汽車尾氣PM2.5 檢測裝置設計*

李昕光，王占宇，瞿炳華，霍聰聰

(東北林業大學 交通學院，黑龍江 哈爾濱150040)

0 引 言

隨著我國經濟的快速發展，汽車保有量呈快速增長趨勢，公安部交通管理局發布2014 年我國新注冊登記的汽車達2 188 萬輛，保有量凈增1 707 萬輛，均為歷史最高水平。在我國汽車產業蓬勃發展的同時，機動車尾氣已成為霧霾、光化學煙霧等大氣污染的主要因素［1，2］，尤其汽車尾氣中的PM 2.5 被吸入人體后，會直接進入支氣管，干擾肺部的其他交換，引發包括哮喘、支氣管炎和心血管等方面的疾病，因此，它的危害已經成為近年來的研究熱點［3～5］。

目前，我國汽油車尾氣檢測裝置只能測量CO，NO 等常規排放物，沒有測量汽車尾氣PM 2.5 排放的專用檢測裝置，而且，汽車尾氣中PM 2.5 排放的檢測條件與一般的大氣環境條件不同，本文根據汽車尾氣排放其特有的流動特性和溫度、濕度特點，對汽車尾氣PM 2.5 檢測裝置進行設計，為減輕汽車尾氣帶來的大氣污染提供幫助。

1 檢測裝置設計

由于汽車尾氣排放具有其特有的流動特性以及溫度、濕度特點，不同于一般的大氣環境條件，因此，采取將尾氣進行收集再進行測量的方式，尾氣收集箱為長方體，由6 塊擋板組成。由于汽車尾氣排放中大量的水蒸汽凝結會導致尾氣收集箱中濕度增大而影響測試數據的準確性，因此，在尾氣收集箱中加裝恒溫控制單元，減少濕度對PM 2.5 濃度檢測的影響，具體的汽車尾氣PM 2.5 檢測裝置示意圖如圖1所示。

圖1 檢測裝置示意圖Fig 1 Schematic diagram of detection device

從圖1 可以看出:檢測裝置主要包括尾氣收集箱、加熱塊、溫度控制開關、溫度傳感器、濕度傳感器和PM 2.5 測試儀(內含聲音報警裝置)。在進行汽車尾氣檢測時，首先把汽車尾氣引入尾氣收集箱中，加熱塊和溫度控制開關使汽車尾氣收集箱的濕度和溫度保持一定的數值。然后PM 2.5測試儀對汽車尾氣進行檢測，檢測后的數據經過PM 2.5測試儀的顯示屏顯示出來，尾氣如達標，則通過排氣孔排出尾氣收集箱;尾氣如不達標，則通過聲音報警器報警后再通過排氣孔排出尾氣收集箱。

2 檢測裝置試驗

2.1 試驗用車

選用哈飛賽馬、大眾Polo 和尼桑藍鳥三輛汽油車作為試驗用車，三輛試驗用車的具體的技術參數如表1 所示。

表1 試驗車的技術參數Tab 1 Technical parameters of testing vehicles

2.2 試驗方案

1)試驗開始前，首先對尾氣PM 2.5 檢測裝置進行預熱，使其收集箱內的溫度達到42 ℃后開始檢測試驗。

2)記錄尾氣收集箱內環境的初始溫度、濕度和PM 2.5質量濃度。

3)對三臺不同排量的汽油車分別進行熱機狀態下的怠速工況尾氣PM 2.5 排放濃度測試。汽車熱機狀態的怠速工況測試是指啟動試驗車，進行熱車6 ～10 min，水箱溫度穩定在80 ℃左右時，達到穩定怠速工況開始試驗。試驗用車的檢測試驗開始后，每30 s 記錄一次汽車尾氣PM 2.5排放質量濃度的檢測數值，連續記錄10 次，記錄數據包括PM 2.5 平均質量濃度，尾氣收集箱中的溫度和濕度。

3 試驗結果分析

試驗開始前，尾氣收集箱中的初始溫度為18.6 ℃，濕度為15%RH，PM 2.5 質量濃度為15.3 μg/m3。三輛試驗用車熱機怠速工況的尾氣PM 2.5 排放情況如圖2、圖3 和圖4 所示。

圖2 賽馬試驗結果Fig 2 Simbo test results

圖3 Polo 試驗結果Fig 3 Polo test results

圖4 藍鳥試驗結果Fig 4 Bluebird test results

從圖中可以看出:在溫控開關的作用下，尾氣收集箱中的溫度始終保持在42 ～45 ℃，從而降低了尾氣凝結成水帶來的檢測誤差。從PM 2.5 的檢測數值來看，三輛車的PM 2.5數值均具有小幅震蕩，但上下的浮動值均不超過檢測平均值的5%，從而可以看出該尾氣檢測裝置檢測結果比較穩定，相應較快，誤差較小。

4 結 論

由于汽車尾氣的PM 2.5 排放已經對大氣環境產生了嚴重影響，充分考慮汽車尾氣排放特有的流動特性和溫度、濕度特點，對汽車尾氣PM 2.5 的檢測裝置進行了設計。對三輛不同排量的汽油車進行了熱機狀態的怠速工況下尾氣PM 2.5 排放測試，測試結果表明:此汽車尾氣PM 2.5 檢測裝置具有穩定性好、響應快和誤差小的特點，并且結構簡單、造價低，適用于汽車尾氣的PM 2.5 排放濃度檢測。

［1］ 毛溯南，馬宇明，蔡冶強，等.PM 2.5 檢測標準及量值溯源方法現狀及進展［J］.江蘇現代計量，2013，16(5):32－35.

［2］ 馮 進.PM 2.5 監測技術的發展及測量數據準確性的保障［J］.計量與測試技術，2014，41(2):52－57.

［3］ Lee Mei-Wen，Chen Mei-Lien，Lung Shih-Chun Candice，et al.Exposure assessment of PM 2.5 and urinary 8-OHdG for diesel exhaust emission inspector［J］.The Science of the Total Environment，2009，12(5):4083.

［4］ Jae Hong Park，Ki Young Yoon.Removal of PM 2.5 entering through the ventilation duct in an automobile using a carbon fiber ionizer-assisted cabin air filter［J］.Journal of Aerosol Science，2010，28(6):4110.

［5］ Weber R J，Orsini D，Bergin M，et al.Short term temporal variation in PM 2.5 mass and chemical composition during the Atlanta supersite experiment［J］.Journal of Air and Waste Management Association，2003，53(1):84－88.