[发明专利]一种机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置及方法

权利要求书

1.一种机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置，其特征在于：包括空气源、喷射泵、过滤干燥器、离子源模块、荷电区域、喷射喉部、捕集电压模块、尾气排放管、旋风PM2.5切割器以及静电计；

所述离子源模块包括高压电极、第一绝缘套筒、进气管道、进气口、钨针、离子喷射口和第一电极接口；所述荷电区域包括外套筒、荷电腔体和尾气进气口；所述捕集电压模块包括捕集电极、第二绝缘套筒、排气管道、尾气排出口和第二电极接口；所述第一绝缘套筒嵌入安装在所述进气管道的左端开口处；所述进气管道的右端嵌入安装在所述外套筒的左端开口处；所述高压电极自左向右依次贯穿安装在所述第一绝缘套筒和所述进气管道中；所述高压电极，其左端接高压电源，其右端接所述钨针的左端；所述钨针的右端位于所述离子喷射口中；所述进气口安装在进气管道上，且该进气口与进气管道内部相连通；所述第一电极接口安装在所述进气管道上，且该第一电极接口接地；所述离子喷射口和所述喷射喉部从左向右依次嵌入安装在外套筒的中段内部，且所述荷电腔体设置在所述离子喷射口与所述喷射喉部之间；所述尾气进气口安装在所述外套筒上，且该尾气进气口与所述荷电腔体内部相连通；所述排气管道的左端嵌入安装在所述外套筒的右端开口处；所述第二绝缘套筒嵌入安装在所述排气管道的右端开口处；所述捕集电极自右向左依次贯穿安装在所述第二绝缘套筒和所述排气管道中，且所述捕集电极的左端位于喷射喉部中；所述尾气排出口安装在所述排气管道上，且该尾气排出口与排气管道内部相连通；所述第二电极接口安装在所述排气管道上，且该第二电极接口接地；

所述空气源的输出端与所述喷射泵的输入端相连，所述喷射泵的输出端与所述过滤干燥器的输入端相连，所述过滤干燥器的输出端与所述进气口相连；所述尾气排放管的输出端与所述旋风PM2.5切割器的输入端相连；所述旋风PM2.5切割器的输出端与所述尾气进气口相连；所述静电计，用于测量所述尾气进气口和所述尾气排出口的颗粒物的电流值。

2.根据权利要求1所述的一种机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置，其特征在于：所述喷射喉部包括喷射喉部喷口，所述喷射喉部喷口包括圆柱形的喷射喉部主体以及开设在喷射喉部主体中间的喷射喉部喷孔；所述喷射喉部主体的外侧设有螺纹；所述喷射喉部喷孔为圆锥型结构，且该喷射喉部喷孔左端面的直径小于其右端面的直径。

3.根据权利要求1所述的一种机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置，其特征在于：所述离子喷射口包括圆柱状的离子喷射口主体以及开设在离子喷射口主体中间的离子喷射孔；所述离子喷射口主体的外侧设有螺纹；所述离子喷射孔为倒圆锥型结构，且该离子喷射孔左端面的直径大于其右端面的直径。

4.根据权利要求1所述的一种机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置，其特征在于：所述第一绝缘套筒与所述进气管道间隙配合；所述第二绝缘套筒与所述排气管道间隙配合；所述第一绝缘套筒与所述进气管道之间以及所述第二绝缘套筒与所述排气管道之间均设有密封圈。

5.根据权利要求1所述的一种机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置，其特征在于：所述第一绝缘套筒与所述高压电极过盈配合；所述第二绝缘套筒与所述捕集电极过盈配合。

6.根据权利要求1所述的一种机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置，其特征在于：所述钨针与所述高压电极螺纹连接，且所述钨针的针尖直径小于4μm，针尖长度小于5mm。

7.根据权利要求1所述的一种机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置，其特征在于：所述进气口、尾气进气口、尾气排出口、进气管道、排气管道、喷射喉部喷口、离子喷射口、第一电极接口和第二电极接口均采用不锈钢材质。

8.根据权利要求1所述的一种机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置，其特征在于：所述高压电极和捕集电极均采用铜材质。

9.根据权利要求1所述的一种机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置，其特征在于：所述第一绝缘套筒、第二绝缘套筒和外套筒均采用聚四氟乙烯材质。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置的测量方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)空气源中的空气经过喷射泵抽取进入过滤干燥器，经过过滤干燥器之后得到洁净的空气气流；

(2)洁净的空气气流由离子源模块中的进气口进入到进气管道中；

(3)将高压电极的端部螺纹处接入2KV高压，第一电极接口接地，钨针尖端产生尖端放电，电离进气管道中的洁净的空气气流，使进气管道中的洁净的空气气流产生大量的正离子；

(4)在洁净的空气气流的推动下，进气管道中的正离子移动通过离子喷射口进入到荷电腔体；当洁净的空气气流高速通过离子喷射口到达荷电腔体时，随着离子喷射口的截面逐渐减小，洁净的空气气流的压强减小，流速变大，这时就在荷电腔体内产生一个真空度，即产生负压；

(5)尾气排放管排放的机动车尾气经过旋风PM2.5切割器，由旋风PM2.5切割器切除掉机动车尾气中大于等于2.5μm的颗粒物，得到粒径小于2.5μm的颗粒物；然后，在荷电腔体内负压的作用下，含有粒径小于2.5μm颗粒物的机动车尾气，由尾气进气口进入荷电腔体内；此时，采用静电计测量尾气进气口处的机动车尾气中的颗粒物的电流值I_in；

(6)在荷电腔体内，一部分正离子附着在机动车尾气中的颗粒物上，使颗粒物带上正电，得到带电颗粒物；带电颗粒物和多余的正离子随着洁净的空气气流进入到捕集电压模块；

(7)将捕集电极端部螺纹处接入200V电压，第二电极接口接地，从而在捕集电极和排气管道之间的环形区域内形成捕集电场；多余的正离子在捕集电场的电场力的作用下，被排气管道内壁收集，带电颗粒物在洁净的空气气流和捕集电场的电场力的作用下，由尾气排出口流出，此时，采用静电计测量尾气排气口处颗粒物的电流值I_out；

(8)根据公式N＝(I_out-I_in)/(P×n×e×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，I_in为进气口处的机动车尾气中的颗粒物的电流值，I_out为尾气排气口处颗粒物的电流值，P为一定粒径范围颗粒物在荷电区域的带电效率，n为一定粒径范围颗粒物所带的基本电荷数目，e为单个电荷的电量，Q为尾气进气口处气体的流量。