薛亮，翟浩龍

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

基于5030 SHARP監(jiān)測儀的汽車排放顆粒物監(jiān)測設(shè)計(jì)

薛亮，翟浩龍

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，汽車保有量連創(chuàng)新高。汽車給人們的生活帶來方便的同時(shí)，它的尾氣排放尤其是顆粒物的排放給大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。文章針對日前越來越嚴(yán)重的汽車尾氣污染問題，分析了5030 SHARP監(jiān)測儀的監(jiān)測原理以及監(jiān)測的方式。針對5030 SHARP監(jiān)測儀各個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目的工作方式及使用特點(diǎn)，建立起了汽車尾氣排放顆粒物的監(jiān)測方法設(shè)計(jì)，進(jìn)一步規(guī)范了汽車排放顆粒物檢測5030 SHARP監(jiān)測儀的結(jié)構(gòu)布局，重點(diǎn)介紹了檢測設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)以及使用的軟件流程。為汽車排放物監(jiān)測的設(shè)計(jì)提供可靠參考，具有重要的理論意義和推廣使用價(jià)值。

5030 SHARP監(jiān)測儀；排放顆粒物；結(jié)構(gòu)布局；監(jiān)測方法

CLC NO: U472.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)01-36-03

引言

5030 SHARP監(jiān)測儀主要是對汽車尾氣排放物中的顆粒物進(jìn)行監(jiān)測，具有檢測結(jié)果精確，檢測高靈敏度和超長檢測時(shí)間等特性。汽車尾氣排放的致癌重金屬污染物等主要附著在顆粒物上的形式排放到大氣中。針對汽車排放顆粒物的監(jiān)測，進(jìn)而精確得到汽車尾氣排放顆粒物的信息，對于治理汽車尾氣污染有重大的指導(dǎo)參考意義。

1、5030 SHARP監(jiān)測儀監(jiān)測原理和監(jiān)測方式

1.1 5030 SHARP監(jiān)測儀功能介紹

5030型顆粒物同步混合監(jiān)測儀（SHARP）是一臺具有超強(qiáng)監(jiān)測限的，能提供精確實(shí)時(shí)連續(xù)數(shù)據(jù)的基于光濁度/β射線法的顆粒物監(jiān)測儀。此監(jiān)測儀能夠?qū)崟r(shí)的測量環(huán)境中的PM10，PM2.5，PM1.0懸浮物的濃度。監(jiān)測儀采用了高靈敏度的光散射光度計(jì)，其輸出信號與完整的β衰減質(zhì)量傳感器的平均測量值不斷的參比。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了長期的精密度和準(zhǔn)確度要求。監(jiān)測儀采用了先進(jìn)的固件優(yōu)化濁度計(jì)信號連續(xù)的質(zhì)量校準(zhǔn)，保證監(jiān)測量的質(zhì)量濃度隨著顆粒物采樣始終獨(dú)立的變化。

監(jiān)測儀采用智能除濕（IMR）系統(tǒng)，保持相對濕度的氣體進(jìn)入，顆粒物附著在濾帶上形成塵點(diǎn)經(jīng)過射線測量，并收集液態(tài)水。該系統(tǒng)通過內(nèi)部加熱最大限度的減少采集過來的樣本中半揮發(fā)性物質(zhì)的損失，當(dāng)相對濕度低于門檻值時(shí)，加熱器控制進(jìn)行加熱。當(dāng)環(huán)境濕度增加超過門檻值時(shí)，應(yīng)用加熱優(yōu)化來維持β衰減濾帶處相對濕度始終與門檻值平衡。專門設(shè)計(jì)的這樣的加熱系統(tǒng)目的是為了使連續(xù)質(zhì)量監(jiān)測儀樣品的條件滿足質(zhì)量法參考方法中相對濕度的條件。

1.2 5030 SHARP監(jiān)測儀監(jiān)測原理

SHARP監(jiān)測儀光學(xué)組件感應(yīng)懸浮物通過880納米的照明光束后的散射光。濁度計(jì)的響應(yīng)與懸浮物的濃度成線性；獨(dú)立的樣品流速；并且運(yùn)行中分鐘均值和動態(tài)均值連續(xù)計(jì)算出來。位于光學(xué)組件內(nèi)部的相對濕度傳感器在實(shí)時(shí)質(zhì)量測量之前應(yīng)立即位于紙帶的上游保證懸浮物的測量條件，使測量具有代表性。

此后，懸浮物沉積在玻璃纖維的紙帶上。濾紙上塵達(dá)到飽和趨向門檻值前，紙袋會自動走紙。

監(jiān)測儀利用β射線的衰減原理，通過纖維濾帶的一個(gè)已知體積區(qū)域連續(xù)收集和監(jiān)測塵粒質(zhì)量濃度。此外，β射線的衰減原理還可以直接測出大氣塵粒樣品中的α塵埃污染，排除氡氣衰變后子和素中的負(fù)質(zhì)量人工產(chǎn)物，以達(dá)到對質(zhì)量的準(zhǔn)確測量。同時(shí)能準(zhǔn)確測量濾帶上的樣品塵埃的質(zhì)量和體積，故可連續(xù)測量空氣中質(zhì)量的濃度。

通過正確的傳感器位置而得到β衰減濃度的一個(gè)連續(xù)的大氣密度校正因子。Β衰減動態(tài)的濃度均值連續(xù)的被計(jì)算出來。動態(tài)的β衰減的濃度與動態(tài)的濁度計(jì)的濃度相比得到一個(gè)比率，這個(gè)比率用來作為濁度計(jì)讀數(shù)分鐘均值的一個(gè)校正因子，因此，有如下公式：

5030型SHARP監(jiān)測儀每4秒更新一次濃度，可通過模擬輸出，串口輸出和用戶菜單輸出。若選擇30或60分鐘濃度值，其操作的日期和時(shí)間會加蓋標(biāo)記連同狀態(tài)/錯(cuò)誤信息一塊記錄到內(nèi)存中。

圖1 5030型SHARP監(jiān)測儀氣流示意圖

2、汽車多工位檢測線尾氣檢測系統(tǒng)

目前汽車均為多工位集成檢測系統(tǒng)，該檢測線將所有的檢測項(xiàng)目布置在4個(gè)主要工位，以計(jì)算機(jī)為核心，使用速度傳感器、制動力傳感器、位移傳感器、廢氣分析儀等檢測元件組成，如圖2所汽車檢測線系統(tǒng)硬件圖。

圖2 汽車檢測系統(tǒng)多工位圖

在該系統(tǒng)中，工位1需要速度傳感器，通過光電編碼器輸出脈沖信號，根據(jù)其頻率和轉(zhuǎn)速成正比，可以通過頻壓(F/V)轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳給計(jì)算機(jī)；工位2需要位移傳感器，它主要用于汽車輪胎共面度位置的偏移檢測，初始輸出的信號為模擬量，可以通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，再傳給計(jì)算機(jī)；工位3需要制動力傳感器，其用于制動力的測量，輸出信號也是模擬量信號，也是通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳給計(jì)算機(jī)。

重點(diǎn)在于工位4，接入5030型SHARP監(jiān)測儀，以30分鐘為一個(gè)監(jiān)測周期，監(jiān)測汽車尾氣顆粒物排放狀況，得到汽車尾氣排放的精確數(shù)據(jù)。

3、5030型SHARP監(jiān)測儀多進(jìn)程技術(shù)檢測平臺的優(yōu)勢

目前國內(nèi)汽車尾氣檢測設(shè)備均存在檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，檢測流程自動化程度低等問題。本文通過分析5030型SHARP監(jiān)測儀的檢測技術(shù)原理，將5030型SHARP監(jiān)測儀巧妙接入多進(jìn)程檢測平臺，該檢測平臺各進(jìn)程之間一般是相互獨(dú)立互不影響的，每個(gè)進(jìn)程占系統(tǒng)所分配的地址控件，而不受其他進(jìn)程的影響，每一個(gè)工位即一個(gè)進(jìn)程，這樣可以最大限度的發(fā)揮5030型SHARP監(jiān)測儀監(jiān)測準(zhǔn)確的特點(diǎn)。為汽車尾氣監(jiān)測提供精確的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4、結(jié)束語

本系統(tǒng)采用多工位同時(shí)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合5030型SHARP監(jiān)測儀，準(zhǔn)確監(jiān)測汽車尾氣中顆粒物的排放情況，并且將多進(jìn)程技術(shù)、動態(tài)鏈接數(shù)據(jù)庫等結(jié)合起來，檢測效率高、尾氣顆粒物監(jiān)測準(zhǔn)確，操作便捷，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率和運(yùn)行成本，應(yīng)該進(jìn)一步得到應(yīng)用和推廣使用。

[1] 盧春霞,祝強(qiáng)等.分布式汽車檢測線設(shè)計(jì).機(jī)械工程與自動化,2012（1）:62-65.

[2] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB7258-2004.機(jī)動車運(yùn)行安全條件[S].北京:北京科海電子出版社,2004.

Design of vehicle emission particulate monitoring system based on 5030 SHARP monitor

Xue Liang, Zhai Haolong
( University of changan automobile institute, Shaanxi Xi 'an 710064 )

A In recent years,with the development of China's economic and the continuous progress of the process of urbanization, there are more and more cars.The automobile has brought convenience to people's life, but, its exhaust emissions, especially particulate emissions to the atmospheric environment caused serious pollution.In this paper, the problem of vehicle exhaust pollution is more and more serious, the monitoring principle and the way of monitoring of the 5030 SHARP monitor are analyzed.According to the working mode and characteristics of each monitoring project of the 5030 SHARP monitor, the monitoring method of vehicle exhaust emission particulate matter was established.To provide reliable reference for the design of vehicle emission monitoring, which has important theoretical significance and value of popularization and application.

5030 SHARP monitor; Particulate matter; Structure layout; Monitoring method

U472.9

A

A1671-7988(2017)01-36-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.01.014

薛亮（1992—），男，長安大學(xué)汽車學(xué)院碩士研究生，載運(yùn)工具運(yùn)用工程專業(yè)。