Qualifizierung von Rußpartikeln durch Kombinationen von elektrostatischen Feldeinflüssen

In dieser Doktorarbeit werden die theoretischen Grundlagen für einen elektrostatisch arbeitenden Sensor für elektrisch leitende, luftgetragene Partikel dargelegt und am Beispiel von Rußpartikeln durch Experimente verifiziert. Es wird die Arbeitsweise des Sensors in einem mathematischen Modell abgebildet. Es werden die Kräfte definiert und berechnet, die auf die Partikel einwirken, um eine gezielte Bewegung hervorzurufen. Die durch das elektrische Feld influenzierte Ladungstrennung innerhalb der Partikel, die eine resultierende Kraftwirkung in Richtung des stärker werdenden Feldes hervorrufen, ist nicht wesentlich für Partikelbewegung. Die für einen Antrieb eines Partikels wesentlichste Eigenschaft ist dessen Eigenladung, die, in Wechselwirkung mit dem äußeren elektrischen Feld, die stärkste Kraft liefert. Desweiteren wird gezeigt, dass die Anzahl der auf der Messelektrode angelagerten Partikel, unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases ist. Die an der Messelektrode angelagerten Partikel agglomerieren zu Dendriten, an deren Spitzen sich elektrische Ladungen konzentrieren. Durch das Abreißen der Dendriten wird deren Ladung von der Messelektrode abtransportiert. Der durch den Ladungsabtransport erzeugte Strom, in der Größenordnung von Pico-Ampere, ist proportional zur Rußkonzentration. Es wird durch Berechnung ermittelt, dass das Rußladungs-Messverfahren im Bereich von 40nm bis ca. 400nm unabhängig von der Partikelgröße arbeitet. Ein Partikelsensor wurde hergestellt, vermessen und berechnet. Die theoretischen Erkenntnisse bezüglich der Unabhängigkeit des Messsignals von der Gasgeschwindigkeit und der quadratischen Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke zwischen den Elektroden des Sensors, können im Versuch bestätigt werden.