移动源尾气在线监测与污染物采样系统

1.一种移动源尾气在线监测与污染物采样系统，包括相互连接的移动源行驶参数测试系统、稀释混合系统、采样系统和在线监测系统，所述移动源行驶参数测试系统包括OBD-Link或GPS、尾气流量管、流量计、温度传感器和湿度传感器，用于获取行驶速度、发动机转速、行驶里程、尾气流量、尾气温度和尾气湿度，其特征在于，
所述移动源行驶参数测试系统包括：弯头I(1)、尾气流量管(2)、流量计(3)、温度传感器I(4)、湿度传感器I(5)、弯头II(25)；移动源尾气从弯头I(1)进入尾气流量管，多余尾气从弯头II(25)流出；所述OBD-Link或GPS连接机动车OBD接口或采用车载方式记录移动源行驶的速度、发动机转速与行驶距离；尾气流量管上备有接口I(6)和接口II(7)，接口I(6)用于连接五气分析仪(8)，进行CO、CO2、NO2、O2、THC的浓度实时监测，接口II(7)连接加热管线；
所述稀释混合系统包括零气发生器、质量流量控制器、加热管线、混合室与温度传感器II(13)、湿度传感器II(12)，用于模拟移动源尾气排放到大气时的混合稀释降温与二次污染物形成过程；
所述零气发生器(24)设置空气进口，用作稀释气的洁净空气的洁净空气出口，所述洁净空气出口与混合室连通，所述加热管线与混合室连通，质量流量控制器IV(26)调节稀释气的流量，采样系统的质量流量控制器I(16)、质量流量控制器III(21)用以调节采样气的总流量；质量流量控制器IV(26)、质量流量控制器I(16)、质量流量控制器III(21)构成调节混合室内稀释比的调节组件，使混合器温度在50℃以下；温度传感器II(13)位于混合室出口处，混合室出口设置三路分割的颗粒物切割头，一路进入颗粒物在线监测仪(23)；另外两路通过真空泵(17)分为第一支路、第二支路，所述第一支路延伸至特氟隆膜或Whatman41膜，第二支路延伸至石英膜；特氟隆膜或Whatman41膜置于膜托I(15)，石英膜设置于膜托II(22)中；
自采样系统排出的尾气一部分经由真空泵(17)排至大气中，一部分经由特氟隆泵采集至不锈钢采样罐或特氟隆采样袋(19)中，VOCs样品采集流量由质量流量控制器II(18)控制。
2.如权利要求1所述的移动源尾气在线监测与污染物采样系统，其特征在于，所述在线监测系统与采样系统同时开启或单一开启。
3.如权利要求1所述的移动源尾气在线监测与污染物采样系统，其特征在于，所述采样系统有配套软件，用于实现采样流量、采样时间与系统开启的统一控制。

移动源尾气在线监测与污染物采样系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及环境监测仪器技术领域，特别是涉及一种移动源尾气在线监测与污染物采样系统。\n背景技术\n[0002] 随着经济水平的高速发展与机动车保有量的迅猛增长，移动源尾气排放已经成为大气污染物的重要来源。尤其随着对传统燃煤排放的持续控制，移动源排放大气污染的影响越来越显著，成为了以臭氧与PM2.5为代表的复合污染的主要贡献者。因此，移动源排放的研究与控制对于改善空气质量和保护人体健康具有重要意义。\n[0003] 目前我国对移动源的研究主要集中在机动车气态污染物与颗粒物浓度及排放因子的研究上。采用的方法主要是直接测试尾气中的污染物浓度。随着科学研究的深入与污染物分析技术的进一步发展，从总体浓度深入到污染源组分(成分谱)以及污染物排放影响因素的研究已成为移动源排放研究的必然趋势。接下来需要解决的问题将是如何将移动源排放的VOCs与颗粒物样品进行采集、如何同时测定各类移动源行驶与污染物排放参数。\n[0004] 对固定源排放的相关研究发现，当高温烟气排放至大气过程中，一部分VOCs会通过均相或非均相反应形成新的颗粒物，直接采集高温烟气中的颗粒物可低估污染物排放。\n对此，中国专利(公开号CN1614385、1731127A)设计了固定源稀释采样系统，避免了直接采集烟道气中颗粒物而造成的误差。移动源尾气温度较高，尤其是柴油车，可达200-500℃，因此，在移动源采样过程中，亦要考虑到VOCs向二次颗粒物的转化过程。\n发明内容\n[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种移动源尾气在线监测与污染物采样系统，可广泛应用于各类移动源车载测试与台架实验。\n[0006] 为了解决上述问题，本发明公开了一种移动源尾气在线监测与污染物采样系统，包括相互连接的移动源行驶参数测试系统、稀释混合系统、采样系统和在线监测系统。\n[0007] 进一步地，所述的移动源尾气在线监测与污染物采样系统，其特征在于，所述移动源行驶参数测试系统包括OBD-Link或GPS、尾气流量管、流量计、温度传感器和湿度传感器，用于获取行驶速度、发动机转速、行驶里程、尾气流量、尾气温度和尾气湿度。\n[0008] 进一步地，所述稀释混合系统包括零气发生器、质量流量控制器、加热管线、混合室与温、湿度传感器，用于模拟移动源尾气排放到大气时的混合稀释降温与二次污染物形成过程。\n[0009] 进一步地，所述采样系统包括切割头、膜托、质量流量控制器与采样泵，实现分级颗粒物与VOCs的同步采样。\n[0010] 进一步地，所述在线监测系统包括五气分析仪和颗粒物在线监测仪，实现气态污染物与颗粒物浓度的实时监测。\n[0011] 进一步地，所述在线监测系统与采样系统同时开启或单一开启。\n[0012] 进一步地，所述采样系统有配套软件，用于实现采样流量、采样时间与系统开启的统一控制。\n[0013] 综上，本方案可同时实现移动源行驶参数、排放参数的实时同步记录以及分级颗粒物与VOCs采样，可用于移动源排放与速度、转速间的关系、排放因子的估算以及排放成分谱的相关研究；并且，通过利用清洁空气对尾气进行混合稀释，模拟尾气排放到大气过程的稀释降温过程，使采集得到的样品更加符合实际；同时，系统小型化，系统固定的部分集中于便携箱体中，箱体侧部设有接口，其它主要部件如零气发生器、五气分析仪、颗粒物在线监测仪等可方便的连接与拆卸，便于系统的运输与安装，适合于现场应用，再者，系统配备有自主开发的控制软件，便于各类采样、在线监测参数的设置与操作。\n附图说明\n[0014] 图1是本发明的移动源尾气在线监测与污染物采样系统的结构示意图。\n具体实施方式\n[0015] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图与实例对本发明作进一步详细说明。但所举实例不作为对本发明的限定。\n[0016] 图1为本发明提供的移动源尾气在线监测与污染物采样系统示意图。方案具体包括移动源行驶参数测试系统、稀释混合系统、采样系统和在线监测系统。\n[0017] 移动源行驶参数测试系统包括弯头I1、尾气流量管2、流量计3、温度传感器I4、湿度传感器I5、弯头II25。移动源尾气从弯头I1进入流量管，多余尾气从弯头II25流出。除此之外，行驶参数测试系统还包括一个OBD-Link或GPS，通过连接机动车OBD接口或采用车载方式记录移动源行驶的速度、发动机转速与行驶距离。流量管上备有两个接口I6和7，接口I6用于连接五气分析仪8，进行CO、CO2、NO2、O2、THC的浓度实时监测。需要注意的是，在进行移动源测试时，需保证OBD-Link(或GPS)记录时间与五气分析仪、颗粒物在线监测仪一致。\n这样测得的结果可用于移动源排放与车速、转速的关系研究。稀释混合系统包括加热管线\n9、混合室11、零气发生器24、质量流量控制器IV26、湿度传感器II12、温度传感器II13。空气进入零气发生器24将水、颗粒物与有机物等其它污染物去除，得到的洁净空气作为稀释气与来自接口II7并流经加热管线的尾气在混合室11经过充分混合稀释降温。通过质量流量控制器IV26可调节稀释气的流量，通过采样系统的质量流量控制器I16、质量流量控制器III 21可调节采样气的总流量，以上流量的调节可决定进入混合室尾气的流量，从而确定稀释比。温度传感器II13位于混合室出口处，可实时显示混合气温度。通过调节稀释比以保证混合气温度在50℃以下。稀释后的尾气通过颗粒物切割头(如PM2.5)后分为三路，一路通过接口进入颗粒物在线监测仪23，对尾气中颗粒物浓度进行测试；另外两路利用真空泵17进行颗粒物样品的采集，其中一路将样品采集到特氟隆膜或Whatman41膜，用于颗粒物称重、元素与离子成分分析，另一路将样品采集到石英膜，用于颗粒物OC/EC和特定有机物(如多环芳烃PAHs)分析。两路的采样膜分别置于膜托I15、膜托II22中，采样流量分别用质量流量控制器I16、质量流量控制器III 21调节。经过颗粒物采样后的尾气一部分经由真空泵17排至大气中，一部分经由特氟隆泵采集至不锈钢采样罐(或特氟隆采样袋)19中，进行VOCs成分分析。VOCs样品采集流量由质量流量控制器II18控制。需要注意的是，VOCs样品的采集流量应小于等于颗粒物的采样流量，采样时间应小于等于颗粒物的采样时间。本系统同时配备有自动控制软件，用于设定颗粒物与VOCs采样的开启与采样流量、采样时间。以上在线监测系统与采样系统可同时使用，也可选择其中之一使用。此外，由于涉及到VOCs采样，为避免其它排放源对尾气的污染，整套系统的管线采用特氟隆管或不锈钢管。\n[0018] 采样与在线观测系统的工作流程如下：\n[0019] 按图1所示连接好仪器。分别通过质量流量控制器IV26与16、质量流量控制器III \n21确定零气流量与采样总流量，以调节稀释比。确定合适的稀释比，使尾气与零气混合后的温度(温度传感器II13显示)控制在50℃以下。例如，调节零气流量为18L，采样总流量为2L，则稀释比为10。系统稳定后，连接好采样罐与采样袋，并将采样膜放置于膜托I15、膜托II \n22中；将真空泵17与特氟隆泵20的开关打开，通过软件设定采样时间，并开启颗粒物与VOCs采样。如需要进行在线监测，同时开启流量观测、五气分析仪、颗粒物在线监测仪与行驶参数记录系统。\n[0020] 补充介绍的，附图中1—弯头I；2—尾气流量管；3—尾气流量计；4—温度传感器I；\n5—湿度传感器I；6—接口I；7—接口II；8—气态污染物在线监测仪；9—加热管线；10—特氟隆(不锈钢)采样管；11—混合室；12—湿度传感器II；13—温度传感器II；14—颗粒物切割头(PM1.0、PM2.5或PM10)；15—膜托I；16—质量流量控制器I；17—真空泵；18—质量流量控制器II；19—不锈钢采样罐(或特氟隆采样袋)；20—特氟隆泵；21—质量流量控制器III；\n22—膜托II；23—颗粒物在线监测仪；24—零气发生器；25—弯头II；26—质量流量控制器IV。\n[0021] 以上对本发明所提供的移动源尾气在线监测与污染物采样系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。