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1、(10)申请公布号 CN 101960288 A (43)申请公布日 2011.01.26 CN 101960288 A *CN101960288A* (21)申请号 200980107507.4 (22)申请日 2009.03.04 20080182 2008.03.04 FI G01N 15/06(2006.01) G01N 27/62(2006.01) (71)申请人 皮卡索尔公司 地址 芬兰坦佩雷 (72)发明人 尤哈蒂卡宁 (74)专利代理机构 北京弘权知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 11363 代理人 张文 刘继富 (54) 发明名称 颗粒测量方法和设备 (57) 摘要 一。
2、种测量气体中颗粒浓度的方法， 其使用喷 射器 (11) 用于提供基本上恒定的样品流 (14) 并 且用于使含有颗粒的样品与基本上清洁的电离的 气体(13)高效地混合。 本发明还涉及实施这种方 法的设备。所述方法和设备可以用于例如在内燃 机的排气系统中测量颗粒浓度。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2010.09.03 (86)PCT申请的申请数据 PCT/FI2009/000031 2009.03.04 (87)PCT申请的公布数据 WO2009/109688 EN 2009.09.11 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 。
3、权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 4 页 CN 101960289 A1/2 页 2 1. 一种监测气体中颗粒浓度的方法， 包括通过将至少一部分含有颗粒的气体与另一种 基本上不含颗粒的电离气体混合来使至少一部分颗粒带电， 并监测所述颗粒携带的电荷， 包括使用喷射器从含有颗粒的气体中吸取样品流， 其中电离的清洁气体形成主流， 所述样 品流形成侧流。 2. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 主流与侧流之比低于 1 1。 3. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 主流与侧流之比低于 1 3。 4. 如前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 在颗粒带电之前的离子损失低。
4、 于 99。 5.如权利要求1至3中任一项所述的方法， 其特征在于， 在颗粒带电之前的离子损失低 于 90。 6. 如前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 通过离子捕集器去除未在任何 颗粒上附着的离子。 7. 如前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 通过测量随着颗粒逸出的电流 来监测颗粒携带的电荷。 8. 如前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 转换或调节基本上清洁的电离 气体流。 9. 如前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 离子捕集器还捕集属于核模态 的颗粒。 10. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 通过升高离子捕集器的电压来去除核模态 。
5、颗粒。 11. 如前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于 ： a. 在至少两个不同值之间转换或调节离子捕集器的电压 ； 和 b. 使用与所述至少两个不同值相对应的电流计算核模态浓度或积聚态浓度或质量浓 度或数量浓度或尺寸分布或在排气管之后产生的颗粒浓度， 或它们的任意组合。 12. 如前述权利要求中任一项所述的方法， 包括使用与含有颗粒的气体的总流量相对 应的测量信号以及侧流的颗粒浓度来计算所述含有颗粒的气体中的颗粒浓度。 13. 如前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 通过电晕放电使基本上清洁的 气体电离。 14. 如前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 所述方法用。
6、于在颗粒捕集之前 或之后监测颗粒。 15. 一种用于监测管道或通道 (2) 中颗粒的设备 (1)， 包括 ： a. 用于将基本上无颗粒的气体电离的装置 (7) ； b. 至少一个喷射器 (11) ； c. 用于向喷射器 (11) 的主流通道 (13) 喂送基本上清洁的电离气体的装置 (12)。 16. 如权利要求 15 所述的设备 (1)， 包括用于将所述基本上清洁的电离气体与含有颗 粒的气体混合的装置 (6)。 17. 如权利要求 15 或 16 所述的设备， 其特征在于， 在用于混合的装置 (6) 之前的离子 损失优选地小于 99， 并更优地选小于 90。 18. 如权利要求 15、 16。
7、 或 17 所述的设备 (1)， 包括离子捕集器 (9)。 权 利 要 求 书 CN 101960288 A CN 101960289 A2/2 页 3 19. 如权利要求 18 所述的设备 (1)， 包括用于在至少两个不同值之间转换或调节离子 捕集器电压的装置。 20. 如权利要求 15 至 19 中任一项所述的设备 (1)， 包括用于转换或调节基本上无颗粒 的电离气体流的装置 (16)。 21. 如权利要求 15 至 20 中任一项所述的设备 (1)， 包括用于控制所述基本上无颗粒的 电离气体流的温度的装置。 22. 如权利要求 15 至 21 中任一项所述的设备 (1)， 包括用于将所述。
8、基本上无颗粒的气 体电离的电晕放电器 (7)。 23. 如权利要求 22 所述的设备 (1)， 包括用于将所述基本上无颗粒的气体流引导至所 述电晕放电器的附近的装置 (18)。 24. 如权利要求 15 至 23 中任一项所述的设备， 其特征在于， 用于电离的装置 (7) 与系 统中的其余部分电绝缘， 并且设置有至少一个电荷测量设备 (10) 以通过测量放电电流来 检测由排出颗粒获得的静电荷， 所述放电电流是这些颗粒从所述电离装置 (7) 中带走的， 在所述装置 (7) 以及与设备的壁即气流通道壁 (4) 电流连接的位置之间测量所述放电电 流。 25.如权利要求15至23中任一项所述的设备， 。
9、包括用于使用气流冷却所述至少一个电 离装置 (7) 及其相关部分的装置。 权 利 要 求 书 CN 101960288 A CN 101960289 A1/7 页 4 颗粒测量方法和设备 0001 发明背景 技术领域 0002 本发明涉及一种测量气溶胶中颗粒浓度的方法。 本发明还涉及一种实施所述方法 的设备。所述方法和设备可以例如用于测量内燃机的排气系统中的颗粒浓度。 背景技术 0003 由于各种原因， 能够测量微粒、 尤其是在内燃机中产生的微粒， 具有重要意义。越 来越多的对微粒的潜在健康影响方面的关注推动着所述测量的积极性， 并且对健康的关注 已经导致制定了微粒排放标准。在将来， 颗粒排放。
10、标准将变得越来越严格。对微粒测量的 另一需要源于内燃机的开发以及内燃机尤其是柴油机的实时监测。 对微粒测量的又一需要 源于在工业生产中越来越多地生产和使用纳米尺度的颗粒， 所述颗粒通常具有低于 100nm 的直径。工业生产监测以及职业保健和安全问题都需要可靠的微粒测量。 0004 柴油机排出颗粒的尺寸分布通常显示三种不同的模态 ： 核模态由直径低于约 50nm的颗粒组成， 积聚模态由具有50nm至1m直径的颗粒组成， 以及粗模态中颗粒的直径 大于 1m。大部分柴油机排出颗粒在排出气体从排气管逸出后形成， 并且这些颗粒通常属 于核模态。 0005 通常在内燃机排气管上安装颗粒捕集器， 以使微粒浓。
11、度在排放标准以下。捕集器 需要频繁的更新， 并且通过升高捕集器的温度和同时向捕集器输送过量空气来燃烧捕集到 的颗粒， 从而燃烧含碳的颗粒。 0006 专利出版物 FI 118278B， Dekati Oy， 25.12.2004， 涉及一种在排气管系统中或相 应的排气管中基本上在使用期间从内燃机的排出气体中检测颗粒排放物的方法和传感器 装置， 在所述方法中， 排出气体中含有的排放颗粒是带电的， 并且通过测量排气管中的排放 颗粒所携带的电荷来检测颗粒排放物。根据这一发明， 通过随时间改变充电方式或充电功 率来使颗粒带电， 以至于充电的结果是呈现至少两种不同电荷状态的排放颗粒， 其中从所 述至少两。
12、种不同电荷状态的排放颗粒中测量的一个 / 多个差值来确定排放颗粒的电荷。所 述方法的问题在于通过设置在排气管内部的充电器使颗粒带电， 这容易使充电器受到污 染， 而所述污染降低了充电器的寿命和可靠性。变化的颗粒浓度和恒定的离子生成在例如 保持恒定颗粒充电方面产生问题。在排气管中形成微粒是一个复杂的过程， 并且使得在有 很大变化的质量流量的环境中难以测量。例如， 不同的燃料和不同的润滑剂影响排气管中 的颗粒浓度和颗粒性质， 如 “Heejung Jung等， The Influence of Engine Lubricating Oil on Diesel Nanoparticle Emissi。
13、ons and Kinetics of Oxidation， SAE International 2003-01-3179， 2003” 中所述。 0007 “Francisco J.Romay 等， A Sonic Jet Corona Ionizer for Electrostatic Discharge and Aerosol Neutralization， Aerosol Science and Technology， 20 卷 (1994)， 31-41 页” 描述了双极电晕电离器 (bipolar corona ionizer) 的设计， 所述双极电 说 明 书 CN 101960。
14、288 A CN 101960289 A2/7 页 5 晕电离器使用一对不同极性的音速喷射电离器 (sonic jet ionizer)。在若干电极的离子 输出和颗粒生成、 孔板材料和电离器操作条件方面描述了所述电离器。音速喷射电离器似 乎比典型的自由电晕电离器产生更多的颗粒。 这可能是由于更强的和更有反应性的电晕放 电。在音速喷射电离器中使用硅电极导致形成不可接受水平的颗粒。可以通过使用碳化钨 电极和钼孔板来实现更低的颗粒生成。 0008 专利出版物US 6,544,484 B1， TSI股份有限公司， 8.4.2003， 描述了一种用于分析 气溶胶的系统。所述系统包括具有带正电或带负电的电。
15、晕放电针的电晕放电离子发生器， 所述放电针由铂或铂合金形成。高速 (40-210m/s) 的空气流将离子从电晕放电中吹走， 并 将离子以湍流射流的形式推入到混合室中， 所述湍流射流与气溶胶相遇， 气溶胶也输送到 混合室中。在离子生成器的一个形式中， 离子通过在正或负偏压板中形成的孔输送到混合 式内。在另一个替代方案中， 静电地形成气溶胶微滴， 并以气溶胶射流的形式推入混合室 内， 气溶胶射流与离子射流相遇， 以增强带电微滴和离子的混合 ； 在这一方案中， 有利的是， 中和所述微滴， 以主要保留正负单电荷的颗粒。这一系统的问题在于， 在测量期间， 气溶胶 和清洁空气的流量比可能由于例如过滤器的污。
16、染而变化。难以通过相对的射流进行电离 空气和气溶胶的对流混合 (confront mixing)， 因为这种构成对射流的性质， 如射流方向和 射流速度， 非常敏感， 并因此射流趋于不稳定。在这种构成中的离子损失非常高， 通常大于 99， 甚至高于 99.9。 0009 专 利 出 版 物 US 3,413,545， Regents of the University of Minnesota， 26.11.1968， 描述了一种用于 0.01-2 微米颗粒范围的电气溶胶颗粒计数和尺寸分布系统。 一种具有气体电离装置和扩散室的气溶胶室单元赋予气溶胶颗粒与颗粒尺寸成比例的单 极性电荷。将所述带电颗。
17、粒输送至具有带细长室的壳体的移动性分析器中。颗粒集电极沿 轴向伸入到集电器和与静电计相连接的传感器过滤器上方的室中。 在所述系统中使用最高 30kV 的集电压。在所述系统中的混合效率低， 因此离子损失可能很高， 通常高于 99.9。 0010 专利出版物US 2006/0144124 A1， Takeshi Kusaka等， 6.7.2006， 描述了一种可溶 性有机级分 SOF 测量系统， 所述 SOF 测量系统可以连续测量 SOF， 并且将可以连续测量煤烟 的煤烟测量系统与排气管相连接。所述煤烟测量系统包括喷射器稀释器， 其选择性地稀释 排出气体和标准气体中的一种， 并将其喷出， 所述标准。
18、气体的烃浓度用稀释气体测得。 稀释 比调节装置可以调节稀释器的稀释比。 煤烟检测器连续检测排出气体或被稀释器稀释后的 标准气体中的煤烟。所述 SOF 测量系统可以与稀释器相连接， 以便排出气体分析器可以测 量被稀释器稀释后的标准气体中的烃浓度。该出版物中没有提到使稀释空气带电。 0011 现有技术系统存在的问题是 ： 充电器污染、 电离空气与气溶胶的不良混合、 变化的 样品流量和高离子损失。所有这些问题使得现有技术的系统不稳定， 尤其是对于内燃机排 放气体颗粒的在线测量而言。而且现有系统体积大， 不能在例如柴油车辆颗粒排放物的监 测中使用。在一些现有技术系统中大混合室还会减慢测量结果的时间响应。
19、。 发明内容 0012 本发明的目的在于提供解决现有技术中的问题的方法和设备。 0013 以下对所述方法和设备的重要组成进行定义。 0014 “喷射器” 是使用气体 1 射流从空间中吸取气体 2 的装置。气体 1 射流气流称为 说 明 书 CN 101960288 A CN 101960289 A3/7 页 6 “主流” ， 气体 2 气流称为 “侧流” 。 0015 “旋动” 是引导气体以扭转运动或旋转运动的方式运动的方法。 0016 “离子捕集器” 是使用电场或磁场或扩散的组合来捕获区域中的离子的装置。 0017 有利的是， 结合本发明的方案以解决若干问题。因此， 通过使用气流可以防止污 。
20、染， 而且当电离时， 相同的气体可以用作喷射器的主流。可以通过喷射器来实现高效混合， 并且通过有利地在喷射器主流中使用高速电离气流可以实现短混合时间。 高流速和高效地 混合极大地降低了离子损失。使用恒定的样品流， 而不是在排气管的内部测量内燃机排出 颗粒排放物， 这使得测量过程更稳定。本发明中描述的所有方案都使得测量过程更稳定。 0018 众所周知， 如果在对流射流混合中使用旋动射流， 则最终结果是与使用非旋动射 流相比稳定性更低。因此， 在这些系统中， 例如在 US 6,544,484 B1 描述的系统中， 避免使 用旋动射流。 但是， 本发明人出人意料地发现如果在喷射器中使用旋动气流作为主。
21、流， 则合 并的气流趋于更加稳定。因此， 旋动主流对本发明的方法而言是有利的。 0019 为解决现有技术系统中的问题， 用于监测气体中颗粒浓度的方法采用在喷射器中 高效混合。喷射器的主流由基本上清洁的电离气体流组成。术语 “基本上清洁的” 是指在 电离气体中的颗粒浓度很低， 以至于不会对检测方法产生不利影响。清洁的气体的速度优 选为音速或接近音速， 然而， 也可以使用更低的速度。主流产生对侧流通道的吸力， 因此从 含有颗粒的气体中将样品流吸入监测设备。电离的清洁气体形成主流， 样品流形成侧流。 有利的是， 所述主流应该尽可能小。本发明人出乎意料地发现， 优选地， 使用 1 1 的主流 与侧流比。
22、例， 更优选地， 使用 1 3 的主流与侧流比例， 可以获得对侧流通道合适的吸入压 力。 本发明人还出乎意料地发现， 当按本发明的描述使用喷射器时， 在单一工艺步骤中产生 两种不同的现象， 所述两种不同现象是高效的动量传递和高效的颗粒充电， 这有利于缩短 工艺时间并因此降低离子损失。 所述高效的混合使得可以设计具有快速响应时间的小型测 量设备， 这在测量汽车排放物中有极大的优势。 0020 当监测气体的颗粒浓度时， 有利的是， 产生通过测量设备的基本上恒定的气流。 通 常， 在例如内燃机的排气管中质量流根本不是恒定的， 通常取决于发动机的转速。 使用喷射 器从排气管中吸取样品流导致形成基本上恒。
23、定的侧流， 所述流通常是无脉冲的， 即恒定的。 这种流可以以可控的方式调整或转换。 0021 现有技术的一个问题是清洁的空气和含有颗粒的气体的混合效率低。 本发明人发 现， 喷射器在主流和侧流的混合是高效的， 尤其对于旋动主流而言。 在喷射器中， 有利的是， 以相互靠近的方式喂送主流和侧流， 与现有技术系统相比， 这极大地提高了混合均匀性和 速度。使用所述喷射器出乎意料地避免了现有技术系统中存在的不稳定性问题。出乎意料 地， 还发现主流的高气体速度和高效的混合降低了离子损失， 并且颗粒充电之前的离子损 失优选低于 99， 更优选低于 90。由于离子损失比现有技术系统中的低得多， 电离器电 源需。
24、要缩小， 从而产生经济效益。转换或调节主流对高效测量是有利的， 因此在 AC 模式下 而不在 DC 模式下实施测量。另一个实现 AC 模式的实施方式是连接平行于恒定气流的室并 且改变所述室的体积以产生脉冲流。 0022 在混合之后必须去除未附着在颗粒上的离子。通过离子捕集器去除所述离子 ； 去 除机制为电场或磁场或扩散， 这些机制也可以组合。 如果将捕集器电压升高至合适的值， 则 核模态颗粒也可以被捕集至离子捕集器中， 绝对电压取决于例如离子捕集器的几何形状、 说 明 书 CN 101960288 A CN 101960289 A4/7 页 7 气流速度等。通过升高捕集电压可以进一步提高捕集的。
25、颗粒的尺寸。因此可以用例如三种 不同的电压实施捕集， 这提供了积聚模态颗粒的尺寸分布的迹象， 其可以方便地用于估算 例如质量浓度或数量浓度。 测量与不同离子捕集器电压相对应的电流可以估算核模态和积 聚模态的各种参数， 例如颗粒浓度和平均颗粒尺寸。所述离子捕集器电压可以在至少两个 不同电压之间转换或调节。 0023 尤其当监测例如内燃机的排出气体的热气体流时， 颗粒浓度在测量设备中可能发 生变化， 并且冷却气体产生核模态颗粒。如上所述， 可以调节离子捕集器至足够高的电压 以捕集这些核模态颗粒， 因此在测量设备中形成的颗粒其本身不会对测量结果产生不良影 响。然而， 在某些情况下， 不去除测量设备中。
26、产生的核模态颗粒可能是有利的， 因为这些核 提供了排出气体从排气管排出后产生的颗粒的迹象。 通过冷却喷射器主流可以强化这种核 的产生。因此， 转换或调节离子捕集电压可以用于分析内燃机排出气体的各种参数。 0024 用于使清洁的气体电离的一个优选的实施方式是使用电晕放电装置。有利的是， 将清洁的气体从紧邻的电晕放电装置范围以高速喂送， 以便通过清洁的气体流保护电晕针 或类似物。 与自由空间电晕放电相比， 所述高速气流提还高了离子产生， 并降低了向设备壁 等的离子损失。 0025 电晕放电可能产生颗粒， 当测量气体的颗粒浓度低时其干扰测量。这可能是例如 当在颗粒捕集之前或之后使用所述方法监测颗粒浓。
27、度时的情况， 这一情况通常存在于柴油 机排气管中。这一测量可以提供所述颗粒捕集器的过滤能力和维护需要的迹象。为了使 因电晕放电的颗粒产生减到最小， 用难熔金属或金属合金制造电晕针和电晕针周围的喷 嘴是有利的， 所述难熔金属或金属合金例如为钨、 铼、 钽、 钼、 铱、 铌、 钌、 铪、 锆、 钒、 铬、 合金 C-103、 合金 KBI-3、 镍 - 铬合金、 碳化钨或类似物。使用干燥的清洁气流也有利于使电晕放 电中的颗粒产生减到最小。 0026 也可以通过电火花放电、 热发射、 表面充电或离子辐射来实施清洁气体离子化。 0027 由于可以使测量设备的侧流基本上保持恒定， 因此可以用含颗粒气体的。
28、质量流量 值作为测量值， 从而可以计算内燃机的排放物。 0028 通过测量随着颗粒逸出的电流来监测所述颗粒携带的电荷。 所述电流测量方法为 现有技术已知的方法， 并且对于本发明而言， 其优点在于不需捕集带点颗粒。 0029 除了内燃机监测， 本发明还可以在例如通风系统中的颗粒监测、 使用纳米颗粒的 工业生产和个人颗粒测量设备中使用。 附图说明 0030 下面将参照所附原理图更详细地描述本发明， 其中 0031 图 1 示出了描述本发明监测气体中颗粒浓度的方法和设备的实施方式 ； 0032 图 2 示出了喷射器的细节 ； 0033 图 3 示出了主流和侧流流向相同方向的实施方式 ； 0034 图。
29、 4 示出了用于调节清洁空气的实施方式 ； 以及 0035 图 5 示出了本方法的不同功能块。 0036 为了清楚地描述， 附图仅示出了为理解本发明所必要的细节。为了强调本发明的 特征， 省略了对于理解本发明所不必要的结构和细节以及对本领域技术人员显而易见的结 说 明 书 CN 101960288 A CN 101960289 A5/7 页 8 构和细节。 具体实施方式 0037 图 5 以划分成不同功能块的形式示出了本发明的方法。通过喷射器 E 从含颗粒的 气体流的管道或通道中吸取样品流 NV。压缩空气流 PI 形成主流， 并且使用电离器 IG 来电 离压缩空气流。电离器 IG 优选基于电晕。
30、放电， 用与变压器 M 电绝缘的高压电源 HV 来产生 用于电晕放电所必要的高电压。电离空气流与样品流混合， 并且在充电室 VK 中使样品流的 颗粒充电。 应当理解， 充电室实际上是一个功能块， 并且所述充电优选在喷射器中基本上主 流和侧流相遇处进行。通过离子捕集器 IL 在气流 PV 从测量设备中逸出之前去除未附着在 颗粒上的离子。通过静电计 EM 测量从测量设备中逸出的电流。 0038 图 1 示出了一个实施方式， 其中所述方法用于监测内燃机排气管中的颗粒浓度， 所述设备可以用于监测柴油机的微粒排放物。测量设备 1 包括用于将样品流导入测量通道 4的装置3、 用于将基本上清洁的电离气体导入。
31、测量通道4的装置5、 用于使清洁的气体流和 样品流混合的装置 6、 用于使清洁的气体电离的装置 7、 至少一个用于使颗粒充电的充电室 8、 至少一个离子捕集器 9 和至少一个用于测量颗粒携带的电流的电流测量单元 10。设备 1 还包括用于转换或调节基本上清洁的气体流的设备 16 以及用于调节清洁的气体的温度的 设备 17。图 1 还示出了用于使设备 1 与排气管相连接的装置 20， 用于使所述设备与压缩空 气管、 压缩空气室或类似的气流产生单元相连接的装置 21。本实施方式还包括用于控制清 洁的空气流量的装置22、 用于过滤压缩空气的装置23和用于将压缩空气导入测量设备1的 装置 24。 00。
32、39 压缩空气从空气源P被喂送至温度调节器17， 温度调节器17可以加热或冷却所述 空气。 打开磁阀16以向流量控制器22喂送空气， 从而可以将流量设定为所期望的值。 流量 控制器 22 可以是例如可调节的阀门、 临界孔、 流量计、 质量流量控制器或类似装置。流量控 制器 22 与过滤器 23 相连接， 过滤器 23 将压缩空气中的颗粒基本上去除， 以使压缩空气中 的颗粒浓度明显低于样品流中的颗粒浓度。然后将清洁的空气通过连接器 24 喂送至测量 设备 1 中。压缩空气流向测量设备的中心通道 18， 并且用限流板 26 稳定流量。还可以设计 和构造中心通道 18 以便强制气流旋动， 这有利于上。
33、述各种目的。然后气流从喷嘴 27 逸出。 电离装置 7 使从喷嘴 27 逸出的气体电离。有利的是， 构造喷嘴 27 以使气流基本从电晕针 28 的附近逸出。这有助于电晕针 28 保持清洁， 并且提高离子生成。喷嘴 27 中的高流速降 低了离子损失。通过电极 29 将高电压接至电晕针 28。通过变压器 35 和电绝缘体 33 使高 压电源 34 与其他系统电绝缘。电极 29 与电极防护罩 30 的电势相同。显然， 电晕针和反电 极的极性可以转换。将电离的气体流喂送至测量通道 4 内。通过取样装置 3 将样品流从管 道 2 也喂送至测量通道 4 中。取样装置 3 优选为图 2 所示的喷射器 11 。
34、的侧流通道 14。电 离的清洁气体流 13 形成喷射器 11 的主流， 并产生对侧流通道 14 的吸力， 侧流量值基本上 仅取决于喷射器 11 的几何形状和主流量值。在一个优选的实施方式中， 主流与侧流之比很 小。可以例如通过设计电极防护罩 30 来调整主流通道 13 的几何形状和因而获得的性质。 例如可以局部地或在整个测量通道中改变气体速度或电场密度。在测量通道 4 的混合部分 6 中将电离的清洁气体流和样品流混合。应当将混合部分 6 理解为可以从测量通道 4 中分 离或不分离的功能块。 设计混合部分以使清洁的气体和含有颗粒的气体在最短时间内高效 说 明 书 CN 101960288 A C。
35、N 101960289 A6/7 页 9 地混合在一起。 因此， 为了高效率的和稳定的混合过程， 例如可以将这些气流设定为旋动运 动。在混合期间使颗粒带电， 因此电离室 8 也应当被认为是功能块， 并且混合室和电离室可 以重叠功能。通过离子捕集器 9 去除未附着在颗粒上的离子。依靠设备 1 的机械构造， 例 如电极防护罩 30 的设计或设备的外壁 31 的设计， 在其他参数中， 依靠离子捕集器 9 的质量 流量和电压， 可以调节离子捕集器 9 以捕集核模态颗粒乃至积聚模态中最小的颗粒。一个 优选的实施方式是调节离子捕集器电压， 电压越高捕集的颗粒越大。离子捕集器的实际电 压取决于其他设计和气流。
36、参数， 但是通常离子捕集器电压范围可以为 1 至 30kV。 0040 可以通过测量从电离装置7中逸出的静电流来测量流经测量通道4的电离颗粒32 携带的电荷。为了能够测量微小电流， 典型地在 pA 水平的电流， 通过电绝缘体 33 和绝缘变 压器 35 使电离装置 7 与其他系统电绝缘。在电离装置 7 和与测量通道 4 的壁 31 有电流接 触的位置之间安装静电计 10。高压电源 34 的第一接触器与电离装置 7 的电极通过装置 25 相连接， 第二接触器与电流测量设备 10 的放大器相连接。静电计 10 的另一输入端与测量 通道 4 的壁 31 相连接， 壁 31 与离子捕集器 9 也具有电。
37、流连接。采用这种结构， 静电计 10 测量通过电离颗粒从测量通道逸出的电荷， 例如测量逸出电流。 0041 网状电极36防止存在于测量通道4中的自由离子从管道2中逸出。 在优选的实施 方式中， 在双层测量设备 1 的两个气流孔上都安装网状电极 36， 这有利于防止离子逸出， 即 使将所述网状电极设计为具有足够大的不易被流经它们的颗粒堵塞的网孔。然而， 网状电 极 36 在设备 1 中不是绝对必要的， 因为还可以通过例如适当的气体流量来防止离子逸出。 0042 通过转换或调节喷射器11的主流， 例如通过使磁阀16产生脉冲， 可以使测量通道 4 中的气流产生脉冲。主流转换或调节使侧流也产生相似的转。
38、换和调节。并由此以良好控 制方式转换或调节总气流。这允许静电计 10 在虚拟 AC 模式下工作， 这提供比 DC 模式更可 靠的测量。也可以转换或调节测量气流。图 2 示出了可通过安装在样品流通道 14 上的旋 转盘来调节样品流的实施方式。 0043 图 3 示出了一个实施方式的细节， 其描述在本发明设备中样品气体流和清洁电离 气体流的组织方式。电离装置 7 使用电晕针 28 以使在中心通道 18 中流动的清洁气体电 离。气体从喷嘴 27 逸出， 喷嘴 27 基本上形成喷射器 11 的主通道 13。主流和通过通道 14 吸取的样品流在混合区 8 中高效地混合。可以设计中心通道 18 以强制气体。
39、旋动运动， 这进 一步提高混合效率。由于气体在电离装置 7 中的停留时间短， 并且在喷射器 11 中进行高效 地混合， 因此在设备中的离子损失优选地低于 99， 更优选地低于 90并且最优选地低于 80。这意味着对现有技术系统例如对电源 34 的相当大的改进， 所述改进带来极大的经济 效益。 0044 图 4 示出了一个实施方式的原理图， 其中通过连接可变体积的与恒定清洁空气流 平行的室来进行气体流调节。这一结构的主要部分是活塞或隔膜 39， 其运动或位置可以在 一定范围内变化。图 4a 示出了基本结构， 而图 4b 以恒定气流 38 和运动活塞 39 的和函数 的形式示出了循环气流 37 的。
40、形成。图中示出了用方波调整活塞， 并且以循环流量的最小值 为 0 的方式设定调整的振幅。显然， 可以以不同的方式改变波形或流量的振幅。在另一实 施方式中， 运动部可以是与音频元件类似的隔膜。这一简单结构具有基本上不需维修以及 可以通过线圈 38 产生几乎自由的波形选择的优点。显然， 可以以不同方式实现往复运动的 活塞 39。 说 明 书 CN 101960288 A CN 101960289 A7/7 页 10 0045 对本领域技术人员而言明显的是， 对电绝缘体有严格的洁净要求， 特别是对于那 些泄漏电流将计入测量的电流信号的电绝缘体。 在热环境中， 例如在内燃机的排气管中， 绝 缘体温度的。
41、升高降低了它们的电绝缘性能。由于低电流值， 因此需要将测量电子器件基本 安装在测量电极的附近， 并因此系统的高温也使测量电子器件的温度升高。这升高了例如 测量电子器件的噪音。在本发明的一个实施方式中， 通过使用同一种气体流以防止绝缘体 污染和过热， 并且冷却测量电子器件， 从而解决这些问题。 0046 根据本发明的精神可以以不同的方式实施本发明。因此， 以上提出的实例不应解 释为对本发明的限定， 但是本发明的实施方式可以在下文的权利要求中所提出的本发明特 征的范围内自由变化。 说 明 书 CN 101960288 A CN 101960289 A1/4 页 11 图 1 说 明 书 附 图 CN 101960288 A CN 101960289 A2/4 页 12 图 2 说 明 书 附 图 CN 101960288 A CN 101960289 A3/4 页 13 图 3 说 明 书 附 图 CN 101960288 A CN 101960289 A4/4 页 14 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 101960288 A 。