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.