颗粒传感器和感测方法技术

技术编号:17309935 阅读:25 留言:0更新日期:2018-02-19 09:32
一种颗粒传感器包括静电颗粒加电区段和平行板颗粒沉淀区段,以及用于检测所沉淀的颗粒以产生传感器信号的传感器。预过滤器放置在颗粒加电区段的上游。预过滤器特性使得响应于没有被预过滤器过滤掉的夹带颗粒的传感器信号通过校准常数

Particle sensor and sensing method

A particle sensor includes an electrostatic particle charging section and a parallel plate particle precipitating section, and a sensor for detecting the precipitated particles to generate sensor signals. The prefilter is placed in the upper reaches of the granular section. The pre filter characteristic makes the sensor signal in response to the sensor signal of the entrainment particle that has not been filtered out by the pre filter through the calibration constant

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】颗粒传感器和感测方法
本专利技术涉及颗粒传感器,其特别地用于确定空气所带的超细颗粒(“UFP”)的表观颗粒数目浓度(即,每单位体积的颗粒的表观数目)。
技术介绍
这种类型的已知颗粒传感器典型地包括用于建立通过传感器的气流的构件(例如,通风机或泵)。气流随后穿过具有用于对空气所带的颗粒在电学上加电的离子化电极的颗粒加电区段,以及用于从流中基本上移除所有空气所带的颗粒的颗粒沉淀区段。传感器还包括颗粒测量区段,所述颗粒测量区段具有用于测量电流(electricalcurrent)(Isensor)的电流计,所述电流(Isensor)源自于颗粒沉淀区段中每单位时间的颗粒束缚电荷的沉积。通过所测量的电流(Isensor),可以基于以下等式来计算所谓的表观超细颗粒数目浓度(Napp):在以上等式中,S表示校准常数。表观超细颗粒数目浓度(Napp)等于颗粒长度浓度(即,当单位空气体积中的所有空气所带的UFP将作为串而在那里排列时,所述单位空气体积中的所有空气所带的UFP的串的总长度)与预确定的平均颗粒直径()的比值。此处,平均颗粒直径表示算术平均颗粒直径,其还被称作计数平均颗粒直径。对于UFP,等式(1)有效,而与在基本上所有加电的空气所带的颗粒沉积于颗粒沉淀区段中时的值无关。颗粒沉淀区段可以包括设置在法拉第笼内的机械颗粒过滤器或者平行板静电颗粒沉淀器。从可制造性的观点来看,后者要比前者更优选。还合期望的是使用具有小尺寸的传感器设计。然而,这种选择仅允许所有加电的空气所带的UFP的部分沉淀,在增加的UFP大小下特别是如此。特别地,难以确保将从所采样的气流中移除基本上所有的加电的空气所带的颗粒,因为这要求应用高颗粒沉淀电压(大于100V,这从电子的观点来看是不具吸引力的)和/或小的流速(小于每分钟0.3升,这减少灵敏性)和/或颗粒沉淀器内的长的沉淀长度(这导致大的设备大小)。因而,当使用平行板静电沉淀器时,可能意味着,并非所有加电的空气所带的颗粒都将从所采样的气流中移除,并且这妨碍了依据Napp的对Isensor的明确解释,在所采样的颗粒的计数平均直径dp,av未知时特别是如此。因此存在对于一种颗粒传感器设计的需要,其中传感器电流可以依据颗粒长度浓度更加正确地解释,甚至是在没有在传感器的颗粒沉淀区段中沉淀来自所采样的气流的所有加电的颗粒的情况下。
技术实现思路
本专利技术由权利要求书限定。根据依照本专利技术的一方面的示例,提供了一种颗粒传感器,包括:用于接收具有夹带的颗粒的气体流的输入部;静电颗粒加电区段;平行板颗粒沉淀区段;以及用于检测所沉淀的颗粒以产生传感器信号的传感器,其中传感器信号Isensor通过校准常数S1与进入加电区段的气体流中的颗粒的表观颗粒数目浓度Napp有关,使得Isensor=f(Napp,S1),该校准常数S1根据以下第一关系依赖于进入加电区段的气体流中的颗粒的计数平均直径dp,av(cs):其中颗粒传感器包括定位在加电区段的上游的预过滤器,该预过滤器能够过滤来自进入预过滤器的气体流的颗粒的部分,颗粒过滤的分数程度η根据以下第二关系依赖于进入预过滤器的颗粒的计数平均颗粒直径dp,av:其中预过滤器特性使得响应于没有被预过滤器过滤掉的夹带颗粒而产生的传感器信号通过校准常数S与进入预过滤器的颗粒的表观颗粒数目浓度Napp有关,该校准常数S根据以下第三关系依赖于进入预过滤器的颗粒的计数平均直径dp,av:相比于第一关系,第三关系不那么依赖于相应的计数平均直径。这种传感器设计利用预过滤器以使得整体传感器设备(即,预过滤器、颗粒加电区段和平行板颗粒沉淀区段)的响应与颗粒大小分布的细节更无关,因为这种大小分布信息一般是未知的。以该方式,从平行板沉淀器中的所沉淀的加电颗粒获得的传感器信号对其输入部处的颗粒大小分布的不合期望的依赖性至少部分地得以补偿,使得传感器信号不那么依赖于(或者根本就不依赖于)整体传感器设备的输入部处的颗粒大小分布。校准常数然后可以用于使传感器信号与进入整体传感器设备的输入部的所采样的气体流中的表观颗粒数目浓度相关。“不那么依赖于”可以理解为对校准值S关于计数平均颗粒直径的函数做出了最佳拟合线的较浅梯度。必须使用近似来表征预过滤器和传感器响应,以便尝试至少部分地移除传感器信号对针对所采样的气体流中的颗粒长度浓度的任何给定值下的计数平均颗粒直径的依赖性。因而,依赖性通常将不被完全移除。优选地,在最感兴趣的计数平均颗粒直径dp,av的范围内(例如,25nm到100nm),从传感器变换因数(早前限定为校准常数S)的恒定值的最大偏离小于25%并且更优选地小于15%。相比于在所述第一关系中,依赖性较小,该第一关系存在于预过滤器缺失时,并且目标是在物理限度内尽可能多地移除对dp,av的这种依赖性,所述物理限度依赖于预过滤器和颗粒沉淀区段的行为。第一关系例如可以通过以下线性关系进行近似:其中A1和B1是依赖于平行板颗粒沉淀区段的设计、沉淀电压和流速的正常数。通过测试平行板沉淀区段的实际设计并且然后拟合该线性函数,可以通过实验找到参数A1和B1。预过滤器可以包括活性碳过滤器,并且它可以具有每0.1升/分钟的采样气流至少1ml的体积。第二关系可以例如通过以下幂关系进行近似:其中A2和B2是依赖于通过预过滤器的气流速度和预过滤器的特性的正常数。通过对预过滤器设计进行测试或建模并且然后利用该幂关系拟合结果,可以基于针对预过滤器而选择的设计选项来确定参数A2和B2。平行板颗粒沉淀区段、预过滤器设计以及操作气流速度优选地设计成使得由以下近似函数给定的校准常数S在范围25nm≤dp,av≤50nm内达到最小值:。以该方式,由于预过滤器的存在,整体校准常数S变得与校准常数S1相比不那么依赖于dp,av。所实现的依赖性减少源自于预过滤器的设计细节与平行板沉淀区段的设计以及所应用的工艺条件的组合。依照本专利技术的另一方面,提供了一种设计颗粒传感器的方法,该方法包括以下步骤:设计静电颗粒加电区段和平行板颗粒沉淀区段;选择用于检测所沉淀的颗粒以产生传感器信号的传感器,其中传感器信号通过校准常数S1与进入静电加电区段的颗粒的表观颗粒数目浓度Napp有关,使得Isensor=f(Napp,S1),该校准常数S1根据以下第一关系依赖于进入加电区段的气体流中的颗粒的计数平均直径dp,av(cs):设计用于定位在加电区段的上游的预过滤器,并且其中预过滤器具有预过滤器内的颗粒沉积的分数程度η与进入预过滤器的气体流中的颗粒的计数平均直径dp,av之间的第二关系:其中该方法包括选择预过滤器特性使得响应于没有被预过滤器过滤掉的夹带的颗粒的传感器信号通过校准常数S与进入预过滤器的颗粒的表观颗粒数目浓度Napp有关,该校准常数S根据以下第三关系依赖于进入预过滤器的颗粒的计数平均直径dp,av:该第三关系相比于第一关系不那么依赖于相应的计数平均直径。如上文所解释的,这种设计方案产生了一种传感器,其中从平行板沉淀区段中的所沉积的加电颗粒获得的传感器信号不那么依赖于整体传感器设备的输入部处的颗粒大小分布,优选地,达到下述程度:在可接受的精确程度内,不需要考虑颗粒大小分布的详情。依照本专利技术的另一方面,提供了一种颗粒感测方法,包括:接收具有夹带颗粒的气体流;使气本文档来自技高网
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颗粒传感器和感测方法

【技术保护点】
一种颗粒传感器,包括:用于接收具有夹带的颗粒的气体流的输入部;静电颗粒加电区段(12);平行板颗粒沉淀区段(18);以及用于检测所沉淀的颗粒以产生传感器信号的传感器,其中所述传感器信号

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.05 EP 15170755.11.一种颗粒传感器,包括:用于接收具有夹带的颗粒的气体流的输入部;静电颗粒加电区段(12);平行板颗粒沉淀区段(18);以及用于检测所沉淀的颗粒以产生传感器信号的传感器,其中所述传感器信号Isensor通过校准常数S1与进入加电区段(12)的气体流中的颗粒的表观颗粒数目浓度Napp有关,使得Isensor=f(Napp,S1),所述校准常数S1根据以下第一关系依赖于进入所述加电区段(12)的所述气体流中的颗粒的计数平均直径dp,av(cs):其中所述颗粒传感器包括定位在所述加电区段(12)的上游的预过滤器(40),所述预过滤器能够从进入所述预过滤器的气体流中过滤颗粒的部分,颗粒过滤的分数程度η根据以下第二关系依赖于进入所述预过滤器的颗粒的计数平均颗粒直径dp,av:其中预过滤器特性使得响应于没有被所述预过滤器过滤掉的夹带的颗粒而产生的传感器信号通过校准常数S与进入所述预过滤器的颗粒的表观颗粒数目浓度Napp有关,所述校准常数S根据以下第三关系依赖于进入所述预过滤器的颗粒的计数平均直径dp,av:相比于所述第一关系,所述第三关系不那么依赖于相应的计数平均直径。2.根据权利要求1所述的颗粒传感器,其中所述第一关系能够通过以下线性关系进行近似:其中A1和B1是依赖于所述平行板颗粒沉淀区段的设计、所施加的颗粒沉淀电压和气体流速的正常数。3.根据权利要求1或2所述的颗粒传感器,其中所述预过滤器包括活性炭过滤器。4.根据权利要求3所述的颗粒传感器,其中所述预过滤器具有每0.1升/分钟的所采样气体流至少1ml的体积。5.根据权利要求2、3或4所述的颗粒传感器,其中所述第二关系能够根据以下幂关系进行近似:其中A2和B2是依赖于通过所述预过滤器的气体流速度和所述预过滤器的特性的正常数。6.根据权利要求5所述的颗粒传感器,其中所述平行板颗粒沉淀区段、所述预过滤器以及操作气体流速度设计成使得由所述第三关系根据以下近似函数给定的校准常数S在范围25nm≤dp,av≤50nm内达到最小值:。7.一种设计颗粒传感器的方法,所述方法包括以下步骤:设计静电颗粒加电区段(12)和平行板颗粒沉淀区段(18);选择用于检测所沉淀的颗粒以产生传感器信号的传感器,其中所述传感器信号通过校准常数S1与进入静电加电区段的颗粒的表观颗粒数目浓度Napp有关,使得Isensor=f(Napp,S1),所述校准常数S1根据以下第一关系依赖于进入加电区段的气体流中的颗粒的计数平均直径dp,av(cs):设计用于定位在所述加电区段(12)的上游的预过滤器(40),并且其中所述预过滤器具有进入所述预过滤器的气体流...

【专利技术属性】
技术研发人员:J马拉
申请(专利权)人:皇家飞利浦有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰,NL

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