[发明专利]颗粒物质实时测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒物质实时测量系统。

背景技术

由内燃机排放的颗粒物质(particulate matter，PM)引起对公众健康和环境的关注。严格的排放标准已经立法以减少来自内燃机的污染物排放。近来，研究已经发现，利用现代的技术，基于来自引擎的PM排放的质量已经显著地降低。然而，来自引擎的PM排放的数量浓度(number concentrations)已经显著地增加。结果，排放的微粒(particles)具有较小尺寸和较大的表面面积。在研究引擎排放的微粒时，重要的是正确地测量微粒。

测量从轻型的柴油机车辆排放的固体微粒数的现有手段在图1中以10说明。系统10包括预分类器12，热稀释器(PND1)14，蒸发管16，冷稀释器(PND2)18，和冷凝微粒计数器(CPC)20。预分类器12用来将气溶胶的截止(cutoff)尺寸保持在2.5至10μm范围内。通过在高稀释空气温度运行热稀释器14，并在蒸发管16中在300至400℃范围内加热样品，由挥发性的材料形成的微粒和硫酸盐微粒被汽化为气态。在用冷稀释器18冷稀释期间，由挥发性材料形成的所有的微粒和硫酸盐被除去。结果，仅固体微粒移入冷凝微粒计数器(CPC)20。在CPC20测量固体微粒浓度。

尽管用于测量颗粒物质的现有的系统在许多应用中使用，但是这些系统具有有限的功能性。这是对具有扩展的功能的颗粒实时测量系统的需要。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于测量引擎排气微粒特性的强大的工具，该特性能被用于引擎燃烧和排气后处理的研究。

根据本发明，颗粒物质实时测量系统具有超出测量固体微粒数排放的现有手段以外的扩展功能性。本发明包括将扩散充电器或粒径浓度测量仪器集成入固体微粒计数系统(SPCS)。对于固体微粒或全部微粒，预期的系统可以产生高达七个实时微粒特性而不是仅一个特性。

按照本发明作出的颗粒物质实时测量系统包括预分类器，热稀释器，蒸发管或单元，冷稀释器，和冷凝微粒计数器。本系统进一步地包含用于测量质量浓度，以及粒径浓度或颗粒表面积的集成装置。

在一个方法中，扩散充电器(DC)结合到固体微粒计数系统中。在另一个方法中，粒径浓度测量仪器结合到固体微粒计数系统中。在任意一个方法中，对于引擎放出的固体微粒或全部的微粒，颗粒物质实时测量系统能提供高达至少七个特性而不是一个特性。这些特性包括实时固体微粒或全部微粒数量浓度，表面面积，直径浓度，质量浓度，体积浓度，平均直径，以及平均有效密度。

扩散充电器(DC)是一种用于实时测量微粒表面积的传感器。通过用传统的PM质量测量校准扩散充电器，扩散充电器可以同时测量实时质量浓度。

直径浓度仪器在与扩散充电器类似的原理之下运行。直径浓度仪器测量粒径浓度(例如，mm/cm³)并且被校准以测量粒径浓度而不是表面积。以和扩散充电器一样的方法，直径浓度仪器可以被校准以同时测量实时质量浓度。

在具有扩散充电器的测量系统中，系统中的冷凝微粒计数器提供固体微粒或全部微粒数量浓度。扩散充电器测量用于固体微粒或全部微粒的实时表面积和质量浓度。用于固体微粒或全部微粒的平均直径、直径浓度、体积浓度和平均有效密度可以根据从冷凝微粒计数器和扩散充电器获得的信息被计算。

在具有直径浓度仪器的系统中，冷凝微粒计数器测量固体或全部微粒数浓度。直径浓度仪器测量固体或全部微粒的粒径浓度和质量浓度。固体或全部微粒的平均直径、表面积、体积浓度和平均有效密度可以根据从冷凝微粒计数器和直径浓度仪器获得的信息被计算。

与本发明的实施例相联系的优点是很多的。例如，扩散充电器或直径浓度仪器可以在与冷凝微粒计数器相同的位置取样。以这种方法，不要求对固体微粒计数系统过度的修饰以按照本发明实施颗粒物质实时测量系统。改进的系统提供用于具有大大增加的功能性的测量微粒特性的强大的工具。

附图说明

图1说明现有的固体微粒计数系统；

图2说明按照本发明的第一实施例作出的颗粒物质实时测量系统；以及

图3说明按照本发明的第二实施例作出的颗粒物质实时测量系统。

具体实施方式