[发明专利]微粒物质/数同步测量装置

说明书

公开一种能够提供废气内的颗粒数(PN)/微粒物质(PM)的准确的、实时估计的排放测量系统。系统能够通过同步不同地配置的传感器，精确地区别PM/PN的尺寸和成分。废气可以由内燃机产生，在此情况下系统可以被顺序地连接至内燃机的排气装置。

本申请是申请人为3达特安克斯公司、申请日为2015年9月18日、申请号为201580051313.2、发明名称为“微粒物质/数同步测量装置”的分案申请。

技术领域

本发明一般地涉及改进的微粒物质(“PM”，或样品中包含的微粒的总质量)和/或颗粒数(“PN”，或包括样品中包含的微粒的颗粒的总数目)测量装置。

背景技术

车辆与运输行业相关的排放持续是全球范围的城市地区中温室气体(GHG)和空气污染的主要来源。例如，2012年美国(U.S.)有超过26亿辆车辆，排放全美国二氧化碳(CO₂)排放量的33％(175亿公吨)。同年，对于一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_x)和PM，美国运输行业分别占全美国排放的54％、59％和8％。因此，重要的资源持续关注排放减少策略，排放减少策略通常分为两种类型：当前车队库存升级(例如，路边和/或发动机仓的检查和维护(I/M)项目，售后发动机/车辆/燃料项目，等)和新的车辆制造(例如，对于新制造的车辆的排放控制标准的修订，等)。

美国环境保护局(USEPA)将空气传播的微粒定义为“极其小的颗粒和液滴的复杂混合物……由多种成分构成，包括酸类(例如硝酸盐和硫酸盐)、有机化学物、金属、和土壤或灰尘颗粒”。近几十年来，USEPA，与许多其他环境管理机构一样，已经在微粒监测活动的广泛的领域中投入大量的时间、努力和资源。早期的车辆排放微粒监测项目采用相对简陋的重量法，例如在预先清洁和称重的过滤纸上捕获微粒排放样品并重新称重采样后的这些过滤纸以通过差值值确定PM质量。

尽管这些方法具有高度劳动密集的性质，甚至今天仍旧广泛地使用此早期的重量法的改良(通常采用更加惰性的过滤基底)。然而，大量的时间和努力也已经关注在其他微粒监测技术的发展上，尤其是可以是自动化的从而增加定量的精确度、增加采样效率、减少采样误差并减少相关的费用的方法。近些年来，这些自动化方法已经变为较新的几轮环境微粒管理的基础。

最早的自动化微粒测量技术是基于提供质量测量或能够靠质量测量容易地被标定的测量的测量原理的。两个示例是用于常规自动监测符合环境PM空气质量标准的锥形元件振荡微天平(TEOM)方法和用于车辆废气PM排放I/M检查测试过程的基于不透明的方法。

此早期对PM的关注可能已经反映了将这些更新的方法与更多建立的重量测试过程结合的设计，以及这些测量技术可能是当时最方便的和精确的选择的认知。然而，由于微粒源响应于关注PM的管理和相关的消费者需求而变得更加清洁，调查者发现排放源微粒尺寸分布倾向于变得更加精细，且环境空气中的超精细颗粒的数量比那些颗粒的总质量更加与健康密切相关。

最近，欧盟(EU)在2007年对PN测量系统的发展允许更加精确的和可重复(各别排放的颗粒)的微粒识别过程。附加的EU目标是最小化对当前类型批准设施(例如，实验室)的需要的改变，采用可理解的度量以及对系统的简单的操作。EU的PN系统被发展以避免对校正因子的可能的需求，问题是已经妨碍美国的相似测量积极性的发展。

广泛范围的车辆和点源相关的应用需要精确的排放数据，以便正确地评估排放减少策略的影响。然而，考虑到微粒排放的复杂的和(或许更加重要地)进化着的性质，单一PM和PN度量不可能为减少排放活动提供稳健的“抓住所有”量度。因此，区分不同尺寸的PM/PN是重要的，以便更好地理解产生PM/PN的过程并有助于对PM/PN的减少的潜在方案的识别。大气微粒尺寸在直径上的范围通常从几纳米至几十微米。最粗糙的材料(通常10微米并更大)主要来自生物源(例如，孢子、花粉、细菌等)和/或矿源(例如，土地侵蚀、建造工作等)。更精细的颗粒(小于1微米)通常由成核、冷凝和凝聚过程形成，比如大气化学和燃烧过程的结果。