申请/专利权人：北京大学

申请日：2019-01-18

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN109655317B

主分类号：G01N1/22

分类号：G01N1/22;G01N1/38;G01N1/42;G01N1/44;G01N33/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2019.05.14#实质审查的生效;2019.04.19#公开

摘要：本发明公布了一种便携节能的基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台装置及采样方法，通过两级逐步稀释模拟移动源尾气排放到大气环境中的混合稀释降温与二次污染物形成过程，并在此过程中尽可能减少污染物的损失。机动车尾气经过尾气流量测量系统后在采样口与零气混合实现一级稀释；通过机动车尾气中的污染物浓度变化或发动机工况变化对稀释系统质量流量计反馈调节实现稀释比动态调节采样；在稀释过程中，机动车尾气在进入检测单元前不经过任何气泵和流量计，减少干扰。本发明能够适应机动车实时工况排放特征，提高测量准确性，实现机动车尾气动态稀释。

主权项：1.一种机动车尾气动态稀释采样方法，其特征是，通过车载OBD解码器读取机动车发动机的实时工况数据；通过两级逐步稀释模拟移动源尾气排放到大气环境中的混合稀释降温与二次污染物形成过程；机动车尾气经过尾气流量测量系统后在采样口即与零气混合实现一级稀释；通过机动车尾气中的污染物浓度变化或发动机实时工况变化对稀释系统质量流量计反馈调节实现稀释比动态调节采样；在稀释过程中，机动车尾气在进入检测单元前不经过任何气泵和流量计；所述机动车尾气动态稀释采样方法包括如下步骤：1机动车尾气经排气管进入机动车尾气流量测量系统，在流量测量系统测量排气温度和排气流量，并预留两个采样口，用于颗粒物和气态污染物同时测量，利用机动车尾气余热对流量测量系统进行保温；2设计机动车尾气流量测量系统的结构，在不锈钢圆筒内依次安装第一温度传感器、皮托管流量计、第二温度传感器、第一预留采样口和第二预留采样口；3机动车尾气经过机动车尾气流量测量系统后，进入尾气动态稀释系统；尾气动态稀释系统包括质量流量计、一级稀释器、二级稀释器、电磁阀、温湿度传感器以及气泵；机动车尾气首先在采样口直接与零气在一级稀释器内混合；4尾气经一级稀释后经过加热保温采样管然后分为两路，一路直接进入一个检测单元；另一路进入二级稀释器，进行二级稀释而后进入另一个检测单元；对尾气进行二级稀释以使尾气温度和湿度接近环境空气条件；5尾气动态稀释系统采样的动力均位于稀释气的后端；当稀释气出口不接检测单元时，通过关闭相应管路电磁阀调节旁路流量来控制稀释比，实现稀释比动态调节；具体是：对于快速响应污染物的检测单元，通过检测单元污染物浓度信号反馈给旁路质量流量计，通过调节两个旁路流量实现稀释比两级动态调节；对于污染物浓度响应慢的检测单元，通过车载OBD解码器读取的发动机转速反馈给旁路质量流量，通过调节旁路流量实现稀释比的动态调节；通过上述步骤，实现机动车尾气动态稀释采样，由此适应机动车实时工况排放，提高测量机动车各工况下尾气排放的污染物浓度的准确性。

全文数据：基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台及采样方法技术领域本发明属于环境保护监控技术领域，涉及尾气排放监测技术，尤其涉及一种基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台装置及采样方法。背景技术机动车尾气排放已成为目前城市大气污染的主要来源，机动车排放气态污染物和颗粒物对大气环境和人体健康造成严重的不利影响，因此对机动车尾气排放特征的研究十分必要。目前机动车尾气排放测量方式包括隧道测试、遥感观测、台架实验及实际行驶测试。综合比较实际行驶测试更能反应机动车的真实排放水平，新的国家轻型机动车排放标准国六也提出了机动车实际行驶测试要求。由于机动车尾气具有高温高湿等特点，多数仪器无法直接测量，需对机动车尾气进行处理后测量。目前机动车尾气处理主要通过冷凝除水方式进行，如美国Sensors公司的前处理系统原理为：机动车尾气经加热采样管后进行低温冷凝除水然后再进行二级干燥处理，通过两级干燥过程除水后进入检测单元。该处理过程中的冷凝除水过程会导致部分机动车排放污染物溶解在冷凝水中，造成待测组分损失。中国发明专利公开号CN103076429A涉及了一种机动车尾气测量装置，主要用于颗粒物和VOCs样品采集。该装置引入了稀释方法来达到降低机动车尾气温湿度的目的，但该装置采用单级稀释，并且样气经过一段采样管后稀释，需对采样管提供较高的温度进行保温且对于高活性组分可能在采样管中损失，另外该装置体积较大且需要零气量大，耗能大，不适宜小型汽车实际行驶测试。除此之外，因机动车排放污染物随工况波动变化很大，该系统采用固定稀释比采样无法适应不同工况下排放变化，导致测量误差较大。随着国家对机动车排放标准的日益严格，新的机动车排放标准国6提出了机动车实际行驶排放测试需求。为满足机动车实际工况道路测试，设计便携，低能耗的尾气动态稀释系统是必要的。发明内容为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种便携节能的基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台装置及采样方法，用于模拟移动源尾气排放到大气环境中的混合稀释降温与二次污染物形成过程，减少污染物的损失。本发明通过动态稀释功能，可适应机动车实时工况排放，提高测量准确性。本发明提供的技术方案是：一种基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台装置，该装置包括车载OBD解码器OnBoardDiagnostics，车载自动诊断系统、机动车尾气流量测量系统、加热保温采样管和尾气动态稀释系统。车载OBD解码器用来读取实时发动机参数；机动车尾气流量测量系统由不锈钢管、温度传感器、皮托管流量计、压差传感器组成；机动车尾气流量测量系统中的不锈钢管利用机动车排气余热进行加热保温，减少尾气在内壁的凝结损失；加热采样管由聚四氟管、加热和保温层、温度传感器组成，可进行加热保温至60℃，减少污染物的冷凝损失；所述的尾气动态稀释系统包括质量流量计、一级稀释器、二级稀释器、电磁阀、温湿度传感器和气泵，其中，一级稀释器和二级稀释器均包括样气入口、零气入口和稀释腔；在零气进入一级稀释器和二级稀释器前分别设有质量流量计进行流量控制，实现流量精准控制。针对上述机动车尾气动态稀释采样装置，进一步地，所述的机动车尾气流量测量系统的不锈钢管内壁采用加镀特氟龙镀层，防止污染物中活性组分的吸附和降解；机动车尾气流量测量系统包括总体长650mm、直径为63.5mm的不锈钢圆筒，在距离不锈钢圆筒的入口60mm和360mm处分别安装温度传感器，260mm处开孔安装皮托管流量计，410mm和450mm处为两个预留采样口；所述的皮托管流量计采用S型皮托管；压差传感器采用高精度压差变送器；S型皮托管较L型皮托管相比具有不易堵塞的优点。利用上述基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台，本发明还提供一种机动车尾气动态二级稀释采样方法，通过两级逐步稀释模拟移动源尾气排放到大气环境中的混合稀释降温与二次污染物形成过程；机动车尾气样气经过尾气流量测量系统后在预留采样口进入一级稀释器与零气混合实现一级稀释，稀释后样气进入加热保温采样管。为防止一级稀释后样气的快速降温冷凝，采用逐级稀释法两级稀释，并对尾气动态稀释系统的一级稀释器和采样管进行加热保温至60℃。利用机动车尾气中的污染物浓度或车载OBD解码器读取的发动机工况变化如发动机转速数据反馈到动态稀释系统实现稀释比动态调节采样；在整个稀释过程中，机动车尾气在进入检测单元前不经过任何气泵和流量计，防止气泵和流量计对待测组分的干扰和损失。具体包括如下步骤：1机动车尾气经排气管进入机动车尾气流量测量系统，在流量测量系统测量排气温度和排气流量，并预留两个采样口，满足颗粒物和气态污染物同时测量，利用机动车尾气余热对流量测量系统整体进行保温；2设计机动车尾气流量测量系统的结构，在不锈钢圆筒内依次设置安装第一温度传感器、皮托管流量计、第二温度传感器、第一预留采样口和第二预留采样口；机动车尾气流量测量系统的结构完全满足GB18352.6相关测量技术要求；具体实施时，机动车尾气流量测量系统主体包括总体长为650mm直径为63.5mm的不锈钢圆筒，在距离不锈钢圆筒入口60mm和360mm处分别安装温度传感器，260mm处开孔安装皮托管流量计，410mm和450mm处为两个预留采样口。3机动车排出尾气经过机动车尾气流量测量系统后，在采样口直接与零气在尾气动态稀释系统的一级稀释器内混合，消除了样气从采样口到一级稀释器管路中可能的损失。尾气动态稀释系统包括加热采样管、质量流量计、一级稀释器、二级稀释器、电磁阀、温湿度传感器以及气泵；具体实施时，为防止尾气在一级稀释器和采样管内水汽凝结，一级稀释器和采样管加热保温至60℃。并在一级稀释后测量样气温度和湿度，保证湿度在合理范围内不会产生液态凝结水。4尾气经一级稀释后分两路，一路直接进入第一检测单元；另一路进入二级稀释器，在二级稀释器内对样气进行二次降温降湿使样气温湿度接近于环境空气，样气进行二级稀释后进入另一个检测单元第二检测单元。5整套稀释系统采样的动力均在稀释气的后端；当稀释气出口不接检测单元时通过关闭相应管路电磁阀调节旁路流量来控制稀释比。对于可以快速响应的污染物检测单元，通过检测单元污染物浓度信号反馈给旁路质量流量计，通过调节两个旁路流量实现稀释比两级动态调节，即实现机动车尾气动态稀释采样；当检测单元污染物浓度响应较慢时，通过车载OBD解码器读取的发动机转速反馈给旁路质量流量，通过调节旁路流量实现稀释比的动态调节，即实现机动车尾气动态稀释采样。上述机动车尾气动态稀释采样方法对机动车尾气流量测量系统进行保温，并测量机动车尾气流量测量系统进出口尾气温度，保证机动车尾气进入稀释系统前维持原位状态；通过两级稀释减少污染物的冷凝损失；通过稀释比动态调节，更加准确的测量机动车各工况下尾气排放污染物浓度。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种便携节能的机动车尾气流量测量和动态稀释采样方法和装置，与现有技术相比，具有以下主要的技术优势：1.在尾气流量计出口样气与一级稀释气混合，减少采样管路对污染物的干扰和损失并减少采样管路伴热能耗；2.样气经两级稀释处理，防止因一级稀释快速降温造成污染物冷凝损失。3.通过在一级稀释器和二级稀释器零气入口和稀释气出口分别加质量流量计，控制进入一级和二级稀释器的零气量，加之通过调节出口旁路流量可以方便调节稀释比；4.通过对采样管路的加热保温，并模拟污染物排放过程中的自然稀释过程，在整个稀释过程中不经过物理和化学干燥处理最大程度减少稀释过程中对待测组分的干扰和损失；5.通过测量污染物浓度或发动车实时工况的反馈，调节旁路流量进而实现动态稀释；6.经一级稀释后采样管路伴热温度不需太高，并且所需零气量较小，无需大的空压机提供压缩空气，节省能耗；7.本装置通过减少稀释腔体积使得整个稀释装置更加小巧，便携，同时可在小型机动车上方便安装和运输。附图说明图1是本发明实施例提供的机动车尾气动态稀释采样装置的组成结构示意图；图2是本发明实施例提供的机动车尾气流量计结构的尺寸图；图1～2中，1—机动车排气管；2—不锈钢卡箍；3—温度传感器；4—机动车尾气流量测量系统主体；5—皮托管流量计；6—温度传感器；7—第一预留采样口；8—第二预留采样口；9—稀释系统；10—加热采样管；11—质量流量计；12—一级稀释器；13—温湿度传感器；14—质量流量计；15—压力传感器；16—高压零气；17—二级稀释腔；18—温湿度传感器；19—质量流量计；20—质量流量计；21—电磁阀；22—电磁阀；23—气泵；24—车载OBD解码器；25—温度传感器接口；26—皮托管流量计接口；27—温度传感器接口；具体实施方式下面结合附图，通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。本发明提供一种便携节能的动态稀释采样方法和基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台装置。该装置包括车载OBD解码器、机动车尾气流量测量系统、加热采样管和尾气动态稀释系统；车载OBD解码器与机动车发动机数据接口相连，读取发动车的实时工况数据；机动车尾气流量测量系统包括不锈钢管、温度传感器、皮托管流量计、压差传感器；尾气动态稀释系统包括质量流量计、一级稀释器、二级稀释器、电磁阀、温湿度传感器以及气泵。对机动车尾气仅通过零气稀释以满足检测单元检测需求，减少物理和化学干燥造成的污染物损失；取样流量由总流量和稀释流量计算得出，避免了气泵和质量流量计的影响；通过浓度反馈和质量流量计的快速响应实现动态稀释。具体实施时，本发明提供的基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台装置主要包括：机动车尾气流量测量和尾气动态稀释装置两大部分。图1所示为装置的组成结构。其中，机动车尾气管与机动车尾气流量测量系统通过卡箍固定连接，机动车尾气流量测量系统4包括皮托管流量计5，温度传感器3，6和采样口7，8。机动车尾气流量测量系统4预留两个采样口第一预留采样口7和第二预留采样口8分别用于颗粒物采样和气态污染物采样，满足颗粒物和气态污染物同时采样。图2是本发明实施例提供的机动车尾气流量计结构的尺寸示意，如图所示，左边是主视图右边是侧视图；其中，流量测量系统总长度为650mm，直径为63.5mm；尾气在采样口直接与一级稀释气进行混合，混合后样气经采样管10进入二级稀释器，对加热采样管10进行加热保温至60℃。稀释系统包括高压零气、一级稀释混合腔、二级稀释混合腔、质量流量计、温湿度传感器、气泵、电磁阀等。基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台在工作时，尾气经一级稀释后实时监测温度和湿度，保证一级稀释后样气湿度小于60％。一级稀释零气通过质量流量计11控制流量为Q1，二级稀释零气通过质量流量计14控制为Q2。控制一级稀释旁路质量流量计19和检测单元1总流量为Q3。通过控制二级稀释旁路质量流量计20和检测单元2总流量约为Q4可动态调节。一级稀释比为Q4-Q2+Q3Q4-Q2+Q3-Q1，二级稀释比等于Q4Q4-Q2。当一级稀释气或二级稀释气后不接监测仪器时，通过关闭相应管路电磁阀22和23，同时调节相应旁路质量流量计19，20调节总的流量，控制稀释比在需求范围内。即实现机动车尾气流量测量和动态稀释采样。需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

权利要求：1.一种机动车尾气动态稀释采样方法，通过两级逐步稀释模拟移动源尾气排放到大气环境中的混合稀释降温与二次污染物形成过程；机动车尾气经过尾气流量测量系统后在采样口即与零气混合实现一级稀释；通过机动车尾气中的污染物浓度变化或发动机工况变化对稀释系统质量流量计反馈调节实现稀释比动态调节采样；在稀释过程中，机动车尾气在进入检测单元前不经过任何气泵和流量计；所述机动车尾气动态稀释采样方法包括如下步骤：1机动车尾气经排气管进入机动车尾气流量测量系统，在流量测量系统测量排气温度和排气流量，并预留两个采样口，用于颗粒物和气态污染物同时测量，利用机动车尾气余热对流量测量系统进行保温；2设计机动车尾气流量测量系统的结构，在不锈钢圆筒内依次安装第一温度传感器、皮托管流量计、第二温度传感器、第一预留采样口和第二预留采样口；3机动车尾气经过机动车尾气流量测量系统后，进入尾气动态稀释系统；尾气动态稀释系统包括质量流量计、一级稀释器、二级稀释器、电磁阀、温湿度传感器以及气泵；机动车尾气首先在采样口直接与零气在一级稀释器内混合；4尾气经一级稀释后经过加热采样管然后分为两路，一路直接进入一个检测单元；另一路进入二级稀释器，进行二级稀释而后进入另一个检测单元；对尾气进行二级稀释以使尾气温度和湿度接近环境空气条件；5尾气动态稀释系统采样的动力均位于稀释气的后端；当稀释气出口不接检测单元时，通过关闭相应管路电磁阀调节旁路流量来控制稀释比，实现稀释比动态调节；通过上述步骤，实现机动车尾气动态稀释采样。2.如权利要求1所述的机动车尾气动态稀释采样方法，其特征是，步骤2设计的机动车尾气流量测量系统的结构满足GB18352.6相关测量技术要求。3.如权利要求2所述的机动车尾气动态稀释采样方法，其特征是，机动车尾气流量测量系统包括总体长为650mm、直径为63.5mm的不锈钢圆筒，在距离不锈钢圆筒入口60mm和360mm处分别安装温度传感器，在距离不锈钢圆筒入口260mm处开孔安装皮托管流量计，在距离不锈钢圆筒入口410mm和450mm处分别为两个预留采样口。4.如权利要求1所述的机动车尾气动态稀释采样方法，其特征是，步骤3中，一级稀释器和采样管均加热保温至60℃；并在一级稀释后测量样气温度和湿度，防止尾气因一级稀释快速降温导致水汽凝结。5.如权利要求1所述的机动车尾气动态稀释采样方法，其特征是，步骤5具体通过检测单元污染物浓度或发动机工况数据反馈给旁路质量流量计，通过调节旁路流量实现稀释比动态调节，实现机动车尾气动态稀释采样。6.一种基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台，包括机动车尾气流量测量系统、加热保温采样管和尾气动态稀释系统；所述机动车尾气流量测量系统包括不锈钢管、温度传感器、皮托管流量计、压差传感器；所述不锈钢管利用机动车排气余热进行加热保温，减少尾气在内壁的凝结损失；所述加热保温采样管包括聚四氟管、加热和保温层和温度传感器，可进行加热保温，减少污染物的冷凝损失；所述尾气动态稀释系统包括质量流量计、一级稀释器、二级稀释器、电磁阀、温湿度传感器和气泵，其中，一级稀释器和二级稀释器均包括样气入口、零气入口和稀释腔；在零气进入一级稀释器和二级稀释器前分别设有一个质量流量计进行流量控制，实现流量精准控制。7.如权利要求6所述基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台，其特征是，所述机动车尾气流量测量系统的不锈钢管的内壁采用加镀特氟龙镀层，防止污染物中活性组分的吸附和降解。8.如权利要求6所述基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台，其特征是，所述机动车尾气流量测量系统包括总体长为650mm、直径为63.5mm的不锈钢圆筒；在不锈钢圆筒内分别安装温度传感器、皮托管流量计和预留采样口。9.如权利要求8所述基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台，其特征是，在距离不锈钢圆筒的入口60mm和360mm处分别安装温度传感器，260mm处开孔安装皮托管流量计，410mm和450mm处为两个预留采样口。10.如权利要求6所述基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台，其特征是，所述的皮托管流量计采用S型皮托管；所述压差传感器采用高精度压差变送器。

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