[发明专利]尾气颗粒物数浓度和质量浓度同时测量的测量系统及方法

权利要求书

1.尾气颗粒物数浓度和质量浓度同时测量的测量系统，其特征在于：包括滤膜采样装置、荷电器、捕集装置一、捕集装置二、法拉第杯一和法拉第杯二；

所述滤膜采样装置包括滤膜、托架和托架固定结构；所述托架中间开设有气体流动腔体一；所述滤膜可拆卸安装在托架内；

所述荷电器包括壳体、放电针和第一绝缘套；所述壳体中间开设有与气体流动腔体一相连通的气体流动腔体二；所述第一绝缘套嵌入安装在壳体的上端，且第一绝缘套的内端部开设有放电腔；所述放电腔的外周设有放电腔外壳；所述放电针贯穿安装在第一绝缘套中，放电针的一端伸出至壳体的外侧，另一端位于放电腔中；所述第一绝缘套上开设有与放电腔相连通的洁净空气进口；所述放电腔外壳上开设有用于连通气体流动腔体二与放电腔的通孔；所述气体流动腔体二中嵌入设置有套筒，套筒的底端与壳体的底端相连；

所述捕集装置一包括第一捕集电极、第一敏感电极和第二绝缘套；所述捕集装置二包括第二捕集电极、第二敏感电极和第三绝缘套；所述第一敏感电极和第二敏感电极对称设置套筒两侧的壳体中段；所述第一捕集电极和第二捕集电极对称设置在套筒上端的两侧；所述第一敏感电极和第一捕集电极相对应设置，第一敏感电极安装在壳体的中段侧壁上，且第一敏感电极的外端伸出至壳体的外侧；所述第二敏感电极和第二捕集电极相对应设置，第二敏感电极安装在壳体的中段侧壁上，且第二敏感电极的外端伸出至壳体的外侧；

所述法拉第杯一包括第一滤网和第一可伸缩电极；所述法拉第杯二包括第二滤网和第二可伸缩电极；所述第一滤网和第二滤网对称设置在套筒下端与壳体下端之间；所述第一可伸缩电极的内端与第一滤网相连，外端穿过壳体后伸出至壳体外侧；所述第二可伸缩电极的内端与第二滤网相连，外端穿过壳体后伸出至壳体外侧。

2.根据权利要求1所述的尾气颗粒物数浓度和质量浓度同时测量的测量系统，其特征在于：所述气体流动腔体二包括与气体流动腔体一相连的第一气体流动通道和分别与第一气体流动通道的下端相连通且对称设置的第二气体流动通道与第三气体流动通道；所述第一气体流动通道中设有圆弧形凹陷，所述圆弧形凹陷与放电腔外壳之间的腔体为荷电腔；

所述托架的顶部开设有与气体流动腔体一相连通的样气进口，底部开设有与气体流动腔体一相连通的大流量出口；所述样气进口通过稀释采样器接尾气排放管；所述大流量出口通过流量计四接气泵二；

所述洁净空气进口依次连接有流量计一、过滤干燥器、喷射泵和空气源；

所述第一可伸缩电极的外端部接静电计一；所述第二可伸缩电极的外端部接静电计二；

所述第一滤网通过第一滤网固定座安装在气体流动腔体二中，且第一滤网固定座上开设有与气体流动腔体二相连通的小流量出口一；所述小流量出口一连接有流量计二；所述第二滤网通过第二滤网固定座安装在气体流动腔体二中，且第二滤网固定座上开设有与气体流动腔体二相连通的小流量出口二；所述小流量出口二连接有流量计三；所述流量计二和流量计三同时连接有一气泵一。

3.根据权利要求1所述的尾气颗粒物数浓度和质量浓度同时测量的测量系统，其特征在于：所述第一捕集电极、第二捕集电极、第一敏感电极和第二敏感电极均采用铜材质。

4.根据权利要求1所述的尾气颗粒物数浓度和质量浓度同时测量的测量系统，其特征在于：所述第一绝缘套、第二绝缘套、第三绝缘套和套筒均采用聚醚醚酮材质。

5.根据权利要求2任意一项所述的尾气颗粒物数浓度和质量浓度同时测量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)尾气排放管排出的尾气经稀释采样器稀释后得到样气；

(2)从稀释采样器流出的样气分成两路：一路进入到气体流动腔体一中，由滤膜对样气中的颗粒物进行过滤，过滤后的样气从大流量出口排出，并依次流过流量计四和气泵二；另一路进入到气体流动腔体二中；

(3)空气源流出的气体依次通过喷射泵和过滤干燥器后，得到洁净的空气气流，洁净的空气气流经过流量计一后，由洁净空气进口进入到放电腔中；

(4)将放电针外端接入3KV高压，使放电腔外壳接地，放电针尖端放电，电离进入到放电腔中的洁净的空气气流，产生大量的正离子；

(5)在洁净的空气气流的推动下，放电腔中的正离子通过通孔进入到荷电腔中；当进入到气体流动腔体二中的样气流经荷电腔时，荷电腔中的一部分正离子与样气中的颗粒物发生碰撞，正离子附着在样气中的颗粒物上，使颗粒物带上正电，得到带电颗粒物；带电颗粒物和另一部分正离子随气流分为两路，一路进入到气体流动通道二中，另一路进入到气体流动通道三中；

(6)将第一敏感电极的外端部接入24V电压，第一捕集电极接地，从而在第一敏感电极和第一捕集电极之间形成第一捕集电场；将第二敏感电极的外端部接入48V电压，将第二捕集电极接地，从而在第二敏感电极和第二捕集电极之间形成第二捕集电场；

(7)进入到气体流动通道二和气体流动通道三中的正离子和特定粒径以下的带电颗粒物，在第一捕集电场和第二捕集电场的作用下，被第一捕集电极和第二捕集电极收集，其余的带电颗粒物在气流的驱动下，被第一滤网和第二滤网收集；穿过第一滤网后的气流由小流量出口一流出，并依次流经流量计二和气泵一；穿过第二滤网后的气流由小流量出口二流出，并依次流经流量计三和气泵一；

(8)采用静电计一测量留在第一滤网上的带电颗粒物的电流值I₁，采用静电计二测量留在第二滤网上的带电颗粒物的电流值I₂，并采用公式D_p＝a0+a1*R+a2*R²+a3*R³求得样气中颗粒物的中值粒径D_p，其中，R＝I₂/I₁，a0、a1、a2、a3分别为多项式系数；

(9)采用公式N＝(I₁+I₂)/(q*Q)，计算得到机动车尾气中的颗粒物数浓度，其中，N表示机动车尾气中的颗粒物数浓度，D_p为样气中颗粒物的中值粒径，q为平均带电量，且q＝c*D_p，Q为进入流量计二和流量计三的气体流量之和，c为标定系数；

(10)对测量结束后的滤膜进行称重，得到样气中颗粒物的质量浓度M。