專利名稱：顆粒沉積的避免以及探頭的定位的制作方法
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)要求于2003年10月30號(hào)申請(qǐng)的臨時(shí)申請(qǐng)US 60/515,733的優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明涉及一種具有稀釋風(fēng)道(dilution tunnel)的廢氣取樣系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)的使用風(fēng)道的廢氣取樣系統(tǒng)有兩個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。第一，顆粒物質(zhì)沉積在稀釋風(fēng)道的部件上會(huì)引起結(jié)果的不精確，因?yàn)檫@些顆粒物質(zhì)從來(lái)不會(huì)在過(guò)濾介質(zhì)上被取樣或收集和測(cè)量?，F(xiàn)有技術(shù)的稀釋風(fēng)道具有混合板，其易于形成停滯區(qū)域，在停滯區(qū)域內(nèi)廢氣以及稀釋氣體的湍流穿過(guò)孔回流并且聚集在靠近孔的混合板表面上。攜帶在這些混合物中的顆粒物質(zhì)沉積在停滯區(qū)域內(nèi)的壁板上，這導(dǎo)致這些顆粒物質(zhì)不能被過(guò)濾器收集，從而引起結(jié)果不準(zhǔn)確。一推薦的解決方案是在稀釋風(fēng)道外面設(shè)置一流體腔。稀釋風(fēng)道在壁板上具有穿孔，這些穿孔允許流體從流體腔流入稀釋風(fēng)道中。然而，這種設(shè)置不能阻止顆粒物質(zhì)聚集在稀釋風(fēng)道的表面上。
第二，現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)道非常長(zhǎng)，且很難包裝。現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)道設(shè)計(jì)成具有相當(dāng)長(zhǎng)的通道，以保證到混合物在風(fēng)道內(nèi)被取樣時(shí)廢氣和稀釋氣體已充分地混合。
所需的是一更短的稀釋風(fēng)道，其設(shè)計(jì)成防止顆粒物質(zhì)沉積在稀釋風(fēng)道的表面上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量顆粒物質(zhì)的廢氣取樣系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括一廢氣源和一稀釋氣體源。一稀釋風(fēng)道包括一與廢氣源以及稀釋氣體源流體連通的上游側(cè)。廢氣源中攜帶有顆粒物質(zhì)。一混合板設(shè)置在稀釋風(fēng)道中并且包含一孔，此孔用來(lái)增強(qiáng)廢氣源和稀釋源的混合，以產(chǎn)生樣本混合物。除了穿過(guò)所述孔的、防止顆粒物質(zhì)聚集在混合板上的流動(dòng)之外，在所述孔的周圍設(shè)置許多穿孔以便允許一流動(dòng)穿過(guò)混合板。
取樣系統(tǒng)還包括一探頭，其設(shè)置在稀釋風(fēng)道內(nèi)在混合板的下游，用來(lái)接收樣本混合物。所述取樣器包含一過(guò)濾器，此過(guò)濾器具有一用來(lái)收集顆粒物質(zhì)的過(guò)濾器元件。探頭的入口以一預(yù)定的量從稀釋通道的中心線偏移到一位置，以便縮短風(fēng)道的長(zhǎng)度，所述位置對(duì)應(yīng)于一沿著樣本混合物的分布曲線的平均顆粒濃度位置。
所述稀釋風(fēng)道包括一與稀釋風(fēng)道隔開的壁板，從而提供一流體通道，所述流體通道用于在與稀釋風(fēng)道內(nèi)的樣本混合物的流動(dòng)方向大致平行的方向上輸送流體，以防止顆粒物質(zhì)聚集在稀釋風(fēng)道的內(nèi)表面上。
相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一更短的稀釋風(fēng)道，其中它設(shè)計(jì)成防止顆粒物質(zhì)沉積在稀釋風(fēng)道的表面上。


圖1本發(fā)明的稀釋風(fēng)道的一橫切面視圖，具有一穿孔的混合板；圖2本發(fā)明的稀釋風(fēng)道的一橫切面視圖，具有一偏離風(fēng)道中心線的探頭；圖3以圖解的方式示出了偏移的取樣探頭入口與顆粒物質(zhì)濃度分布曲線的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了本發(fā)明的廢氣取樣系統(tǒng)10。此系統(tǒng)10包括一稀釋風(fēng)道12，其輸送從廢氣源14例如車輛廢氣管中出來(lái)的廢氣。稀釋氣體也存在于稀釋風(fēng)道12中，并通過(guò)在混合板16上的孔與廢氣相混合。此稀釋氣體可以是空氣或其它流體。廢氣和稀釋氣體沿著稀釋風(fēng)道12的長(zhǎng)度混合，以提供樣本混合物。
一旦這些氣體被均勻地混合好后，具有入口19的取樣探頭18就取樣一部分混合物用于隨后的分析。被探頭18提取的樣本S可以經(jīng)過(guò)過(guò)濾器20，其捕獲樣本S中的顆粒物質(zhì)。一泵22用來(lái)將樣本引入并通過(guò)探頭18。一裝置17將混合物引導(dǎo)通過(guò)稀釋風(fēng)道，并且裝置17也可以包括各式各樣的流量測(cè)量裝置、變換器和廢氣取樣系統(tǒng)內(nèi)的其它部件。此系統(tǒng)10是非常概要式的并且只是示例性的。
在混合板16的下游一般具有一個(gè)停滯區(qū)域24，顆粒物質(zhì)容易在此聚集。這些顆粒物質(zhì)不能被過(guò)濾器20收集，這導(dǎo)致不精確。本發(fā)明的混合板16利用了混合板16上眾多的穿孔17或孔，允許氣流F能夠穿過(guò)混合板16的壁板。此氣流F足以阻止顆粒物質(zhì)沉積在混合板16上和停滯區(qū)域24中，從而所述顆粒物質(zhì)可以被過(guò)濾器20收集。
現(xiàn)有技術(shù)的稀釋風(fēng)道一般將探頭18定位成使得其入口19與稀釋風(fēng)道12的中心線對(duì)齊。此外，探頭入口19定位在這樣的一點(diǎn)處，在此點(diǎn)上混合物的濃度分布曲線30沿著稀釋風(fēng)道12的直徑是相同的，這導(dǎo)致稀釋風(fēng)道非常長(zhǎng)，難以裝在測(cè)試單元內(nèi)。
參照?qǐng)D2，來(lái)自廢氣和稀釋氣體中的顆粒物質(zhì)P一旦通過(guò)了混合板16的孔之后就傾向于聚集在稀釋風(fēng)道12的壁板上，這會(huì)使顆粒物質(zhì)P不能被探頭18收集。由于穿孔的混合板16，稀釋風(fēng)道12還包括一與稀釋風(fēng)道12的壁板隔開的環(huán)狀的內(nèi)壁26。在所示的例子中，所述的壁26和稀釋風(fēng)道12提供了一環(huán)狀的腔32，此腔具有一環(huán)狀的出口34。所述環(huán)狀的腔32設(shè)置在稀釋風(fēng)道的內(nèi)側(cè)，大致與稀釋風(fēng)道的內(nèi)表面36平行地延伸。所述腔32和出口34以這樣一種方式設(shè)置，從而促使流體沿著內(nèi)表面36流動(dòng)或大致與內(nèi)表面36平行地流動(dòng)，以便阻止顆粒物質(zhì)沿著內(nèi)表面36聚集。
一稀釋源在一接頭28處連接到位于稀釋風(fēng)道12的壁板和內(nèi)壁26之間的空間內(nèi)，從而稀釋氣體沿著風(fēng)道12的內(nèi)表面流動(dòng)，防止顆粒物質(zhì)聚集在此表面，所述顆粒物質(zhì)不會(huì)被過(guò)濾器20收集。與接頭流體連通的稀釋源可以與在混合板16上游提供的稀釋源相同，也可以不相同。
在本發(fā)明的另一方面，探頭18的入口19可以定位在更靠近混合板16的地方，從而縮短稀釋風(fēng)道12的長(zhǎng)度。在探頭入口19定位在靠近混合板16的地方時(shí)，混合物的濃度分布曲線30沿著稀釋風(fēng)道的直徑是不一致的。但是，稀釋入口19的徑向位置可選擇成使得樣本S代表一平均值。
參照?qǐng)D2和3，濃度分布曲線30示出了在靠近稀釋風(fēng)道的中心線處的顆粒物質(zhì)高度集中，及在靠近稀釋風(fēng)道12壁板處的顆粒物質(zhì)的低集中。使用偏離中心線的探頭的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置總是定位在這樣一個(gè)區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)沿著稀釋風(fēng)道的直徑具有一致的顆粒物質(zhì)分布。因?yàn)橛商筋^18抽取和由過(guò)濾器20收集的樣本代表了在測(cè)試過(guò)程中顆粒物質(zhì)的整合，所以就可以采集到平均顆粒濃度。在圖3中，取樣入口由位置X表示。對(duì)于不同的濃度分布曲線，一代表性的顆粒物質(zhì)數(shù)量都可以在位置X處被收集。第一濃度分布曲線C1代表了在一特別的測(cè)試過(guò)程中在一點(diǎn)處顆粒物質(zhì)的分布。也示出了第二濃度分布曲線C2。這樣選擇位置X，使得在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中為不同濃度分布曲線準(zhǔn)確收集有代表性的顆粒物質(zhì)數(shù)量。所述位置X可以用流體建模軟件和/或憑經(jīng)驗(yàn)選取。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選構(gòu)造都已經(jīng)被展示出來(lái)了，在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)工人可能會(huì)認(rèn)為，在本發(fā)明的范圍內(nèi)會(huì)有某些改動(dòng)。因此，應(yīng)該學(xué)習(xí)下面的權(quán)利要求，以確定本發(fā)明的真實(shí)范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量顆粒物質(zhì)的廢氣取樣系統(tǒng)，包括廢氣源和稀釋氣體源；稀釋風(fēng)道，其具有一與所述廢氣源以及稀釋氣體源流體連通的上游側(cè)，所述廢氣源含有顆粒物質(zhì)；和混合板，其設(shè)置在稀釋風(fēng)道中并且具有一孔，所述孔用來(lái)增強(qiáng)廢氣以及稀釋源的混合以便產(chǎn)生樣本混合物，以及具有多個(gè)設(shè)置在所述孔周圍的穿孔，除了穿過(guò)所述孔的、防止顆粒物質(zhì)聚集在混合板上的流動(dòng)之外，所述穿孔允許一穿過(guò)混合板的流動(dòng)。
2.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括一具有探頭的取樣器，所述探頭設(shè)置在稀釋風(fēng)道內(nèi)在混合板的下游，用來(lái)接收樣本混合物。
3.按權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述取樣器包含一過(guò)濾器，所述過(guò)濾器具有一用來(lái)收集顆粒物質(zhì)的過(guò)濾器元件。
4.按權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述稀釋風(fēng)道包含一中心線，并且探頭包含一入口，所述入口以預(yù)定的量偏離稀釋通道的中心線，所述預(yù)定的量對(duì)應(yīng)于一沿著樣本混合物的分布曲線的平均顆粒濃度位置。
5.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述稀釋風(fēng)道包含一與稀釋風(fēng)道隔開的壁板，從而提供一流體通道，所述流體通道用于在與稀釋風(fēng)道內(nèi)部的樣本混合物的流動(dòng)方向大致平行的方向上輸送流體。
6.按權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流體通道是大致環(huán)狀的，且包括一設(shè)置在稀釋風(fēng)道和壁板之間的出口。
7.按權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述出口以稀釋風(fēng)道和壁板為邊界并且大致呈環(huán)狀。
8.按權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壁板徑向地設(shè)置在稀釋風(fēng)道內(nèi)。
9.一種用于廢氣取樣系統(tǒng)的稀釋風(fēng)道，包含稀釋風(fēng)道具有一帶有一孔的混合板，所述混合板包含多個(gè)設(shè)置在所述孔周圍的、在混合板表面的上游和上游之間延伸的穿孔。
10.按權(quán)利要求9所述的稀釋風(fēng)道，其特征在于，所述孔位于混合板的中央。
11.按權(quán)利要求9所述的稀釋風(fēng)道，其特征在于，所述混合板在形狀上大致呈圓形。
12.一種用于廢氣取樣系統(tǒng)的稀釋風(fēng)道，包含具有一內(nèi)表面的縱向構(gòu)件；在內(nèi)部與所述內(nèi)表面隔開的壁板，從而提供一流體通道，所述流體通道具有一出口，用于產(chǎn)生一沿著內(nèi)表面的流動(dòng)。
13.按權(quán)利要求12所述的稀釋風(fēng)道，其特征在于，所述縱向構(gòu)件支承一具有一孔的混合板，所述孔設(shè)置在所述出口的上游。
14.按權(quán)利要求12所述的稀釋風(fēng)道，其特征在于，所述縱向構(gòu)件和壁板大致平行地構(gòu)成一大致環(huán)狀的流體通道，所述流體通道具有一大致環(huán)狀的出口。
15.按權(quán)利要求13所述的稀釋風(fēng)道，包括一設(shè)置在所述出口下游的探頭。
16.一種用于測(cè)量顆粒物質(zhì)的廢氣取樣系統(tǒng)，包含廢氣源和一稀釋氣體源；稀釋風(fēng)道，其具有一與所述廢氣源以及稀釋氣體源流體連通的上游側(cè)，所述廢氣含有顆粒物質(zhì)；與稀釋風(fēng)道隔開的壁板，從而提供一流體通道，所述流體通道提供一沿著稀釋風(fēng)道的內(nèi)表面的流體，并且一出口在與內(nèi)表面大致平行的流動(dòng)方向上提供氣體；混合板，其設(shè)置在稀釋風(fēng)道中并且具有一孔，所述孔用來(lái)增強(qiáng)廢氣以及稀釋源的混合以便產(chǎn)生樣本混合物。
17.按權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流體通道大致呈環(huán)狀，所述出口設(shè)置在稀釋風(fēng)道和壁板之間。
18.按權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述出口以稀釋風(fēng)道和壁板為邊界，并大致呈環(huán)狀。
19.按權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壁板徑向地設(shè)置在稀釋風(fēng)道內(nèi)。
20.一種將探頭安放在一廢氣取樣系統(tǒng)內(nèi)的方法，包含以下步驟a)確定主體內(nèi)的樣本混合物的顆粒濃度分布曲線；和b)將從主體中心線偏移的探頭入口放到一個(gè)位置，此位置對(duì)應(yīng)于一沿著樣本混合物的分布曲線的平均顆粒濃度。
21.按權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述步驟a)包括為樣本混合物的多個(gè)流速確定顆粒濃度分布曲線，所述位置在多個(gè)流速中是大致相同的。
全文摘要
一穿孔的混合板和一流體通道與稀釋風(fēng)道一起防止顆粒物質(zhì)聚集在取樣系統(tǒng)的部件上。取樣探頭的入口從稀釋風(fēng)道的中心線偏移到一位置以減小稀釋風(fēng)道的長(zhǎng)度，所述位置對(duì)應(yīng)于一沿著樣本混合物的分布曲線的平均顆粒物質(zhì)濃度。
文檔編號(hào)G01N1/22GK1894573SQ200480037272
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月30日
發(fā)明者N·克雷夫特 申請(qǐng)人:Avl北美公司