专利名称：发动机尾气甲醛含量检测的采样装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机尾气检测的采样装置及方法，属于发动机及环境监测仪器交叉技术领域。
背景技术：
检测大气中甲醛精度较高的方法主要有质子转移电离技术、傅立叶转换红外光谱法、差分光学吸收光谱法等，但所使用仪器的价格都较昂贵，不宜普及。另外，色度法、分光光度法等仅适用于混合气组分较少气体中甲醛的含量的测量，且灵敏度低，不适合内燃机尾气中甲醛的检测。内燃机尾气中甲醛测定的难点主要有三方面一是甲醛的沸点较低，其标准气难以配制；二是最为普及的气相色谱仪的氢火焰检测器(FID，用于检测碳氢化合物的检测器)对甲醛存在低响应问题；三是内燃机尾气中由于存在大量HC、NOx、CO、CO2、以及醇类(以醇类作为内燃机代用燃料时)等，成分复杂，对甲醛的检测造成干扰，比室内和大气环境中甲醛的检测更加困难。
发明内容
本发明提供了一种结构简单，操作方便的甲醛含量检测的采样装置及方法本发明的另外一个目的在于克服甲醛标准气取样过程中标准气难以配制的甲醛含量检测的采样装置及方法。
本发明的再一个目的在于提供了一种消除发动机尾气中碳氢、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳以及醇类成分对检测造成干扰的甲醛含量检测的采样装置及方法。
为了达到上述目的，本发明涉及的发动机尾气甲醛含量检测的采样装置包括一探头，用于将发动机中的尾气导入采样装置；进气恒温机构，与探头相连的，使气体通过进气恒温机构后可以保持在78℃-82℃之间；尾气吸收衍生机构，与进气恒温机构排气口相连的，使气态的甲醛与尾气吸收衍生机构内的吸收介质充分反应，获得可以利用气相色谱仪测定含量的生成物；采样气体流量控制机构，与尾气吸收衍生机构的排气口相连，通过控制尾气吸收衍生机构的排气流量，从而实现对尾气吸收衍生机构进气流量的控制。
上述进气恒温机构包括供气体通过的管道，包覆在管道外的热电阻型加热带，斜埋至管道与尾气吸收衍生机构结合部位轴心处的K型热点偶，以及与K型热电偶正负极丝和加热带正负电极连接的温控继电器。
上述管道可以是金属管或尼龙管。
相同运行工况时尾气加热温度对检测甲醛含量的影响(见图3)上述尾气吸收衍生机构包括至少二组串行联接的U型多孔玻板吸收管，位于U型多孔玻板吸收管中适量的2、4-二硝基苯肼(DNPH)的酸性饱和溶液。
上述一种发动机尾气中甲醛的采样装置，其特征在于，所述采样气体流量控制机构包括干燥管、流量控制阀、微型真空泵、皂膜流量计。
上述干燥管以尼龙管制成，两端分别装置铜制转换接头，内部装有适量脱脂棉抑或硅胶，各部件间通过尼龙管、耐腐蚀橡胶管及铜制转换接头等按顺序密封连接。
应用上述发动机尾气甲醛含量检测采样装置的采样方法包括下列步骤(1)用1mol/L硫酸溶液溶解适量DNPH固体，使吸收液中氢离子浓度达到2mol/L，作为吸收液；(2)将两个串连的U型多孔玻板吸收管分别注入适量吸收液，第一级吸收瓶注入10ml吸收液，第二级吸收瓶注入8ml吸收液；(3)干燥管内装入适量脱脂棉以减少采样气体当中的水分腐蚀真空泵。
(4)将进气恒温机构温度调整为80±2℃；(5)启动微型真空泵，利用皂膜流量计检测抽样气体流速，通过流量控制阀调节采样气体流速，维持在0.12L/min～0.15L/min流量范围内；(6)空抽5min，以避免管路系统内残余气体对采样结果造成影响；(7)开始连续采样，采样时间控制在10min～15min范围内。
(8)采样完毕后，取下尾气吸收衍生机构内的多孔玻板吸收管，并将其吸收液倒入同一容量瓶中，静置，待2、4-二硝基苯腙反应完全且稳定，即得到甲醛的采样溶液。
本发明涉及的发动机尾气甲醛含量检测方法利用2、4-二硝基苯肼(DNPH)的酸性饱和溶液作为吸收液，与尾气中的甲醛反应生成2、4-二硝基苯腙，然后用气相色谱测定2、4-二硝基苯腙浓度，达到间接检测甲醛的目的。吸收具有选择性，尾气中的其它非羰基化合物不被采集，避免其对醛酮类检测的干扰；同时，由于该方法在甲醛与2、4-二硝基苯肼反应前采取了气体加热措施，消除了甲醛本身的不稳定性给检测精度带来的影响。
用二硝基苯肼(2，4-dinitrophenylhydrazine，DNPH)作吸附剂，与醛酮在酸性溶液中与2，4-二硝基苯肼反应生成2，4-二硝基苯腙橘黄色沉淀，化学反应机理 试验表明，相同气相色谱条件下，10ml吸收液与适量50mg/L的甲醛标准溶液反应得到的色谱峰值远高于等体积吸收液与发动机尾气中甲醛反应得到的色谱峰值，表明对于发动机尾气采样气体中甲醛的吸收，10ml体积的吸收液为足量，亦可根据具体实际采样情况调整吸收液的注入量。
用三支多孔玻板吸收管串连采集尾气中的甲醛，分别测定每一吸收管中甲醛的采样量(Ci)，按照下式计算每一吸收管的吸收效率ηi=CiC1+C2+C3×100%,(i=1,2,3)]]>试验发现，第一支吸收管可吸收97％，第二支吸收管可吸收3％，第三支吸收管中则没有检测出甲醛腙，故在采样时确定为两支吸收管串联。
因此，本发明设计的发动机尾气甲醛含量检测装置及方法结构简单，操作方便，成本低廉。
图1尾气采样装置示意图；图2进气恒温机构的轴向剖面图；图3加热温度对检测甲醛含量的影响图4甲醛含量与喷甲醇量的关系图5相同工况、不同采样流速时检测的甲醛含量；图6不同吸收管的吸收率；具体实施方式
参照图1，探头1由不锈钢管加工制成，进气端在取样过程中伸入排气管15(伸至与排气管中心轴线处)，排气端与尼龙管进气端密封连接；进气恒温机构12，与探头1相连的，使气体通过进气恒温机构10后可以保持在78℃-82℃之间；参照图2，进气恒温机构12包括供气体通过的管道3，包覆在管道外的热电阻型加热带16，包覆加热带外的保温棉17，斜埋至管道与尾气吸收衍生机构结合部位轴心处的K型热点偶18，以及与K型热电偶正负极丝和加热带正负电极连接的温控继电器5。
尾气吸收衍生机构13，与进气恒温机构排气口相连的，包括两串行联接的U型多孔玻板吸收管6，6’；U型多孔玻板吸收管中适量的2、4-二硝基苯肼(DNPH)的酸性饱和溶液。使气态的甲醛与尾气吸收衍生机构内的吸收介质充分反应，获得可以利用气相色谱仪测定含量的2、4-二硝基苯腙。
采样气体流量控制机构14，与尾气吸收衍生机构的排气口相连，通过控制尾气吸收衍生机构的排气流量，从而实现对尾气吸收衍生机构13进气流量的控制；包括尼龙管干燥管8，两端分别装置铜制转换接头，内部装有适量脱脂棉抑或硅胶，各部件间通过尼龙管、耐腐蚀橡胶管及铜制转换接头等按顺序密封连接；流量控制阀9，VM6004-12V微型真空泵10，与微型真空泵10相连的12V可跟踪直流稳压电源，皂膜流量计11，以及220V交流电源。
(1)采样前准备用1mol/L硫酸溶液溶解适量DNPH固体，使吸收液中氢离子浓度达到2mol/L，作为吸收液；将两个串连的U型多孔玻板吸收管分别注入适量吸收液，第一级吸收瓶注入10ml吸收液，第二级吸收瓶注入8ml吸收液；干燥管内装入适量脱脂棉以减少采样气体当中的水分腐蚀真空泵。
将进气恒温机构温度调整为80±2℃；启动微型真空泵，利用皂膜流量计检测抽样气体流速，通过流量控制阀调节采样气体流速，维持在0.12L/min～0.15L/min流量范围内；(2)采样为避免管路系统内残余气体对采样结果造成影响，需空抽5min。空抽完毕后，将采样装置各部件按顺序密封连接(如图1)，微型真空泵接入12V直流稳压电源，开始连续采样。记录采样时间，采样时间控制在10min～15min范围内。
(3)采样后处理断开微型真空泵电源以及恒温继电器电源，取下尾气吸收衍生机构，将1、2级U型多孔玻板吸收管内吸收液相继倒出至同一容量瓶中，即得到甲醛的采样溶液，静置，待2、4-二硝基苯腙反应完全且稳定。
权利要求
1.一种发动机尾气中甲醛的采样装置，其特征在于该装置包括一探头，用于将发动机中的尾气导入采样装置；进气恒温机构，与探头相连的，使气体通过进气恒温机构后可以保持在78℃-82℃之间；尾气吸收衍生机构，与进气恒温机构排气口相连的，使气态的甲醛与尾气吸收衍生机构内的吸收介质充分反应，获得可以利用气相色谱仪测定含量的生成物；采样气体流量控制机构，与尾气吸收衍生机构的排气口相连，通过控制尾气吸收衍生机构的排气流量，从而实现对尾气吸收衍生机构进气流量的控制。
2.如权利要求1所述一种发动机尾气中甲醛的采样装置，其特征在于，所述进气恒温机构包括供气体通过的管道，包覆在管道外的热电阻型加热带，斜埋至管道与尾气吸收衍生机构结合部位轴心处的K型热点偶，以及与K型热电偶正负极丝和加热带正负电极连接的温控继电器。
3.如权利要求2所述一种发动机尾气中甲醛的采样装置，其特征在于，所述管道可以是金属管或尼龙管。
4.根据权利要求1所述一种发动机尾气中甲醛的采样装置，其特征在于，所述尾气吸收衍生机构包括至少二组串行联接的U型多孔玻板吸收管，位于U型多孔玻板吸收管中适量的2、4-二硝基苯肼(DNPH)的酸性饱和溶液。
5.根据权利要求1所述一种发动机尾气中甲醛的采样装置，其特征在于，所述采样气体流量控制机构包括干燥管、流量控制阀、微型真空泵、皂膜流量计。
6.根据权利要求4所述一种发动机尾气中甲醛的采样装置，其特征在于，干燥管以尼龙管制成，两端分别装置铜制转换接头，内部装有适量脱脂棉抑或硅胶，各部件间通过尼龙管、耐腐蚀橡胶管及铜制转换接头等按顺序密封连接。
7.一种发动机尾气中甲醛采样方法，其特征在于该采样方法包括以下步骤(1)用1mol/L硫酸溶液溶解适量DNPH固体，使吸收液中氢离子浓度达到2mol/L，作为吸收液；(2)将两个串连的U型多孔玻板吸收管分别注入适量吸收液，第一级吸收瓶注入10ml吸收液，第二级吸收瓶注入8ml吸收液；(3)干燥管内装入适量脱脂棉以减少采样气体当中的水分腐蚀真空泵。(4)将进气恒温机构温度调整为80±2℃；(5)启动微型真空泵，利用皂膜流量计检测抽样气体流速，通过流量控制阀调节采样气体流速，维持在0.12L/min～0.15L/min流量范围内；(6)空抽5min，以避免管路系统内残余气体对采样结果造成影响；(7)开始连续采样，采样时间控制在10min～15min范围内；(8)采样完毕后，取下尾气吸收衍生机构内的多孔玻板吸收管，并将其吸收液倒入同一容量瓶中，静置，待2、4-二硝基苯腙反应完全且稳定，即得到甲醛的采样溶液。
全文摘要
本发明涉及一种发动机尾气检测的采样装置及方法，该装置包括一探头，进气恒温机构，尾气吸收衍生机构，采样气体流量控制机构；该采样方法包括以下步骤(1)配制吸收液；(2)将两个串连的U型多孔玻板吸收管分别注入适量吸收液；(3)干燥管内装入适量脱脂棉；(4)将进气恒温机构温度调整为80±2℃；(5)启动微型真空泵，维持在0.12L/min～0.15L/min流量范围内；(6)空抽5min；(7)开始连续采样，采样时间控制在10min～15min范围内；(8)采样完毕后，将吸收液倒入同一容量瓶中，静置，即得到甲醛的采样溶液。本发明设计的发动机尾气甲醛含量检测装置及方法结构简单，操作方便，成本低廉。
文档编号G01N30/00GK101042314SQ20071005721
公开日2007年9月26日 申请日期2007年4月26日 优先权日2007年4月26日
发明者姚春德, 彭红梅, 李帅, 刘义亭 申请人:天津大学