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移動源排放顆粒物數(shù)量分析儀的可溯源校準(zhǔn)裝置及方法與流程

文檔序號:40587668發(fā)布日期:2025-01-07 20:27閱讀:4來源:國知局
移動源排放顆粒物數(shù)量分析儀的可溯源校準(zhǔn)裝置及方法與流程

本發(fā)明涉及顆粒物數(shù)量分析儀,特別是涉及一種移動源排放顆粒物數(shù)量分析儀的可溯源校準(zhǔn)裝置及方法。


背景技術(shù):

1、汽車尾氣排放是pm2.5的最主要來源之一,因此提高車輛污染物排放控制水平、降低單車的污染排放量成為治理大氣顆粒污染物的主要途徑和方法之一。鑒于上述原因,各汽車制造廠和汽車檢測機(jī)構(gòu)紛紛購置汽車尾氣中顆粒數(shù)量濃度測量儀(以下簡稱pn測量儀)并建立相應(yīng)的檢測能力,用于發(fā)動機(jī)、整車的顆粒數(shù)量濃度排放性能評價(jià)和顆粒物捕獲系統(tǒng)dpf過濾性能評價(jià)等,為車輛及配件的技術(shù)升級提供技術(shù)指導(dǎo)。

2、顆粒數(shù)量測量儀是一個(gè)較為復(fù)雜的測量系統(tǒng),包括了凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器(cpc)、顆粒物取樣探頭(psp)、顆粒物傳輸管(ptt)、取樣預(yù)分級器(pcf)、揮發(fā)粒子去除器(vpr)等,按照其工作方式可分為臺架式和便攜式兩種。為保證顆粒數(shù)量測量儀測量數(shù)據(jù)的可靠性,在上述兩個(gè)國六標(biāo)準(zhǔn)中均對所用顆粒數(shù)量測量儀的計(jì)量性能進(jìn)行了明確規(guī)定,如:不同粒徑范圍的計(jì)數(shù)效率、顆粒濃度衰減系數(shù)、測量線性、揮發(fā)性顆粒物的去除效率、稀釋比準(zhǔn)確性等。但是由于國內(nèi)缺乏相應(yīng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),使得上述核心計(jì)量性能無法校準(zhǔn)和得到有效確認(rèn)。

3、目前對于移動源排放顆粒數(shù)量測量儀的校準(zhǔn),都是通過比對待校準(zhǔn)儀器與標(biāo)準(zhǔn)儀器而完成的。標(biāo)準(zhǔn)儀器通常是經(jīng)校準(zhǔn)的氣溶膠靜電計(jì)或凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器。但是,在比對校準(zhǔn)中,存在如下的技術(shù)問題:1)標(biāo)準(zhǔn)儀器的濃度校準(zhǔn)上限通常不超過20000個(gè)/cm3,若要實(shí)現(xiàn)對顆粒數(shù)量測量儀高濃度范圍的校準(zhǔn),需在標(biāo)準(zhǔn)儀器入口處連接氣溶膠稀釋器,從而保證標(biāo)準(zhǔn)儀器測量結(jié)果在其校準(zhǔn)范圍內(nèi)。但由于氣溶膠稀釋器校準(zhǔn)不確定度的引入,使得最終校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度增大。2)常規(guī)方法很難產(chǎn)生高濃度、大粒徑的氣溶膠樣品,從而無法有效評價(jià)100nm以上顆粒數(shù)量濃度測量儀的示值誤差。3)使用氣溶膠靜電計(jì)對顆粒數(shù)量測量儀校準(zhǔn)時(shí),被測氣溶膠中多電荷顆粒的存在會影響校準(zhǔn)結(jié)果。4)標(biāo)準(zhǔn)儀器與被校儀器流量不匹配會導(dǎo)致校準(zhǔn)結(jié)果的偏差。5)通常對顆粒數(shù)量測量儀進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),所用顆粒材料一般為聚苯乙烯、銀、碳煙、nacl等,而由于移動源尾氣與大氣顆粒在成分、粒徑等特性上的差異,校準(zhǔn)結(jié)果存在一定的差異。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的是提供一種移動源排放顆粒物數(shù)量分析儀的可溯源校準(zhǔn)裝置及方法,本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于移動源排放顆粒數(shù)量測量儀的校準(zhǔn)準(zhǔn)確性低下的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了如下方案:

3、一種移動源排放顆粒物數(shù)量分析儀的可溯源校準(zhǔn)裝置,包括:

4、依次連接的顆粒發(fā)生系統(tǒng)、電磁閥系統(tǒng)、顆粒生成系統(tǒng)和顆粒測量系統(tǒng);

5、所述顆粒發(fā)生系統(tǒng)用于不同種類的氣溶膠樣品,所述電磁閥系統(tǒng)用于控制各類氣溶膠樣品定量進(jìn)入所述顆粒生長系統(tǒng),所述顆粒生長系統(tǒng)用于對所述不同種類的氣溶膠樣品進(jìn)行電荷分級,得到帶有2個(gè)電荷顆粒的氣溶膠樣品、帶有3個(gè)電荷顆粒的氣溶膠樣品和單分散的氣溶膠樣品,并確定三種氣溶膠樣品濃度,并通過溫度控制所述單分散的氣溶膠樣品的生長速度,得到生長后的顆粒樣本,所述顆粒測量系統(tǒng)用于對所述生長后的顆粒樣本進(jìn)行測量,得到輸出電流和顆粒數(shù)量及濃度;其中,所述電磁閥系統(tǒng)設(shè)置為7個(gè)電磁閥門,所述不同種類的氣溶膠樣品包括:固體聚苯乙烯氣溶膠樣品、nacl、ag固體氣溶膠樣品和碳煙氣溶膠樣品。

6、優(yōu)選地,所述顆粒發(fā)生系統(tǒng)包括:

7、氣動霧化發(fā)生器及均與所述電磁閥系統(tǒng)連接的擴(kuò)散干燥器、蒸發(fā)凝結(jié)發(fā)生器、碳煙發(fā)生器;

8、所述氣動霧化發(fā)生器與所述擴(kuò)散干燥器連接;

9、所述氣動霧化發(fā)生器用于將含有聚苯乙烯顆粒的懸浮液霧化為微米級的液滴,所述擴(kuò)散干燥器用于對所述微米級的液滴進(jìn)行水相蒸發(fā),得到固體聚苯乙烯氣溶膠樣品,所述蒸發(fā)凝結(jié)發(fā)生器用于根據(jù)空氣產(chǎn)生nacl、ag固體氣溶膠樣品,所述碳煙發(fā)生器用于根據(jù)空氣產(chǎn)生碳煙氣溶膠樣品。

10、優(yōu)選地,所述顆粒生長系統(tǒng)包括:

11、靜電中和器、第一差分電遷移分級器、第二差分電遷移分級器、第三差分電遷移分級器、凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器、t形閥、溫度控制器和顆粒生長器;

12、所述靜電中和器與所述電磁閥系統(tǒng)連接,所述靜電中和器分別與所述第一差分電遷移分級器、第二差分電遷移分級器、第三差分電遷移分級器連接,所述凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器分別與所述第二差分電遷移分級器、第三差分電遷移分級器和所述t形閥連接,所述第一差分電遷移分級器與所述t形閥連接,所述顆粒生長器分別與所述t形閥和所述溫度控制器連接;

13、所述靜電中和器用于對所述不同種類的氣溶膠樣品的電荷進(jìn)行中和處理,得到電荷為電中性的氣溶膠樣品,所述第一差分電遷移分級器用于對所述電荷為電中性的氣溶膠樣品進(jìn)行分級得到單分散的氣溶膠樣品,所述第二差分電遷移分級器用于對所述電荷為電中性的氣溶膠樣品進(jìn)行分級,得到帶有2個(gè)電荷顆粒的氣溶膠樣品,所述第三差分電遷移分級器用于對所述電荷為電中性的氣溶膠樣品進(jìn)行分級,得到帶有3個(gè)電荷顆粒的氣溶膠樣品,所述凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器用于測量所述單分散的氣溶膠樣品、帶有2個(gè)電荷顆粒的氣溶膠樣品和帶有3個(gè)電荷顆粒的氣溶膠樣品的濃度,所述t形閥用于控制所述單分散的氣溶膠樣品進(jìn)入顆粒測量系統(tǒng),所述溫度控制器用于控制所述顆粒生長器的溫度,所述顆粒生長器用于根據(jù)溫度對所述單分散的氣溶膠樣品生長速度進(jìn)行控制。

14、優(yōu)選地,所述顆粒測量系統(tǒng)包括:

15、壓力表、混勻及采樣管、粒徑譜儀、氣溶膠靜電計(jì)、顆粒數(shù)量測量儀、恒流泵、第一質(zhì)量流量計(jì)和第二質(zhì)量流量計(jì);

16、所述混勻及采樣管的一端分別與所述t形閥和所述顆粒生長器連接,所述壓力表安裝在所述混勻及采樣管的前端的第一預(yù)設(shè)位置上,所述粒徑譜儀設(shè)置在所述混勻及采樣管的前端的第二預(yù)設(shè)位置上,所述顆粒數(shù)量測量儀設(shè)置在所述混勻及采樣管的后端的第一預(yù)設(shè)位置上,所述氣溶膠靜電計(jì)設(shè)置在所述混勻及采樣管的后端的第二預(yù)設(shè)位置上,所述第一質(zhì)量流量計(jì)和第二質(zhì)量流量計(jì)均與所述恒流泵連接,所述第二質(zhì)量流量計(jì)與所述混勻及采樣管的另一端連接,所述第一質(zhì)量流量計(jì)與所述氣溶膠靜電計(jì)連接;

17、所述混勻及采樣管用于對所述單分散的氣溶膠樣品、帶有2個(gè)電荷顆粒的氣溶膠樣品和所述帶有3個(gè)電荷顆粒的氣溶膠樣品,所述粒徑譜儀用于對氣溶膠樣品的粒徑分布進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,所述壓力表用于對混勻及采樣管內(nèi)的壓力進(jìn)行監(jiān)控,所述顆粒數(shù)量測量儀用于測量顆粒數(shù)量,所述氣溶膠靜電計(jì)用于測量帶電顆粒的輸出電流和顆粒濃度,所述恒流泵用于抽取混勻及采樣管和氣溶膠靜電計(jì)中的氣溶膠樣品、第一質(zhì)量流量計(jì)用于控制氣溶膠靜電計(jì)的測量流量,第二質(zhì)量流量計(jì)用于控制混勻及采樣管中的氣溶膠流量。

18、一種移動源排放顆粒物數(shù)量分析儀的可溯源校準(zhǔn)方法,所述方法包括:

19、打開氣溶膠靜電計(jì)和顆粒數(shù)量分析儀并調(diào)節(jié)流量且保持一致;

20、分別將所述第一差分電遷移分級器、第二差分電遷移分級器、第三差分電遷移分級器設(shè)置成對應(yīng)的第一預(yù)設(shè)粒徑大小、第二預(yù)設(shè)粒徑大小、第三預(yù)設(shè)粒徑大小、第一預(yù)設(shè)電壓大小、第二預(yù)設(shè)電壓大小和第三預(yù)設(shè)電壓大小并保持鞘氣流量和氣溶膠流量一致;

21、控制所述電磁閥系統(tǒng)中對應(yīng)的電磁閥門的開閉,分別利用所述蒸發(fā)凝結(jié)發(fā)生器、氣動霧化發(fā)生器和碳煙發(fā)生器得到固體聚苯乙烯氣溶膠樣品、nacl、ag固體氣溶膠樣品和碳煙氣溶膠樣品并傳輸?shù)降谝徊罘蛛娺w移分級器、第二差分電遷移分級器、第三差分電遷移分級器中以獲取不同電荷狀態(tài)的氣溶膠樣品;

22、利用凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器分別測量所述不同電荷狀態(tài)的氣溶膠樣品的濃度并根據(jù)所述濃度得到顆粒分?jǐn)?shù)集,實(shí)現(xiàn)對氣溶膠靜電計(jì)測量結(jié)果的修正;

23、根據(jù)t形閥,使得經(jīng)第一差分電遷移分級器氣溶膠樣品進(jìn)入混勻及采樣管,并利用質(zhì)量流量控制器和稀釋空氣控制所述混勻及采樣管的流量和壓力;

24、根據(jù)所述氣溶膠靜電計(jì)和顆粒數(shù)量分析儀的測量值、平均值和效率公式,得到不同種類的氣溶膠樣品的顆粒計(jì)數(shù)效率。

25、優(yōu)選地,所述效率公式的表達(dá)式為:

26、;

27、其中,為被校顆粒數(shù)量分析儀的顆粒計(jì)數(shù)效率;為被校顆粒數(shù)量分析儀的測量結(jié)果平均值,個(gè)/cm3;為氣溶膠靜電計(jì)的測量結(jié)果平均值,個(gè)/cm3;為氣溶膠靜電計(jì)的顆粒計(jì)數(shù)效率,無量綱量;為氣溶膠顆粒中攜帶 p個(gè)電荷顆粒的分?jǐn)?shù),無量綱量;為顆粒所帶的正負(fù)電荷數(shù),無量綱量。

28、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果:

29、本發(fā)明提供了一種移動源排放顆粒物數(shù)量分析儀的可溯源校準(zhǔn)裝置及方法,裝置包括:依次連接的顆粒發(fā)生系統(tǒng)、電磁閥系統(tǒng)、顆粒生成系統(tǒng)和顆粒測量系統(tǒng);所述顆粒發(fā)生系統(tǒng)用于不同種類的氣溶膠樣品,所述電磁閥系統(tǒng)用于控制各類氣溶膠樣品定量進(jìn)入所述顆粒生長系統(tǒng),所述顆粒生長系統(tǒng)用于對所述不同種類的氣溶膠樣品進(jìn)行電荷分級,得到帶有2個(gè)電荷顆粒的氣溶膠樣品、帶有3個(gè)電荷顆粒的氣溶膠樣品和單分散的氣溶膠樣品并通過溫度控制所述單分散的氣溶膠樣品的生長速度,得到生長后的顆粒樣本,所述顆粒測量系統(tǒng)用于對所述生長后的顆粒樣本進(jìn)行測量,得到輸出電流和顆粒數(shù)量及濃度;其中,所述電磁閥系統(tǒng)設(shè)置為7個(gè)電磁閥門,所述不同種類的氣溶膠樣品包括:固體聚苯乙烯氣溶膠樣品、nacl、ag固體氣溶膠樣品和碳煙氣溶膠樣品。本發(fā)明通過可校準(zhǔn)(10~200)nm范圍顆粒數(shù)量濃度測量儀的計(jì)數(shù)效率,由于該方法可產(chǎn)生聚苯乙烯、nacl、ag、碳煙等不同材質(zhì)的典型氣溶膠樣品,從而可有效評不同材質(zhì)氣溶膠樣品的對顆粒數(shù)量測量儀顆粒計(jì)數(shù)效率的影響;與此同時(shí),通過蒸發(fā)凝結(jié)發(fā)生技術(shù)與顆粒生長器的聯(lián)用,可有效產(chǎn)生高濃度(106個(gè)/cm3)、大粒徑(200nm)的單分散氣溶膠樣品;所用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)為流量可調(diào)、儀器內(nèi)置流量校準(zhǔn)曲線、多電荷修正因子、流量修正因子的氣溶膠靜電計(jì),可輸出電流及顆粒數(shù)量濃度,在大量程范圍內(nèi)(106個(gè)/cm3)可準(zhǔn)確測量顆粒數(shù)量濃度,結(jié)果可溯源至si單位。

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