[发明专利]一种便携式移动污染源排放颗粒物采样测量系统及方法

权利要求书

1.一种便携式移动污染源排放颗粒物采样测量系统，其特征在于：包括空压机、干燥器、过滤器、加热器、颗粒物采样测量模块和取样探头；所述空压机的出口接干燥器的入口，干燥器的出口接过滤器的入口；

所述颗粒物采样测量模块包括稀释模块、放电模块、混合模块、分离模块和静电计；

所述稀释模块包括第一稀释管道、第二稀释管道、样气管和透气管；所述样气管包括依次相连通的第一管路、第二管路和第三管路；所述第一管路为两端开口的空心圆柱，第二管路和第三管路为对称设置的两个空心圆台，且两个空心圆台在二者连接处直径最小；所述透气管套设在第一管路的外侧；所述第一稀释管道套设在透气管的外侧；所述第二稀释管道的出口连接在两个空心圆台的连接处，且第二稀释管道与两个空心圆台相连通；

所述放电模块包括放电腔体、设置在放电腔体内的放电针以及分别开设在放电腔体上下两侧的离子出口与洁净空气入口；

所述混合模块包括混合腔体、开设在混合腔体上侧的稀释样气入口、开设在混合腔体右侧的荷电颗粒物出口；所述稀释样气入口接第三管路的出口；

所述分离模块包括分离腔体、设置在分离腔体内的分离电极、开设在分离腔体左侧的分离颗粒物入口以及开设在分离腔体上侧的分离颗粒物出口；所述分离颗粒物入口接荷电颗粒物出口；所述离子出口连接在混合腔体上，且与混合腔体相连通；

所述静电计安装在分离颗粒物出口处；

所述过滤器的出口分别接加热器的入口、第二稀释管道的入口、洁净空气入口；所述加热器的出口接第一稀释管道的入口；所述取样探头设置在样气管的入口处；

还包括第一流量计、第二流量计、第三流量计、第一压力计、第二压力计、第三压力计、第一温度计、第二温度计和第三温度计；所述第一流量计、第一压力计和第一温度计设置在加热器出口与第一稀释管道入口之间的管路上；所述第二流量计、第二压力计和第二温度计设置在过滤器出口与第二稀释管道入口之间的管路上；所述第三流量计、第三压力计和第三温度计设置在过滤器出口与洁净空气入口之间的管路上；

还包括上位机和电控单元；所述上位机与电控单元交互式连接；所述电控单元的输出端分别接加热器、第一流量计、第二流量计和第三流量计的控制端；所述放电针安装在固定座上。

2.根据权利要求1所述的一种便携式移动污染源排放颗粒物采样测量系统，其特征在于：所述离子出口为两端开口的空心圆台状，且该离子出口的直径从上向下逐渐变大。

3.根据权利要求1所述的一种便携式移动污染源排放颗粒物采样测量系统，其特征在于：所述稀释模块的外壳采用不锈钢材质，所述透气管采用透气钢，所述放电针采用钨材质，所述分离电极采用铜材质。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的测量系统的测量方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）空压机产生的压缩空气经过干燥器和过滤器后得到洁净空气；

（2）洁净空气分成三路：第一路经过加热器加热后得到热空气，热空气经过第一流量计后进入颗粒物采样测量模块的第一稀释管道中，设第一路中的气体流量为Q1；第二路经过第二流量计后进入颗粒物采样测量模块的第二稀释管道中，设第二路中的气体流量为Q2；第三路经过第三流量计后由洁净空气入口进入放电模块中，设第三路中的气体流量为Q3；

（3）样气颗粒物由取样探头进入颗粒物采样测量模块的样气管，由第一稀释管道流进的热空气穿过透气管后在样气管中与尾气混合，完成样气颗粒物的第一级稀释过程，该稀释过程为热稀释；第一级稀释混合后的气体继续向颗粒物采样测量模块的底部运动，在经过第二管路与第三管路的连接处时，由于第二稀释管道中的洁净空气的速度在该处达到最大，形成负压，对第一级稀释混合后的气体起到抽取的作用，加速气体的混合，完成样气颗粒物的第二级稀释过程，该稀释过程为常温稀释；经过二级稀释后的样气颗粒物由稀释样气入口进入混合模块；

（4）将固定座端部接入负3KV高压，放电模块外壳接地，放电针尖端产生尖端放电，电离进入放电模块的洁净空气气流，使洁净空气气流产生大量的负离子；

（5）在洁净空气气流的推动下，放电模块中的负离子通过离子出口进入混合模块，随着离子出口的截面逐渐减小，离子的流速逐渐变大；

（6）由稀释样气入口进入混合模块的样气颗粒物与由离子出口进入混合模块的负离子在混合腔体中发生碰撞，负离子附着在样气颗粒物上，完成样气颗粒物的带电，获得一定粒径范围颗粒物在荷电区域的带电效率P 和颗粒物所带的基本电荷数目n；带电的样气颗粒物由荷电颗粒物出口进入分离模块；

（7）将分离电极接入负100V电压，分离模块外壳接地，从而在分离电极和分离模块内壁之间的环形区域内形成分离电场；多余的负离子在分离电场的电场力的作用下，被分离模块内壁收集，带电样气颗粒物在洁净空气气流和分离电场的电场力的作用下，由分离颗粒物出口流出，此时，采用静电计测量分离颗粒物出口流出的颗粒物的电流值I，设进入静电计的气体的流量为Q；

（8）采用第一压力计和第一温度计分别监测输入到第一稀释管道中的热空气的压力和温度；采用第二压力计和第二温度计分别监测输入到第二稀释管道中的空气的压力和温度；采用第三压力计和第三温度计分别监测输入到洁净空气入口的空气的压力和温度；

（9）采用电控单元控制加热器的温度以调节稀释气体的温度，并且控制第一流量计、第二流量计和第三流量计的流量来得到不同的稀释气流的流量；

（10）采用上位机来监测稀释比μ，并控制电控单元调节第一流量计、第二流量计和第三流量计来得到不同稀释气流的流量，从而得到不同的稀释比；

（11）采用公式N=μ*I/(P*n*e*(Q-Q1-Q2-Q3))，计算得到机动车尾气中的颗粒物数浓度；

其中，N表示样气颗粒物数浓度，稀释比μ=Q /（Q-Q1-Q2-Q3），I为分离颗粒物出口中的颗粒物的电流值，e为单个电荷的电量。