[發明專利]一種柴油機排氣顆粒物分級采樣裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201810030622.7
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108120623B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 潘鎖柱;李鑫;韓偉強;李博侖;劉興文;盧耀
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22;G01N1/38;G01D21/02
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 劉凱

本發明公開一種柴油機排氣顆粒物分級采樣裝置及其控制方法，裝置包括取樣和稀釋系統、粗態顆粒物分離采樣系統、細顆粒物帶電加速分離采樣系統，取樣和稀釋系統在稀釋腔室將發動機排氣和空氣混合實現對發動機排氣的稀釋，稀釋排氣經過旋風分離器后，實現粗態和細顆粒物的分離；細顆粒物經放電電極后荷電，再經過加速管加速度，然后進入帶磁場的分離器，實現不同粒徑范圍的細顆粒物的分離采樣；具體為通過調節加速管開啟的段數，實現對帶電顆粒物在分級器內磁場中的初速度的控制，進而控制不同粒徑帶電顆粒物的偏轉半徑，使其落在不同位置的采樣介質上，實現對細顆粒物在不同粒徑區間的分級采樣。

技術領域

本發明涉及一種排放測試技術領域，具體為一種柴油機排氣顆粒物分級采樣裝置及其控制方法。

背景技術

柴油機在消耗大量柴油的同時還生成較高濃度的顆粒物排放，對大氣環境和人體健康均造成了較嚴重的危害。這些顆粒物不僅能夠吸附較多的有毒有害物質，而且還具有較強的沉積作用。它們能夠通過人體呼吸系統進入肺泡，甚至粒徑尺寸較小的超細粒子還能穿透人體肺泡進入血液，從而引發肺功能損傷、免疫功能損傷、哮喘、惡性腫瘤、肺癌和心血管機能障礙等多種疾病，增加人體的發病率與死亡率。柴油機排氣顆粒物按其粒徑尺寸可分為核態顆粒物、聚集態顆粒物和粗態顆粒物三種形態。不同形態柴油機排氣顆粒物的微觀結構、形貌、石墨化程度、化學元素、組成成分、表面官能團等物理化學特征具有顯著差異。然而，現有的柴油機排氣顆粒物測試設備多數僅針對顆粒物質量、數量、粒徑分布以及煙度值等參數進行測量，而不能對不同粒徑尺寸的柴油機排氣顆粒物進行分級采樣，為后續的顆粒物物理化學特征分析制作分析樣品。基于此，本發明設計了一種適用于柴油機臺架的顆粒物分級采樣裝置及其控制方法，以便于為分析不同形態柴油機排氣顆粒物物理化學特征提供實驗樣品。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種能夠對發動機排氣顆粒物中粗態和細顆粒物進行分級采樣，并且能進一步的將細顆粒物按不同的粒徑區間進行分級采樣的柴油機排氣顆粒物分級采樣裝置及其控制方法。技術方案如下：

一種柴油機排氣顆粒物分級采樣裝置，包括取樣和稀釋系統、粗態顆粒物分離采樣系統、細顆粒物帶電加速分離采樣系統；

所述取樣和稀釋系統包括采樣管、空壓機、加熱器、空氣濾清器和稀釋腔室；所述采樣管一端安裝到發動機排氣口處，另一端連接到稀釋腔室的廢氣入口，采樣管上設有第一溫度壓力傳感器和第一流量傳感器；稀釋腔室的空氣入口依次連接空氣流量計、空氣濾清器、加熱器和空壓機；

所述粗態顆粒物分離采樣系統包括旋風分離器、粗態顆粒物采樣裝置和流量計；所述旋風分離器的入口連接到稀釋腔室的出口，且旋風分離器的入口處設有第二流量傳感器和第二溫度壓力傳感器；旋風分離器的上端為細顆粒物逸出口，下端為粗態顆粒物收集口，粗態顆粒物收集口依次連接粗態顆粒物采樣裝置和流量計；

所述細顆粒物帶電加速分離采樣系統包括放電電極、加速管和分級器；

加速管的進氣口連接到所述旋風分離器的細顆粒物逸出口，且加速管進氣口處設有放電電極；加速管的出氣口連接到分級器的進氣口，且加速管出氣口處設有線速度傳感器；所述加速管為多段，每段分別通過不同的通斷器連接到加速管電源；分級器內由磁場發生器提供磁場，磁場方向與氣體運動方向垂直，分級器內壁設有采樣介質，外壁設有磁場強度傳感器；

還包括電控單元，所述第一溫度壓力傳感器、第一流量傳感器、流量計、第二流量傳感器、第二溫度壓力傳感器、線速度傳感器、通斷器和磁場強度傳感器均連接到電控單元。

進一步的，所述采樣管還設有第一電動流量調節閥，所述加熱器和空壓機間還設有第二電動流量調節閥；第一電動流量調節閥和第二電動流量調節閥均連接到電控單元。

更進一步的，所述加熱器內設有第三溫度壓力傳感器，第三溫度壓力傳感器連接到所述電控單元。

更進一步的，所述空氣流量計為文丘里流量計，加熱器為電阻式加熱器，其加熱功率為50～150W。