用于颗粒浓度传感器的采样器设备制造技术

一种用于从流中为颗粒浓度传感器采样气体的采样器设备(10)，该采样器设备包括第一腔室(3，30)，该第一腔室包括：第一入口(4，40)和第一出口(6，60)并且限定了气体串流在该第一入口与该第一出口之间的主流动方向(100)，被配置为分别提供样品气体串流的汇和源的第二入口(1，31)和第二出口(2，32)。第二入口(1，31)和第二出口(2，32)分别设置在第一腔室(3，30)中的第一位置和第二位置处。该第一位置和该第二位置沿着主流动方向(100)重叠。第一腔室(3，30)被配置为提供该气体串流在该第一位置和该第二位置处的层流。第二位置处的层流。第二位置处的层流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于颗粒浓度传感器的采样器设备


[0001]本专利技术涉及一种用于向颗粒浓度传感器提供样品气体、特别是空气的流的采样器设备。本专利技术还涉及一种用于感测气体中的、特别是空气中的颗粒浓度的设备。

技术介绍

[0002]比如细颗粒和超细颗粒(例如PM 10或2.5)等颗粒物构成了一种可能对人体造成不利的健康影响的空气污染的形式。颗粒传感器可以用于测量颗粒物的浓度并提供有关空气质量的信息。另外地或替代地，它们也可以用作对可以改善空气质量的控制措施的输入。例如，颗粒传感器可以用于汽车的加热、通风和空调(HVAC)系统，以测量通过这种系统的空气流中的有害颗粒的浓度。基于该信息，该系统可以被配置为例如通过控制进入空气所来自的来源或者通过从入口处提供的空气串流中去除颗粒物来使乘员减少暴露于空气质量低的空气中。
[0003]WO 2017220618 A1描述了这种可以与HVAC系统结合使用的颗粒传感器。所披露的颗粒传感器包括一组两个风扇，其被布置成调节传感器中的流量，使得测量结果在很大程度上不依赖于非平稳环境条件。因此，这种传感器系统非常适合于在采样空气并不平稳的环境中(如在移动的车辆中或在车辆的HVAC系统中)准确地感测质量浓度。
[0004]然而，这种传感器的缺点是它不可能控制绝对流动速度。因此，它不可能完全补偿比如压力差等非平稳环境条件，这样会导致测量准确性降低。此外，在HVAC系统中例如通过打开窗户、启动鼓风机风扇或以各种速度行驶而引起的快速变化的压力差很容易导致量级大约1000Pa的压力差，这给在这种传感器中使用的流动生成部件(例如风扇)的补偿能力带来了负担。为了能够进行补偿，必须测量流动或压力差，并且必须提供足够的风扇能力来补偿该压力差，例如，风扇的静压操作点比外界扰动高几个数量级。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目标是提供一种采样器设备和一种包括这种采样器设备的颗粒传感器，该采样器设备可以用于在非平稳环境条件下、特别是对于要采样的气体的流动、特别是在要采样的气体的流量可能变化的情况下对任何气体(包括任何气体成分)、特别是空气(包括比如内燃机的废气等污染空气)进行采样。本专利技术的目的是提供这种在非平稳环境条件下具有改进的效率和准确性的设备。在说明书的其余部分提到的空气可以用任何气体代替，除非它具体地涉及空气(例如，空气的物理参数)。
[0006]因此，根据本专利技术，提供了一种如所附权利要求中阐述的采样器设备以及这种采样器设备的用途。根据另一个方面，提供了一种如所附权利要求中阐述的用于感测空气中的颗粒浓度的组件或设备。根据又一个方面，提供了一种如所附权利要求中阐述的通风系统。根据又一个方面，提供了一种如所附权利要求中阐述的车辆。
[0007]根据本专利技术的采样器设备包括第一腔室，使来自外部环境的空气流过该第一腔室。第二腔室可以流体连接到该第一腔室。该第二腔室可以形成采样腔室并且可以包括颗
粒浓度传感器。本专利技术提供了一种解决方案，通过在空气流速可以在较短的长度和时间尺度上急剧变化的环境中适当地定位样品空气管道的入口和出口来提供样品空气串流，然而该入口与该出口之间的压力差保持较小和/或基本平稳，优选地接近于零。
[0008]为此，该第一腔室包括第一入口和第一出口并且限定了在该入口与该出口之间的主流动方向。该第一腔室有利地放置在空气流中，并且使空气串流通过该第一入口进入该第一腔室并且通过该第一出口离开该第一腔室。该第一腔室进一步包括第二入口和第二出口，被配置为分别为颗粒浓度传感器提供样品空气串流的汇和源。从该第一腔室、特别是从穿过该第一腔室的空气串流中对该样品空气串流进行采样，其中，该样品空气串流形成了通过该第二出口的流。该第二入口和该第二出口分别设置在该第一腔室中的第一位置和第二位置处，其(至少部分地并且优选地完全)沿着该主流动方向重叠。换言之，该第二入口和该第二出口被定位成使得垂直于该主流动方向的平面与该第二入口和该第二出口两者相交。有利地，该第二入口和该第二出口与第二腔室流体连通并且可以形成从第二出口到第二入口的闭合系统，以用于从该第一腔室中对样品空气采样。颗粒浓度传感器可以容纳在该第二腔室中。
[0009]根据本专利技术的采样器设备提供了一种解决方案，通过在空气流速可以在较短的长度和时间尺度上急剧变化的环境中适当地定位该第二腔室的第二入口和第二出口来提供稳定的样品空气串流。因此，第二入口和第二出口布置在沿着正在从第一腔室采样的空气的主流动方向重叠的位置处。结果是第二入口和第二出口经受基本相同的环境条件。优选地，第一腔室内的第一位置和第二位置被选择为使得第一腔室中的第一位置和第二位置处的压力基本相等，从而使跨越入口和出口的压力差最小化并减少对样品空气串流的流动的影响，这可以是通过比如空气置换装置等对流装置引起的。例如，该第一腔室被配置为包括平行于该主流动方向的对称平面，并且其中，该第二入口和该第二出口布置在该对称平面的相反两侧。这种第二入口和第二出口可以进一步包括分别与第一腔室相邻并与第一腔室处于流体连通的入口管道和出口管道。入口管道和出口管道可以被配置为关于对称平面镜像对称。另外地或替代地，入口和出口管道可以各自限定基本上垂直于主流动方向的纵向轴线。
[0010]该采样器设备可以包括与该第二入口和该第二出口流体联接的第二腔室、以及比如空气置换装置等对流装置，该对流装置被配置为产生从该第二出口通过该第二腔室到该第二入口的空气串流。根据本专利技术的采样器设备的一个令人惊喜的好处是，它能够使用低功率流动生成部件作为对流装置(比如风扇、加热装置或甚至离子马达)，以维持从第二出口到第二入口的样品空气串流。此外，它不依赖于对流动生成部件进行控制的主动系统，并且因此是稳健的且不需要像压力传感器和控制器等附加部件来对流动进行补偿或调节以例如保持其稳定。优选地，该采样器设备包括与该第二入口和该第二出口流体联接的第二腔室、以及空气置换装置，该空气置换装置被配置为产生从该第二出口通过该第二腔室到该第二入口的空气串流。
[0011]优选地，该采样器设备的第一腔室被配置为提供该空气串流在该第一位置和该第二位置处的层流。提供这种层流的好处是能够在该第二入口与该第二出口之间产生更稳定的空气压力差，优选地基本上为零。
[0012]层流空气流动是由针对给定通道尺寸和几何形状的流速来决定的，并且借助于气
体粘度而仅在很小程度上取决于v空气压力/温度。针对车辆的HVAC系统中的某些应用，可以预期与该气体粘度相关的压力和温度范围分别在0.8与1.2巴之间和在
‑
40与70摄氏度之间。为了设计采样器设备，可以选择通过使用在标准压力和温度条件(101.325kPa；0℃)下的气体粘度来评估流态。在以下情况下，“完全展开”流过管道的层流态的出现通常由雷诺数指示：
[0013][0014]在以上等式中，使用了以下变量：流速v1(m/s)、流量Q(m3/s)、特征长度L(m)、管道面积A(m2)以及运动粘度v(m2/s)。通过第一腔室的空气的(平均)流速是由通过该腔室的流量和该腔室的(横截本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从流中为颗粒浓度传感器采样气体的采样器设备(10)，包括：第一腔室(3，30)，该第一腔室包括第一入口(4，40)和第一出口(6，60)并且限定了气体串流在该第一入口与该第一出口之间的主流动方向(100)，第二入口(1，31)和第二出口(2，32)，分别被配置为提供样品气体串流的汇和源，其中，该第二入口(1，31)和该第二出口(2，32)分别设置在该第一腔室(3，30)中的第一位置和第二位置处，并且其中，该第一位置和该第二位置沿着该主流动方向(100)重叠，并且其中，该第一腔室(3，30)被配置为提供该气体串流在该第一位置和该第二位置处的层流，优选地该第一腔室的几何形状被配置为提供该层流。2.如权利要求1所述的采样器设备，其中，该第一腔室的特征长度和管道面积被配置为提供该气体串流的以预定流量通过该第一腔室的层流。3.如权利要求1或2所述的采样器设备，其中，在该第一位置和该第二位置处，该气体串流的雷诺数为1500或更小，优选地其中，该雷诺数为1000或更小，优选地为750或更小。4.如前述权利要求中任一项所述的采样器设备，其中，该气体串流的预定流量是该样品气体串流的流量的至少2倍，优选地至少5倍，优选地至少10倍。5.如前述权利要求中任一项所述的采样器设备，其中，该第二入口(1)和该第二出口(2)设置在该第一腔室的壁(301)中。6.如前述权利要求中任一项所述的采样器设备，其中，该第二出口(2)限定了通过该第二出口的出口流动方向(102)，该出口流动方向具有与重力(G)相反的方向分量，优选地其中，该第二入口(1)限定了通过该第二入口的入口流动方向(101)，该入口流动方向具有对应于重力(G)的方向分量。7.如前述权利要求中任一项所述的采样器设备，其中，该第一腔室(3，30)内的该第一位置和该第二位置被选择为使得该第一腔室中的该第一位置和该第二位置处的压力基本相等。8.如前述权利要求中任一项所述的采样器设备，包括与该第二入口(1)和该第二出口(2)流体联接的第二腔室(5)、以及气体置换装置，该气体置换装置被配置为产生从该第二出口通过该第二腔室到该第二入口的样品气体串流，优选地其中，该气体置换装置被配置为在单一功率水平或多个离散的功率水平下操作，优选地进一步包括控制单元，该控制单元被配置为在单一功率水平或多个离散的功率水平下操作该气体置换装置。9.如前述权利要求中任一项所述的采样器设备，其中，该第一腔室(3，30)包括平行于该主流动方向的对称平面(S)，并且其中，该第二入口(1)和该第二出口(2)布置在该对称平面的相反两侧。10.如权利要求9所述的采样器设备，其中，该第二入口(1)包括与该第一腔室(3，30)相邻并与该第一腔室(3，30)处于流体连通的入口管道(21)，并且该第二出口(2)包括与该第一腔室(3，30)相邻并与该第一腔室(3，30)处于流体连通的出口管道(22)，并且其中，该入口管道(21)与该出口管道(22)关于该对称平面(...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫，
申请(专利权)人：浦卓科技创新服务有限公司，
类型：发明
国别省市：