發(fā)布時(shí)間：2020-03-29 12:05

【摘要】：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,我國(guó)的機(jī)動(dòng)車保有量已超過(guò)3.25億輛并持續(xù)增長(zhǎng),以機(jī)動(dòng)車為代表的移動(dòng)源對(duì)環(huán)境污染的貢獻(xiàn)日益凸顯,其中機(jī)動(dòng)車排放顆粒物已成為PM2.5的重要來(lái)源之一。由于機(jī)動(dòng)車排放顆粒物體積小、重量輕,僅監(jiān)測(cè)顆粒物的質(zhì)量濃度不足以反映其污染特征,因此我國(guó)機(jī)動(dòng)車最新的排放標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)數(shù)濃度的限值作了明確要求。本文開展了基于擴(kuò)散荷電法的機(jī)動(dòng)車排放顆粒物數(shù)濃度測(cè)量系統(tǒng)電子學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究,完成了微電流測(cè)量模塊和靜態(tài)法拉第杯氣溶膠靜電計(jì)的研制與性能評(píng)估測(cè)試,實(shí)現(xiàn)了集擴(kuò)散荷電、帶電量測(cè)量及總體數(shù)濃度反演于一體的機(jī)動(dòng)車排放顆粒物數(shù)濃度測(cè)量系統(tǒng)的集成,并開展了反演算法研究以及臺(tái)架比對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。主要成果如下:(1)基于微電流測(cè)量原理,設(shè)計(jì)了一種高精度寬動(dòng)態(tài)范圍且無(wú)量程切換的fA級(jí)微弱電流測(cè)量模塊。采用阻抗法搭建1-V轉(zhuǎn)換電路,結(jié)合電平轉(zhuǎn)換與高精度AD轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)了fA級(jí)微電流的測(cè)量,并建立了對(duì)應(yīng)的測(cè)量模型與溫度效應(yīng)模型。通過(guò)對(duì)模型和噪聲影響因素的分析,給出了電路中關(guān)鍵器件的選取規(guī)則和電路板設(shè)計(jì)與處理方法。為了研究溫度、器件等因素對(duì)微電流測(cè)量電路性能的影響,搭建了三種不同量程不同靈敏度的微電流測(cè)量電路并分別進(jìn)行了線性校準(zhǔn)、零點(diǎn)漂移測(cè)試和噪聲測(cè)試;測(cè)試結(jié)果表明,線性度分別優(yōu)于0.25%、0.85%、1.20%;零點(diǎn)漂移的峰峰值分別約為340 fA、45 fA、20 fA;噪聲的均方根值分別為3.31 fA、1.01 fA和0.31 fA;動(dòng)態(tài)范圍分別為115.6 dB、105.9 dB和96.2 dB。(2)基于靜態(tài)法拉第杯原理,設(shè)計(jì)了一種高探測(cè)效率的靜態(tài)法拉第杯氣溶膠靜電計(jì),建立了帶電量測(cè)量模型,分析了溫度和器件關(guān)鍵參數(shù)對(duì)測(cè)量誤差的影響。最后,對(duì)該模塊進(jìn)行了流量校準(zhǔn)、流量穩(wěn)定性、零點(diǎn)漂移、探測(cè)效率以及比對(duì)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)流量設(shè)置為2L/min時(shí),采樣流量誤差小于±0.004L/min;零點(diǎn)漂移電流峰峰值為510 fA;顆粒物探測(cè)效率(粒徑5nm)優(yōu)于96.6%;與TSI-3068B進(jìn)行I小時(shí)以上的比對(duì),統(tǒng)計(jì)相關(guān)性優(yōu)于0.99,且在均方根噪聲(1 fA)相同時(shí)量程范圍是TSI-3068B的40倍。(3)設(shè)計(jì)了差分式測(cè)量方案,完成基于擴(kuò)散荷電法的機(jī)動(dòng)車排放顆粒物數(shù)濃度測(cè)量系統(tǒng)的研制,建立了數(shù)濃度反演算法,探索了勢(shì)阱電壓與采樣流量對(duì)數(shù)濃度反演的影響,基于實(shí)驗(yàn)開展了算法驗(yàn)證和測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定工作,初步完成了整車臺(tái)架/PEMS(Portable Emission Measurement System)比對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:在重型柴油車和輕型汽油車臺(tái)架實(shí)驗(yàn)中,自研設(shè)備與HORBIA的MEXA-2000SPCS的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性分別優(yōu)于89.3%和73.7%;在輕型汽油車PEMS實(shí)驗(yàn)中,自研設(shè)備與HORBIA的OBS-ONE和AVL的AVL M.O.V.E的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性分別優(yōu)于93.6%和90.1%。
【圖文】：

１．２機(jī)動(dòng)車排放顆粒物特征與ＰＭＰ計(jì)劃逡逑機(jī)動(dòng)車排放的顆粒物中，除了燃料燃燒產(chǎn)生的固體顆粒物外，還存在許多的逡逑半揮發(fā)性以及揮發(fā)性物質(zhì)。這類物質(zhì)隨著尾氣排出后溫度與壓力等的變化，凝結(jié)逡逑增長(zhǎng)為固態(tài)或液態(tài)顆粒物。研究表明［＆１，不論是排放的固體顆粒物還是由半揮發(fā)逡逑性以及揮發(fā)性物質(zhì)凝結(jié)增長(zhǎng)形成的顆粒物，，大部分為超細(xì)顆粒物（粒徑＜１００ｎｍ）。逡逑超細(xì)顆粒物具有較大的比表面積，它們可吸附更多其他有毒污染物，沉積在呼吸逡逑系統(tǒng)的更深處，需要的清除時(shí)間更長(zhǎng)，轉(zhuǎn)運(yùn)到其他器官的概率也更高，具有很高逡逑的生物有效性和毒性因此對(duì)人體的危害性比大顆粒物更為嚴(yán)重。逡逑２逡逑

為了促進(jìn)機(jī)動(dòng)車生產(chǎn)商對(duì)技術(shù)的革新以降低顆粒物排放，歐洲和美國(guó)都制相關(guān)的機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的機(jī)動(dòng)車排放法規(guī)起步較晚，于１９８３年頒布一批機(jī)動(dòng)車尾氣污染控制排放標(biāo)準(zhǔn)［１＾。目前，我國(guó)的機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)主要?dú)W洲標(biāo)準(zhǔn)體系。鑒于機(jī)動(dòng)車排放顆粒物粒徑小、質(zhì)量輕，占總體質(zhì)量濃度比，但占數(shù)濃度的比重較大，僅僅測(cè)量機(jī)動(dòng)車排放顆粒物的質(zhì)量濃度己經(jīng)不足映其對(duì)環(huán)境污染的影響程度，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ＵＮ－ＥＣＥ）的污染與工作組（ＧＲＰＥ）制訂了邋ＰＭＰＣＴｈｅ邋Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ邋Ｐｒｏｇｒａｍｍｅ）計(jì)劃ｍｕ】
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X831

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳恒武;;做一張活動(dòng)對(duì)數(shù)濃度圖[J];化學(xué)教育;1983年02期

2 王薇;黃麗坤;田甜;;哈爾濱市采暖期顆粒物數(shù)濃度變化特征[J];黑龍江大學(xué)工程學(xué)報(bào);2016年02期

3 王榮;許鐘麟;崔磊;張益昭;張彥國(guó);劉華;牛維樂(lè);馮昕;梁磊;展素萍;劉京;姚丹;李文俊;曹國(guó)慶;趙輝;黨宇;;我國(guó)大氣塵計(jì)數(shù)濃度的特點(diǎn)[J];暖通空調(diào);2008年05期

4 ;信息與服務(wù)[J];化學(xué)通報(bào);1987年08期

5 陳萬(wàn)奎,嚴(yán)采蘩;北京等地對(duì)流層低層晴天氣溶膠微物理特征[J];氣象科學(xué)研究院院刊;1988年02期

6 費(fèi)海驊,黃建權(quán);石棉造紙行業(yè)粉塵重量濃度與纖維計(jì)數(shù)濃度關(guān)系研究[J];工業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)病;1989年06期

7 申萬(wàn)冬,任保印,喬朝林,王連山;棉花噴施亞硫酸氫鈉試驗(yàn)[J];中國(guó)棉花;1989年04期

8 付志民;孫在;賈崢;謝小芳;;杭州市超細(xì)微粒數(shù)濃度和粒徑分布特征[J];環(huán)境科學(xué)研究;2012年03期

9 李瑞們;石金輝;張代洲;;天氣條件及氣團(tuán)來(lái)源對(duì)青島春季大氣顆粒物數(shù)濃度譜分布的影響[J];中國(guó)環(huán)境科學(xué);2012年08期

10 張濤;陶俊;王伯光;朱李華;韓靜磊;許振成;;2008年1月廣州顆粒物數(shù)濃度污染特征[J];中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè);2009年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王維佳;劉建西;張世林;劉平;董曉波;石立新;;西南地區(qū)氣溶膠對(duì)云的影響個(gè)例初析[A];第28屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)——S9大氣物理學(xué)與大氣環(huán)境[C];2011年

2 朱延年;;利用衛(wèi)星反演海洋性層積云云滴數(shù)濃度算法研究[A];第35屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì) S13 大氣物理學(xué)與大氣環(huán)境[C];2018年

3 康鳳琴;;中國(guó)北方沙塵氣溶膠對(duì)云和降水影響的數(shù)值模擬研究[A];第十五屆全國(guó)云降水與人工影響天氣科學(xué)會(huì)議論文集（Ⅱ）[C];2008年

4 張文閣;;計(jì)數(shù)濃度粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制[A];中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)2004年年會(huì)暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會(huì)會(huì)議文集[C];2004年

5 郭偉;程燕;晁攸闖;樊巍巍;;人為活動(dòng)對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響分析[A];十一屆全國(guó)氣溶膠會(huì)議暨第十屆海峽兩岸氣溶膠技術(shù)研討會(huì)摘要集[C];2013年

6 朱彬;楊軍;李子華;;重慶冬季大氣氣溶膠的物理、化學(xué)特征[A];第三屆長(zhǎng)三角氣象科技論壇論文集[C];2006年

7 呂峰;董曉波;石立新;胡向峰;趙志軍;;保定、石家莊地區(qū)氣溶膠分布的飛機(jī)觀測(cè)[A];第27屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)人工影響天氣與云霧物理新技術(shù)理論及進(jìn)展分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2010年

8 楊軍;牛忠清;石春娥;劉端陽(yáng);李子華;;霧霾過(guò)程分類及其微物理特征[A];第27屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)人工影響天氣與云霧物理新技術(shù)理論及進(jìn)展分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2010年

9 鄧兆澤;趙春生;馬楠;冉靚;周廣強(qiáng);呂達(dá)仁;周秀驥;;基于氣溶膠活化特性觀測(cè)檢驗(yàn)CCN數(shù)濃度參數(shù)化[A];創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展 提高氣象災(zāi)害防御能力——S10大氣物理學(xué)與大氣環(huán)境[C];2013年

10 張瑜;銀燕;段英;石立新;吳志會(huì);;晴天條件下一次氣溶膠飛機(jī)探測(cè)資料分析[A];第七屆長(zhǎng)三角氣象科技論壇論文集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 大剛;農(nóng)藥稀釋換算技巧[N];中國(guó)花卉報(bào);2006年

2 郝淑英;農(nóng)藥稀釋換算技巧[N];山西科技報(bào);2003年

3 ;農(nóng)藥稀釋換算[N];云南科技報(bào);2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 楊義新;基于擴(kuò)散荷電法的機(jī)動(dòng)車排放顆粒物數(shù)濃度測(cè)量系統(tǒng)電子學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

2 高健;大氣顆粒物個(gè)數(shù)濃度、粒徑分布及顆粒物生成[D];山東大學(xué);2008年

3 張礁石;北京特殊時(shí)段大氣細(xì)粒子和超細(xì)粒子數(shù)濃度譜觀測(cè)及變化特征分析[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

4 袁琦;黃河三角洲地區(qū)大氣顆粒物理化特性研究[D];山東大學(xué);2015年

5 張敏;遠(yuǎn)洋船基及上海地基大氣氣溶膠理化特性研究[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

6 許鵬舉;濟(jì)南城區(qū)大氣顆粒物數(shù)濃度及粒徑分布特征研究[D];山東大學(xué);2011年

7 趙宇;居民區(qū)地下車庫(kù)自然狀態(tài)下PM1.0顆粒的運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

8 蘇航;黃山地區(qū)大氣冰核數(shù)濃度及其影響因子的觀測(cè)研究[D];南京信息工程大學(xué);2013年

9 趙麗娟;霧宏微觀結(jié)構(gòu)與湍流、輻射、氣溶膠相互作用[D];南京信息工程大學(xué);2012年

10 封彩云;城市污染大氣環(huán)境下云和降水形成的觀測(cè)與數(shù)值模擬研究[D];蘭州大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 余欣洋;黃山暖性云霧滴譜離散度與其數(shù)濃度相關(guān)特征研究[D];南京信息工程大學(xué);2018年

2 梁靜舒;南京北郊?xì)馊苣z數(shù)濃度分布與人體內(nèi)粒子沉積特性研究[D];南京信息工程大學(xué);2018年

3 李義宇;華北夏季氣溶膠與云微物理特征的飛機(jī)觀測(cè)研究[D];南京信息工程大學(xué);2015年

4 呂玉環(huán);基于機(jī)載測(cè)量資料的氣溶膠和云微物理特征研究[D];南京信息工程大學(xué);2013年

5 方莎莎;南方高海拔地區(qū)CCN數(shù)濃度參數(shù)化及CCN對(duì)雨、霧滴譜的影響[D];南京信息工程大學(xué);2016年

6 梁依玲;西北半干旱區(qū)顆粒物特征及其濕清除研究[D];蘭州大學(xué);2015年

7 楊文俊;燃煤超細(xì)微粒的排放特性研究[D];中國(guó)計(jì)量學(xué)院;2014年

8 張瑜;河北地區(qū)秋季氣溶膠飛機(jī)探測(cè)資料分析[D];南京信息工程大學(xué);2008年

9 張曉茹;不同氣團(tuán)來(lái)源下黃山大氣氣溶膠數(shù)濃度粒徑分布及新粒子生長(zhǎng)特征[D];南京信息工程大學(xué);2017年

10 孫霞;華北平原氣溶膠時(shí)空分布特征和云微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)分析[D];南京信息工程大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2605943