Die Messung basiert auf der Absorption von infrarotem Licht durch

Motorversuch
7. Schadstoffanalyse
Die Bestimmung der Abgaszusammensetzung sowie der Gesamtmassen an emittierten
Schadstoffen und Klimagasen wird ein immer wichtiger und aufwendiger Teil der Motorenund Fahrzeugentwicklung.
Die Motivation, Abgas zu messen, kann man in drei Hauptbereiche unterteilen:



Gesetzliche Vorgaben erfüllen: Regierungen haben den Auftrag den Bürger vor
Umweltgefahren zu schützen und haben deshalb die zulässigen Emissionswerte von
Kraftfahrzeugen limitiert.
Motorenentwicklung: Die Zusammensetzung der Abgase gibt einen Einblick in die
Verbrennungsqualität des Motors (Gemischbildung, Verbrennung, Luft/KraftstoffVerhältnis, usw.), sowie über die Funktion eines Abgasnachbehandlungssystems. Dafür
werden vor allem die emittierten Abgas-Konzentrationen gemessen und zusammen mit
den gemessenen Ansaugluft- und Kraftstoffmassen bewertet (Mengenbilanzen).
Umweltrelevanz: Für eine nachhaltige und verantwortungsvolle Verwendung von
Verbrennungsmotoren muss die Umweltbelastung, die von emittierten Schadstoffen
und Klimagasen ausgeht, minimiert werden. Die Abgasmessung bestimmt was
(Komponenten) und wie viel (Masse) der einzelne Motor oder das einzelne Fahrzeug
emittiert. Es wird kontinuierlich gemessen, welche Massen der einzelnen Schadstoffund Klimagaskomponenten je Zeiteinheit (g/s) emittiert werden.
7.1 Lektion: Messgasaufbereitung
Ziele:
Das Ziel der Lektion ist es das Prinzip von Abgasanalyse, unter anderem
Messgasaufbereitung für Abgas-Messanlagen und Messgasaufbereitung für Verdünnung,
kennenzulernen. Beachten Sie bitte die Beschränkung der zwei Messgasaufbereitungen!
Anforderungen:
Sie haben sich das Wissen dieser Lektion entsprechend angeeignet, wenn Sie



das Prinzip von Abgasmessung vorstellen können.
aus einer Aufzählung auswählen können, welche Gaskomponenten bei der
Abgasanalyse gemessen werden;
aus einer Aufzählung auswählen können was die Funktion von CVS ist.
Zeitbedarf:
Für die Aneignung dieser Lektion sind 1,5 Stunden nötig.
Schlüsselbegriffe:








Emission
AMA
Messgasaufbereitung
Kondensation
Verdünnung
Constant Volume Sampler
Venturi Düse
Beutel-Messung
Tätigkeit: Lesen Sie das Prinzip von Abgasanalyse! Merken Sie sich die Messgasaufbereitung
für Abgas-Messanlagen (AMA).
In den meisten Fällen ist es nicht möglich das Abgas direkt im oder am Auspuff zu messen.
Deshalb wird entweder eine kleine Probenmenge entnommen und diese über diverse
Leitungen, Filter, Pumpen und Ventilen den eigentlichen Analysatoren zugeführt, oder es
wird das gesamte Abgas mit Umgebungsluft verdünnt und eine Probe des verdünnten Abgases
analysiert. In beiden Fällen ist es wichtig, dass das zu messende Abgas so konditioniert wird,
dass es einerseits für die Messanalysatoren geeignet ist eine genaue Messung zu ermöglichen
und es andererseits zu keiner Verfälschung des Abgases kommt, zum Beispiel durch
chemische Umwandlungen auf dem Weg zum Analysator oder durch Ablagerungen von
Abgaskomponenten. Diese Konditionierung wird Messgasaufbereitung genannt.
1. Messgasaufbereitung für Abgas-Messanlagen (AMA)
Tätigkeit: Merken Sie sich welche Abgaskomponentne wehrend der einzelnen Messungen
untersucht werden! Merken Sie sich das Messinstrument!
Meistens werden die gasförmigen Abgaskomponenten CO2, CO, HC, NOx und O2 gemessen,
je nach Aufgabenstellung können aber noch weitere Komponenten hinzukommen, wie CH4,
NH2, N2O und andere. Bei der Messung der gasförmigen Komponenten werden entweder
einzelne Gasanalysatoren verwendet, typischerweise wird je Komponente ein Analysator
verwendet, oder ein einziger Multi-Komponentenanalysator. Zusammen mit den
entsprechenden Pumpen, Ventilen und anderen Komponenten werden die Gasanalysatoren in
einem Schrank zu einem gesamten Messsystem zusammengebaut. Dieses Gesamtsystem
nennt man Abgas-Messanlage (AMA).
1. Bild: Beispiel des inneren Aufbaus einer Abgas Messanlage (AVL AMA i60). Im
oberen Bereich befinden sich die einzelnen Abgasanalysatoren und im unteren Drittel
die Messgasaufbereitung
2. Bild: Schematischer Aufbau einer Abgasmessanlage (nach ISO 16183), zur leichteren
Orientierung in der meist englischsprachigen Literatur sind die Hauptbegriffe
zusätzlich in Englisch angegeben
Die Messgasaufbereitung beginnt unmittelbar bei der Abgasprobe und endet in der Messzelle
des Analysators. Bei Messanlagen für unverdünntes (Roh-)Abgas sind folgende Punkte zu
beachten.






Die Messgasprobe ist so auszulegen und so zu positionieren, dass die entnommene
Abgasprobe einem repräsentativen Mittelwert des Abgases entspricht.
Abgasmessanlagen haben einen spezifizierten Druckbereich bei welchem sie betrieben
werden (typischerweise –200 bis +200 mbar, relativ). Ist der Druck an der Messstelle
außerhalb dieses Bereichs sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Messstellen vor
Abgasturboladern oder vor beladenen Dieselpartikelfiltern können deutlich höhere
Drücke aufweisen, was den Einbau eines Druckreglers in die Abgasprobenleitung
erfordert. Bei Messungen bei denen sich der Motor innerhalb einer
Höhensimulationskammer befindet und die Messanlage außerhalb auf Normaldruck,
kann es erforderlich sein eine zusätzliche Probengaspumpe zu verwenden um den
Druckunterschied auszugleichen (ca. 100 mbar Unterdruck je 1000 Höhenmeter).
Bei der Messung der gasförmigen Abgaskomponenten werden alle Feststoffe (Partikel)
durch Filter aus der Probe entfernt um eine Verschmutzung der Analysatoren und
Ventile zu verhindern.
Verhinderung von Kondensation von schweren Kohlenwasserstoffen (HC). Bei der
Verwendung von Diesel als Kraftstoff entsteht im Abgas ein kleiner Teil von schweren
(langkettigen) HC’s. Solche Kohlenwasserstoffe kondensieren schon bei Temperaturen
unter 170 °C. Durch die Kondensation würden diese HC’s einerseits nicht gemessen
und andererseits würden sie das System verschmutzen und zu späteren Zeitpunkten,
wenn sie wieder abdampfen, die Messung verfälschen. In diesem Zusammenhang
spricht man im Englischen vom Begriff „HC Hang-up“. Um dies zu verhindern werden
alle abgasführenden Leitungen und Komponenten immer auf einer Temperatur von ca.
190 °C beheizt, von der Messstelle bis in die Messkammer des HC Analysators hinein.
Andere Analysatoren, die keine HC messen, können natürlich bei niedereren
Temperaturen betrieben werden.
Verhinderung einer unkontrollierten Kondensation von Wasser. Durch die Verbrennung
ist im Abgas ein relativ hoher Anteil vom Wasserdampf enthalten, der bei
Umgebungstemperatur als Wasser kondensiert. Um dies zu verhindern (Verschmutzung
und Verfälschung der Messergebnisse) werden alle Abgas führenden Leitungen und
Komponenten auf eine Temperatur über dem Taupunkt des Abgases beheizt.
Typischerweise liegt der Taupunkt bei ca. 40 bis 55 °C, abhängig vom verwendeten
Kraftstoff und Lambda des Motors. Auch hier ist sicherzustellen, dass die Beheizung
durchgängig von der Messstelle bis zum Analysator.
Gewollte Kondensation (Trockene Messung). Manche Gasanalysatoren sind nicht
geeignet bei höheren Temperaturen zu messen oder haben eine zu starke
Querempfindlichkeit gegenüber Wasserdampf. Das sind vor allem die Analysatoren für
CO und CO2 (NDIR) und für O2 (PMD). Bei diesen Analysatoren wird der
Wasserdampf bewusst aus der Abgasprobe entfernt und dem Analysator trockenes
Abgas zugeführt. In einem Kühler (B in Bild 2) wird das Abgas auf ca. 4 °C abgekühlt
und das kondensierte Wasser abgepumpt. Dadurch erhöht sich die Konzentration der
restlichen Abgaskomponenten, da die Gesamtabgasmenge um den Wasseranteil
reduziert wurde. Die vom Analysator gemessene „trockene“ Konzentration muss daher
für die weitere Ergebnisberechnung korrigiert werden. Die Korrektur berücksichtigt die
Veränderung aufgrund der entzogenen Wassermenge. Diese wird nicht gemessen
sondern aus den Gaskomponenten CO, CO2, HC und der Kraftstoffzusammensetzung
berechnet.
Bei Abgas-Messanlagen (AMA) für verdünntes Abgas ist die Messgasaufbereitung deutlich
weniger anspruchsvoll als bei AMA’s für unverdünntes Abgas. Verdünntes Abgas wird vor
allem im Zusammenhang mit einer CVS (Constant Volume Sampler) gemessen. Es sind
folgende Punkte zu beachten.



Da das Motorabgas so stark mit Luft verdünnt wird, dass es bei Raumtemperatur zu
keiner Wasserkondensation kommt, brauchen solche Abgasmessanlagen im Normalfall
auch nicht beheizt werden und es gibt auch keinen Kühler um das Wasser aus der
Abgasprobe zu entfernen. Daher sind die gemessenen „feuchten“ Konzentrationen auch
nicht mehr zu korrigieren, wie bei „trockenen“ Konzentrationen im Falle von
unverdünnter Messung. Analysatoren die eine mögliche Querempfindlichkeit
gegenüber Wasser haben sollten überprüft werden, damit eine zu große
Querempfindlichkeit nicht zu falschen Ergebnissen führt. Dies betrifft typischerweise
die CO- und CO2- Messung.
Für die Messung von Motoren mit niedrigsten Emissionen werden aber auch CVS und
AMA beheizt (ca. 30–40 °C). Dadurch wird der Taupunkt erhöht und es muss das Abgas
nicht so stark mit Luft verdünnt werden, um Wasserkondensation zu verhindern. Durch
die geringere Verdünnung werden die schon niederen Abgas-Konzentrationen nicht
noch zusätzlich reduziert, was zu einer deutlichen Verbesserung der Messgenauigkeit
führt.
Aber auch bei verdünntem Abgas muss ein Kondensieren von schweren
Kohlenwasserstoffen (HC), wie sie bei Dieselmotoren vorkommen, verhindert werden.
Dazu wird die komplette Messkette bis zum HC Analysator auf ca. 190 °C beheizt. Die
Messung erfolgt unmittelbar und kontinuierlich aus dem verdünnten Abgas und nicht
aus den Beuteln der CVS Anlage.
2. Messgasaufbereitung durch Verdünnung
Tätigkeit: Merken Sie sich die Messgasaufbereitung durch Verdünnung!
Emissionsmesstechnik hat die Aufgabe genau zu bestimmen welche Gesamtmassen an
schädlichen Abgaskomponenten in die Umwelt freigesetzt werden.
Während gasförmige Abgaskomponenten sich typischerweise nach dem Auspuff nicht mehr
verändern ist die Bildung von Partikeln noch nicht abgeschlossen. Um Partikel richtig zu
messen wird Abgas im Messsystem verdünnt um eine ähnliche Partikelbildung wie in der
Umwelt zu erhalten. Die Verdünnung des Abgases bringt auch noch den Vorteile mit sich,
dass der relative Wassergehalt im Abgas verringert wird und damit, insofern die Verdünnung
hoch genug ist, Wasserkondensation im Messsystem verhindert wird. Diese Vorteile ergeben
sich unabhängig davon ob das gesamte Abgas des Motor verdünnt wird oder nur eine kleinere
Abgasprobe, wie bei Teilstrom-Verdünnungssystemen. Der bedeutendste Vorteil der
Verdünnung von Abgas kommt, wenn man das gesamte Abgas des Motors (Vollstrom-
Verdünnung) in einem CVS-System (Constant Volume Sampler) verdünnt. Der Vorteil
besteht darin, dass diese Methode es ermöglich mit relativ einfachen Messungen und
Berechnungen die Gesamtmassenemissionen der einzelnen Schadstoffkomponenten zu
bestimmen.
Tätigkeit: formulieren Sie die Aufgabe des CVS!
Die Hauptfunktion einer CVS (Constant Volume Sampling) liegt darin das gesamte Abgas
des Motors (Vollstrom) zu verdünnen und den Volumenstrom an verdünntem Abgas (Abgas
und Verdünnungsluft) konstant zu halten. Das erfolgt meistens durch die Verwendung einer
überkritischen Venturi Düse. Der Durchfluss dieser Düse wird so gewählt, dass er deutlich
höher ist als der maximale Volumenstrom von Motorabgas. Die nötigen Durchflussvolumen
der CVS sind stark von der Motorgröße und Anwendung abhängig. Typische Durchflüsse
sind für:



Nutzfahrzeugmotoren 120 ... 180 m3/min
Personenkraftwagen 8 ... 30 m3/min
Motorräder 1 ... 5 m3/min
Da der Gesamtdurchfluss der CVS konstant ist, wird je nach Abgasdurchfluss des Motors
mehr oder weniger Verdünnungsluft durch den offenen Verdünnungslufteingang der CVS
gesaugt (Verdünnungsluft Eingang Bild 3.). Damit ergibt sich eine massenproportionale
Gewichtung der Abgaskonzentrationen im verdünnten Abgas. Durch die Messung der
verdünnten Abgaskonzentrationen und des Gesamtvolumens, das während der Messung
durch die CVS geströmt ist, werden die Gesamtemissionsmassen der Schadstoffe berechnet.
Auch wenn sich die verdünnten Konzentrationen kontinuierlich verändern, ist es nicht
unbedingt nötig, diese auch kontinuierlich zu messen. Da für die Endergebnisberechnung nur
die mittleren Konzentrationen im verdünnten Abgas erforderlich sind, können diese
kontinuierlich gemessen und mathematisch gemittelt werden oder eine kleine Probenmenge
wird über die Messzeit in Analysebeutel gesammelt (Bild 3. als grünes Oval dargestellt mit
der Bezeichnung Beutel-Messung) und nach der Messung die darin enthaltenen
Konzentrationen (pneumatisch-mechanische Mittelung) analysiert.
3. Bild: Schematik der Methoden zur Bestimmung von Massenemissionen
In Bild 3. sind die 3 Möglichkeiten dargestellt, Emissionsmassen zu bestimmen. Die oben
erwähnte Methode der Vollstrom Verdünnung und Verwendung eines Beutels ist mit 1
gekennzeichnet. Mit 2 ist die kontinuierliche Messung der verdünnten Abgaskonzentrationen
aus der CVS dargestellt, die proportional zur Massenemission des Motors ist. 3 stellt die
Messung von unverdünntem Abgas (Roh-Abgas) direkt aus dem Auspuff des Motors dar. In
dieser Methode müssen auch kontinuierlich die Abgasdurchflüsse des Motors gemessen
werden und mittels einer Integralrechnung zu Massenemissionen umgerechnet werden.
Fragen zur Selbstkontrolle
1. Wie wird das Abgas gemessen, wenn die direkte Messung im oder am Auspuff nicht
möglich ist?
(Kleine Probenmenge wird von Abgas entnommen, diese über diverse Leitungen, Filter, Pumpen und
Ventilen den eigentlichen Analysatoren zugeführt, oder es wird das gesamte Abgas mit
Umgebungsluft verdünnt und eine Probe des verdünnten Abgases analysiert.)
2. Markieren Sie welche Abgaskomponenten bei der Abgasanalyse gemessen werden!
CO2
CO
HC
NOx
H2
O2
N2
CH4
NH2
N2O
3. Wie heißt das Gesamtsystem das als Multi-Komponentenanalysator verwendet werden?
(Megjegyzés a digitalizálónak: szókitöltős kérdés. A válasz: AVL AMA)
4. Markieren Sie die Funktionen des CVS!
Das gesamte Abgas des Motors (Vollstrom) zu verdünnen.
Die Frischluft mit Abgas zu verdünnen.
Den Volumenstrom an verdünntem Abgas konstant zu halten.
Die Temperatur im verdünntem Abgas konstant zu halten.
7.2 Lektion: Messung gasförmiger Bestandteile
Ziele:
Diese Lektion stellt die Möglichkeiten von Messung der gasförmigen Bestandteile vor. Unter
anderem werden verschiedene Detektoren beschrieben.
Anforderungen:
Sie haben sich das Wissen dieser Lektion entsprechend angeeignet, wenn Sie



die Messverfahren und die gemessenen Abgaskomponenten mit einander verbinden
können;
die Prinzipdarstellungen der Messverfahren mit deren Benennung verbinden können;
das Funktionsprinzip der Messverfahren mit deren Benennung verbinden können.
Zeitbedarf:
Für die Aneignung dieser Lektion sind 1,5 Stunden nötig.
Schlüsselbegriffe:







nichtdispersiv
Absorption
Multi-Komponentanalysator
Chopper
Craking- und Ionisierungsprozess
Chemolumineszenz
Fourier-Transformation
Zur Messung der gasförmigen Komponenten werden entweder je zu messender Komponente
ein Analysator verwendet oder nur ein einziger Multi-Komponentenanalysator. Oft kann eine
Gaskomponente mittels verschiedener Messprinzipien gemessen werden. Die einschlägigen
Abgasgesetzgebungen und Standards schreiben für die limitierte Abgaskomponente auch die
zu verwendenden Messprinzipien vor. Typischerweise werden diese Messprinzipien nicht nur
für die gesetzlichen Messungen verwendet sondern auch während der Motorentwicklung.
1. NDIR – Nichtdispersiver Infrarot Detektor
Tätigkeit: Merken Sie sich das Funktionsprinzip von Nichtdispersiver Infrarot Detektor!
Betrachten Sie die schematische Darstellung von Detektor!
Die Strahlung einer Infrarotquelle wird durch eine zweigeteilte Messzelle geschickt. Es wird
ein breites Spektrum von Infrarotstrahlung von der Quelle ausgesandt (in Bild 2. Strahler)
und diese Strahlung wird in ihrer Wellenlängenstruktur nicht verändert, das bezeichnet man
als nicht dispersiv. Ein Teil der Messgaszelle wird von der Abgasprobe durchströmt (in Bild
2. Messzelle). Enthält die Abgasprobe Gasmoleküle, die Infrarotstrahlung absorbieren, wie z.
B. CO oder CO2, werden je nach Gasmolekül gewisse Wellenlängen absorbiert. Der zweite
Teil der Messzelle ist mit nicht absorbierendem Gas (z. B. Stickstoff N2) gefüllt. In dieser
sogenannten Referenzzelle kommt es zu keiner Abnahme der Infrarotstrahlung (siehe Bild
2.).
Mit einem Chopper (rotierende Lochscheibe) wird die Infrarot Strahlung alternierend
unterbrochen. Befinden sich in der Abgasprobe Gasmoleküle die Infrarotstrahlung
absorbieren kommt nach der Messzelle weniger Infrarotstrahlung auf den Detektor als aus der
Referenzzelle. Der Unterschied der Intensität wird vom Detektor gemessen. Auch der
Detektor besteht aus zwei Kammern, eine empfängt die Strahlung der Referenzzelle und die
andere jene aus der Messzelle. Beide Detektorkammern sind jeweils mit jenem Gas gefühlt,
welches vom Analysator gemessen werden soll (z. B. CO oder CO2). Damit kommt es auch
im Detektor zur Absorption genau jener Wellenlängen, wie schon in der Messzelle. Dadurch
ist die Selektivität des Detektors für das zu messende Gas gegeben. Die Strahlung die in den
Detektor trifft wird ebenfalls absorbiert.
In der abgeschlossenen Kammer erhöhen sich dadurch die Energie und damit der Druck.
Umso höher die Konzentration des zu messenden Gases in der Messzelle ist, umso größer
wird der Unterschied der Infrarotstrahlung durch die Messzelle verglichen zur Referenzzelle
und damit auch die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern des Detektors. Dieser
Druckunterschied wird gemessen, zum Beispiel als Durchbiegung einer beweglichen
Membrane zwischen den zwei Detektorkammern. Durch das Choppern der Infrarotstrahlung
erfolgt das alternierend und kann damit besser in der nachgeschalteten Elektronik verstärkt
werden. Je höher die Konzentration in der Abgasprobe ist, umso größer wird das Messsignal
des Detektors. Der Zusammenhang zwischen Konzentration und Messsignal entspricht dem
Lambert-Beer’schen Gesetz, welches eine nicht lineare Funktion ist. Daher müssen NDIR
Detektor immer linearisiert werden.
1. Bild: Schematick eines NDIR (Non-Dispersive Infrarot) Detektors
2. FID – Flame Ionisation Detektor
Tätigkeit: Merken Sie sich bitte das Funktionsprinzip von Flame Ionisation Detektor!
Betrachten Sie bitte die schematische Darstellung von Detektor!
In der Messzelle eines Flame Ionisation Detektors (FID) verbrennt ein Gasgemisch aus
Wasserstoff (H2) und Helium (He) mit synthetischer Luft. Die Flamme brennt zwischen einer
Kathode und Anode an die eine elektrische Spannung angelegt ist. In die Flamme wird
zusätzlich das Probengas beigemischt. Sind im Probengas Kohlenwasserstoffmoleküle
enthalten werden diese gekrackt und ionisiert. Die erzeugten Ionen transportieren Strom
zwischen Kathode und Anode. Der dadurch vorhandene Stromfluss stellt das Messsignal dar.
Idealerweise würden alle Kohlenwasserstoffmoleküle in ionisierte Teile zerlegt werden, die
jeweils nur ein Kohlenstoffatom enthalten. Damit wäre der Ionenstrom proportional zur
Anzahl von Kohlenstoffatomen, die eine Bindung mit Wasserstoffatomen in der Abgasprobe
haben.
Real funktioniert der Craking- und Ionisierungsprozess nicht vollständig, hat aber eine
konstante Effektivität für die einzelnen Kohlenwasserstoffmoleküle, dies wird als
Strukturlinearität oder auch als Responsefaktoren bezeichnet. Responsfaktoren geben den
Unterschied zwischen dem Messwert eines FID und der wirklichen Konzentration der
unterschiedlichen Kohlenwasserstoffverbindungen wieder. Typischerweise liegen
Responsefaktoren für jene Kohlenwasserstoffe die in relevanten Mengen im Abgas enthalten
sind zwischen 0,9 und 1,1. Ein FID ist damit nicht selektiv für einzelne Kohlenwasserstoffe,
sondern misst einen Summenwert aller relevanten Kohlenwasserstoffe, man spricht von
Gesamtkohlenwasserstoffen (Total Hydrocarbons auf Englisch).
2. Bild: Schema eines FID (Flame Ionisation Detector)
3. CLD – Chemolumineszenz Detektor
Tätigkeit: Lesen Sie sich die Beschreibung von Flame Ionisation Detektor durch! Betrachten
Sie die Reaktionsgleichungen und die schematische Darstellung von Detektor!
Ein Chemolumineszenz Detektor misst die Konzentration von Stickoxid (NO) in einer
Gasprobe. Für die Abgasmessung an Motoren ist aber meistens der Summenwert aus NO und
Stickstoffdioxid (NO2) entscheidend. Der Summenwert von NO und NO2 wird als NOx
bezeichnet. Entsteht bei einer chemischen Reaktion elektromagnetische Strahlung (sichtbares
Licht), so spricht man von Chemolumineszenz. In der Messzelle des CLD’s wird NO mit
Ozon (O3) zusammengemischt, und wandelt sich zu NO2 und O2 um. Ungefähr 10 % dieser
Reaktionen ergeben ein NO2 Molekül in einem energetisch angeregten Zustand (NO2*). Aus
diesem energetisch angeregten Zustand kehren diese Moleküle wieder in den Basiszustand
zurück und emittieren den Energieüberschuss des angeregten Zustandes als
elektromagnetische Strahlung (Licht). Das entstehende Licht wird mit Fotodioden oder
Photomultipliern gemessen und die Intensität des Lichtes ist direkt proportional zur NO
Konzentration in der Messzelle.
NO + O3
NO2 + O2 bei ca. 90 % der NO Moleküle in der Probe
NO + O3
NO2* + O2 bei ca. 10 % der NO Moleküle in der Probe
NO2*
NO2 + hν mit h ... Planckkonstante hν ... Lichtquantum (Photonen)
Das für diese Reaktion nötige Ozon wird im Analysator selbst in einem Ozongenerator aus
Sauerstoff O2 erzeugt. Damit kann ein CLD aber nur NO messen, um NOx (NOx = NO +
NO2) messen zu können werden vor dem CLD Detektor alle NO2 Moleküle in NO
umgewandelt. Dies geschieht in einem beheizten NO2/NO Konverter, der ähnlich einem
Katalysator diese Umwandlung bewerkstelligt. Da NO2 teilweise in Wasser löslich ist muss
Wasserkondensation in der Abgasprobe verhindert werden. Das wird üblicherweise durch
Beheizung der Gaswege und des Analysators gemacht.
3. Bild: Chemolumineszenz Detektor CLD (schematisch)
4. PMD – Paramagnetischer Detektor
Tätigkeit: Betrachten Sie das Schema von paramagnetischen Detektor und lesen Sie sie seine
Messmethode durch!
Ein paramagnetischer Detektor nutzt die magnetische Eigenschaft von Sauerstoff (O2) zur
Messung der Konzentration dieses Elementes.
In der Messzelle des PMD wird ein starkes Magnetfeld erzeugt und von der Abgasprobe
durchströmt. Aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften versuchen die Sauerstoffmoleküle
ins Zentrum des Magnetfeldes zu strömen. Dort ist eine unmagnetische Quarzkugel
positioniert. Ein solcher Detektor ist immer symmetrisch gebaut, so dass es also zwei
Magnetfelder als auch eine zweite Quarzkugel gibt. Beide Kugeln sind über einen Arm starr
miteinander verbunden, weshalb man auch von einer Hantel -wie beim Gewichthebenspricht. Die Hantel ist drehbar gelagert, so dass die Sauerstoffmoleküle, die ins Magnetfeld
drängen, die Kugeln verdrängen würden und die Hantel verdrehen. Umso höher die
Sauerstoffkonzentration ist umso höher ist diese Verdrängungskraft. Auf der drehbaren Achse
der Hantel ist ein Spiegel montiert, mit dem mittels eines Lichtstrahls und eines Lichtdetektors
die Drehung der Hantel gemessen wird. Entweder ist die Auslenkung selbst das Messsignal,
oder es wird über eine Regeleinheit die Hantel immer im Zentrum des Magnetfeldes gehalten.
Der elektrische Strom, der benötigt wird, um ein Drehen der Hantel zu verhindern, ist dann
das Messsignal.
4. Bild: Schema eines Paramagnetischen Detektors (PMD) nach Mollenhauer 2007
5. FTIR – Fourier Transform Infrarot Spektroskopie
Tätigkeit: Betrachten Sie das Schema von FTIR-Messsystem und formulieren Sie dessen
Wirkungsmechanismus!
Fourier Transform Infrarot Spektroskopy (FTIR) ist eine Infrarot basierende Messmethode,
die eine Vielzahl an Abgaskomponenten zeitgleich messen kann. Die Messung basiert,
ähnlich zu einem NDIR, auf der Absorption von infrarotem Licht durch die einzelnen
Gaskomponenten. Das FTIR verwendet ein breites Wellenband im Infrarotbereich. In einem
Michelson Interferometer (Bild 6.) wird die Intensität der einzelnen Wellenlängen
kontinuierlich verändert. Dazu wird die Strahlung der Infrarotquelle mittels Strahlenteilers in
zwei Strahlen aufgeteilt. Einer der beiden Strahlen trifft auf einen beweglichen Spiegel und
der andere auf einen fixen Spiegel. Anschließend werden die beiden Strahlen wieder zu einem
Strahl zusammengeführt. Durch die kontinuierliche Längsverschiebung des beweglichen
Spiegels ergeben sich Weglängenunterschiede der beiden Stahlen und Interferenzeffekte,
wenn die Strahlen wieder vereint werden. Abhängig von der Position des beweglichen
Spiegels werden gewisse Wellenlängen ausgelöscht und andere verstärkt.
Die Zusammensetzung des Infrarotstrahls, welche Wellenlängen verstärkt oder ausgelöscht
werden, ist nicht bekannt. Der so kontinuierlich modifizierte Infrarot-Strahl wird durch die
Messzelle geleitet und durch die in der Abgasprobe enthaltenen Gaskomponenten werden
einzelne Wellenlängen absorbiert. Das Signal eines Infrarotdetektors, der ein breites Band an
Wellenlängen messen kann, wird während der Spiegelbewegung aufgezeichnet. Dieses
Diagramm der Infrarotintensität über der Zeit wird Interferogramm genannt. Aus den
Interferogrammen kann mittels der Fourier-Transformation Methode ein Infrarot Spektrum
berechnet werden. Fourier-Transformation ist eine komplexe und rechenintensive
mathematische Berechnungsmethode, die die Kurvenform eines Interferogramms in eine
Vielzahl von Sinuskurven mit unterschiedlicher Amplitude und Frequenz zerlegt.
Die Frequenz der Sinuskurve entspricht der Infrarotwellenfrequenz (Wellenlänge) und die
Amplitude der Signalstärke nach der Messzelle. Aus den damit berechneten Infrarot Spektren
wird ermittelt, welche Gaskomponenten in der Abgasprobe enthalten sind und in welcher
Konzentration. Für die speziellen Gegebenheiten des Motorenabgases und die nötigen
Genauigkeiten in der Motorenentwicklung sind aber Standardinfrarotspektrenauswertungen
nicht Ziel führend, so dass zusätzliche auf den verwendeten Kraftstoff abgestimmte
Auswertemethoden hinzugefügt werden.
5. Bild: Schema eines FTIR-Messsystems (AVL SESAM-FTIR)
6. Bild: Funktionsprinzip eines FTIR-Messsystems (AVL SESAM-FTIR)
8. Bild: FTIR - Spectrum
9. Bild: Komplexe Analysatoreinheit und die erfassten Gaskomponenten
6. LDS – Laser Dioden Spektroskopie
Die Laserdioden Spektroskopie funktioniert ähnlich wie das NDIR Messprinzip. Anstelle der
Infrarotquelle werden hier Laserdioden verwendet, die nur eine genau definierte Wellenlänge
ausstrahlen, die dann von der zu messenden Gaskomponente in der Abgasprobe absorbiert
wird. Gasselektive Detektoren messen den Absorptionsgrad. Durch die Weiterentwicklung
im Bereich der Laserdioden und durch gesunkenen Herstellungspreise werden Laserdioden
in Zukunft an Bedeutung gewinnen.
Zusammenfassung
Tätigkeit:
Studieren Sie die untere Tabelle anhand folgende Punkte. Beobachten Sie





das FTIR Verfahren ist für die Messung von O2 nicht geeignet;
FID ist nur für die Messung von HC geeignet;
CLD ist nur für die Messung von NOx geeignet;
LDS ist nur für die Messung von NH3 geeignet;
PMD ist nur für die Messung von O2 geeignet, kein anderes Verfahren kann O2 messen.
10. Bild: Darstellung der meisten gemessenen Abgaskomponenten und die dafür
typischerweise verwendeten Messprinzipien. Die mit (*) gekennzeichneten
Messprinzipien sind auch für die gesetzliche Typfreigabemessung zugelassen.
Fragen zur Selbstkontrolle
1. Markieren Sie die Gase für dessen Messung FTIR geeignet ist!
CO2
CO
O2
NOx
NH3
HC
2. Markieren Sie die Verfahren mit denen die NH3Konzentration messbar ist!
NDIR
PMD
FTIR
LDS
FID
3. Welches Gas kann man mit FID messen?
CO2
CO
O2
NOx
NH3
HC
4. Verbinden Sie die Prinzipdarstellungen der Messverfahren mit deren Benennungen! Geben
Sie die Nummer der Abbildungen in die richtigen Felder ein!
NDIR – Nichtdispersiver Infrarot Detektor: 3
FID – Flame Ionisation Detektor: 2
CLD – Chemolumineszenz Detektor: 4
PMD – Paramagnetischer Detektor: 1
5. Markieren Sie das Prinzip des FID Verfahrens!
Sind im Probengas Kohlenwasserstoffmoleküle enthalten werden diese gekrackt und ionisiert. Die
erzeugten Ionen transportieren Strom zwischen Kathode und Anode. Der dadurch vorhandene
Stromfluss stellt das Messsignal dar.
Ein Detektor nutzt die magnetische Eigenschaft von Sauerstoff (O2) zur Messung der Konzentration
dieses Elementes.
Bei einer chemischen Reaktion entsteht eine elektromagnetische Strahlung (Sichtbare Licht). Dieser
Effekt wird in den Detektor verwendet, damit die Stickoxide-Konzentration von einer Abgasprobe
gemessen wird.
Die Messung basiert auf der Absorption von infrarotem Licht durch die einzelnen Gaskomponenten,
und eine Vielzahl an Abgaskomponenten zeitgleich messen kann.
6. Markieren Sie das Prinzip des FTIR Verfahrens!
Sind im Probengas Kohlenwasserstoffmoleküle enthalten werden diese gekrackt und ionisiert. Die
erzeugten Ionen transportieren Strom zwischen Kathode und Anode. Der dadurch vorhandene
Stromfluss stellt das Messsignal dar.
Ein Detektor nutzt die magnetische Eigenschaft von Sauerstoff (O2) zur Messung der Konzentration
dieses Elementes.
Bei einer chemischen Reaktion entsteht eine elektromagnetische Strahlung (Sichtbare Licht). Dieser
Effekt wird in den Detektor verwendet, damit die Stickoxide-Konzentration von einer Abgasprobe
gemessen wird.
Die Messung basiert auf der Absorption von infrarotem Licht durch die einzelnen
Gaskomponenten, und eine Vielzahl an Abgaskomponenten zeitgleich messen kann.
7. Markieren Sie das Prinzip des PMD Verfahrens!
Sind im Probengas Kohlenwasserstoffmoleküle enthalten werden diese gekrackt und ionisiert. Die
erzeugten Ionen transportieren Strom zwischen Kathode und Anode. Der dadurch vorhandene
Stromfluss stellt das Messsignal dar.
Ein Detektor nutzt die magnetische Eigenschaft von Sauerstoff (O2) zur Messung der Konzentration
dieses Elementes.
Bei einer chemischen Reaktion entsteht eine elektromagnetische Strahlung (Sichtbare Licht). Dieser
Effekt wird in den Detektor verwendet, damit die Stickoxide-Konzentration von einer Abgasprobe
gemessen wird.
Die Messung basiert auf der Absorption von infrarotem Licht durch die einzelnen Gaskomponenten,
und eine Vielzahl an Abgaskomponenten zeitgleich messen kann.
7.3 Lektion: Messung fester Bestandteile
Ziele:
Diese Lektion stellt die Möglichkeiten von Messung der gasförmigen Bestandteile vor. Unter
anderem werden verschiedene Detektoren beschrieben.
Anforderungen:
Sie haben sich das Wissen dieser Lektion entsprechend angeeignet, wenn Sie




erklären können, worauf die in allen gesetzlichen Bestimmungen angegebenen
Grenzwerte für die Partikelemission beruhen;
anhand Abbildungen die Prinzipdarstellung der Vollstromverdünnung und der
Teilstromverdünnung auswählen können;
erklären können, was die drei Stufen der Konditionierung des bereits verdünnten
Abgases sind;
die Benennung der in dieser Lektion vorgestellten Messverfahren (Opazimeter,
Photoakustische Russmessung, Smokemeter, Laserinduzierte Glühemission,
Photoelektrische
Russsensor,
Diffusionsladungssensoren)
und
dessen
Funktionsprinzipe mit einander verbinden können.
Zeitbedarf:
Für die Aneignung dieser Lektion sind 1,5 Stunden nötig.
Schlüsselbegriffe:

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Abscheidegrad
PNC (Particle Number Counting)
Grobe Partikel
Nanopartikel-Anteil
Smokmetermessung
Photoakustisches Prinzip
Laserinduzieren
1. Messung der Partikel entsprechend gesetzlicher Vorgaben
Tätigkeit: Machen Sie sich mit der Methode der Partikelmessung nach gesetzlicher Vorgaben
bekant! Betrachten Sie die Darstellung der Vollstromverdünnung! Machen Sie eine
Handzeichnung über das Funktionspronzip der Vollstromverdünnung und der
Teilstromverdünnung!
Die in allen gesetzlichen Bestimmungen angegebenen Grenzwerte für die Partikelemission
beruhen auf einer integralen Messung durch gravimetrische Bestimmung der Partikelmasse
nach Verdünnung in einem Vollstrom- oder Teilstromtunnel. Die Definition des
Messverfahrens erfolgte erstmals von der US EPA („United States Environmental Protection
Agency“) nach CFR Vol. 67 und wurde dann weltweit übernommen, siehe auch 70/220/EEC
u. ä. oder TRIAS 60-2003. Abgas wird nach dem „CVS-Prinzip“ mit gefilterter Luft gemischt
und ein Teilstrom des verdünnten Abgases, der eine Temperatur < 52 °C bzw. 47 °C ± 5 °C
aufweisen muss, über inerte Filter mit > 99 % Abscheidegrad gezogen. Aus der
Massendifferenz zwischen beladenem und unbeladenem Filter wird die Emission berechnet.
In Bild 1. ist dies für eine Anlage mit Sekundärverdünnung, wie sie für Nutzfahrzeuge
üblicherweise verwendet wird, schematisch dargestellt. Bei PKW wird die Emission des
Fahrzeugs am Rollenprüfstand im Prinzip gleich, jedoch ohne Sekundärverdünnung,
gemessen.
1. Bild: Vollstromverdünnung für die Zertifizierung von NFZ-Motoren
Partikel setzen sich aus Ruß festen Bestandteile wie Abrieb und Aschen, adsorbierten
organischen Komponenten, kondensierter und adsorbierter Schwefelsäure etc. zusammen.
Kondensierte und adsorbierten Substanzen werden im Wesentlichen erst im
Verdünnungstunnel gebildet, aber auch die Russkonzentration ist nach Engeljehringer und
Schindler (1989) zwischen Motor und Mess-Filter nicht völlig stabil. Es ist daher einsichtig,
dass schon kleine Änderungen in der Auslegung der Verdünnungs- und Partikelsammelanlage
einen Einfluss auf die gemessene Partikelmasse hat.
Um bei abnehmender Partikel-, vor allem auch Russ-Emission die Wiederholbarkeit und
Reproduzierbarkeit der Messmethode zu erhöhen, hat die US-EPA ab 2007 das Verdünnungs, Partikelsammlungs- und Wäge-System genauer spezifiziert, siehe z. B. CFR 1065. In der
EU (nach 2005/55/EC) und seit 2011 auch in den USA ist für Nutzfahrzeuge die Verwendung
von Teilstromverdünnungstunneln erlaubt, die einen konstanten Teil des Abgases verdünnen,
wie es in der Norm ISO 16183 festgelegt ist. Dem Platz- und Kostenvorteil dieser Systeme –
siehe Prinzip-Darstellung Bild 2. – steht eine aufwändige Regelung der Massenströme
gegenüber. Zusätzlich müssen nach Silvis et al. (2002) mehrere Randbedingungen beachtet
werden, damit die gemessene Emission im wesentlich gleich der einer Vollstromanlage ist.
2. Bild: Teilstromverdünnung für die Zertifizierung von NFZ-Motoren
2. Bestimmung der Partikelanzahl im Abgas
Tätigkeit: Lesen Sie sich den Prozess von Bestimmung der Partikelanzahl im Abgas durch!
Betrachten Sie die Darstellung von Abgasaufbereitung für die Partikelzählung! Merken Sie
sich die drei Stufen der Konditionierung des bereits verdünnten Abgases!
Da die Russemissionen moderner Verbrennungsmotoren nur mehr mit sehr empfindlichen
Partikelmessgeräten erfasst werden können, hat sich die PMP Expertengruppe der UNECEGRPE mit neuen Messmethoden zur Partikelmessung befasst. Die Empfehlung dieser Gruppe
für weitere Zertifizierungen sind neben einer modifizierten „US-2007“ Partikelmessung
(„particulate measurement“) auch die Partikelzählung („particle number counting“) nach
UNECE Regulation No. 83 und Andersson et al. (2007).
Die PMP Gruppe hat ein aufwändiges System zur Konditionierung des bereits verdünnten
Abgases definiert, das in Bild 3. schematisch dargestellt ist:
Erstens, Abscheidung von groben Partikeln, die nicht direkt aus der Verbrennung, sondern
von wiedereingetragenen Wandablagerungen stammen.
Zweitens, hohe Abgasverdünnung (Verdünnungsfaktor 10) und nachfolgendes Aufheizen auf
300 °C bis 400 °C. Dadurch erhält man einerseits die im praktischen Betrieb erforderliche
niedrige Partikelanzahl im Kondensationskernzähler (PNC), andrerseits werden die
flüchtigen Nanopartikel-Anteile in die Gasphase überführt, sodass nur nicht-flüchtige
Partikel, z. B. Ruß-Partikel gezählt werden. Der Hintergrund für diese Anforderung hat zwei
Ursachen. Einerseits scheinen nichtflüchtige Partikel toxikologisch relevanter für die
menschliche Gesundheit zu sein, andrerseits hat sich herausgestellt, dass es extrem schwierig
ist, Emissionen von flüchtigen Partikeln in Bezug auf Partikelanzahlkonzentration
reproduzierbar zu messen. Das ist kein Problem der Messung an sich – flüchtige Partikel
können genauso gezählt werden wie feste – aber die Bildung von homogen kondensierten
Kohlenwasserstoffen und Sulfaten nach Partikelfilter ist extrem sensitiv auf kleinste
Änderungen der Motor- oder Abgaskonditionierung.
Drittens wird vor dem PNC noch mal verdünnt, um das Abgas abzukühlen und gegebenenfalls
Rekondensation der flüchtigen Bestandteile zu verhindern.
3. Bild: Abgasaufbereitung für die Partikelzählung nach PMP nach UNECE Regulation
No. 83
Kondensationskernzähler (Condensation Particle Counting) sind empfindliche Systeme zur
Messung der Partikelanzahl (Particle Number Counting) im sub-μ Bereich bis hin zu einigen
Nanometern. Das Prinzip eines CPC ist in Bild 4. dargestellt. Aus Nanopartikeln werden
durch heterogene Kondensation von übersättigtem Dampf (typischerweise n- Butanol)
“Mikropartikel” generiert, die dann ausreichend groß sind um anschließend mittels einer
Streulichtmethode gezählt zu werden.
4. Bild: Funktionsprinzip eines Kondensationskernzählers (CPC)
3. Bestimmung von Partikeleigenschaften im Abgas mit alternativen Verfahren
Tätigkeit: Lesen Sie den Text über Bestimmung von Partikeleigenschaft! Merken Sie sich die
Funktionsprinzipien der verschiedenen Messverfahren!
Die gravimetrische Ermittlung der Partikelemission hat zwei bedeutende Nachteile beim
Einsatz in der Motoren- bzw. Abgasnachbehandlungsentwicklung: Erstens ist sie
zeitaufwändig und zweitens integrierend. Für die Motorentwicklung sind jedoch häufig eine
schnelle Messung und die Zeitzuordnung der Emission zu den dynamischen Fahrzuständen
erforderlich. Es wurden daher eine Reihe einfacherer oder dynamischer Messverfahren
entwickelt, um den Anforderungen der modernen Motorenentwicklung zu genügen.
Nachteilig an den alternativen Messverfahren ist, dass im Allgemeinen die Messgrößen von
den gesetzeskonform ermittelten Partikeln (Partikelanzahl, Partikelmasse) abweichen, und
die ermittelten Korrelationen nur bedingt gültig sind. Eine bedeutende Rolle nimmt die
Messung der Rußemission ein, da diese auch ein wichtiger Indikator für die Bestimmung der
Verbrennungsqualität ist. Dafür wurden mehrere Methoden entwickelt, die fast immer auf der
verhältnismäßig starken Absorption von Strahlung (im nahen infraroten oder sichtbaren
Bereich) durch Ruß basieren. Neuere Verfahren weisen eine sehr gute Zeitauflösung (typisch
im einstelligen Hertz Bereich) und/oder sehr hohe Empfindlichkeit (typisch im Bereich von
wenigen μg pro Kubikmeter) auf.
Smokemeter
Das Prinzip der Smokemetermessung besteht darin, dass ein Filterpapier über eine bestimmte
Zeit mit Abgas beladen wird und die Schwärzung des Filterpapiers mit einem optischen
Verfahren bestimmt wird. Die resultierende Größe ist die Filterschwärzung bzw. Filter Smoke
Number (FSN), siehe Bild 5.
5. Bild: Prinzip der Smokemeter Messung
6. Bild: Vor- und Nachteile von Smokmeter
Opazimeter
Das Opazimeter bestimmt die Abschwächung des Lichts bei Durchgang durch eine mit Abgas
gefüllte Zelle definierter Länge. Das Ergebnis ist die sogenannte Extinktion. Oft werden in
diesem Zusammenhang auch Trübung und Opazität als Begriffe für die Messgröße
verwendet, Bild 7.
7. Bild: Prinzip der Opazimeter Messung
8. Bild: Vor- und Nachteile von Opazimeter
Photoakustische Russmessung (Bild 9.)
Ein modulierter Laserstrahl wird vom Russpartikel absorbiert. Die Absorption führt zur
Erwärmung des Partikels und dessen Umgebung. Die periodische Erwärmung generiert eine
Schwingung mit der Modulationsfrequenz des Lasers, die in einer resonanten Zelle mit einem
Mikrofon detektiert wird, dessen Signal proportional zur Russkonzentration ist.
9. Bild: Photoakustisches Messprinzip
10. Bild: Vor- und Nachteile von Photoakustischer Ruß-Sensor
Laserinduzierte Glühemission (Bild 11.)
Bei der laserinduzierten Glühemission wird der Russ mit einem gepulsten Laser sehr schnell
bis zur Sublimationstemperatur erwärmt. Die dabei entstehende Glühemission wird gemessen
und liefert Information über die Russkonzentration und Primärpartikelgröße.
11. Bild:
Prinzip der Laserinduzierten Glühemission, LII
12. Bild: Vor- und Nachteile von Laser Induzierte Glühemission
Photoelektrische Russsensor (Bild 13.)
Die Partikel gelangen mit dem Gasfluss in den Bestrahlungsraum. Dort werden sie mit
ultraviolettem Licht bestrahlt. Die Partikel emittieren Elektronen und sind somit elektrisch
positiv geladen. Die geladenen Teilchen werden mit einem Messfilter in einen messbaren
elektrischen Strom umgewandelt, der Information über die Russkonzentration liefert. Damit
die freien Elektronen die Messung nicht verfälschen, werden diese in einem elektrischen Feld
aufgefangen.
13. Bild: Photoelektrisches Messprinzip
14. Bild: Vor- und Nachteile von Photoelektrischer Aerosol Sensor
Diffusionsladungssensoren (Bild 15.)
Ähnlich dem Photoelektrischen Russsensor wird beim Diffusionsladungssensor der Strom der
durch die geladenen Partikel generiert wird mit einem Elektrometer gemessen. Im Gegensatz
zum photoelektrischen Russsensor werden die Partikel in einem elektrischen Feld geladen.
15. Bild: Prinzip des Diffussionsladungs Sensors
16. Bild: Vor- und Nachteile von Diffussionsladungs Sensor
17. Bild: Dekati Mass Monitor (MASMO), Schema der Sensorik und Datenverarbeitung
18. Bild: Vor- und Nachteile von MASMO
19. Bild: TEOM: Glaskanüle mit dem Filter an der Spitze. Die Schwingungsfrequenz
der Glaskanüle ändert sich bei Beladung des Filters
20. Bild: Vor- und Nachteile von TEOM
Fragen zur Selbstkontrolle
1. Worauf beruhen die in allen gesetzlichen Bestimmungen angegebenen Grenzwerte für
die Partikelemission?
(Sie beruhen auf einer integralen Messung durch gravimetrische Bestimmung der Partikelmasse nach
Verdünnung in einem Vollstrom- oder Teilstromtunnel.)
2. Stellen Sie fest welche Darstellungen das Prinzip der Vollstromverdünnung und der
Teilstromverdünnung korrekt darstellen! Geben Sie die Nummer der der Bilder in die Felder
ein!
Teilstromverdünnung: 4
Vollstromverdünnung: 1
3. Markieren Sie zu welchem Messverfahren das folgende Funktionsprinzip gehört: Das
Prinzip der Smokemetermessung besteht darin, dass ein Filterpapier über eine bestimmte
Zeit mit Abgas beladen wird und die Schwärzung des Filterpapiers mit einem optischen
Verfahren bestimmt wird. Die resultierende Größe ist die Filterschwärzung bzw. Filter
Smoke Number (FSN),
Opazimeter
Photoakustische Russmessung
Smokemeter
Laserinduzierte Glühemission
Photoelektrische Russsensor
Diffusionsladungssensoren
4. Markieren Sie zu welchem Messverfahren das folgende Funktionsprinzip gehört: Das
Verhfahren bestimmt die Abschwächung des Lichts bei Durchgang durch eine mit Abgas
gefüllte Zelle definierter Länge. Das Ergebnis ist die Extinktion.
Opazimeter
Photoakustische Russmessung
Smokemeter
Laserinduzierte Glühemission
Photoelektrische Russsensor
Diffusionsladungssensoren
5. Markieren Sie zu welchem Messverfahren das folgende Funktionsprinzip gehört: Die
Partikel gelangen mit dem Gasfluss in den Bestrahlungsraum. Dort werden sie mit
ultraviolettem Licht bestrahlt. Die Partikel emittieren Elektronen und sind somit elektrisch
positiv geladen. Die geladenen Teilchen werden mit einem Messfilter in einen messbaren
elektrischen Strom umgewandelt.
Opazimeter
Photoakustische Russmessung
Smokemeter
Laserinduzierte Glühemission
Photoelektrische Russsensor
Diffusionsladungssensoren
6. Markieren Sie zu welchem Messverfahren das folgende Funktionsprinzip gehört: Der
Russ wird mit einem gepulsten Laser sehr schnell bis zur Sublimationstemperatur erwärmt.
Die dabei emittierte Wärme wird gemessen und liefert Information über die
Russkonzentration und Primärpartikelgröße.
Opazimeter
Photoakustische Russmessung
Smokemeter
Laserinduzierte Glühemission
Photoelektrische Russsensor
Diffusionsladungssensoren
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7. Markieren Sie das Funktionsprinzip des Diffusionsladungssensors zwischen den
folgenden Möglichkeiten!
Ein Filterpapier wird über eine bestimmte Zeit mit Abgas beladen und die Schwärzung des
Filterpapiers wird mit einem optischen Verfahren bestimmt.
Das Verhfahren bestimmt die Abschwächung des Lichts bei Durchgang durch eine mit
Abgas gefüllte Zelle definierter Länge. Das Ergebnis ist die Extinktion.
Ein modulierter Laserstrahl wird vom Russpartikel absorbiert. Die Absorption führt zur
Erwärmung des Partikels und dessen Umgebung. Die periodische Erwärmung generiert eine
Schwingung mit der Modulationsfrequenz des Lasers, die in einer resonanten Zelle mit
einem Mikrofon detektiert wird, dessen Signal proportional zur Russkonzentration ist.
Der Russ wird mit einem gepulsten Laser sehr schnell bis zur Sublimationstemperatur
erwärmt. Die dabei emittierte Wärme wird gemessen und liefert Information über die
Russkonzentration und Primärpartikelgröße.
Die Partikel gelangen mit dem Gasfluss in den Bestrahlungsraum. Dort werden sie mit
ultraviolettem Licht bestrahlt. Die Partikel emittieren Elektronen und sind somit elektrisch
positiv geladen. Die geladenen Teilchen werden mit einem Messfilter in einen messbaren
elektrischen Strom umgewandelt.
Die Partikel werden in einem elektrischen Feld geladen. Der Strom der durch die
geladenen Partikel generiert wird mit einem Elektrometer gemessen.
8. Markieren Sie das Funktionsprinzip des Photoelektrischer Russsensors zwischen den
folgenden Möglichkeiten!
Ein Filterpapier wird über eine bestimmte Zeit mit Abgas beladen und die Schwärzung des
Filterpapiers wird mit einem optischen Verfahren bestimmt.
Das Verhfahren bestimmt die Abschwächung des Lichts bei Durchgang durch eine mit
Abgas gefüllte Zelle definierter Länge. Das Ergebnis ist die Extinktion.
Ein modulierter Laserstrahl wird vom Russpartikel absorbiert. Die Absorption führt zur
Erwärmung des Partikels und dessen Umgebung. Die periodische Erwärmung generiert eine
Schwingung mit der Modulationsfrequenz des Lasers, die in einer resonanten Zelle mit
einem Mikrofon detektiert wird, dessen Signal proportional zur Russkonzentration ist.
Der Russ wird mit einem gepulsten Laser sehr schnell bis zur Sublimationstemperatur
erwärmt. Die dabei emittierte Wärme wird gemessen und liefert Information über die
Russkonzentration und Primärpartikelgröße.
Die Partikel gelangen mit dem Gasfluss in den Bestrahlungsraum. Dort werden sie mit
ultraviolettem Licht bestrahlt. Die Partikel emittieren Elektronen und sind somit
elektrisch positiv geladen. Die geladenen Teilchen werden mit einem Messfilter in
einen messbaren elektrischen Strom umgewandelt.
Die Partikel werden in einem elektrischen Feld geladen. Der Strom der durch die geladenen
Partikel generiert wird mit einem Elektrometer gemessen.
9. Markieren Sie das Funktionsprinzip der Photoakustischer Russmessung zwischen den
folgenden Möglichkeiten!
Ein Filterpapier wird über eine bestimmte Zeit mit Abgas beladen und die Schwärzung des
Filterpapiers wird mit einem optischen Verfahren bestimmt.
Das Verhfahren bestimmt die Abschwächung des Lichts bei Durchgang durch eine mit
Abgas gefüllte Zelle definierter Länge. Das Ergebnis ist die Extinktion.
Ein modulierter Laserstrahl wird vom Russpartikel absorbiert. Die Absorption führt
zur Erwärmung des Partikels und dessen Umgebung. Die periodische Erwärmung
generiert eine Schwingung mit der Modulationsfrequenz des Lasers, die in einer
resonanten Zelle mit einem Mikrofon detektiert wird, dessen Signal proportional zur
Russkonzentration ist.
Der Russ wird mit einem gepulsten Laser sehr schnell bis zur Sublimationstemperatur
erwärmt. Die dabei emittierte Wärme wird gemessen und liefert Information über die
Russkonzentration und Primärpartikelgröße.
Die Partikel gelangen mit dem Gasfluss in den Bestrahlungsraum. Dort werden sie mit
ultraviolettem Licht bestrahlt. Die Partikel emittieren Elektronen und sind somit elektrisch
positiv geladen. Die geladenen Teilchen werden mit einem Messfilter in einen messbaren
elektrischen Strom umgewandelt.
Die Partikel werden in einem elektrischen Feld geladen. Der Strom der durch die geladenen
Partikel generiert wird mit einem Elektrometer gemessen.