch durch einen zwischengeschalteten Partikel-Klassierer (z.B. ein DMA - Differential Mobility Analyzer), möglich, aktiv die Druckdifferenz zwischen den beiden Verdünnungsstufen einzuregeln, sodass der sich somit einstellende Durchfluss den gewünschten Wert erreicht.Since the pressures in the two dilution stages can thus be regulated independently of the ambient conditions, it is also possible to control the flow between these stages, for example also by means of an intermediate particle classifier (eg a DMA - Differential Mobility Analyzer) To regulate the pressure difference between the two dilution stages, so that the thus adjusting flow reaches the desired value.
Zwischen der ersten Verdünnungsstufe und der zweiten Verdünnungsstufe kann somit eine Klassifizier-Einrichtung angeordnet sein, zum Klassifizieren der Partikel im Partikel-Fluss. Die Klassifizier-Einrichtung kann zum Beispiel eine Partikelgrößenklassifizierung bzw. -größenselektion erreichen. Entsprechende Geräte sind bekannt, zum Beispiel ein DMA. Damit ist es möglich, ein monodisperses Aerosol mit einem gewünschten Partikeldurchmesser aus dem vom Partikelgenerator erzeugten Aerosol auszuscheiden. Je nach Ausstattung des Systems ist es somit möglich, stromab von dem Verdünnungssystem ein Modell-Aerosol mit Partikeln definierter Größe (Klassierer) und mit einer eingestellten Konzentration (Verdünnung) zu erhalten.Thus, a classifier may be arranged between the first dilution stage and the second dilution stage for classifying the particles in the particle flow. For example, the classifier may achieve particle size classification or size selection. Corresponding devices are known, for example a DMA. This makes it possible to eliminate a monodisperse aerosol with a desired particle diameter from the aerosol generated by the particle generator. Depending on the equipment of the system, it is thus possible to obtain a model aerosol with particles of defined size (classifier) and with a set concentration (dilution) downstream of the dilution system.
Die Drücke in den beiden Verdünnungsstufen können dabei individuell geregelt werden. Auf diese Weise lässt sich auch der Druckgradient zwischen den beiden Verdünnungsstufen einstellen. Zum Beispiel kann in der ersten Verdünnungsstufe ein Druckwert von 102 kPa eingestellt werden, während in der zweiten Verdünnungsstufe ein Wert von 101 kPa eingestellt wird. Ebenso kann die erste Verdünnungsstufe auf einen Druckwert von 100 kPa eingestellt werden, während der Druck in der zweiten Verdünnungsstufe einen höheren Wert, zum Beispiel 101 kPa erreichen kann, wobei die Druckerhöhung durch eine nachfolgend noch erläuterte Pumpe unterstützt werden kann.The pressures in the two dilution stages can be regulated individually. In this way, the pressure gradient between the two dilution stages can be adjusted. For example, in the first dilution stage, a pressure value of 102 kPa can be set while in the second dilution stage a value of 101 kPa is set. Likewise, the first dilution stage can be adjusted to a pressure of 100 kPa, while the pressure in the second dilution stage can reach a higher value, for example 101 kPa, whereby the pressure increase can be assisted by a pump explained below.
Zwischen der ersten Verdünnungsstufe und der zweiten Verdünnungsstufe kann eine Pumpe, insbesondere eine Venturi-Pumpe vorgesehen sein. Die Venturi-Pumpe ist insbesondere in der Lage, einen zusätzlichen positiven Druckgradienten zwischen der ersten Verdünnungsstufe und der zweiten Verdünnungsstufe zu erzeugen. Damit ist zum Beispiel auch eine Erhöhung des Drucks von der einen zur nächsten Verdünnungsstufe möglich. Zum Beispiel kann in der ersten Verdünnungsstufe ein Druck von 90 kPa eingestellt werden, während in der zweiten Verdünnungsstufe ein erhöhter Druck in einem variablen Bereich vom 90-110 kPa benötigt wird ist. Diese (variable) Druckerhöhung kann durch die Venturi-Pumpe bewirkt werden.Between the first dilution stage and the second dilution stage, a pump, in particular a Venturi pump can be provided. In particular, the venturi pump is capable of producing an additional positive pressure gradient between the first dilution stage and the second dilution stage. This also makes it possible, for example, to increase the pressure from one to the next dilution stage. For example, in the first dilution stage, a pressure of 90 kPa may be set, while in the second dilution stage an increased pressure in a variable range of 90-110 kPa is needed. This (variable) pressure increase can be effected by the Venturi pump.
Die Venturi-Pumpe kann gleichzeitig zu einer Vorverdünnung führen, da die ihr zugeführte Umgebungs- bzw. Verdünnungsluft in den Gasfluss gelangt. At the same time, the Venturi pump can lead to pre-dilution because the ambient or dilution air supplied to it enters the gas flow.
Die Venturi-Pumpe kann insbesondere zwischen der Klassifizier-Einrichtung und der zweiten Verdünnungsstufe vorgesehen sein. Durch den von der Venturi-Pumpe erzeugten zusätzlichen positiven Druckgradienten kann der Fluss durch den Klassifizierer (DMA) eingeregelt werden.In particular, the venturi pump may be provided between the classifier and the second dilution stage. The additional positive pressure gradient generated by the Venturi pump allows the flow to be regulated by the classifier (DMA).
Es kann eine Regelungseinrichtung zum Regeln eines als Sollwert dienenden Gasflusses zwischen der ersten Verdünnungsstufe und der zweiten Verdünnungsstufe vorgesehen sein. Dabei kann eine Gasflussmesseinrichtung zwischen der ersten Verdünnungsstufe und der zweiten Verdünnungsstufe vorgesehen sein, zum Messen eines der Regelungseinrichtung zuführbaren Istwertes für den Gasfluss. Durch die Regelungseinrichtung kann die Pumpleistung der Venturi-Pumpe derart einstellbar sein, um den Istwert derart zu beeinflussen, dass er sich dem Sollwert annähert.A control device may be provided for regulating a gas flow serving as a set value between the first dilution stage and the second dilution stage. In this case, a gas flow measuring device may be provided between the first dilution stage and the second dilution stage, for measuring an actual value for the gas flow that can be fed to the regulating device. By the control device, the pump power of the Venturi pump can be adjusted so as to influence the actual value such that it approaches the desired value.
Zur Regelung des Flusses durch den Klassifizierer bzw. des Flusses zwischen den beiden Verdünnungsstufen (Sollwert) dient somit als Istwert der Messwert der Gasflussmesseinrichtung (z.B. Volumenstrommesseinrichtung oder Massenstrommesseinrichtung), die z.B. im Klassifizierer oder an einer anderen geeigneten Stelle zwischen den beiden Verdünnungsstufen angeordnet sein kann. Als Stellgröße dient die Pumpleistung der Venturi-Pumpe, die z.B. durch ein geregeltes Proportionalventil einstellbar sein kann. Das Proportionalventil kann in einer Umgebungsluftzuleitung vorgesehen ist, zum Zuführen von Umgebungsluft zum Betreiben der Venturi-Pumpe, wie später noch erläutert wird. Durch Einstellen der Pumpleistung der Venturi-Pumpe ist es somit möglich, den Gasfluss zwischen den beiden Verdünnungsstufen in gewünschter Weise einzustellen und dabei insbesondere auch eine Druckerhöhung zu bewirken. Durch Wahl der Druck-Sollwerte kann ein definierter Druckgradient zwischen den Verdünnungsstufen hergestellt werden.Thus, to control the flow through the classifier or the flow between the two dilution stages (set point), the actual value is the measured value of the gas flow measuring device (for example volume flow meter or mass flow meter), e.g. may be placed in the classifier or at another suitable location between the two dilution stages. The manipulated variable is the pumping capacity of the Venturi pump, which is used e.g. can be adjustable by a controlled proportional valve. The proportional valve may be provided in an ambient air supply line for supplying ambient air for operating the venturi pump, as will be explained later. By adjusting the pumping power of the Venturi pump, it is thus possible to adjust the gas flow between the two dilution stages in the desired manner and in particular also to cause an increase in pressure. By selecting the desired pressure values, a defined pressure gradient can be established between the dilution stages.
Durch die Anordnung der Klassifizier-Einrichtung (auch als Klassifizierer oder Klassierer bezeichnet) und der Venturi-Pumpe zwischen der ersten Verdünnungsstufe und der zweiten Verdünnungsstufe ist es somit möglich, dass im Betrieb die Einstellungen für die erste Verdünnungsstufe unverändert bleiben (und damit die Bedingungen z.B. für die Partikel-Erzeugung, Verdünnung und Klassifizierung), während die Einstellungen (und damit z.B. die Drücke) für die zweite Verdünnungsstufe definiert verändert werden können (und damit z.B. auch die Bedingungen des Prüflings).The arrangement of the classifier (also referred to as a classifier or classifier) and the Venturi pump between the first dilution stage and the second dilution stage thus allows the settings for the first dilution stage to remain unchanged during operation (and thus the conditions, for example for the particle generation, dilution and classification), while the settings (and thus eg the pressures) for the second dilution stage can be changed in a defined manner (and thus also, for example, the conditions of the test specimen).
Die Venturi-Pumpe kann besonders vorteilhaft sein, weil sie den Aerosolstrom nicht verändert und sich insbesondere keine Partikel ablagern können.The venturi pump can be particularly advantageous because it does not change the aerosol flow and in particular no particles can be deposited.
Es kann eine Umgebungsluft-Zuführung vorgesehen sein, mit einer zu der zweiten Verdünnungsstufe führenden Umgebungsluftzuleitung, zum Zuführen von Umgebungsluft zu der zweiten Verdünnungsstufe. Mithilfe der als Verdünnungsluft dienenden Umgebungsluft lässt sich in der zweiten Verdünnungsstufe die gewünschte Verdünnungswirkung erreichen. Analog kann auch für die erste Verdünnungsstufe eine Umgebungsluft-Zuführung vorgesehen sein.An ambient air supply may be provided, with an ambient air supply leading to the second dilution stage, for supplying ambient air to the second dilution stage. With the help of the ambient air serving as dilution air, the desired dilution effect can be achieved in the second dilution stage. Analogously, an ambient air supply can also be provided for the first dilution stage.
Der Begriff der als Verdünnungsluft dienenden „Umgebungsluft“ ist in diesem Zusammenhang breit zu verstehen. Es kann sich bei der Umgebungsluft um Luft aus der Umgebung handeln, die z.B. als Druckluft zugeführt wird. Ebenfalls kann aber auch z.B. Stickstoff als „Umgebungsluft“ dienen.The term "ambient air" serving as dilution air is to be understood broadly in this context. The ambient air may be air from the environment, e.g. is supplied as compressed air. However, it is also possible to use e.g. Nitrogen serve as "ambient air".
Zum Betrieb der Venturi-Pumpe kann es besonders geeignet sein, dass eine weitere Umgebungsluftzuleitung vorgesehen ist, zum Zuführen von Umgebungsluft zum Betreiben der Venturi-Pumpe.For operation of the venturi pump, it may be particularly suitable that a further ambient air supply line is provided for supplying ambient air for operating the venturi pump.
In der zur Venturi-Pumpe führenden Umgebungsluftzuleitung können eine Massenflussmesseinrichtung und/oder ein Proportionalventil vorgesehen sein, um die Luftströmung zu der Venturi-Pumpe und damit deren Pumpwirkung bzw. Pumpleistung einzustellen.In the leading to Venturi pump ambient air supply line, a mass flow measuring device and / or a proportional valve may be provided to adjust the flow of air to the Venturi pump and thus their pumping or pumping power.
Auch in der zur zweiten Verdünnungsstufe führenden Umgebungsluftzuleitung kann können eine Massenflussmesseinrichtung und ein Proportionalventil vorgesehen sein, um die Strömung der zuzuführenden Umgebungsluft einzustellen.In the ambient air supply line leading to the second dilution stage, a mass flow measuring device and a proportional valve can also be provided in order to adjust the flow of the ambient air to be supplied.
Die Umgebungsluftzuleitung für die Venturi-Pumpe kann von der Umgebungsluftzuleitung für die zweite Verdünnungsstufe an einer Stelle stromab von deren Massenflussmesseinrichtung abzweigen, wobei sich die Abzweigung zum stromauf von dem in der Umgebungsluftzuleitung für die zweite Verdünnungsstufe vorgesehenen Proportionalventil befinden kann.The ambient air supply line for the venturi pump may branch off from the ambient air supply line for the second dilution stage at a location downstream of its mass flow meter, which branch may be upstream of the proportional valve provided in the ambient air supply line for the second dilution stage.
Diese Anordnung ermöglicht es, dass die Umgebungsluft über die erste Umgebungsluftzuleitung zugeführt wird. Ein Teil der Umgebungsluft wird mit Hilfe der zweiten Umgebungsluftzuleitung nach der Messung (bzw. auch Einregelung) des Volumenstroms abgezweigt und zu der Venturi-Pumpe geführt um diese zu treiben. Der andere Teil wird über die erste Umgebungsluftzuleitung direkt zu der zweiten Verdünnungsstufe als Verdünnungsluft geführt. Der Umgebungsluftteil, der zum Betreiben der Venturi-Pumpe zugeführt wurde, gelangt nach Passieren der Venturi-Pumpe ebenfalls in die zweite Verdünnungsstufe und vereinigt sich dort wieder mit dem anderen Umgebungsluftteil, der über die erste Umgebungsluftzuleitung zugeführt wurde. In der Summe bleibt somit die ursprünglich zugeführte Umgebungsluft gleich, da die zunächst aufgeteilten Verdünnungsluftströme in der zweiten Verdünnungsstufe wieder zusammengeführt werden. Dieser (Gesamt)-Verdünnungsluftstrom kann durch die zuvor in der ersten Umgebungsluftzuleitung angeordnete Massenfluss-Messeinrichtung bestimmt werden. Durch diese Konfiguration bleibt der Gesamt-Verdünnungsluftstrom somit stets konstant - beispielsweise auch während Änderungen des Flusses in die Venturi-Pumpe (z.B während der oben beschriebenen aktiven automatischen Regelung des Flusses durch den Klassierer mittels Venturi-Pumpleistung). Eine Änderung des Verdünnungsfaktors in der zweiten Verdünnungsstufe wird dadurch vermieden.This arrangement allows the ambient air to be supplied via the first ambient air supply line. Part of the ambient air is diverted with the aid of the second ambient air supply line after the measurement (or also regulation) of the volumetric flow and fed to the Venturi pump in order to drive it. The other part is fed via the first ambient air supply line directly to the second dilution stage as dilution air. The ambient air part used to operate the Venturi pump is fed, also passes after passing through the Venturi pump in the second dilution stage and rejoins together with the other ambient air part, which was supplied via the first ambient air supply line. In sum, therefore, the originally supplied ambient air remains the same, since the first divided dilution air streams are brought together again in the second dilution stage. This (total) dilution air flow can be determined by the mass flow measuring device previously arranged in the first ambient air supply line. With this configuration, the total dilution air flow thus always remains constant - for example, during changes in the flow into the Venturi pump (eg during the above-described active automatic control of the flow through the classifier by Venturi pump power). A change in the dilution factor in the second dilution step is thereby avoided.
Zwischen der Venturi-Pumpe und der zweiten Verdünnungsstufe und/oder zwischen der Klassifiziereinrichtung und der zweiten Verdünnungsstufe kann ein Bypass zu dem Auslass vorgesehen sein. Der Bypass ermöglicht es insbesondere, einen Teil des zugeführten Aerosol-Stroms abzuführen und über den Auslass zu verwerfen. Dies kann durch ein Proportionalventil im Bypass eingestellt werden. Dies ist vor allem dann hilfreich, wenn der zugeführte Aerosol-Strom hochkonzentriert ist und in der zweiten Verdünnungsstufe ein sehr starker Verdünnungsluftstrom erreicht werden müsste, um die gewünschte Partikelkonzentration am Ende zu erreichen. Durch Abführen eines Teils des hochkonzentrierten Aerosol-Stroms über den Bypass kann der verbleibende und in die zweite Verdünnungsstufe gelangende Aerosol-Strom stärker verdünnt werden, auch wenn die der zweiten Verdünnungsstufe zugeführte Verdünnungsluft mengenmäßig nicht gesteigert werden soll.A bypass to the outlet may be provided between the venturi pump and the second dilution stage and / or between the classifier and the second dilution stage. In particular, the bypass allows a portion of the supplied aerosol stream to be removed and discarded via the outlet. This can be adjusted by a proportional valve in the bypass. This is especially helpful if the supplied aerosol stream is highly concentrated and in the second dilution stage a very strong dilution air flow would have to be achieved in order to achieve the desired particle concentration at the end. By discharging a portion of the highly concentrated aerosol stream through the bypass, the remaining aerosol stream entering the second dilution stage can be more dilute, even though the dilution air fed to the second dilution stage should not be increased in volume.
Durch den Bypass erfolgt eine Beeinflussung des Massenflusses in der zweiten Verdünnungsstufe, da ein Teil des ursprünglich zugeführten Massenflusses über den Auslass verworfen wird. Daher kann es zur Präzisierung der Messung sinnvoll sein, dass in dem Bypass ebenfalls eine Massenflussmesseinrichtung vorgesehen sind, um anhand von deren Messwert den Massenfluss in der zweiten Verdünnungsstufe auszugleichen.The bypass causes an influence on the mass flow in the second dilution stage, since a part of the originally supplied mass flow is rejected via the outlet. For clarification of the measurement, it can therefore be meaningful that a mass flow measuring device is likewise provided in the bypass, in order to compensate for the mass flow in the second dilution stage on the basis of its measured value.
Zum Beispiel besteht häufig auf einem Prüfstand die Anforderung, für eine Linearitätsprüfung der Prüflinge (der zu testenden Geräte) die Partikelkonzentration stark zu variieren, was üblicherweise durch eine starke Anhebung des Verdünnungsluftstroms und einer damit verbundenen starken Verdünnung des Partikelstroms realisiert wird (und damit eigentlich ungewollten starken Änderungen z.B. der Druck- und Turbolenzbedingungen in der Verdünnung). In diesem Fall mit Bypass kann zur Senkung der Partikelkonzentration ein entsprechender Anteil des Aerosols stromab von der Venturi-Pumpe (oder des Klassierers) und noch vor der zweiten Verdünnungsstufe über den Bypass abgezweigt und verworfen werden.For example, there is often a requirement on a test bench to vary the particle concentration greatly for a linearity test of the test items (the equipment to be tested), which is usually realized by a strong increase in the dilution air flow and an associated high dilution of the particle flow (and thus actually unintentional strong changes eg the pressure and turbulence conditions in the dilution). In this case with bypass, to reduce the particle concentration, a corresponding portion of the aerosol downstream from the venturi pump (or classifier) and before the second dilution stage can be branched off and discarded via the bypass.
Die stromab von der zweiten Verdünnungsstufe vorgesehene Partikel-Bereitstellungseinrichtung kann eine Partikel-Bereitstellungsleitung aufweisen, zum Führen des die zweite Verdünnungsstufe verlassenden Aerosol-Stroms zu einem mit dem Aerosol-Strom zu versorgenden Gerät. Bei dem Gerät kann es sich zum Beispiel um ein zu prüfendes Partikelmessgerät handeln. Die Partikel-Bereitstellungsleitung kann insbesondere mit einer nachfolgend noch erläuterten Anschlusseinrichtung gekoppelt sein, an der das zu testende Gerät anschließbar ist.The particle providing means provided downstream of the second dilution stage may comprise a particle supply line for guiding the aerosol stream leaving the second dilution stage to a device to be supplied with the aerosol stream. The device may, for example, be a particle meter to be tested. In particular, the particle supply line can be coupled to a connecting device, which will be explained below, to which the device to be tested can be connected.
Das System zum Bereitstellen eines Aerosols kann mit einem an das System anschließbaren, zu testenden Gerät gekoppelt sein, wobei eine Anschlusseinrichtung vorgesehen sein kann, zum Anschließen des zu testenden Geräts.The system for providing an aerosol can be coupled to a device that can be connected to the system to be tested, wherein a connection device can be provided for connecting the device to be tested.
Das zu testende Gerät (z.B. Partikelmesssysteme in Prüfständen) kann in einfacher Weise an der Anschlusseinrichtung angeschlossen werden. Die Anschlusseinrichtung kann somit die notwendigen bzw. sinnvollen Anschlussmöglichkeiten bereitstellen, um das zu testende Gerät mit dem System verbinden zu können. Dabei können z.B. Schlauchkupplungen, Steckverbindungen, Schraubverbindungen, Bajonettverbindungen vorhanden sein. Zudem sind die entsprechenden Leitungswege vorgesehen, um die Massenflüsse durchzuführen.The device under test (e.g., particulate measurement systems in test benches) can be easily connected to the connector. The connection device can thus provide the necessary or sensible connection options in order to be able to connect the device to be tested to the system. Thereby, e.g. Hose couplings, connectors, screw connections, bayonet connections may be present. In addition, the corresponding conduction paths are provided to carry out the mass flows.
Die Anschlusseinrichtung kann mehrere Leitungen aufweisen, an denen das zu testende Gerät anschließbar ist.The connection device can have a plurality of lines to which the device to be tested can be connected.
Das gesamte System kann in Form einer mobilen Einheit ausgebildet sein. Insbesondere kann die Einheit in einem Gestell, Rahmen bzw. Schrank untergebracht werden, der auch verschiebbar oder zum Beispiel auf Rollen verfahrbar ist. Damit können sämtliche Komponenten in dem Gestell bzw. Schrank untergebracht werden, sodass das System auch zu verschiedenen zu testenden Geräten und Anlagen geführt werden kann. Es ist damit nicht erforderlich, jeweils aufwendige Auf- und Abbaumaßnahmen zu ergreifen, um verschiedene zu testende Geräte zu überprüfen.The entire system may be in the form of a mobile unit. In particular, the unit can be accommodated in a frame, frame or cabinet which can also be displaced or, for example, moved on rollers. Thus all components can be accommodated in the rack or cabinet so that the system can also be routed to various devices and systems to be tested. It is therefore not necessary to take each time consuming construction and removal measures to check various devices to be tested.
Bekannte Verdünnungssysteme weisen in der Regel ein ungeregeltes, geschlossenes Schema oder ein offenes, überströmendes Schema auf. Bei geschlossenen Systemen muss mittels manueller Justage besonders darauf geachtet werden, dass alle Volumenströme zueinander passen, so dass eine Balance zwischen den eingehenden und den ausgehenden Massenströmen erreicht werden kann. Die Ströme sind dabei teilweise manuell einzustellen, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden. Bereits kleine Änderungen der Komponenten, zum Beispiel aufgrund einer Pumpe, die keinen gleichförmigen Druck liefert, können einen negativen Effekt auf das gesamte System haben und damit die Genauigkeit der Verdünnung beeinflussen. Diese Änderungen müssen in der Regel manuell erkannt und korrigiert werden.Known dilution systems usually have an unregulated, closed scheme or an open, overflowing scheme. With closed systems, special care must be taken by means of manual adjustment that all volume flows match one another, so that a balance between the incoming and outgoing mass flows can be achieved. The currents are partly manually adjusted in order to avoid mutual interference. Even small changes in the components, for example due to a pump that does not deliver uniform pressure, can have a negative effect on the whole system, affecting the accuracy of the dilution. These changes usually need to be manually detected and corrected.
Im Gegensatz dazu ist es bei dem erfindungsgemäßen System vorgesehen, dass alle Parameter automatisch gemessen und nachfolgend automatisiert eingeregelt werden.In contrast, it is provided in the system according to the invention that all parameters are measured automatically and subsequently adjusted automatically.
Überströmende Systeme sind in Richtung eines Auslasses oder der Atmosphäre offen. Da jedoch die Umgebungsbedingungen variabel sind, erfolgen entsprechende Rückkopplungen auf die Gasströme im System, die ebenfalls die Genauigkeit beeinflussen können.Overflow systems are open towards an outlet or the atmosphere. However, since the environmental conditions are variable, appropriate feedbacks are made to the gas flows in the system, which can also affect the accuracy.
Bei dem erfindungsgemäßen System können die genannten Probleme durch (seine Auslegung mit) einer Kombination von Venturi-Pumpen, Massenflussmessern, Proportionalventilen und z.B. einer am Ende vorgesehenen Vakuumpumpe sowie Druckmessung und Regelschleifen vermieden werden, so dass es möglich ist, Aerosol stabil und unabhängig von den äußeren Bedingungen und anderen Störeinflüssen bereitzustellen.In the system according to the invention, said problems can be solved by (its design with) a combination of venturi pumps, mass flow meters, proportional valves and e.g. a final provided vacuum pump and pressure measurement and control loops are avoided, so that it is possible to provide aerosol stable and independent of the external conditions and other disturbing influences.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Übersicht über ein System zum Validieren von Aerosol- und Flussmessgeräten, mit einem erfindungsgemäßen System zum Bereitstellen eines Aerosols; und -
2 eine detailliertere Teildarstellung des Systems zum Bereitstellen eines Aerosols von1 .
-
1 a schematic overview of a system for validating aerosol and flow meters, with a system according to the invention for providing an aerosol; and -
2 a more detailed partial view of the system for providing an aerosol of1 ,
Die meisten Komponenten des Systems
An einer an dem Schrank
Das zu testende Gerät
Bei Bedarf können an der Anschlusseinrichtung
Weiterhin ist eine das Gesamtsystem steuernde Steuerung
Die Steuerung
Die Steuerung
Nachfolgend werden das System
Ein an sich bekannter Partikelgenerator
In dem Verdünnungssystem
Die Erfindung betrifft das System zum Bereitstellen des Aerosols und damit insbesondere die Ausgestaltung und das Zusammenwirken des Partikelgenerators
Stromab von dem Verdünnungssystem
Die Kugelventil-Umschalteinrichtung
Die Referenz-Partikelmessgeräte
Der andere Teil des Modellaerosols, der nicht zu der Referenz-Partikelmesseinrichtung
Auch andere Messverfahren sind möglich, zum Beispiel eine VPR-Kalibrierung (Volatile Particle Remover) zum Erfassen der Partikelverluste über Komponenten im zu testenden System über entsprechende Zählraten am Ein- und Ausgang der Komponente (Wechsel durch Kugelventil-Umschalteinrichtung).Other measuring methods are also possible, for example a VPR calibration (Volatile Particle Remover) for detecting particle losses via components in the system to be tested via corresponding count rates at the input and output of the component (change through ball valve changeover device).
Die oben beschriebene erste Betriebsart mit deren diversen Tests kann auch als Aerosolvalidierungs-Betriebsart bezeichnet werden.The first mode described above with its various tests may also be referred to as aerosol validation mode.
Für das (automatische) Durchführen der als zweite Betriebsart dienenden Flussvalidierungs-Betriebsart schaltet die Steuerung
Der in der Flussvalidierungs-Betriebsart durch die Referenz-Massenflussmesseinrichtung
Die in
Es ist zu beachten, dass die Verwendung des erfindungsgemäßen Systems zum Bereitstellen eines Aerosols in dem in
Der Partikelstrom vom Partikelgenerator
Stromab von der ersten Verdünnungsstufe
Stromab von der Venturi-Pumpe
Zum Erzeugen eines Aerosolstroms in dem Verdünnungssystem
Zudem können weitere Zuführungen von Umgebungsluft über einen Druckminderer
Die Pumpe
Zur Feineinstellung des Unterdrucks bzw. negativen Drucks in der Unterdruckleitung
Mithilfe der geregelten Proportionalventile
Zum Ansteuern der diversen Proportionalventile und damit zum Regeln der einzelnen Drücke kann eine Regelungseinrichtung vorgesehen sein, die z.B. auch Teil einer übergeordneten Steuerung, z.B. einer Prüfstandssteuerung o.ä. sein kann. Als Steuerung eignet sich somit z.B. auch die Steuerung
Stromauf von der Pumpe
Zwischen der Venturi-Pumpe
Wie oben bereits erläutert, kann über weitere Zuführungen Umgebungsluft (Verdünnungsluft) zugeführt werden. Zu diesem Zweck ist eine zu der zweiten Verdünnungsstufe
Die Umgebungsluftzuleitung
Von der zu der zweiten Verdünnungsstufe
Der Umgebungsluftstrom wird dann über die zu der zweiten Verdünnungsstufe
Stromauf von dem Proportionalventil
Durch die verschiedenen Proportionalventile können die Drucklevel in den einzelnen Volumenströmen präzise eingestellt werden. So ist es möglich, mit Hilfe der Pumpe
Das von der Klassifizier-Einrichtung
Die Venturi-Pumpe
Durch das Ansteuern der Venturi-Pumpe
Eine weitere Reduktion der Partikelanzahl oder der Partikelmasse in dem Aerosol kann mit Hilfe des Bypasses
Der Druckpegel in der zweiten Verdünnungsstufe
Claims (13)
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