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基于碳烟的超细颗粒物PN检测仪校准系统设计与研制

收稿日期:2025-11-21 修回日期:2026-01-16 接受日期:2026-01-18

DOI:10.20078/j.eep.20260104

摘要:为有效控制移动源颗粒物排放,缓解日益严峻的大气污染问题,我国自国五阶段起在法规中明确提出柴油车颗粒物数量浓度(Particle Number, PN)的控制要求,并在国六阶段进一步将PN限值监测范围扩展至轻型车。然而,当前市场上用于法规认证... 展开+
摘要:为有效控制移动源颗粒物排放,缓解日益严峻的大气污染问题,我国自国五阶段起在法规中明确提出柴油车颗粒物数量浓度(Particle Number, PN)的控制要求,并在国六阶段进一步将PN限值监测范围扩展至轻型车。然而,当前市场上用于法规认证与执法的PN检测设备品牌众多,虽已出台针对PN计数效率及计数线性等关键技术参数的法规标准,但行业内尚未建立完善、统一且可溯源的PN监测校准体系。计量溯源链条的缺失,直接导致数据一致性差、可靠性不足,使得现行国六标准在实际执行中面临挑战。针对这一迫切需求,设计了一套基于横向淬火碳烟颗粒发生的校准系统,可稳定可控地生成形态和性质高度接近真实机动车尾气排放的碳烟颗粒物。在计量原理上,系统通过精密测量带电颗粒感应微电流,将颗粒物数量浓度直接溯源至国际单位“安培”,实现了PN检测仪的快速、可靠校准。性能验证结果显示:研制的碳烟颗粒发生装置具有极高稳定性,可稳定产生10~100 nm标准碳烟颗粒;核心分级部件差分电迁移率分析仪(Differential Mobility Analyzer, DMA)在10 nm至100 nm等各个关键粒径上的筛分偏差均小于2.0%;法拉第杯气溶胶静电计(Faraday Cup Aerosol Electrometer, FCAE)测量各个粒径的线性系数优于99.6%,计数效率保持在100.0%~110.0%范围内。应用测试结果表明,该系统在台架式PN设备、便携式排放测量系统PN模块(Portable Emissions Measurement Systems Particle Number Module, PEMS-PN)校准中表现出优异的适用性,校准所得计数效率与设备出厂标称值的绝对误差均小于±6.7%。  收起-

作者:

  • 朱乐文1
  • 董乐园1
  • 王健1
  • 余同柱1,2
  • 杨义新1,2
  • 郭皓天2
  • 桂华侨1,2,*

作者简介

第一作者:朱乐文(1998—),男,安徽宿州人,研究实习员,主要研究方向为机动车排放颗粒物在线监测技术。E-mail:369466286@qq.com
通讯作者:桂华侨(1979—),男,安徽潜山人,研究员,主要研究方向为大气颗粒物在线监测技术。E-mail:hqgui@aiofm.ac.cn

单位

  • 1.合肥综合性科学中心环境研究院
  • 2.中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所

关键字

  • 颗粒物数量浓度
  • 校准
  • 便携式排放测量系统
  • PN模块
  • 差分电迁移率分析仪
  • 计数效率

基金项目

国家自然科学基金民航联合基金重点资助项目(U2133212); 合肥综合性科学中心环境研究院科研团队建设资助项目(HYKYTD2024006); 国家环境保护机动车污染控制与模拟重点实验室开放基金(VECS2021S05)

引用格式

朱乐文, 董乐园, 王健, 余同柱, 杨义新, 郭皓天, 桂华侨. 基于碳烟的超细颗粒物PN检测仪校准系统设计与研制[J/OL]. 能源环境保护: 1-11[2026-02-03]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20260104.

ZHU Lewen, DONG Leyuan, WANG Jian, YU Tongzhu, YANG Yixin, GUO Haotian, GUI Huaqiao. Design and Development of a Calibration System for Soot-Based Ultrafine Particle PN Detectors[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-11[2026-02-03]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20260104.

ZHU Lewen, DONG Leyuan, WANG Jian, YU Tongzhu, YANG Yixin, GUO Haotian, GUI Huaqiao. Design and Development of a Calibration System for Soot-Based Ultrafine Particle PN Detectors[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-11[2026-02-03]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20260104.

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