CN114526980A - 一种便携式污染源动态稀释采样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式污染源动态稀释采样装置。动态稀释部用于分别接收样气和零气，受控于主控单元以对样气进行稀释；动力传输部用于为动态稀释部提供气体传输动力，并将稀释后的样气通入污染物检测单元，污染物检测单元用于对接收的样气进行浓度检测；主控单元用于分别对动态稀释部、动力传输部和污染物检测单元实现控制，以实现动态稀释采样。本发明可实现污染源排放污染物的动态稀释采样。该装置能够根据污染物排放瞬时变化特征，动态调节稀释比，并且通过稀释腔、气路布置和控制系统设计实现了装置便携化，可应用于外场、车载等复杂测试场景。结构紧凑、小型化、操作简便、所需用电量较小，可应用于车载和外场测试。

Description

一种便携式污染源动态稀释采样装置及方法

技术领域

本发明属于污染气体检测领域，尤其涉及一种便携式污染源动态稀释采样装置及方法。

背景技术

污染源排放是导致大气污染的主要来源，污染源排放存在浓度高、湿度大和浓度范围大等特点，因此对污染源排放的监测与大气环境中污染物监测存在更多挑战。对污染源排放进行预处理，是实现污染源各污染物排放准确测量的重要前提。

现有专利中涉及了一种机动车尾气测量前处理装置，但该装置体积较大且需要零气量大，耗能大，不适宜小型汽车实际道路行驶过程中测试。除此之外，因污染源排放污染物通常随工况波动变化很大，该系统采用固定稀释比采样无法适应不同工况下排放变化，导致测量误差较大。

尤其对于机动车排放，污染物排放浓度随机动车行驶工况排放变化剧烈，采用固定稀释比时可能会导致污染物检测设备所测到的浓度在仪器检出限附近或超出设备测量量程，导致排放测量误差较大。为解决这一问题则需要对现有稀释系统进行改进实现稀释比的可动态调节。除此之外，随着国家对机动车排放标准的日益严格，《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(GB 18352.6-2016)提出了机动车实际行驶排放测试需求。为满足机动车实际工况道路测试，需要设计便携，低能耗的尾气动态稀释系统则是必要的。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种便携式污染源动态稀释采样装置及方法，以解决现有技术中误差大、能耗大、适用范围小的技术问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种便携式污染源动态稀释采样装置，包括：动态稀释部、动力传输部、主控单元和污染物检测单元；

动态稀释部用于分别接收样气和零气，受控于主控单元以对样气进行稀释；

动力传输部分别与动态稀释部和污染物检测单元管路连接，用于为动态稀释部提供气体传输动力，并将稀释后的样气通入污染物检测单元，污染物检测单元用于对接收的样气进行浓度检测；

主控单元分别与动态稀释部、动力传输部和污染物检测单元电路连接，用于分别对动态稀释部、动力传输部和污染物检测单元实现控制，以实现动态稀释采样。

具体地，动态稀释部包括一级零气质量流量计、二级零气质量流量计、稀释腔和加热稀释管；

一级零气质量流量计与加热稀释管管路连接，用于将外部的零气按设置量通入加热稀释管；

二级零气质量流量计与稀释腔管路连接，用于将外部的零气按设置量通入稀释腔；

加热稀释管还与稀释腔管路连接，用于接收来自一级零气质量流量计的零气和外部的样气进行恒温稀释混合，得到一级稀释气；

稀释腔与动力传输部管路连接，用于接收一级稀释气和二级零气质量流量计的零气进行稀释混合，得到二级稀释气，并将二级稀释气通入至动力传输部。

具体地，加热稀释管包括零气管、样气管和加热带；

零气管的一端与一级零气质量流量计管路连接，零气管的另一端与样气管的一端管路连接，样气管的另一端与稀释腔管路连接，在零气管和样气管连接端处还开设样气输入口，用于将外部的样气输入至加热稀释管中；

加热带缠绕设置于零气管和样气管，用于加热使得零气管和样气管保持恒温。

具体地，动力传输部包括旁路质量流量计和气泵，

旁路质量流量计分别与动态稀释部和气泵的一端管路连接，用于对稀释后的样气按设置量通入气泵；

气泵的另一端与污染物检测单元管路连接，气泵用于对管路相通的动态稀释部和旁路质量流量计内的气体进行抽取以提供传输动力，使得稀释后的样气通入污染物检测单元。

进一步优选地，还包括电源模块和电源接口，

电源接口用于连接外部电源，将电流输入至电源模块，电源模块与主控单元电连接，用于主控单元提供所需的电流。

进一步优选地，还包括壳体，壳体上开设有零气入口、一级零气出口、一级稀释气入口、二级稀释气出口、检测口和电源接口；

零气入口分别与一级零气质量流量计和二级零气质量流量计管路连接，用于经零气入口通入零气；

一级零气出口为零气管的一端的安装口，一级稀释气入口为样气管的另一端的安装口；

二级稀释气出口与稀释腔管路连接，用于排出多余的二级稀释气；

检测口为污染物检测单元的安装口，用于经检测口将二级稀释气输入污染物检测单元。

进一步优选地，还包括设置于壳体的触摸显示屏，触摸显示屏与主控单元电连接，用于控制主控单元进行以及显示主控单元的相应参数。

一种便携式污染源动态稀释采样方法，包括如下步骤

S1：分别通入样气和零气，将样气与零气按两者的预设量进行混合稀释，得到一级稀释气；

S2：将一级稀释气与按预设量通入的零气进行再次混合稀释，得到二级稀释气；

S3：按预设量接收二级稀释气，并进行污染物浓度检测，得到测量浓度；

若测量浓度小于最佳测量浓度量程的最小值，则增加二级稀释气的接收预设量，降低零气的通入预设量，并重复步骤S1至S3；

若测量浓度大于最佳测量浓度量程的最大值，则减少二级稀释气的接收预设量，增加零气的通入预设量，并重复步骤S1至S3；

若测量浓度位于最佳测量浓度量程内，则记录保存当前的测量浓度以及样气和零气的通入预设量。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

可实现污染源排放污染物的动态稀释采样。该装置能够根据污染物排放瞬时变化特征，动态调节稀释比，并且通过稀释腔、气路布置和控制系统设计实现了装置便携化，可应用于外场、车载等复杂测试场景。结构紧凑、小型化、操作简便、所需用电量较小，可应用于车载和外场测试。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种便携式污染源动态稀释采样装置正面示意图；

图2为本发明的一种便携式污染源动态稀释采样装置背面示意图；

图3为本发明的一种便携式污染源动态稀释采样装置内部示意图；

图4为本发明的一种加热稀释管的结构示意图；

图5为本发明的稀释比动态调节示意图；

图6为本发明的一种便携式污染源动态稀释采样方法流程图。

附图标记说明

1：壳体；2：触摸显示屏；3：零气入口；4：一级零气出口；5：一级稀释气入口；6：二级稀释气出口；7：检测口；8：采样管通讯接口；9：电源接口；10：加热带；11：样气管；12：零气管；13：稀释腔；14：二级零气质量流量计；15：一级零气质量流量计；16：旁路质量流量计；17：电源模块；18：气泵；19：主控单元；20：检测单元通讯接口；21：污染物检测单元。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于16RCPC主板的管理调试设备作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1至图5，本实施例提供一种便携式污染源动态稀释采样装置，包括：动态稀释部、动力传输部、主控单元19和污染物检测单元21。动态稀释部用于分别接收样气和零气，受控于主控单元19以对样气进行稀释。动力传输部分别与动态稀释部和污染物检测单元21管路连接，用于为动态稀释部提供气体传输动力，并将稀释后的样气通入污染物检测单元21，污染物检测单元21用于对接收的样气进行浓度检测。主控单元19分别与动态稀释部、动力传输部和污染物检测单元21电路连接，用于分别对动态稀释部、动力传输部和污染物检测单元21实现控制，以实现动态稀释采样。

参看图1，由外向内进行介绍，本实施例主要结构为壳体1，上述动态稀释部的大部分部件、动力传输部和主控单元19均设置于壳体1中。壳体1的正面嵌设有触摸显示屏2，触摸显示屏2与主控单元19电连接，使用者可以通过该触摸显示屏2向控制主控单元19输入命令以调节本实施例中各可调节部件的参数，另外还能显示主控单元19以及与其相电连接部件的对应参数。

参看图2，可看到本实施壳体1的背部，背部开设有零气入口3、一级零气出口4、一级稀释气入口5、二级稀释气出口6、检测口7和电源接口9，以及采样管通讯接口8和检测单元通讯接口20。零气入口3分别与动态稀释部的一级零气质量流量计15和二级零气质量流量计14管路连接，以将零气经零气入口3通入壳体1内，为样气稀释提供零气。一级零气出口4为动态稀释部中加热稀释管的零气管12的安装口，一级稀释气入口5为动态稀释部中加样气管11的另一端的安装口，二级稀释气出口6与动态稀释部中稀释腔13管路连接，用于排出多余的二级稀释气。

检测口7为污染物检测单元21的管路安装口，经检测口7将稀释气体输入至污染物检测单元21。

参看图3、图4和图5，现从壳体1内部的气体流动对本实施例进行说明。具体地，动态稀释部包括一级零气质量流量计15、二级零气质量流量计14、稀释腔13和加热稀释管。

外接气源通过上述零气入口3，进入动态稀释部，零气首先会分成两路，一路进入一级零气质量流量计15，为一级稀释提供零气，另一路则进入二级零气质量流量计14，为二级稀释提供零气。零气进入一级零气质量流量计15后，受一级零气质量流量计15对输出零气量调节与控制，零气经一级零气出口4进入加热稀释管中。

参看图4，具体地，加热稀释管包括零气管12、样气管11和加热带10。零气经一级零气出口4从零气管12的一端进入，零气管12的另一端与样气管11的一端管路连接，即零气会不断进入样气管11中。将样气管11的一端进行延伸，即为样气输入口，将外部待检测的样气通入样气管11中，在样气管11中样气与零气实现稀释混合得到一级稀释气。样气管11的另一端与稀释腔13管路连接，一级稀释气会被输送至稀释腔13中进行再稀释。加热带10缠绕设置于零气管12和样气管11，用于加热使得零气管12和样气管11保持恒温，由于零气和样气在采样口处即时混合会降低样气温度和湿度，在加热带10作用下可以防止样气快速降温产生冷凝。加热稀释管还与稀释腔13管路连接，将一级稀释气送入稀释腔13中。

衔接上文，另一路的零气进入二级零气质量流量计14，受二级零气质量流量计14对输出零气量调节与控制，然后零气进入稀释腔13中。在稀释腔13中一级稀释气和零气进行稀释混合，得到二级稀释气，然后将二级稀释气通入至动力传输部。

参看图3，具体地，动力传输部包括旁路质量流量计16和气泵18，二级稀释气从稀释腔13进入旁路质量流量计16，旁路质量流量计16对二级稀释气的输出量进行调节与控制。经过旁路质量流量计16的二级稀释气再经过气泵18输入至污染物检测单元21。气泵18的两端分别与旁路质量流量计16、污染物检测单元21管路连接，气泵18用于对管路相通的动态稀释部和旁路质量流量计16内的气体进行抽取以提供传输动力，使得稀释后的样气能顺利通入污染物检测单元21。

参看图3，从本实施例的控制角度进行说明，首先在本实施例中主控单元19为一块电路板，电路板上装有单片机微控制系统，通过电路板中的单片机微控制器程序经采样管通讯接口8控制加热带10的加热温度。一级零气质量流量计15、二级零气质量流量计14和旁路质量流量计16均与电路板电相连，由电路板实现对各流量计的调节和控制。此外，还与气泵18电连接，使得气泵18正常工作；还与污染物检测单元21电连接，可以接收污染物检测单元21的检测结果，基于检测结果进行判断，满足要求则保存检测结果，否则对一级零气质量流量计15、二级零气质量流量计14和旁路质量流量计16进行调整。

参看图2和图3，本实施例还包括电源模块17和电源接口9，电源接口9用于连接外部电源，将电流输入至电源模块17，电源模块17与主控单元19电连接，用于主控单元19提供所需的电流。

实施例2

参看图6，本实施例一种便携式污染源动态稀释采样方法，应用于如实施例1的一种便携式污染源动态稀释采样装置。

在采样测量之前需要做好准备工作，对便携式污染源动态稀释采样装置进行初始化复位，其内部各模块、部件完成上电。然后根据测试对象输入预设稀释比，污染物检测设备量程范围和污染物检测设备测量最佳浓度区间。

然后开始本实施例的方法，首先在步骤S1中，分别通入样气和零气，将样气与零气按两者的预设量进行混合稀释，得到一级稀释气。

接着在步骤S2中，将步骤S1中的一级稀释气与按预设量通入的零气进行再次混合稀释，得到二级稀释气。

然后在步骤S3中，按预设量接收二级稀释气，通过污染物检测单元21对污染物浓度进行检测，得到测量浓度。单片机微控制器根据设定的污染物检测设备最佳测试范围和读取到的实时浓度判断稀释比设定是否合适。

若污染物检测设备所测得浓度不在设定的最佳测量范围内，单片机微控制器发送控制指令给旁路质量流量计16调节流量实现稀释比的调节，流量调节一次将重新执行步骤S1至S3，直至污染物检测设备所测得浓度在设定的最佳测量范围内。在稀释比动态调节过程中，单片机微控制器实时分析污染物浓度，同时实时记录污染物浓度和稀释比的变化数据。稀释比计算方法为二级零气质量流量计14、一级零气质量流量计15、旁路质量流量计16和所接污染物检测设备的流量分别为Q1、Q2、Q3、Q4,则稀释比的计算公式为(Q3+Q4)/(Q3+Q4-Q1-Q2)。

具体判断如下，若测量浓度小于最佳测量浓度量程的最小值，则增加二级稀释气的接收预设量，降低零气的通入预设量，并重复步骤S1至S3。若测量浓度大于最佳测量浓度量程的最大值，则减少二级稀释气的接收预设量，增加零气的通入预设量，并重复步骤S1至S3。若测量浓度小于最佳测量浓度量程内，则记录保存当前的测量浓度以及样气和零气的通入预设量。

以污染物亚硝酸为例，输入预设稀释比为10，亚硝酸检测仪量程范围为0-20ppb,亚硝酸检测仪测量最佳浓度区间为5-15ppb，相关参数将存储在单片机微控制系统中。

使用亚硝酸检测仪进行测量状态，即污染物检测单元21。机动车尾气经实施1的装置进行稀释后进入亚硝酸检测仪测量，亚硝酸检测仪测量浓度将通过检测单元通讯接口20传输到单片机微控制系统。

单片机微控制系统会判断是否亚硝酸检测仪目前的测量浓度是否在5-15ppb区间内，若测量浓度小于5ppb，单片机微控制系统将向旁路质量流量计16发送信号，增加旁路流量，减小稀释比；若测量浓度大于15ppb，单片机微控制系统将向旁路质量流量计16发送信号，减少旁路流量，增大稀释比，直至亚硝酸检测仪测量浓度在5-15ppb设定区间，则保持并记录当前稀释比和测量浓度。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明做出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种便携式污染源动态稀释采样装置，其特征在于，包括：动态稀释部、动力传输部、主控单元和污染物检测单元；

所述动态稀释部用于分别接收样气和零气，受控于所述主控单元以对所述样气进行稀释；

所述动力传输部分别与所述动态稀释部和所述污染物检测单元管路连接，用于为所述动态稀释部提供气体传输动力，并将稀释后的所述样气通入所述污染物检测单元，所述污染物检测单元用于对接收的所述样气进行浓度检测；

所述主控单元分别与所述动态稀释部、所述动力传输部和所述污染物检测单元电路连接，用于分别对所述动态稀释部、所述动力传输部和所述污染物检测单元实现控制，以实现动态稀释采样。

2.根据权利要求1所述的便携式污染源动态稀释采样装置，其特征在于，所述动态稀释部包括一级零气质量流量计、二级零气质量流量计、稀释腔和加热稀释管；

所述一级零气质量流量计与所述加热稀释管管路连接，用于将外部的所述零气按设置量通入所述加热稀释管；

所述二级零气质量流量计与所述稀释腔管路连接，用于将外部的所述零气按设置量通入所述稀释腔；

所述加热稀释管还与所述稀释腔管路连接，用于接收来自所述一级零气质量流量计的所述零气和外部的所述样气进行恒温稀释混合，得到一级稀释气；

所述稀释腔与所述动力传输部管路连接，用于接收所述一级稀释气和所述二级零气质量流量计的所述零气进行稀释混合，得到二级稀释气，并将所述二级稀释气通入至所述动力传输部。

3.根据权利要求2所述的便携式污染源动态稀释采样装置，其特征在于，所述加热稀释管包括零气管、样气管和加热带；

所述零气管的一端与所述一级零气质量流量计管路连接，所述零气管的另一端与所述样气管的一端管路连接，所述样气管的另一端与所述稀释腔管路连接，在所述零气管和所述样气管连接端处还开设样气输入口，用于将外部的所述样气输入至所述加热稀释管中；

所述加热带缠绕设置于所述零气管和所述样气管，用于加热使得所述零气管和所述样气管保持恒温。

4.根据权利要求3所述的便携式污染源动态稀释采样装置，其特征在于，所述动力传输部包括旁路质量流量计和气泵，

所述旁路质量流量计分别与动态稀释部和所述气泵的一端管路连接，用于对稀释后的所述样气按设置量通入所述气泵；

所述气泵的另一端与所述污染物检测单元管路连接，所述气泵用于对管路相通的所述动态稀释部和所述旁路质量流量计内的气体进行抽取以提供传输动力，使得稀释后的所述样气通入所述污染物检测单元。

5.根据权利要求4所述的便携式污染源动态稀释采样装置，其特征在于，还包括电源模块和电源接口，

所述电源接口用于连接外部电源，将电流输入至电源模块，所述电源模块与所述主控单元电连接，用于所述主控单元提供所需的电流。

6.根据权利要求5所述的便携式污染源动态稀释采样装置，其特征在于，所述还包括壳体，所述壳体上开设有零气入口、一级零气出口、一级稀释气入口、二级稀释气出口、检测口和所述电源接口；

所述零气入口分别与所述一级零气质量流量计和所述二级零气质量流量计管路连接，用于经所述零气入口通入所述零气；

所述一级零气出口为所述零气管的一端的安装口，所述一级稀释气入口为所述样气管的另一端的安装口；

所述二级稀释气出口与所述稀释腔管路连接，用于排出多余的所述二级稀释气；

所述检测口为所述污染物检测单元的安装口，用于经所述检测口将所述二级稀释气输入所述污染物检测单元。

7.根据权利要求5所述的便携式污染源动态稀释采样装置，其特征在于，所述还包括设置于壳体的触摸显示屏，所述触摸显示屏与所述主控单元电连接，用于控制所述主控单元进行以及显示所述主控单元的相应参数。

8.一种便携式污染源动态稀释采样方法，其特征在于，包括如下步骤

S1：分别通入样气和零气，将所述样气与所述零气按两者的预设量进行混合稀释，得到一级稀释气；

S2：将所述一级稀释气与按预设量通入的所述零气进行再次混合稀释，得到二级稀释气；

S3：按预设量接收所述二级稀释气，并进行污染物浓度检测，得到测量浓度；

若测量浓度小于最佳测量浓度量程的最小值，则增加所述二级稀释气的接收预设量，降低所述零气的通入预设量，并重复所述步骤S1至S3；

若测量浓度大于最佳测量浓度量程的最大值，则减少所述二级稀释气的接收预设量，增加所述零气的通入预设量，并重复所述步骤S1至S3；

若测量浓度位于最佳测量浓度量程内，则记录保存当前的所述测量浓度以及所述样气和所述零气的通入预设量。

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