专利名称：一种机动车排放污染物总量的测量装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种机动车排放污染物总量的测量装置及其方法。
背景技术：
常用的测量机动车排放污染物的测量装置及其测量的方法，主要是利用一种不分光吸收式红外线分析仪，利用CO和HC等在红外区的特征吸收，采用红外检测仪检测其所吸收的能量，并转为被调制的低频电信号，经过放大整流后直接指示出被测机动车排气的浓度。由于这种测量仪仅仅能测量出机动车排放出的废气的浓度，然而，当一辆排量为1000毫升的机动车和一辆排量为3000毫升的机动车所排出的废气的浓度相同时，这种测量仪则无法测量出该机动车实际排放的污染物的总量是多少。因此，这种测量机动车排放污染物的测量装置及测量的方法存在着无法如实地反映被测量的机动车的实际排污量问题。美国专利US6085582公开了一种“测量车辆废气排放物质量的装置及其方法”，其主要包括一用于收集车辆废气的废气入口、及与废气入口相连接的一喇叭形稀释空气入口、用于测量稀释前废气的浓度的第一分析器、用于测量稀释后的废气浓度的第二分析器以及用于测量稀释废气流量的流量计和用于分析处理测量结果的计算机。由于这种测量装置是采用电化学传感器测量在喇叭形稀释空气入口中取得O2的浓度进行推算该机动车实际排放污染物的质量，又由于电化学传感器存在稳定性差和重复性不好等问题，使得其测量计算出的结果不能准确地反映出被测机动车的实际排放污染物的总质量。因此，这种测量装置及测量方法存在着测量结果误差大、精确度低、稳定可靠性能差，无法准确地反映被测机动车的实际排污量等问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述存在问题，提供一种利用测量计算得到机动车排气中CO2的稀释比而进行测量计算机动车排放污染物的总量，并能准确有效地测量出各种不同排量的机动车实际排放的污染物的测量装置及其方法。
在此基础上，本发明进一步的目的在于提供一种工作可靠、稳定性好和重复性好，且测量结果准确、精度高的利用红外线CO2浓度传感器进行浓度测定的测量装置及其方法。
本发明的技术方案是这样实现的一种机动车排放污染物总量的测量装置，包括流量测量处理装置、气体分析平台、电子分析处理装置、底盘测功机及与流量测量处理装置相连接的连接有风机的带喇叭口的稀释取样管、与气体分析平台相连接的带取样探头的直接取样管以及连接于流量测量处理装置、气体分析平台及电子分析处理装置之间的数据线，其特点在于所述流量测量处理装置由依序与稀释取样管相连的CO2浓度测量装置、温度测量装置、压力测量装置及流量测量装置组成，其中，所述流量测量处理装置通过其CO2浓度测量装置、温度测量装置、压力测量装置及流量测量装置分别测量得到经稀释后的机动车排气的CO2的浓度、温度、压力、流量的数据，并将测得的各数据经数据线传送到电子分析处理装置中；所述气体分析平台通过取样探头测量得到机动车排气的HC、CO、NO、CO2的浓度及压力、温度、流量的数据，并将测得的各数据分别经数据线传送到电子分析处理装置中；所述电子分析处理装置通过将流量测量处理装置测得的数据与气体分析平台测量的数据进行对比分析处理得到机动车的实际排放污染物的总量；所述取样探头的输入端位于机动车的排气管管内。
为了进一步确保本发明的工作可靠、稳定性好和重复性好，且测量结果更准确、精度更高，上述CO2浓度传感装置由顺序连接的红外线CO2浓度传感器及电信号转换机构组成。
为了避免机动车排气中含有水份破坏气体分析平台性能，确保气体分析平台能够为电子分析处理装置提供精确无误的测量数据，从而再进一步提高本发明测量结果的精确度和工作性能的稳定可靠，上述气体分析平台与直接取样管之间设有用于过滤掉排气中含有的水份的水分离器。
本发明还提供一种利用上述测量装置测量机动车排放污染物的总量的测量方法，其包括如下步骤(1)取样探头伸至机动车的排气管管内直接抽取机动车排气的样气，并将抽取得到的样气送至气体分析平台；将稀释取样管的喇叭口正对机动车的排气管管口抽取机动车全部排气及参与稀释的空气，并将抽取得到的气体送至流量测量处理装置；(2)经气体分析平台对取样探头抽取的机动车排气进分析处理得到机动车排气的HC、CO、NO、CO2的浓度及压力、温度、流量，并通过数据线送至电子分析处理装置；经流量测量处理装置的CO2浓度测量装置、温度测量装置、压力测量装置及流量测量装置分别测得经稀释后的机动车排气的CO2浓度、温度、压力、流量，并通过数据线送至电子分析处理装置；
(3)电子分析处理装置对气体分析平台、流量测量处理装置传送来的各数据进行对比进行分析处理，其包括如下分析处理过程(3-1)将流量测量处理装置测得的稀释气体中CO2的百分比浓度与气体分析平台测得的机动车排气中CO2的百分比浓度结合得到CO2稀释比；(3-2)将流量测量处理装置测得的稀释气体的压力、流量、温度与标准大气压、标准状态下的温度结合得到标准状态下稀释排气的流量；(3-3)将得到的标准状态下稀释排气的流量、用气体分析平台测得的被气体分析平台所分流的流量及用气体分析平台测得的压力、温度与标准大气压、标准状态下的温度结合得到标准状态下机动车排气的流量；(3-4)将气体分析平台测得的机动车排气中的HC或NO的百万分比浓度和CO或CO2的百分比浓度分别与标准状态下机动车排气的流量、机动车排气中的HC、NO、CO、CO2的克分子量、理想气体的克分子体积及转换因子结合分别得到HC、NO、CO、CO2单位时间的质量；(3-5)将机动车单位时间排气的质量进行累加得到机动车在0～t时间内所排放的某种污染物的总量。
本发明由于利用测量机动车排气的CO2浓度与经稀释后的机动车排气的CO2浓度相对比结合来测量机动车排放污染物总量的测量装置及其测量的方法，使本发明有效利用CO2浓度测量的稳定性及一致性好的特点，通过测量计算得到机动车排气中CO2的稀释比和通过测量出机动车排气的温度、压力、流量及HC、CO、NO、CO2的浓度而方便、可行地计算出机动车实际排放污染物的总量，不仅能准确有效地测量出各种不同排量的机动车实际排放的污染物，而且测量结果准确、精度高、性价比高。而且，由于还利用红外线CO2浓度传感器作为CO2的浓度测定的测量装置及其测量的方法，使本发明充分利用红外线C02浓度传感器的工作可靠、稳定性好和重复性好的特点，从而进一步使本发明的测量结果更准确、精度更高。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的测量装置的组成结构示意图。
图2为本发明分析处理原理方框图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明包括流量测量处理装置1、气体分析平台2、电子分析处理装置3、底盘测功机4及与流量测量处理装置1相连接的连接有风机5的带喇叭口61的稀释取样管6、与气体分析平台2相连接的带取样探头8的直接取样管7以及连接于流量测量处理装置1、气体分析平台2及电子分析处理装置3之间的数据线9。为有效解决现有测量装置及测量方法所存在的测量结果误差大、不能准确地反映各种不同排量的机动车的实际排放污染物，测量精度低、稳定性差、重复性差、可靠性能差等问题，本发明所述流量测量处理装置1由依序与稀释取样管6相连的CO2浓度测量装置11、温度测量装置12、压力测量装置13及流量测量装置14组成，其中，所述流量测量处理装置1通过其CO2浓度测量装置11、温度测量装置12、压力测量装置13及流量测量装置14分别测量得到经稀释后的机动车排气的CO2的浓度、温度、压力、流量的数据，并将测得的各数据经数据线9传送到电子分析处理装置3中；所述气体分析平台2通过取样探头8测量得到机动车排气的HC、CO、NO、CO2的浓度及压力、温度、流量的数据，并将测得的各数据分别经数据线9传送到电子分析处理装置3中；所述电子分析处理装置3通过将流量测量处理装置1测得的数据与气体分析平台2测量的数据进行对比分析处理得到机动车的实际排放污染物的总量。使本发明有效利用CO2浓度测量的稳定性及一致性好的特点，通过测量计算得到机动车排气中CO2的稀释比和通过测量出机动车排气的温度、压力、流量及HC、CO、NO、CO2的浓度而方便、可行地计算出机动车实际排放污染物的总量，不仅能准确有效地测量出各种不同排量的机动车实际排放的污染物，而且测量结果准确、精度高、性价比高。为确保测量结构的准确，如图1所示，所述取样探头8的输入端位于机动车的排气管20管内。为了进一步确保本发明的工作可靠、稳定性好和重复性好，且测量结果更准确、精度更高，上述CO2浓度测量装置11由顺序连接的红外线CO2浓度传感器及电信号转换机构组成。使本发明充分利用红外线CO2浓度传感器的工作可靠、稳定性好和重复性好的特点，从而进一步使本发明的测量结果更准确、精度更高。由于CO2浓度测量装置11的红外线CO2浓度传感器及电信号转换机构属于现有的公知技术，故不作详述。同样，所述温度测量装置12由温度传感器及电信号转换机构组成；所述压力测量装置13由压力传感器及电信号转换机构组成；还有流量测量装置14、气体分析平台2、取样探头8等这些测量装置由于都属于公知技术中的测量设备，故不作一一详述。为了避免机动车排气中含有水份破坏气体分析平台性能，确保气体分析平台能够为电子分析处理装置提供精确无误的测量数据，从而再进一步提高本发明测量结果的精确度和工作性能的稳定可靠，上述气体分析平台2与直接取样管7之间设有用于过滤掉排气中含有的水份的水分离器10。
为能够更好利用上述测量装置进行测量计算出机动车实际排放污染物的总量，本发明还提供一种利用上述测量装置测量机动车排放污染物的总量的测量方法，如原理方框2所示，其包括如下步骤(1)取样探头伸至机动车的排气管管内直接抽取机动车排气的样气，并将抽取得到的样气送至气体分析平台；将稀释取样管的喇叭口正对机动车的排气管管口抽取机动车全部排气及参与稀释的空气，并将抽取得到的气体送至流量测量处理装置；(2)气体分析平台对取样探头抽取的机动车排气进分析处理得到机动车排气的HC、CO、NO、CO2的浓度及压力、温度、流量，并通过数据线送至电子分析处理装置；经流量测量处理装置的CO2浓度测量装置、温度测量装置、压力测量装置及流量测量装置分别测得经稀释后的机动车排气的CO2浓度、温度、压力、流量，并通过数据线送至电子分析处理装置；(3)电子分析处理装置对气体分析平台、流量测量处理装置传送来的各数据进行对比进行分析处理，其包括如下分析处理过程(3-1)将流量测量处理装置测得的稀释气体中CO2的百分比浓度CDil与气体分析平台测得的机动车排气中CO2的百分比浓度CRaw结合得到CO2稀释比R，该稀释比R等于将测得空气中的CO2的百分比浓度CBack、参与稀释空气的流量QBack、气体分析平台测得的机动车排气的流量QRaw、流量测量处理装置测得的稀释排气的流量QTotal通过如下公式推算得到经稀释后的机动车排气的稀释比R′∵CRaw*QRaw+CBack*QBack＝CDil*(QRaw+QBack)(CRaw-CDil)*QRaw＝(CDil-CRack)*QRack
QBackQRaw=CRaw-CDilCDil-CBadk≈CRaw-CDilCDil]]>(通�？掌械腃O2的百分比浓度CRack≈0.04％，可忽略不计。)又∵R′=QRawQTotal=QRawQRaw+QBack]]>=11+QBackQRaw]]>=11+CRaw-CDilCDil]]>=CDilCRaw=R]]>(3-2)将流量测量处理装置测得的稀释气体的压力P、流量Q、温度T与标准大气压P0、标准状态下的温度T0结合得到标准状态下稀释排气的流量QS，其是通过如下公式计算得到QS=Q*PP0*T0T+T0;]]>公式中公式中公式中QS——结合得到标准状态下稀释排气的流量，单位立方米/分钟；Q——流量测量装置测得稀释排气的流量，单位立方米/分钟；P——流量测量装置测得稀释排气的压力，单位mBar；T——流量测量装置测得稀释排气的温度，单位℃；P0——标准大气压，单位1013.25mBar；T0——标准状态下的温度，单位273.15°K。
(3-3)将得到的标准状态下稀释排气的流量QS、用气体分析平台测得的被气体分析平台所分流的流量QP及用气体分析平台测得的压力P′、温度T′与标准大气压P0、标准状态下的温度T0结合得到标准状态下机动车排气的流量QSE，其是通过如下公式计算得到QSE=QS*R+QP*P′P0*T0T′+T0.]]>公式中QSE——结合得到标准状态下机动车排气的流量，单位立方米/分钟；QS——结合得到标准状态下稀释排气的流量，单位立方米/分钟；QP——用气体分析平台测得被气体分析平台所分流的流量，单位立方米/分钟；P′——用气体分析平台测得压力，单位mBar；T′——用气体分析平台测得温度，单位℃；P0——标准大气压，单位1013.25mBar；T0——标准状态下的温度，单位273.15°K。
(3-4)将气体分析平台测得的机动车排气中的HC或NO的百万分比浓度C和CO或CO2的百分比浓度C′分别与标准状态下机动车排气的流量QSE、机动车排气中的HC、NO、CO、CO2的克分子量mol、理想气体的克分子体积K1及转换因子K2结合分别得到HC、NO、CO、CO2单位时间的质量mt。
其中，HC、NO单位时间的质量mt是通过如下公式计算得到mt=C*10-6*QSE*103K1*mol*103K2=C*QSE*molK1+K2]]>公式中mt——单位时间的质量，单位毫克/秒；
mol——机动车排气中HC或NO的克分子量，单位克，HC86克，NO30克；K1——理想气体的克分子体积，单位升/克分子，22.4136升/克分子；K2——转换因子，单位秒/分钟，60秒/分钟。
C——用气体分析平台测得机动车排气中的HC或NO的百万分比浓度，单位ppm(10-6)；QSE——结合得到标准状态下机动车排气的流量，单位立方米/分钟。
而CO、CO2单位时间的质量mt是通过如下公式计算得到mt=C′*10-2*QSE*103K1*mol*103K2=C′*QSE*mol*104K1*K2]]>公式中mt——单位时间的质量，单位毫克/秒；mol——机动车排气中CO或CO2的克分子量，单位克，CO28克，CO244克；K1——理想气体的克分子体积，单位升/克分子，22.4136升/克分子；K2——转换因子，单位秒/分钟，60秒/分钟。
C′——用气体分析平台测得机动车排气中的CO或CO2的百分比浓度，单位％；QSE——结合得到标准状态下机动车排气的流量，单位立方米/分钟。
(3-5)将机动车单位时间排气的质量mt进行累加得到机动车在0～t时间内所排放的某种污染物的总量MTotal，其是通过如下公式计算得到MTotal=Σi=0t(mt)i.]]>
公式中mt——单位时间的质量，单位毫克/秒；MTotal——0～t时间内，机动车所排出的某种污染物的总量。
权利要求
1.一种机动车排放污染物总量的测量装置，包括流量测量处理装置(1)、气体分析平台(2)、电子分析处理装置(3)、底盘测功机(4)及与流量测量处理装置(1)相连接的连接有风机(5)的带喇叭口(61)的稀释取样管(6)、与气体分析平台(2)相连接的带取样探头(8)的直接取样管(7)以及连接于流量测量处理装置(1)、气体分析平台(2)及电子分析处理装置(3)之间的数据线(9)，其特征在于所述流量测量处理装置(1)由依序与稀释取样管(6)相连的CO2浓度测量装置(11)、温度测量装置(12)、压力测量装置(13)及流量测量装置(14)组成，其中，所述流量测量处理装置(1)通过其CO2浓度测量装置(11)、温度测量装置(12)、压力测量装置(13)及流量测量装置(14)分别测量得到经稀释后的机动车排气的CO2的浓度、温度、压力、流量的数据，并将测得的各数据经数据线(9)传送到电子分析处理装置(3)中；所述气体分析平台(2)通过取样探头(8)测量得到机动车排气的HC、CO、NO、CO2的浓度及压力、温度、流量的数据，并将测得的各数据分别经数据线(9)传送到电子分析处理装置(3)中；所述电子分析处理装置(3)通过将流量测量处理装置(1)测得的数据与气体分析平台(2)测量的数据进行对比分析处理得到机动车的实际排放污染物的总量；所述取样探头(8)的输入端位于机动车的排气管管内。
2.根据权利要求1所述机动车排放污染物总量的测量装置，其特征在于上述CO2浓度测量装置(11)由顺序连接的红外线CO2浓度传感器及电信号转换机构组成。
3.根据权利要求1所述机动车排放污染物总量的测量装置，其特征在于上述气体分析平台(2)与直接取样管(7)之间设有用于过滤掉排气中含有的水份的水分离器(10)。
4.一种机动车排放污染物总量的测量方法，其特征在于包括如下步骤(1)将取样探头伸至机动车的排气管管内直接抽取机动车排气的样气，并将抽取得到的样气送至气体分析平台；将稀释取样管的喇叭口正对机动车的排气管管口抽取机动车全部排气及参与稀释的空气，并将抽取得到的气体送至流量测量处理装置；(2)经气体分析平台对取样探头抽取的机动车排气进分析处理得到机动车排气的HC、CO、NO、CO2的浓度及压力、温度、流量，并通过数据线送至电子分析处理装置；经流量测量处理装置的CO2浓度测量装置、温度测量装置、压力测量装置及流量测量装置分别测得经稀释后的机动车排气的CO2浓度、温度、压力、流量，并通过数据线送至电子分析处理装置；(3)电子分析处理装置对气体分析平台、流量测量处理装置传送来的各数据进行对比进行分析处理，其包括如下分析处理过程(3-1)将流量测量处理装置测得的稀释气体中CO2的百分比浓度(CDil)与气体分析平台测得的机动车排气中CO2的百分比浓度(CRaw)结合得到CO2稀释比(R)；(3-2)将流量测量处理装置测得的稀释气体的压力(P)、流量(Q)、温度(T)与标准大气压(P0)、标准状态下的温度(T0)结合得到标准状态下稀释排气的流量(QS)；(3-3)将得到的标准状态下稀释排气的流量(QS)、用气体分析平台测得的被气体分析平台所分流的流量(QP)及用气体分析平台测得的压力(P′)、温度(T′)与标准大气压(P0)、标准状态下的温度(T0)结合得到标准状态下机动车排气的流量(QSE)；(3-4)将气体分析平台测得的机动车排气中的HC或NO的百万分比浓度(C)和CO或CO2的百分比浓度(C′)分别与标准状态下机动车排气的流量(QSE)、机动车排气中的HC、NO、CO、CO2的克分子量(mol)、理想气体的克分子体积(K1)及转换因子(K2)结合分别得到HC、NO、CO、CO2单位时间的质量(mt)；(3-5)将机动车单位时间排气的质量(mt)进行累加得到机动车在0～t时间内所排放的某种污染物的总量(MTotal)。
5.根据权利要求4所述机动车排放污染物总量的测量方法，其特征在于上述步骤(3-1)中CO2的稀释比(R)等于将测得空气中的CO2的百分比浓度(CBack)、参与稀释空气的流量(QBack)、气体分析平台测得的机动车排气的流量(QRaw)、流量测量处理装置测得的稀释排气的流量(QTotal)通过如下公式推算得到经稀释后的机动车排气的稀释比(R′)∵CRaw*QRaw+CBack*QBack＝CDil*(QRaw+QBack)(CRaw-CDil)*QRaw＝(CDil-CBack)*QBackQBackQRaw=CRaw-CDilCDil-CBack≈CRaw-CDilCDil]]>又∵R′=QRawQTotal=QRawQRaw+QBack]]>=11+QBackQRaw]]>=11+CRaw-CDilCDil]]>=CDilCRaw=R]]>
6.根据权利要求4所述机动车排放污染物总量的测量方法，其特征在于上述步骤(3-2)中的标准状态下汽车排气的流量(QSE)是通过如下公式计算得到QS=Q*PP0*T0T+T0;]]>公式中，单位标准大气压(P0)为1013.25mBar、单位标准状态下的温度(T0)为273.15°K。
7.根据权利要求4所述机动车排放污染物总量的测量方法，其特征在于上述步骤(3-3)中的标准状态下汽车排气的流量(QSE)是通过如下公式计算得到QSE=QS*R+QP*P′P0*T0T′+T0.]]>公式中，单位标准大气压(P0)为1013.25mBar、单位标准状态下的温度(T0)为273.15°K。
8.根据权利要求4所述机动车排放污染物总量的测量方法，其特征在于上述步骤(3-4)中HC、NO单位时间的质量(mt)是通过如下公式计算得到mt=C*10-6*QSE*103K1*mol*103K2=C*QSE*molK1*K2]]>公式中，机动车排气中HC或NO的克分子量(mol)，单位克，HC86克，NO30克；理想气体的克分子体积(K1)，单位升/克分子，22.4136升/克分子；转换因子(K2)，单位秒/分钟，60秒/分钟。
9.根据权利要求4所述机动车排放污染物总量的测量方法，其特征在于上述步骤(3-4)中CO、CO2单位时间的质量(mt)是通过如下公式计算得到mt=C′*10-2*QSE*103K1*mol*103K2=C′*QSE*mol*104K1*K2]]>公式中，机动车排气中CO或CO2的克分子量(mol)，单位克，CO28克，CO244克；理想气体的克分子体积(K1)，单位升/克分子，22.4136升/克分子；转换因子(K2)，单位秒/分钟，60秒/分钟。
10.根据权利要求4所述机动车排放污染物总量的测量方法，其特征在于上述步骤(3-5)中的机动车排气的总量(MTotal)是通过如下公式计算得到MTotal=Σi=0t(mt)i.]]>
全文摘要
一种机动车排放污染物总量的测量装置及其方法。本发明是利用测量机动车排气的CO
文档编号G01N35/00GK1588086SQ20041005163
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月28日 优先权日2004年9月28日
发明者何桂华 申请人:佛山分析仪有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
