汽车尾气PM2.5 检测装置设计*

李昕光，王占宇，瞿炳华，霍聪聪

(东北林业大学 交通学院，黑龙江 哈尔滨150040)

0 引 言

随着我国经济的快速发展，汽车保有量呈快速增长趋势，公安部交通管理局发布2014 年我国新注册登记的汽车达2 188 万辆，保有量净增1 707 万辆，均为历史最高水平。在我国汽车产业蓬勃发展的同时，机动车尾气已成为雾霾、光化学烟雾等大气污染的主要因素［1，2］，尤其汽车尾气中的PM 2.5 被吸入人体后，会直接进入支气管，干扰肺部的其他交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管等方面的疾病，因此，它的危害已经成为近年来的研究热点［3～5］。

目前，我国汽油车尾气检测装置只能测量CO，NO 等常规排放物，没有测量汽车尾气PM 2.5 排放的专用检测装置，而且，汽车尾气中PM 2.5 排放的检测条件与一般的大气环境条件不同，本文根据汽车尾气排放其特有的流动特性和温度、湿度特点，对汽车尾气PM 2.5 检测装置进行设计，为减轻汽车尾气带来的大气污染提供帮助。

1 检测装置设计

由于汽车尾气排放具有其特有的流动特性以及温度、湿度特点，不同于一般的大气环境条件，因此，采取将尾气进行收集再进行测量的方式，尾气收集箱为长方体，由6 块挡板组成。由于汽车尾气排放中大量的水蒸汽凝结会导致尾气收集箱中湿度增大而影响测试数据的准确性，因此，在尾气收集箱中加装恒温控制单元，减少湿度对PM 2.5 浓度检测的影响，具体的汽车尾气PM 2.5 检测装置示意图如图1所示。

图1 检测装置示意图Fig 1 Schematic diagram of detection device

从图1 可以看出:检测装置主要包括尾气收集箱、加热块、温度控制开关、温度传感器、湿度传感器和PM 2.5 测试仪(内含声音报警装置)。在进行汽车尾气检测时，首先把汽车尾气引入尾气收集箱中，加热块和温度控制开关使汽车尾气收集箱的湿度和温度保持一定的数值。然后PM 2.5测试仪对汽车尾气进行检测，检测后的数据经过PM 2.5测试仪的显示屏显示出来，尾气如达标，则通过排气孔排出尾气收集箱;尾气如不达标，则通过声音报警器报警后再通过排气孔排出尾气收集箱。

2 检测装置试验

2.1 试验用车

选用哈飞赛马、大众Polo 和尼桑蓝鸟三辆汽油车作为试验用车，三辆试验用车的具体的技术参数如表1 所示。

表1 试验车的技术参数Tab 1 Technical parameters of testing vehicles

2.2 试验方案

1)试验开始前，首先对尾气PM 2.5 检测装置进行预热，使其收集箱内的温度达到42 ℃后开始检测试验。

2)记录尾气收集箱内环境的初始温度、湿度和PM 2.5质量浓度。

3)对三台不同排量的汽油车分别进行热机状态下的怠速工况尾气PM 2.5 排放浓度测试。汽车热机状态的怠速工况测试是指启动试验车，进行热车6 ～10 min，水箱温度稳定在80 ℃左右时，达到稳定怠速工况开始试验。试验用车的检测试验开始后，每30 s 记录一次汽车尾气PM 2.5排放质量浓度的检测数值，连续记录10 次，记录数据包括PM 2.5 平均质量浓度，尾气收集箱中的温度和湿度。

3 试验结果分析

试验开始前，尾气收集箱中的初始温度为18.6 ℃，湿度为15%RH，PM 2.5 质量浓度为15.3 μg/m3。三辆试验用车热机怠速工况的尾气PM 2.5 排放情况如图2、图3 和图4 所示。

图2 赛马试验结果Fig 2 Simbo test results

图3 Polo 试验结果Fig 3 Polo test results

图4 蓝鸟试验结果Fig 4 Bluebird test results

从图中可以看出:在温控开关的作用下，尾气收集箱中的温度始终保持在42 ～45 ℃，从而降低了尾气凝结成水带来的检测误差。从PM 2.5 的检测数值来看，三辆车的PM 2.5数值均具有小幅震荡，但上下的浮动值均不超过检测平均值的5%，从而可以看出该尾气检测装置检测结果比较稳定，相应较快，误差较小。

4 结 论

由于汽车尾气的PM 2.5 排放已经对大气环境产生了严重影响，充分考虑汽车尾气排放特有的流动特性和温度、湿度特点，对汽车尾气PM 2.5 的检测装置进行了设计。对三辆不同排量的汽油车进行了热机状态的怠速工况下尾气PM 2.5 排放测试，测试结果表明:此汽车尾气PM 2.5 检测装置具有稳定性好、响应快和误差小的特点，并且结构简单、造价低，适用于汽车尾气的PM 2.5 排放浓度检测。

［1］ 毛溯南，马宇明，蔡冶强，等.PM 2.5 检测标准及量值溯源方法现状及进展［J］.江苏现代计量，2013，16(5):32－35.

［2］ 冯 进.PM 2.5 监测技术的发展及测量数据准确性的保障［J］.计量与测试技术，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.