CN112710591A - 一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置及其验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机动车排放测试设备性能验证技术领域，具体公开了两种排放测试设备稀释比控制精度验证装置及其验证方法，包括主控（1）、CO2气瓶（2）、直采排放设备（3）、直采排放设备采样管（4）、通讯线（7）、连接三通（11）和颗粒物质量排放测试设备（12）；或者颗粒物质量排放测试设备（12）替换为瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）、气体流量计（16）；本发明将行业标准中示踪气法进一步了细化，同时满足颗粒物质量或瞬态碳烟浓度排放测试设备的日常稀释比控制精度验证。本发明公开的验证过程简单，不要求要在试验室内部进行，利用现有的排放设备辅助完成即可，不需要使用额外的专用辅助设备、仪器。
Description
技术领域
本发明属于机动车排放测试设备性能验证技术领域，具体涉及一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置及其验证方法。
背景技术
机动车作为大气环境中颗粒物主要的污染源，汽车排气的颗粒物粒径大小，在环境中空气中持续的时间长，具有很强的吸附能力，表面吸附着有机碳和多种致癌物质，可以引起哮喘、肺癌、心血管机能障碍等疾病，对人类危害极大。
为了管控机动车尾气中颗粒物的排放，国家相关标准也提出相应的排放限值，因此应声推出了许多尾气颗粒物排放测试设备，行业内常见的设备有：AVL483烟度计、AVL478部分流颗粒物分析仪、HORIBA -MDLT等；标准中对颗粒物排放的限值要求往往是针对一个循环内的总量，行业内常用的AVL478部分流颗粒物分析仪、HORIBA -MDLT均属于颗粒物质量排放测试设备，其原理为从试验车辆或试验发动机的尾气中抽取一部分样气，再通过稀释空气流量计调制定流量的稀释空气与抽取的部分样气充分混合后，使用滤纸过滤、收集混合样气中的颗粒物，测量出该部分被抽取的样气中的颗粒物质量。而后可根据设定的稀释比、一个循环内尾气总质量流量等参数，计算出整个循环样气颗粒物排放总质量。AVL483烟度计属于行业内常用的瞬态碳烟浓度排放测试设备，其原理为：从试验车辆或试验发动机的尾气中抽取部分瞬时的样气，通过稀释空气流量计调制定流量的稀释空气达到预先设定的稀释比，与样气充分混合。混合之后的样气进入AVL483烟度计的测量腔，测量出样气中碳烟的瞬时质量浓度值。综上所述，从两种设备的原理可看出稀释比极大程度的影响颗粒物排放测试设备最终测量结果的准确性。
稀释比为颗粒物排放测试设备的关键指标参数，颗粒物排放测试设备是通过流量计来控制稀释比的。标准要求需定期对稀释比进行检查，行业内标准定义的检查方法为：差流测量校准、碳流量检查，试验室的大多数定期检查会选择差流测量校准方法，即将精度、准确度更高的流量计与设备内的传感器串联，从而达到检查、标定。但是这种检查方式往往操作比较复杂，而且精度、准确度更高的流量计价格不菲，一般的试验室并不会配备。
示踪气法是将已知浓度的CO2气体，或其他合适的气体，本发明选用CO2气体作为样气，经过颗粒物排放测试设备定比例稀释后，再利用直采排放设备测量稀释后的CO2气体的浓度，从而检验设定稀释比与计算稀释比的误差范围。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供适用于颗粒物质量排放测试设备的一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置，包括主控（1）、CO2气瓶（2）、直采排放设备（3）、直采排放设备采样管（4）、通讯线（7）、连接三通（11）、颗粒物质量排放测试设备（12）、气体流量计（16），颗粒物质量排放测试设备（12）包括采样单元（5）、流量控制单元（6）、稀释空气管（8）、稀释后的样气管（9）和颗粒物质量排放测试设备采样管（10）；
装有已知浓度的CO2气体的CO2气瓶（2）在气体流量计（16）的反馈作用下可调控输出适当压力的CO2气体，而后通过连接三通（11）接入颗粒物质量测试设备采样管（10），主控（1）通过通讯线（7）与流量控制单元（6）、采样单元（5）连接，从而控制流量控制单元（6）内部的动力源将CO2气体通过颗粒物质量排放测试设备采样管（10）吸入采样单元（5），主控（1）对流量控制单元（6）进行预先流量设定，从而控制外接在流量控制单元（6）上且已经过高效滤芯过滤的稀释空气通过稀释空气管（8）进入到采样单元（5）的流量，稀释空气与同时在采样单元（5）内部的CO2气体进行充分混合；再由流量控制单元（6）内部的动力源以及混合样气流量计的控制下，致使定流量的混合样气通过稀释后的样气管（9）进入到流量控制单元（6），最后被排入到直采设备采样管（4），直采排放设备（3）对收集到的被稀释之后CO2气体进行采样、分析。
其中本发明的难点在于需对从CO2气瓶（2）提供的CO2气体进行适当的压力调控；因颗粒物质量排放测试设备（12）的测量原理为：仅以流量控制单元（6）内部的动力源作为样气采集的动力输出，通过主控（1）预先设定好的稀释比来计算并调节通过稀释空气管（8）进入到采样单元（5）的稀释空气流量。流量控制单元（6）内部的动力源产生的总吸力将仅被两部分气体来源抵消，第一部分即为预先调制好的稀释空气，第二部分为通过颗粒物质量排放测试设备采样管（10）的样气，即为本发明中提及的CO2气体。综上所述，连接到颗粒物质量排放测试设备采样管（10）的CO2气体需保证气压为一个大气压力即应保证CO2气体为被流量控制单元（6）内部的动力源吸入，而不是因CO2气体气压过大而“主动”进入到颗粒物质量排放测试设备采样管（10）。本发明提及的连接三通（11）意为在面对调节颗粒物质量排放测试设备（12）不同稀释比设置时所能快速响应保证进入到颗粒物质量排放测试设备采样管（10）的CO2气体气压。为保证验证结果的准确性，本发明需要验证多组颗粒物质量排放测试设备（12）稀释比设置点。就意味着会出现不同的稀释空气与CO2气体的配比，所以要不断的变化从CO2气瓶（2）释放的CO2气体气压。如图3所示，连接三通（11）的两端分别来连接CO2气瓶（2）、颗粒物质量排放测试设备采样管（10），上端的气体流量计（16）作为通大气的泄压口。颗粒物质量排放测试设备（12）在设置不同稀释比时，在采样的模式下，通过一边调节CO2气瓶（2）输出端的压力，一边观察气体流量计（16）通向大气的泄压流量，达到最终目标：气体流量计（16）为微微向外溢出的状态。即可保障进入到颗粒物质量排放测试设备采样管（10）的CO2气体为适当的流量。
本发明的第二个目的在于提供适用于瞬态碳烟浓度排放测试设备的一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置，包括主控（1）、CO2气瓶（2）、直采排放设备（3）、直采排放设备采样管（4）、通讯线（7）、连接三通（11）、瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）和气体流量计（16），瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）包括瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14）和泄压口连接管（15）。
装有已知浓度的CO2气体的CO2气瓶（2）在气体流量计（16）的反馈作用下可调控输出适当压力的CO2气体，而后通过连接三通（11）接入瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14），主控（1）预先设定稀释比对瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）进行控制，通过瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）内部稀释空气流量计控制一定流量的、外接在瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）经过高效滤芯过滤的稀释空气进入到瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14），与经过瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14）的实时CO2气体进行充分混合后被瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）内部的动力源吸入瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）测量腔，经测量分析后的混合气直接排入到直采设备采样管（4），同时需要将瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）上的泄压口排出的气体通过泄压口连接管（15）也一并引入到直采设备采样管（4），直采排放设备（3）对混合气进行采样分析。CO2气瓶（2）提供适当压力的CO2气体也是通过气体流量计（16）实时反馈，来调节CO2气瓶（2）端的输出压力。从而保证进入到瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14）的CO2气体为适当的流量。
本发明的第三个目的在于提供一种排放测试设备稀释比控制精度的验证方法，包括以下步骤：
第一步：将直采排放设备（3）、颗粒物质量排放测试设备（12）或瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）充分热机，并做好泄漏检查、日常检查、标定等程序；
第二步：连接设备线路；
第三步：设备线路连接完毕后，使用直采排放设备（3）通过直采设备采样管（4）对经过过滤之后的稀释空气中的背景CO2浓度进行分析、记录。
第四步：将定浓度的CO2气体作为样气通入颗粒物排放测试设备内，按照预先设置的稀释比进行稀释后，统一排到直采排放设备（3）中进行实时分析、记录；
第五步：根据已知定浓度的CO2气体浓度值以及直采排放设备（3）实时测量、记录的结果计算出计算稀释比，并对比出设定稀释比与计算稀释比的误差，从而判断出颗粒物质量排放测试设备（12）或瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）稀释比控制精度的状态。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
本发明构思巧妙，结构简单，将行业标准中针对部分流稀释系统流量计校准方法提出的差流测量校准方法中提及的示踪气法进一步细化；不仅满足标准要求的颗粒物质量排放测试设备的日常稀释比检查，同时也满足瞬态碳烟浓度排放测试设备的日常稀释比检查。
本发明公开的验证过程简单，不要求要在试验室内部进行，利用现有的排放设备辅助完成即可，不需要使用额外的专用辅助设备、仪器。
附图说明
图1为本发明一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置的第一种实施例；
图2为本发明一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置的第二种实施例。
图3为本发明连接三通11和气体流量计16连接结构示意图。
图4为本发明一种排放测试设备稀释比控制精度的验证方法流程示意图。
附图标记：1、主控；2、CO2气瓶；3、直采排放设备；4、直采排放设备采样管；5、采样单元；6、流量控制单元；7、通讯线；8、稀释空气管；9、稀释后的样气管；10、颗粒物质量排放测试设备采样管；11、连接三通；12、颗粒物质量排放测试设备；13、瞬态碳烟浓度排放测试设备；14、瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管；15、泄压口连接管；16、气体流量计。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、图3，适用于颗粒物质量的一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置，具体操作步骤如下：
首先，将直采排放设备（3）、颗粒物质量排放测试设备（12）充分热机，并做好泄漏检查、以及日常标定程序。完成以上基础工作后，按照图1、图3的结构原理图进行设备连接，再使用直采排放设备（3）通过直采排放设备采样管（4）采集经过过滤之后的稀释空气背景CO2进行分析，稳定至少2分钟后记录读数，并至少记录3个以上的读数取平均值为Cair1 。接下来的验证过程是将装有已知浓度的CO2气体的CO2气瓶（2）在气体流量计（16）的反馈作用下可调控输出适当压力的CO2气体，通过连接三通（11）接入颗粒物质量测试设备采样管（10），主控（1）通过通讯线（7）与流量控制单元（6）、采样单元（5）连接，从而控制流量控制单元（6）内部的动力源将CO2气体通过颗粒物质量排放测试设备采样管（10）吸入采样单元（5），主控（1）会对流量控制单元（6）进行预先流量设定，从而控制外接在流量控制单元（6）上且已经过高效滤芯过滤的稀释空气通过稀释空气管（8）进入到采样单元（5）的流量，稀释空气与同时在采样单元（5）内部的CO2气体进行充分混合。而后再由流量控制单元（6）内部的动力源以及混合样气流量计的控制下，致使定流量的混合样气通过稀释后的样气管（9）进入到流量控制单元（6），最后，被排入到直采设备采样管（4），直采排放设备（3）会对收集到的被稀释之后CO2气体进行采样、分析。所测得的稳定结果记为Cdil1 。
其中，本发明的难点在于需对从CO2气瓶（2）提供的CO2气体进行适当的压力调控；因颗粒物质量排放测试设备（12）的测量原理为：仅以流量控制单元（6）内部的动力源作为样气采集的动力输出，通过主控（1）预先设定好的稀释比来计算并调节通过稀释空气管（8）进入到采样单元（5）的稀释空气流量。流量控制单元（6）内部的动力源产生的总吸力将仅被两部分气体来源抵消，第一部分即为预先调制好的稀释空气，第二部分为通过颗粒物质量排放测试设备采样管（10）的样气，即为本发明中提及的CO2气体。综上所述连接到颗粒物质量排放测试设备采样管（10）的CO2气体需保证气压为一个大气压力即应保证CO2气体为被流量控制单元（6）内部的动力源吸入，而不是因CO2气体气压过大而“主动”进入到颗粒物质量排放测试设备采样管（10）。本发明提及的连接三通（11）意为在面对调节颗粒物质量排放测试设备（12）不同稀释比设置时所能快速响应保证进入到颗粒物质量排放测试设备采样管（10）的CO2气体气压。为保证验证结果的准确性，本发明需要验证多组颗粒物质量排放测试设备（12）稀释比设置点。就意味着会出现不同的稀释空气与CO2气体的配比，所以要不断的变化从CO2气瓶（2）释放的CO2气体气压。如图三所示，连接三通（11）的两端分别来连接CO2气瓶（2）、颗粒物质量排放测试设备采样管（10），上端的气体流量计（16）作为通大气的泄压口。颗粒物质量排放测试设备（12）在设置不同稀释比时，在采样的模式下，通过一边调节CO2气瓶（2）输出端的压力，一边观察气体流量计（16）通向大气的泄压流量，达到最终目标：气体流量计（16）为微微向外溢出的状态。即可保障进入到颗粒物质量排放测试设备采样管（10）的CO2气体为适当的流量。
整个颗粒物质量排放测试设备（12）稀释比检查验证的过程中，需要在稀释比4-20之间至少依次选取5个不同的稀释比检查点，每个点的检测结果均可按照以下计算公式检查结果：
通过对已知定浓度的CO2气体进行定比例稀释后，CO2浓度最好选择在5vol%以上，再由直采排放设备3进行采样分析。在本实施例中，设定稀释比与计算稀释比的误差Error范围需要控制在5%。
计算过程如下：
qc = Cdct/(Cdil1-Cair1)
q ： 目标设定稀释比；
qc ：计算稀释比；
Cdct ：CO2气瓶内的CO2浓度；
Cdil1 ：稀释之后的CO2浓度；
Cair1 ：稀释空气中的背景CO2浓度；
Error = (qc/q-1)*100%；
Error ：误差。
如图2、图3所示，本发明提出的适用于瞬态碳烟浓度排放测试设备的一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置，具体操作如下：
首先，将直采排放设备（3）、瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）充分热机，并做好泄漏检查、以及日常标定程序。完成以上基础工作后，进行设备连接，而后使用直采排放设备（3）通过直采设备采样管（4）采集经过过滤之后的稀释空气背景CO2浓度进行分析，稳定至少2分钟后记录读数，并至少记录3个以上的读数取平均值为Cair2 。接下来的验证过程是将装有已知浓度的CO2气体的CO2气瓶（2）在气体流量计（16）的反馈作用下可调控输出适当压力的CO2气体，通过连接三通（11）接入瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14），主控（1）预先设定稀释比对瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）进行控制，从而通过稀释空气流量计控制一定流量的外接经过高效滤芯过滤的稀释空气进入到瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14），与经过瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14）的实时CO2气体进行充分混合后被瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）内部的动力源吸入瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）测量腔，经测量分析后的混合气直接排入到直采设备采样管（4），同时需要将瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）上的泄压口排出的气体通过泄压口连接管（15）也一并引入到直采设备采样管（4），直采排放设备（3）对其进行采样分析。CO2气瓶（2）提供适当压力的CO2气体也是通过连接三通（11）实时反馈，来调节CO2气瓶（2）端的输出压力。从而保证进入到瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14）的CO2气体为适当的流量。
整个瞬态碳烟浓度排放测试设备13稀释比检查验证的过程中，需要在稀释比2-20之间至少依次选取5个不同的稀释比检查点，每个检测点均可按照以下计算公式计算结果：
通过对已知定浓度的CO2进行定比例稀释后，所选的CO2浓度最好在5vol%以上，再由直采排放设备进行采样分析。在本实施例中，设定稀释比与计算稀释比的误差Error范围需要控制在:2+0.5*q[%] 。
计算过程如下：
qc = Cdct/(Cdil2-Cair2)
q ： 目标设定稀释比；
qc ：计算稀释比；
Cdct ：CO2气瓶内的CO2浓度；
Cdil2 ：稀释之后的CO2浓度；
Cair2 ：稀释空气中的背景CO2浓度；
Error = (qc/q-1)*100%；
Error ：误差。
如图4所示，适用于排放测试设备稀释比控制精度验证装置的一种排放测试设备稀释比控制精度的验证方法，包括以下步骤：
第一步：将直采排放设备（3）、颗粒物质量排放测试设备（12）或瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）充分热机，并做好泄漏检查、日常检查、标定等程序；
第二步：连接设备线路；
第三步：设备线路连接完毕后，使用直采排放设备（3）通过直采设备采样管（4）对经过过滤之后的稀释空气中的背景CO2浓度进行分析、记录。
第四步：将定浓度的CO2气体作为样气通入颗粒物排放测试设备内，按照预先设置的稀释比进行稀释后，统一排到直采排放设备（3）中进行实时分析、记录；
第五步：根据已知定浓度的CO2气体浓度值以及直采排放设备（3）实时测量、记录的结果计算出计算稀释比，并对比出设定稀释比与计算稀释比的误差，从而判断出颗粒物质量排放测试设备（12）或瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）稀释比控制精度的状态。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置，其特征在于：包括主控（1）、CO2气瓶（2）、直采排放设备（3）、直采排放设备采样管（4）、通讯线（7）、连接三通（11）、颗粒物质量排放测试设备（12）、气体流量计（16），颗粒物质量排放测试设备（12）包括采样单元（5）、流量控制单元（6）、稀释空气管（8）、稀释后的样气管（9）和颗粒物质量排放测试设备采样管（10）；
所述CO2气瓶（2）在气体流量计（16）的反馈作用下可调控输出适当压力的CO2气体，通过连接三通（11）进入颗粒物质量测试设备采样管（10），主控（1）通过通讯线（7）与流量控制单元（6）、采样单元（5）连接，稀释空气经过流量控制单元（6）内部的稀释空气流量计流量调控后再通过稀释空气管（8）进入到采样单元（5），稀释空气与同时在采样单元（5）内部的CO2气体进行充分混合；混合样气通过稀释后的样气管（9）进入到流量控制单元（6），最后被排入到直采设备采样管（4），直采排放设备（3）对收集到的被稀释之后CO2气体进行采样、分析。
2.又一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置，其特征在于：包括主控（1）、CO2气瓶（2）、直采排放设备（3）、直采排放设备采样管（4）、通讯线（7）、连接三通（11）、瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）和气体流量计（16），瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）包括瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14）和泄压口连接管（15）；
所述CO2气瓶（2）在气体流量计（16）的反馈作用下可调控输出适当压力的CO2气体，通过连接三通（11）进入瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14），稀释空气经过瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）内部的稀释流量计调控流量后进入到瞬态碳烟浓度排放测试设备采样管（14），与CO2气体进行充分混合后被吸入瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）测量腔，经测量分析后的混合气直接排入到直采设备采样管（4），泄压口排出的气体通过泄压口连接管（15）也一并引入到直采设备采样管（4），直采排放设备（3）对混合气进行采样分析。
3.权利要求1或2所述的一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置，其特征在于：设定稀释比与计算稀释比的误差Error计算过程如下：
qc = Cdct/(Cdil-Cair)
q ： 目标设定稀释比；
qc ：计算稀释比；
Cdct ：CO2气瓶内的CO2浓度；
Cdil ：稀释之后的CO2浓度；
Cair ：稀释空气中的背景CO2浓度；
Error = (qc/q-1)*100%；
Error ：误差。
4.一种排放测试设备稀释比控制精度的验证方法，包括权利要求1或2所述的一种排放测试设备稀释比控制精度验证装置，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：将直采排放设备（3）、颗粒物质量排放测试设备（12）或瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）充分热机，并做好泄漏检查、日常检查、标定等程序；
第二步：连接设备线路；
第三步：设备线路连接完毕后，使用直采排放设备（3）通过直采设备采样管（4）对经过过滤之后的稀释空气中的背景CO2浓度进行分析、记录；
第四步：将定浓度的CO2气体作为样气通入颗粒物排放测试设备内，按照预先设置的稀释比进行稀释后，统一排到直采排放设备（3）中进行实时分析、记录；
第五步：根据已知定浓度的CO2气体浓度值以及直采排放设备（3）实时测量、记录的结果计算出计算稀释比，并对比出设定稀释比与计算稀释比的误差，从而判断出颗粒物质量排放测试设备（12）或瞬态碳烟浓度排放测试设备（13）稀释比控制精度的状态。
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