Name: 휴대용 다운토텐 샘플링 시스템을 사용하여 23나노미터 미만 의 실제 구동 입자 수 배출 측정 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-05-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: 학습하세요 휴대용 다운토텐 샘플링 시스템을 사용하여 23나노미터 미만 자동차 배기 입자를 실제 주행 조건에서 측정하는 방법을. 이 기술은 미규제 나노입자 배출 평가에 필수적입니다.

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이 작업은 H2020 프로젝트 다운토텐의 틀에서 수행됩니다. 이 프로젝트는 보조금 협정 Nr. 724085에 따라 유럽 연합의 호라이즌 2020 연구 및 혁신 프로그램에서 자금을 받았습니다.

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</ol>

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이 작업은 DTT 샘플링 시스템과 휴대용 배출 측정 시스템으로 응용 프로그램을 제공합니다. 이 시스템은 EU Horizon 2020 프로젝트 DTT 내에서 설계 및 시공하여 현재 의 입법 입자 크기 제한 23 nm보다 낮은 입자 번호 방출 측정을 가능하게 합니다. 이 시스템의 다기능성은 규제된 고체 입자 수 배출뿐만 아니라 총 입자 방출 및 보조 에어로졸에 대한 연구를 평가할 수 있게 합니다. 측정 결과를 정확하게 해석하려면 DTT 시스템에서 교정 절차가 필요합니다. 이는 다른 입자 크기에 대한 상대 입자 침투를 평가하고, 입자 손실을 차지하는 보정 계수를 계산할 수 있도록 하는 것이다. 샘플링 시스템 자체와 나머지 실험 용 설정에 충분한 워밍업 시간을 제공하여 열 평형에 도달하고 정확한 교정 측정 결과를 달성하는 것이 중요합니다.
23nm(전류 조절) 및 10nm(실험)의 입자 크기 컷오프를 통해 고체 입자 수 배출을 측정하기 위한 DTT 시스템의 적용이 설명된다. 차량의 입자 수 배출을 평가하려면 입자 수 농도 및 배기 질량 유량을 결정해야 합니다. DTT 시스템은 입자 수 농도 측정을 다룹니다. 배기 질량 흐름은 배기 유량계(EFM)를 사용하여 측정됩니다. 제조업체의 지침에 따라 EFM을 설치하는 것이 중요합니다. 배기 유량의 잘못된 측정은 추론된 방출 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 측정된 데이터를 처리할 때는 입자 농도 데이터와 배기 흐름 데이터의 정확한 시간 정렬을 수행하는 것이 중요합니다. 이는 배출 속도가 입자 수 농도를 곱한 배기 유량이기 때문에 필요하다. 두 신호가 올바르게 정렬되지 않으면 드라이브 전체에 걸쳐 배출이 실제 배출에서 크게 벗어날 수 있습니다.
DTT 시스템은 상용 장치가 아니라 다재다능한 연구 도구입니다. 현행 규정 준수 여부를 검증하는 인증 측정을 수행하는 것과는 달리 규제되지 않은 차량 배기가스배출을 조사하는 데 사용됩니다. 높은 다기능성은 에너지 증가와 희석 공기 소비의 비용으로 제공됩니다. 모바일 측정을 위해 시스템을 사용할 때는 시스템의 에너지와 공기 소비를 커버하기 위해 배터리(30kg)와 가스병(20kg)으로 인해 차량에 추가된 무게를 염두에 두어야 합니다. DTT 시스템으로 PN 배출을 측정할 때 차량에 추가된 총 중량은 약 80kg이며, 이는 차량에서 운송되는 다른 사람과 비교할 수 있습니다. 추가 된 무게는 특히 드라이브에 가속 및 / 또는 언덕의 큰 거래를 포함하는 경우, 약간 증가 배출로 이어질 수 있습니다.
DTT 시스템은 규제되지 않은 & 23 nm 입자 수 배기가스 배출을 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 고체 및 총 입자 수 배출을 모두 측정할 수 있습니다. 더욱이, 이차 에어로졸 형성의 복잡한 분야를 연구하는 유용한 도구가 될 수 있다. 시스템의 또 다른 가능한 응용 프로그램은 자동차 브레이크 마모 입자의 측정이다. 제동 이벤트 중에 방출되는 입자의 상당 부분은 30nm34보다작을 수 있다. 약 11nm의 d50을 갖춘 DTT 시스템은 이러한 배출을 연구하는 데 적합합니다. 비배기 배출이 교통 관련 PM10 배출35에거의 동등하게 기여하는 것으로 알려져 있지만, 비 배기 입자 배출은 여전히 규제되지 않습니다. 이는 입자 생성의 복잡하고 재현 가능한 프로세스가 거의 발생하지 않아 규제 조치를 설정하는 것이 매우 어렵기 때문입니다. 더욱이, 유기 브레이크 마모 입자의 화학 조성 및 관련 독성은 여전히 널리 알려지지 않은35.
DTT 시스템은 배기 및 비배기 트래픽 관련 입자 배출에 대한 이해를 향상시키는 유용한 도구입니다.

입자 측정 프로그램(PMP)은 영국 정부가 "현재의 입법 측정 절차를 보완하거나 대체할 고급 미립자 감소 기술이 장착된 차량을 평가하기 위한 유형 승인 테스트 프로토콜개발"1을위해 설립되었습니다. PMP는 세계 최초의 입자 수 기반 배출 규정으로, 특히 23nm≥ 탄소 입자를 대상으로 합니다. 최근 측정은 더 작은 입자를 포함해야 할 수도 있음을 나타냅니다.
디젤 그을음의 부정적인 건강 영향은 잘이해된다 2,따라서, 디젤 미립자 필터 (DPS)의 필수 사용을 통해 디젤 배기에서 탄소 입자의 제거가 건강 상의 이유로 필수적이었다 기초에 '예방 원칙'이 호출되었다. 그러나 유럽 법률에서는 제한 값으로 인해 배기가스 제어 기술의 채택을 강요해야 하기 때문에 적절한 측정 방법 없이는 이를 달성할 수 없습니다. 영국 정부는 유럽 전역에서 강력한 정치적 지지를 받아 미립자 측정을 개선하기 위해 PMP의 개념을 주도했습니다. PMP는 유엔 유럽경제위원회(UN-ECE)3의후원하에 전 세계의 다른 사람들의 전문 지식을 포함시켰다. 2001년에 두 개의 입자 연구 프로젝트가 완료되었습니다. 그 중 하나 (미립자 연구4)환경, 운송 및 지역의 영국 정부 부서에 의해 수행되었다 (DETR), 자동차 제조 업체 및 상인 협회 (SMMT) 및 환경, 건강 및 안전을위한 유럽 연합 (CONCAWE)와 협력. 다른 하나 (PARTICULATES5)유럽 연합 (EU)의 5프레임 워크에 의해 투자하고 14 다른 유럽 파트너에 의해 수행되었다. 두 프로젝트의 결과는 입자 번호 기반 절차가 유망했다는 것을 나타내었지만 반복 가능하고 재현 가능한 측정에 대한 과제는 남아 있었습니다.
2007년 PMP 광관세 실험실 상관관계 운동의 최종 보고서는6개에 발표되었으며, 여기에는 필터 기반 질량 측정 방법에 대한 일부 개선이 포함되었으며, 주로 정의된 입자 크기 범위 및 입자 변동성에 기초하여 규제 목적으로 수카운트 기반 방법의 타당성을 입증하였다. 두 방법 모두 원래 미립자 물질 질량 및 봉지 희석 기체 배출 측정을 위해 개발된 기존 상수 부피 샘플러(CVS) 희석 터널 접근법의 샘플링을 기반으로 구현되었습니다.
수계산 기반 방법 내에서 ~ 20nm의 입자 크기 제한이 더 낮았다. 이 프로젝트의 주요 목적은 이 크기 이상의 입자가 법률에 의해 제어되도록 하는 것이었습니다. 엔진 배기의 기본 입자 크기는 &lt;20 nm7,8,89일 수 있는 것으로 알려져있다.9 실용적인 이유로, 23nm에서 50%의 계수 효율(d50)을가진 입자 카운터를 선택하였고, 이 크기는 허용된 저크기 임계값이 되었다. 희석, 공기 온도, 습도 및 비율10과같은 특성에 대한 높은 민감도로 인해 휘발성 입자 크기 분포 및 통합 번호 측정은 하나의 차량을 갖춘 하나의 CVS 장착 시설에서 반복될 수 있지만 시설에서 시설로는 훨씬 적습니다. 따라서 엄격한 규정의 경우, 크기와 변동성에 대한 규제 입자 경계 조건을 효과적으로 정의하는 측정 접근 방식을 통해 비휘발성 입자에만 초점을 맞출 필요가 있었습니다. 유럽 의 디젤 연료는 350 °C 이상의 온도에서 몇 퍼센트만 끓는 것과 같은 백 엔드 변동성을 가지고 있으며, PMP 내에서 초기 작업으로 인해 이 온도에서 짧은 체류 시간이 엔진 윤활구11의종래 비등점을 향한 변동성이 있는 40탄소 원자를 함유한 선형 탄화수소인 테트라콘탄의 완전한 증발에 적합하다고 지적했다. 따라서 350°C의 온도는 규제 및 gt;23 nm 입자 변동성에 대한 사실상 기준점이 되었다.
PMP 측정 시스템 사양은 표 1에요약된 샘플링, 샘플 컨디셔닝 및 측정을 위한 구성 요소로 구성됩니다.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>단계</td>
			<td>Id</td>
			<td>목적</td>
		</tr>
<tr>
<td>0</td>
			<td>샘플 소스</td>
			<td>샘플의 원산지</td>
		</tr>
<tr>
<td>1</td>
			<td>파티클 전송</td>
			<td>원산지에서 측정 시스템으로 샘플 수행</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>휘발성 입자 리무버</td>
			<td>휘발성 물질을 제거하고 측정할 비휘발성 입자를 정의합니다.</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>파티클 번호 카운터</td>
			<td>비휘발성 입자를 대립하고 크기 제한을 낮춥니다.</td>
		</tr>
</tbody></table>표 1: PMP 측정 시스템의 요소입니다.
유럽 PMP PN 접근법이 구현되고 있으며 현재 경량 디젤(2011년 9월, 유로 5b) 및 GDI 차량(2014년 9월, 유로 6) 및 디젤 및 가스 중부하 엔진(2013년 2월, EURO VI)에 적용됩니다.
최근 측정결과 일부 경량차량과 특히 점화 기술은 상당한 수준의 입자및 23nm12,,13,,14를방출할 수 있음을 보여주었다. 이로 인해 유럽 위원회는 현재 &gt;23 nm 규정을 대체하거나 추가로 신속하게 구현할 수 있는 새로운 또는 확장된 방법을 개발하기 위한 연구 프로젝트에 자금을 지원하게 되었습니다.
이러한 프로젝트 중 하나인 DownToTen(DTT)은 PMP의 일반적인 접근 방식을 보존하고 측정 범위를 d50 ≤10 nm로 확장하는 것을 목표로 합니다. 이를 위해 DTT 측정 시스템의 구성은 표 1에설명된 것과 동일한 기본 요소를 포함하도록 설계되었지만, 컨디셔닝 및 측정 단계를 통해 효율적인 수송 및 23nm 입자를 감지할 수 있도록 최적화되었습니다. DTT 시스템은 처음에는 실험실 사용을 위해 개발되었지만 휴대용 배기가스 측정 시스템(PEMS)으로 작동하도록 수정되었습니다. DTT PN-PEMS 시스템의 경우, 구성 품은 원래 설계와 크게 차이가 없이 중량과 전력 소비를 줄이고 물리적 견고성을 높이기 위해 최적화되었습니다. 모바일 애플리케이션의 경우, 이 시스템은 가볍고 튼튼한 PEMS 테스트에서 발생할 가능성이 있는 더 혹혹하고 불규칙한 온도, 압력 및 진동 환경에 저항해야 합니다. 시스템 입구에서 압력 변화의 영향모델링 및 실험적으로15. 진동에 대한 저항은 전용 테스트베드(16)를사용하여 평가되었다. 일반적인 RDE 드라이브 중에 발생하는 진동과 가속도는 사용되는 응축 입자 카운터의 측정 결과를 손상시키지 않았습니다. DTT 시스템은 또한 휘발성 제거 기능이 비활성인 저온에서 사용되도록 설계되어 노화 챔버를 공급하고 이차 유기 에어로졸형성(17)을연구합니다.
입자의 규제 변동성 경계를 정의하는 DTT 측정 시스템의 열 컨디셔닝 요소는 두 시스템 모두 시퀀스를 포함하고 있다는 점에서 PMP 시스템의 요소와 밀접하게 평행합니다.
<ol><li>첫 번째 파티클 번호 희석 단계</li>
	<li>HC/휘발성 제거 단계</li>
	<li>두 번째 파티클 번호 희석 단계</li>
</ol>DTT와 PMP 시스템 간의 주요 차이점은 DTT 시스템 구성 요소를 다음과 같은 것으로 선택한다는 것입니다.
<ol><li>저손실 희석 및 입자 전송 접근법을 사용하여 샘플 소스에서 입자 카운터로 ~10nm PN의 전송을 최대화합니다.</li>
	<li>증발 및 희석을 통해 응축 성 HC 종의 부분 압력을 줄이는 대신 산화 입자 제거를 사용하여 휘발성을 포괄적으로 제거합니다.</li>
	<li>현재 PMP 시스템보다 효율성이 높은 ~10~50nm의 입자 수를 계산합니다.</li>
</ol>이 논문의 목적은 비휘발성 입자≥ 사용 가능한 도로 차량에서 10nm≥ 측정을 위한 DTT PN-PEMS 시스템의 사용을 제시하는 것입니다. 여기에는 측정 시스템 및 주요 구성 요소에 대한 소개, 실험실 기반 교정 측정 수행, 모바일 애플리케이션용 장치 설치, 실제 주행 배기가스 측정 수행, 수집된 측정 데이터 처리 등이 포함됩니다.
계측
DTT PN-PEMS는 몇 나노미터까지 높은 입자 침투, 견고한 입자 수 희석, 휘발성 입자 제거 및 인공 입자 형성 방지를 제공하도록 설계되었습니다. 시스템의 구성 요소는 희석 및 에어로졸 컨디셔닝을 위한 다양한 기술을 비교하는 실험실 실험의 결과에 기초하여 선택되었다. 이 섹션에서는 시스템, 작업 원리 및 사용되는 구성 요소에 대한 개요를 제공합니다. 도 1은 시스템의 회로도를 나타낸다. 도 2는 시스템의 사진을 보여줍니다. DTT 시스템은 높이가 60cm이며 50cm x 50cm의 발자국을 가지고 있습니다. 시스템의 무게는 약 20kg입니다. 필요한 주변 요소(즉, 배터리 및 가스 병)를 포함하여 총 중량은 약 80kg입니다. 시스템의 주요 요소는 두 개의 희석 단계(즉, 첫 번째 뜨겁고 두 번째 콜드), 촉매 스트리퍼 및 적어도 하나의 응축 입자 카운터(CPC)입니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig01.jpg"> 그림 1: DTT 입자 번호 휴대용 방출 측정 시스템의 회로도. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig02.jpg"> 그림 2: DTT 샘플링 시스템의 상단 보기 그림입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
두 개의 희석 단계는 응축 입자 카운터(&amp;104 #/cm3)에의해 측정 가능한 수준으로 입자 수 농도를 감소시다. 사용자 정의 만든 다공성 튜브 희석제는 희석 단계 모두에 사용됩니다. 이 기술은 입자손실(18,,19)이낮기 때문에 선택되었습니다. 희석 공기의 방사형 섭취는 입자를 벽에서 멀리 하여 입자손실을 감소시킵니다. 더욱이, 이러한 희석제는 매우 작을 수 있으며 400 °C의 온도를 견딜 수 있습니다. 사용되는 다공성 물질은 소결 된 해시 X 튜브 (GKN 필터 금속 GmbH, Radevormwald, 독일)입니다. 다공성 튜브 내부의 정적 혼합 요소는 희석기의 직접 하류에 잘 혼합 된 에어로졸을 제공합니다. 이를 통해 희석기의 라에이졸 흐름을 직접 하류로 분할하여 추가 컨디셔닝 또는 측정을 위해 희석 에어로졸의 대표적인 샘플을 채취할 수 있으며, 컴팩트한 샘플링 시스템을 허용한다. 1차 희석 단계는 전형적으로 350°C로 가열되고, 두 번째 단계는 주변 온도에서 작동한다. 시스템의 희석 계수는 약 80입니다. 정확한 값은 입구 흐름 및 질량 흐름 관리에 따라 달라집니다: 샘플링 시스템의 유량은 두 개의 질량 유량 컨트롤러와 두 개의 질량 유량 미터의 시스템에 의해 관리됩니다. 질량 유량 컨트롤러는 희석 기류 속도를 제어합니다. 질량 유량계는 희석 단계 1과 2의 하류에서 추출된 유량을 모니터링합니다. 추출된 흐름과 제공된 흐름 간의 차이를 변경할 수 있습니다. 즉, 하나의 희석 단계에서 추가되거나 빼는 순 흐름을 정의할 수 있다. 샘플 유량, Q샘플은다른 모든 유량의 합으로 정의됨: 1) 측정 기기에 의해 그려진 유량(QQinst); 2) 희석 기류 속도(Q딜,i); 및 3) 초과 유량 Qex,i. 샘플 흐름을 계산하기 위해 시스템에서 추출된 흐름의 기여도가 양수이며 시스템에 공급되는 흐름의 기여도는 음수입니다.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ01.jpg">
총 희석 비율 DR은 다음을 통해 계산됩니다.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ02.jpg">

하나 이상의 응축 입자 카운터는 제2 희석 단계의 입자 수 농도 하류를 측정하는 데 사용됩니다. 23nm의 d50을 가진 CPC는 23nm보다 큰 고체 입자의 현재 규제 방출을 측정할 수 있게 한다. 또한, 낮은 d50 컷포인트(예를 들어, 10nm, 4nm)로 하나 이상의 CPC로 입자 수 농도를 측정하면 현재 조절되지 않은 고체 입자 분획 &amp;23 nm을 적용된 CPC의 d50 컷 크기까지 평가할 수 있다.
희석 공기 공급 라인, 1차 다공성 튜브 희석기 및 촉매 스트리퍼에는 k형 열전대(TC)를 포함하는 독립적인 발열체가 있습니다. 독립적으로 다른 섹션을 가열하여 시스템의 온도 분포를 제어합니다.
가열 요소의 열전대 외에도 두 개의 열전대가 희석 단계 1과 2의 하류에 배치됩니다. 이 두 열전대는 에어로졸 온도를 직접 측정합니다.
두 개의 절대 압력 센서(NXP MPX5100AP)는 샘플링 시스템의 입구 및 콘센트의 압력을 모니터링하는 데 사용됩니다.
모바일 측정을 위해 클레이튼 파워 LPS 1500 배터리 팩이 사용됩니다. 10L 합성 공기 병은 모바일 응용 프로그램 중에 희석 공기로 시스템을 공급합니다. 배터리와 가스 병의 크기는 시스템이 100분 동안 독립적으로 작동할 수 있도록 선택됩니다.
이 시스템은 LabVIEW 가상 계측기를 실행하는 NI myRIO를 통해 제어됩니다. 가상 계측기는 유량과 히터 온도를 제어할 수 있습니다. 제어된 매개 변수 외에도 에어로졸 온도, 압력 및 가속(myRIO에 통합된 센서를 통해)을 모니터링하고 기록할 수 있습니다. myRIO 액세서리 GPS 모듈은 위치 데이터의 로깅을 가능하게 합니다. 도 3 및 도 4는 DTT 시스템을 제어하는 데 사용되는 가상 계측기의 사용자 인터페이스를 보여 줍니다.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig03.jpg"> 그림 3: DTT 가상 계측기 희석 단계 매개 변수 개요. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig04.jpg"> 그림 4: DTT 가상 계기기 히터 제어판. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
모든 종류의 샘플링 프로시저는 파티클 손실을 일으킵니다. 이러한 손실을 설명하기 위해 DTT 샘플링 시스템을 통해 입자 크기 종속 입자 침투를 결정하기 위해 실험실 측정이 수행됩니다. 이러한 측정에서, 단분산 에어로졸의 입자 농도는 두 개의 응축 입자 카운터를 사용하여 샘플링 시스템의 상류 및 하류로 측정된다. 도 5는 교정 측정에 대한 실험 설정을 나타낸다. 이 설정에서는 징 미니캐스트가 파티클소스(21,,22)로사용됩니다. 질량 흐름 컨트롤러(MFC)는 버너로의 가스 흐름을 제어하는 데 사용됩니다. 희석 브리지를 사용하면 입자 수 농도를 조정할 수 있습니다. 희석 교량은 바늘 밸브와 평행한 고효율 미립자 공기(HEPA) 필터입니다. 바늘 밸브의 위치를 조정하면 HEPA 필터를 통과하는 에어로졸의 분수와 바늘 밸브를 통과하는 에어로졸의 분수 사이의 비율을 변경하여 희석 비를 변경합니다. 여과된 에어로졸과 여과되지 않은 에어로졸은 T피스와 결합되어 희석된 에어로졸을 형성합니다. 촉매 스트리퍼는 연소 과정의 부산물로서 생성 될 가능성이 풍부한 휘발성 화합물을 제거하는 데 사용됩니다. TSI 3082 정전기 분류기와 TSI 3085 차동 이동성 분석기(나노 DMA)가 입자의 크기 선택에 사용된다. 두 개의 TSI CPC 3775(d50 = 4 nm)는 DTT 샘플링 시스템의 입자 수 농도 상류 및 하류를 측정하는 데 사용됩니다. 카운터의 d 50 = 4 nm의 절단 점은10 nm 이하의 입자 크기에서 침투 측정을 허용합니다.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig05.jpg"> 그림 5: DTT 샘플링 시스템의 교정에 사용되는 실험 용 설정의 회로도. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>2x 응축 입자 계수기 4 nm</td><td>TSI</td><td>3775</td><td>절단 지점이 4 nm인 입자 계수기</td></tr><tr><td>5x 질량 흐름 컨트롤러 (MFC)</td><td>V&ouml; gtlin</td><td></td><td>miniCast 가스 흐름을 제어하기위한 질량 유량 컨트롤러</td></tr><tr><td>AVL M.O.V.E. EFM 배기 유량계</td><td>차량의 배기 유량 측정을위한</td><td>AVL</td><td></td> 장치</tr><tr><td>촉매 스트리퍼</td><td>산화에 의한 에어로졸의 휘발성 화합물 제거를위한</td><td>맞춤형</td><td></td> 장치</tr><tr><td>압축 공기</td><td></td><td></td><td>산화 및 희석 공기 공급 miniCast 용</td></tr><tr><td>응축 입자 계수기 10 nm</td><td>AVL</td><td></td><td>10 nm의 커트점을 가진 입자 계수</td></tr>기 <tr><td>응축 입자 계수기 23 nm</td><td>TSI</td><td>3790A</td><td>23 nm 커트점을 가진 입자 계수</td></tr>기 <tr>차동<td>이동성 분석기</td><td>TSI</td><td>3085</td><td>입자가 이동성에 의해 분리되는 정전기 분류기의 일부입니다.</td></tr><tr><td>희석 교량</td> HEPA 여과기와 평행을 이루는 <td>주문품</td><td></td><td>바늘 벨브. 교정 목적으로 입자 농도를 조정하는 데 사용</td></tr><tr><td>DownToTen 샘플링 시스템</td><td>자동차</td><td></td><td>sub-23 nm 입자 방출 평가를위한 맞춤형 샘플링 시스템</td></tr><tr><td>정전기 분류기</td><td>TSI</td><td>3082</td><td>전기 이동성 직경에 의한 아로졸 입자 분류를위한 장치</td></tr><tr><td>휴대용 질량 유량계 (MFM)</td> <td>V &ouml; gtlin</td><td></td><td>측정 기기의 입구 흐름을 측정하기 위한 장치</td></tr>, <tr><td>miniCast Soot Generator</td><td>Jing Ltd</td><td></td>, <td>Combastion 에어로졸 표준, 그을음 발생기</td></tr>, <tr><td>모바일 배터리, LPS 1500</td>, <td>DTT 측정 시스템의 전원 공급용 Clayton</td><td>전원</td><td></td> 배터리</tr><tr><td>, 질소 가스 병</td><td></td><td></td>, miniCast 프로판 가스<td>의 혼합 가스 및 담금질 가스 공급을 위한 질소</td></tr><tr><td> </td><td>미니 캐스트</td>소프트 X 선 중화제 TSI 3088 용 병 <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>연료 에어로졸 입자의 평형 전하 분포 확립 장치</td></tr><tr>합성 공기 병 <td>희석 공기 공급 용</td> <td>10 L</td><td></td><td></td> 가스 병</tr></tbody></table>

휴대용 다운토텐 샘플링 시스템을 사용하여 23나노미터 미만 의 실제 구동 입자 수 배출 측정

Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System

유럽 입자 번호(PN) 방출 표준의 현재 입자 크기 임계값은 23nm입니다. 이 임계값은 미래의 연소 엔진 차량 기술이 대량의 23nm 입자를 방출할 수 있기 때문에 변경될 수 있습니다. Horizon 2020의 투자 프로젝트 DownToTen (DTT)은 현재 규제되지 않은 크기 범위에서 입자 배출을 특성화하는 샘플링 및 측정 방법을 개발했습니다. PN 측정 시스템은 다양한 PN 측정 및 샘플링 접근법을 테스트하는 문헌 및 실험실 실험에 대한 광범위한 검토를 기반으로 개발되었습니다. 개발된 측정 시스템은 높은 입자 침투와 다재다능함을 특징으로 하며, 이는 직경의 몇 나노미터부터 시작하여 1차 입자, 지연된 1차 입자 및 이차 에어로졸의 평가를 가능하게 합니다. 이 백서는 실제 드라이브 배기가스(RDE) 측정을 위한 이 휴대용 배기가스 측정 시스템(PEMS)을 설치하고 운영하는 방법에 대한 지침을 제공하고 현재 의 23nm의 현재 입법 제한 보다 낮은 입자 수 배출을 평가합니다.

교정 데이터(입자 침투):
도 11은 입자 이동성 직경의 함수로서 DTT 시스템의 상대 입자 침투의 예시적인 플롯을 나타낸다. 해당 데이터는 명령 섹션 1에 설명된 대로 측정및 평가되었습니다. 플롯은 동일한 이동성 직경의 두 측정 점 사이의 편차가 5 % 미만임을 보여줍니다. 10% 이상의 편차는 실험 설정에서 비결을 나타냅니다. 이 경우, 교정은 워밍업 안정화 시간을 증가과 함께 반복해야했다. 워밍업 시간(일반적으로 30분)과 안정화 시간(일반적으로 30초)은 모두 1.5배 증가했습니다.
DTT 시스템을 통과하는 입자는 확산 및 열광증으로 인해 손실되었습니다. 온도계 손실은 샘플링 시스템의 벽을 향해 온도 그라데이션 도면 입자에 의해 발생했다. 이것은 입자 크기 독립적 인 효과(29)입니다. 대조적으로, 확산은 입자 크기가 매우 의존적입니다. 농도 그라데이션으로 인해 입자가 손실된 벽쪽으로 그물 입자 플럭스가 발생했습니다. 입자 크기가 낮을수록 확산성이 상승하면서 입자≤10 nm의 지배적손실 메커니즘이 되었습니다. 도 11의 선은 열광, 확산 및 총 손실을 나타내며 각각의 입자 크기 종속성을 나타낸다. 확산 손실의 경우 이 함수는 대략적인 입자 크기 종속성을 설명하는 데 사용되었습니다.
<img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ11.jpg">
침투 P는 적합 매개 변수 A 및 확산 계수 D에따라 달라집니다 .
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ12.jpg">
확산 계수는 볼트만 상수 k,절대 온도 T,점도 η,입자 직경 dp및 커닝햄 슬립 보정 계수 Cc c에따라 달라지며, 이는 평균 자유 경로 및 입자직경(29)의함수이다.
도 11에 도시된 데이터는 다음과 같은 평균 입자 침투 효율 P평균을 초래했습니다.
<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ13.jpg">
침투 효율이 50%에 달하는 입자 크기를 d50이라고합니다. d50은 시스템의 침투 차단 특성을 설명합니다. DTT 시스템의 경우 d50은 11nm였습니다. d50은 도 11에표시됩니다.
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig11.jpg"> 도 11: 입자 이동성 직경의 함수로서 입자 침투. 파란색으로 표시된 포인트는 측정 결과입니다. 주황색과 녹색의 파선선은 각각 열전증 및 확산과 관련된 손실을 나타냅니다. 레드 라인은 확산 및 열수성 손실의 합계로 총 손실을 나타냅니다. 도다쉬 퍼플 선은 교정 측정 명령 섹션 1에서 계산된 평균 입자 침투 Pmean를 보여 주어 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig11large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
솔리드 파티클 번호:
도 12는 RDE 측정 드라이브의 처음 10분 동안 시간 동안 입자 수 방출 속도를 나타낸다. 10nm 및 23nm CPC를 사용하는 DTT PEMS의 데이터는 시판되는 23nm 컷 포인트 시스템의 데이터와 함께 표시됩니다. 입자 방출 속도는 데이터 분석 명령 섹션 4에 상술한 바와 같이 배기 유량을 곱한 각 입자 농도로부터 계산되었다. 기준 기기(AVL MOVE)는 입자 수 농도 측정을 위해 확산 충전기에 의존했습니다. 다양한 센서 원칙에도 불구하고 DTT PEMS로 측정된 데이터는 시판되는 PEMS로 측정된 데이터와 전반적으로 매우 양호한 일치였습니다. 입자 측정 장치가 일시적으로 0 입자 농도를 보고할 수 있고 로그리스믹 플롯에 0을 표시할 수 없기 때문에 세 가지 신호 모두에 스파이크를 가리키는 날카로운 하향이 발생했습니다. 10nm CPC로 측정된 입자 방출은 도 12에도시된 대부분의 기간 동안 23nm CPC로 측정된 배출량에 매우 가까웠다. 그러나, 10s와 25 s 사이 처음에 중요한 &amp;23 nm 입자 방출의 발생이 있었습니다. DTT 10 nm 신호는 DTT 시스템의 23nm 신호와 AVL MOVE보다 상당히 높았다. 이 경우, 방출되는 총 입자 수의 50%는 10nm에서 23nm 사이였다. 열이 아닌 평형의 콜드 스타트 동적 공정은 입자 크기 분포가 뜨거운차량(30)과배출되는 것과 다를 수 있다. 이러한 복잡한 프로세스에 대한 논의는 이 작업의 범위를 벗어납니다. 이 주제에 대한 자세한 내용은 문헌31,,32,,33에서찾을 수 있다.
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig12.jpg"> 그림 12: 그림의 상부는 RDE 측정 드라이브의 처음 10분 동안 시간 동안 입자 수 방출 속도를 보여줍니다. 10nm 및 23nm CPC를 사용하여 DTT PEMS로 측정된 데이터와 23nm 컷포인트 시스템(AVL MOVE)을 참고자료로 사용한다. 그림의 하부는 차량의 속도를 보여줍니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig12large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

여기에 발표된 DownToTen(DTT) 휴대용 배기가스 측정 시스템은 23nm 입자의 실제 주행 자동차 배출을 평가합니다.

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future ...

이 프로토콜은 Horizon 2020 프로젝트 DownToTen에서 설계 및 시공된 시스템을 사용하여 현재 규제되지 않은 23나노미터 입자 배출의 모바일 측정을 획득하는 데 사용할 수 있습니다. 하위 23 나노미터 이해 체제의 낮은 입자 손실과 시스템 내의 높은 수준의 다재다능성으로 방출된 입자의 상이한 특성에 대한 평가를 가능하게 하였다. 배기가스 배출에 대한 이 예외는, 이 방법은 측정될 차량의 예상 배기 유량 범위에 일치하는 측정 범위와 배기 유량 계를 선택하여 나노 크기의 입자의 변동성 및 형성 메커니즘을 조사하는 데 이상적입니다.배기 유량계 제어 상자를 차량 트렁크에 놓고 차량 외부에 배기 유량계를 설치합니다. 미터의 상류 및 하류 거리가 연방 규정을 준수하는 것을 주의하는 제조업체의 사양에 따르면. 배기 유량계 파이프에서 차량의 배기 파이프에 이르는 커넥터가 배기 가스 온도를 견딜 수 있는지 확인합니다.배기 유량 계측기를 설치하면 파이프와 파이프 클램프를 연결하여 배기를 첫 번째 파이프에 연결하고, 마지막에 파이프 클램프를 조이면 피팅 중에 파이프의 정렬을 용이하게 합니다. 배기 유량계로 연결되는 경우 배기 유량계 제어박스와 배기 유량계 장착 브래킷을 트렁크에 배치하여 측정 여행 중에 아무 것도 미끄러지지 않도록 하고 모든 배관이 타이트하고 측정 여행 중에 아무 것도 느슨해지면 아무것도 풀리지 않도록 합니다. 주변 온도에 따라 최대 15분의 워밍업 시간이 끝나면 배기 질량 유량계가 측정할 준비가 되어 있습니다.DownToTen 측정 시스템을 설치하려면 합성 공기 병을 트렁크에 넣고 스트랩으로 병을 고정합니다. 배터리를 차량의 트렁크에 넣고 AC 입력 케이블을 연결하고 배터리를 제자리에 고정하고 AC 케이블을 로컬 전원에 연결합니다. 샘플링 시스템의 진공 펌프와 차량 트렁크의 응축 입자 카운터를 수정하고 펌프를 배터리에 연결합니다.다음으로, 차량의 트렁크에 있는 DownToTen 시스템은 시스템을 모바일 배터리 팩에 연결하고 DownToTen 시스템의 두 개의 입구 질량 흐름 컨트롤러를 고정 된 가압 공기 공급에 연결하여 스트랩으로 배치하도록 고정합니다. DownToTen 시스템의 두 출구 질량 흐름 컨트롤러를 진공 펌프에 연결하고 적절한 튜브를 사용하여 차량 외부의 펌프 배기를 구동합니다. USB 케이블을 사용하여 DownToTen 시스템을 측정 랩톱에 연결하고 시스템의 유입구를 배기 흐름 계의 다운스트림 샘플링 지점에 연결합니다.시스템 전원 입구를 배터리에 연결하고 응축 파티클 카운터 전원 입구를 배터리 팩에 연결합니다. 응축 입자 카운터를 각 외부 진공 펌프에 연결하고 적절한 튜브를 사용하여 응축 입자 카운터와 차량 외부의 모든 외부 펌프를 구동합니다. 그런 다음 USB 케이블을 사용하여 응축 입자 카운터를 측정 랩톱에 연결하여 측정 시스템을 가열하고 시동하려면 응축 입자 카운터와 외부 진공 공급 장치를 켭니다.그리고 응축 입자 카운터 소프트웨어를 엽니 다. 응축 입자 카운터와의 통신을 설정하고 질량 흐름 컨트롤러의 바늘 밸브를 닫습니다. 다음으로 DownToTen 샘플링 시스템 펌프의 빨간색 스위치를 눌러 시스템을 켜고 랩 뷰 DownToTen 응용 프로그램을 엽니다.시스템과의 통신이 자동으로 시작되고 그래픽 사용자 인터페이스는 희석 단계에서 1단계와 2단계에서 흐름을 표시합니다. 분당 표준 리터에 연결된 측정 기기에 의해 그려진 질량 흐름을 입력하고 두 흐름이 모두 10 플러스 또는 마이너스 0.5 표준 리터에 도달 할 때까지 천천히 바늘 밸브를 열어 촉매 스트리퍼의 유량이 촉매 스트리퍼와 스트립 의 1 개 이상의 샘플 과 같은 샘플 의 1 개 플러스 또는 마이너스 0.1 리터와 같을 수 있도록 두 희석 단계의 AdFlow를 조정합니다. 또는 분당 0.1 리터를 뺀 값입니다. 히터 탭 아래에서 희석 공기 공급의 히터 온도를 설정합니다.첫 번째 는 350섭에 구부리 고 촉매 스트리퍼를 붓습니다. 시스템이 가열되기 시작합니다. 그런 다음 가스 온도 다운스트림 희석 단계 1이 측정 드라이브를 시작하기 전에 섭씨 290도에 도달할 때까지 기다립니다.데이터를 기록하려면 DownToTen 샘플링 시스템에 연결된 측정 장치에서 데이터 로깅을 빠르게 시작하여 샘플링 시스템의 데이터를 기록합니다. 팝업 창에서 경로와 파일 이름을 선택합니다. 로그 파일 경로가 표시되고 녹색 표시등이 데이터가 저장되었음을 나타냅니다.그런 다음 적절한 소프트웨어를 사용하여 응축 입자 카운터의 입자 농도 데이터를 기록하고 배기 흐름 계로 배기 흐름을 기록합니다. 운전 중 데이터를 기록하려면 선택한 경로를 운전하기 전에 배터리 충전 케이블을 분리하고 고정 된 가압 공기 공급에서 가스 병으로 전환하십시오. 그런 다음 선택한 경로를 운전합니다.운전 후 로그인을 눌러 데이터 녹음을 중단하고 기기를 종료합니다. 그런 다음, 다음 드라이브를 준비하기 위해 배터리를 충전하여 여기에서, 입자 이동성 직경의 함수로서 DownToTen 시스템의 상대 입자 침투의 예시플롯이 표시됩니다. 열전, 확산 및 총 손실 데이터는 각각의 입자 크기 종속성을 결정하기 위해 플롯되었습니다.이 분석에서, 낮은 입자 크기로 확산성이 상승하여 입자에 대한 지배적인 손실 메커니즘이 10나노미터 이하 또는 동일하였다. 총 침투 효율도 표현되어 침투 효율이 50%에 달하는 입자 크기의 측정이 허용되며, 실제 드라이브 배출 측정 드라이브의 첫 10분 동안 시간 동안 입자 수 방출 속도가 표시됩니다. 입자 측정 장치가 일시적으로 0 입자 농도를 보고할 수 있고 제로가 로그리스믹 플롯에 표시할 수 없기 때문에 세 가지 신호 모두에 날카로운 하향 포인팅 스파이크가 발생했습니다.10나노미터 응축 입자 카운터로 측정된 입자 배출은 대부분의 측정 기간 동안 23나노미터 응축 입자 카운터로 측정된 배출에 매우 근접하였다. 그러나, 10 초 25 초 사이, 23 나노미터 입자 방출 보다 상당한 미만의 발생이 있었다. 이 분석에서와 같이, 방출되는 총 입자 수의 50% 이상이 10~23나노미터 사이였다.이 절차를 시도할 때 배기 계를 올바르게 삽입하고 샘플링 시스템에 충분한 워밍업 시간을 제공하는 것이 중요합니다. DownToTen 시스템의 다기능성과 낮은 손실은 총 배기 입자와 같은 비 규제 입자 배출을 조사하는 데 이상적인 도구입니다. 이 시스템과 방법은 Horizon 2020 프로젝트 DownToTen에서 다양한 차량의 23나노미터 입자 배출을 평가하여 향후 배출 규정에 대한 과학적 근거를 제공하는 데 사용되었습니다.

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전신 나노 입자 에어로졸 흡입 노출

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학습하세요 휴대용 다운토텐 샘플링 시스템을 사용하여 23나노미터 미만 자동차 배기 입자를 실제 주행 조건에서 측정하는 방법을. 이 기술은 미규제 나노입자 배출 평가에 필수적입니다.

휴대용 다운토텐 샘플링 시스템을 사용하여 23나노미터 미만 의 실제 구동 입자 수 배출 측정

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