[发明专利]颗粒浓度分析系统和方法

说明书

本发明涉及一种用于测试流体样本中的颗粒浓度的颗粒浓度分析系统，诸如发动机的尾气中所存在的发动机排放物颗粒浓度。所述颗粒浓度分析系统包括凝聚粒子计数器，所述凝聚粒子计数器具有饱和腔室、凝聚器，和激光光学粒子计数器。所述分析系统还包括工作流体罐、工作流体泵和取样探头。所述系统向用户提供稳健分析系统以测试车辆排放物而无需对装置进行高级培训，因为所述装置受保护而免于误用。位置敏感传感器用于确保所述系统在所述系统倾倒或置于将产生错误结果的位置的情况下未受损。额外特征包括差分压力传感器、密封和可置换防篡改工作流体罐、溶剂回收系统、防作弊装置，和流体纯度传感器。

技术领域

本发明涉及一种用于分析颗粒浓度的系统，特别地涉及一种凝聚粒子计数器。

背景技术

发动机的排放物和空气质量标准对于地球日益重要，因为越来越多的车辆出现于高速公路和世界各地，并且环境污染源持续排放污染物。车辆发动机尾气的排放物测试为用于确保发动机不过度污染地球的全世界关注事项。目前测量系统通常为大的、昂贵的和耗时的。此外，需要对于所有污染物的大规模定期检查以确保发动机在其可用寿命中保持顺应性。测量排放物测试的另一关注事项为用于测试设施、技术人员或顾客通过允许周围空气渗入该测试并示出虚假合格而对测试进行“作弊”的可能性。

一种类型的排放物分析器为混合型凝聚粒子计数器(CPC)以用于10nm至200nm(纳米)的尺寸范围内的颗粒数量浓度的测量。此类粒子计数器用于确定发动机排放物中的颗粒浓度，用于监测环境空气质量，以及其中颗粒浓度为关注事项的其它应用。CPC要求以工作流体的定期填充(例如，丁醇或异丙醇)。填充通常利用重力供给系统或注射器从外部罐来实现。

发明内容

下文涉及对于空气质量测试和分析所开发的低成本和低复杂性产品，诸如特别地与定期技术检测(PTI)相关联的排气管颗粒数量(PN)浓度测量。凝聚粒子计数器(CPC)通常用于执行空气质量测试和分析以对样本流体中的颗粒进行计数。CPC通常要求有经验操作者监测器械，例如，监测工作流体和确保工作流体始终充分地填充以及为足够纯的或未污染的。低成本排放物测试技术在机动车辆的定期技术检测(PTI)中的应用不仅需要低成本、可重复和准确测量装置，而且优选地需要自动化系统和测量检查以确认该装置是否适当地操作和正确地使用。

在本发明的一个方面，包括凝聚粒子计数器的颗粒浓度分析系统提供用以分析车辆排放物的样本中的颗粒浓度。该分析包括将取样探头插入车辆中，该车辆正测试并以规定测试序列(例如，空闲发动机操作)记录车辆排放物的颗粒数量浓度。在所记录水平高于适用标准的情况下，车辆将视为通过或未通过该排放物测试。

在一个方面，根据本发明的全集成颗粒浓度分析系统利用CPC(其联接取样探头)和周围空气调节系统来分析车辆排放物的样本中的颗粒浓度。分析系统可配置成确定车辆发动机在PTI颗粒数量(PN)测试期间是否通过或未通过，其中发动机空转。分析器还可配置成确定车辆发动机在PTI颗粒数量测试期间是否通过或未通过，其中车辆对于“停顿加速度”之后的三个1分钟样本进行测试，其中所测量最大允许颗粒数量小于250000#cm^-3。

在本发明的一个方面，车载诊断(OBD)系统与分析系统集成在一起，该分析系统配置成确保车辆“预热”并且准备进行PTI PN测试。在测试期间，记录OBD参数(RPM、冷却剂温度和质量气流速率)和PN浓度两者的每秒数据以有利于额外数据评估以及PTI PN通过或未通过结果。

混合型CPC(以气溶胶流(样本流)进行操作)保持与饱和空气的源分开并且在输送通过凝聚器之前混合。全流型CPC(以装载颗粒(样本)空气进行操作)穿过由工作流体所环绕的加热芯吸物以变得饱和。对于全流型和混合型CPC两者，超饱和蒸汽凝聚于样本颗粒上并使它们生长至约5pm至10pm微滴。这些微滴然后通过喷嘴进行聚集，穿过激光束，并且由光散射粒子计数器(诸如脉冲检测电子器件)进行计数。混合型CPC提供相比于全流型CPC的有益属性，包括无与饱和器或芯吸物相关联的性能降级，因为芯吸物未受样本颗粒污染，这样随着时间得到较低超饱和水平。