颗粒浓度分析系统和方法与流程

本发明涉及一种用于分析颗粒浓度的系统，特别地涉及一种凝聚粒子计数器。

背景技术：

发动机的排放物和空气质量标准对于地球日益重要，因为越来越多的车辆出现于高速公路和世界各地，并且环境污染源持续排放污染物。车辆发动机尾气的排放物测试为用于确保发动机不过度污染地球的全世界关注事项。目前测量系统通常为大的、昂贵的和耗时的。此外，需要对于所有污染物的大规模定期检查以确保发动机在其可用寿命中保持顺应性。测量排放物测试的另一关注事项为用于测试设施、技术人员或顾客通过允许周围空气渗入该测试并示出虚假合格而对测试进行“作弊”的可能性。

一种类型的排放物分析器为混合型凝聚粒子计数器(cpc)以用于10nm至200nm(纳米)的尺寸范围内的颗粒数量浓度的测量。此类粒子计数器用于确定发动机排放物中的颗粒浓度，用于监测环境空气质量，以及其中颗粒浓度为关注事项的其它应用。cpc要求以工作流体的定期填充(例如，丁醇或异丙醇)。填充通常利用重力供给系统或注射器从外部罐来实现。

技术实现要素：

下文涉及对于空气质量测试和分析所开发的低成本和低复杂性产品，诸如特别地与定期技术检测(pti)相关联的排气管颗粒数量(pn)浓度测量。凝聚粒子计数器(cpc)通常用于执行空气质量测试和分析以对样本流体中的颗粒进行计数。cpc通常要求有经验操作者监测器械，例如，监测工作流体和确保工作流体始终充分地填充以及为足够纯的或未污染的。低成本排放物测试技术在机动车辆的定期技术检测(pti)中的应用不仅需要低成本、可重复和准确测量装置，而且优选地需要自动化系统和测量检查以确认该装置是否适当地操作和正确地使用。

在本发明的一个方面，包括凝聚粒子计数器的颗粒浓度分析系统提供用以分析车辆排放物的样本中的颗粒浓度。该分析包括将取样探头插入车辆中，该车辆正测试并以规定测试序列(例如，空闲发动机操作)记录车辆排放物的颗粒数量浓度。在所记录水平高于适用标准的情况下，车辆将视为通过或未通过该排放物测试。

在一个方面，根据本发明的全集成颗粒浓度分析系统利用cpc(其联接取样探头)和周围空气调节系统来分析车辆排放物的样本中的颗粒浓度。分析系统可配置成确定车辆发动机在pti颗粒数量(pn)测试期间是否通过或未通过，其中发动机空转。分析器还可配置成确定车辆发动机在pti颗粒数量测试期间是否通过或未通过，其中车辆对于“停顿加速度”之后的三个1分钟样本进行测试，其中所测量最大允许颗粒数量小于250000#cm^-3。

在本发明的一个方面，车载诊断(obd)系统与分析系统集成在一起，该分析系统配置成确保车辆“预热”并且准备进行ptipn测试。在测试期间，记录obd参数(rpm、冷却剂温度和质量气流速率)和pn浓度两者的每秒数据以有利于额外数据评估以及ptipn通过或未通过结果。

混合型cpc(以气溶胶流(样本流)进行操作)保持与饱和空气的源分开并且在输送通过凝聚器之前混合。全流型cpc(以装载颗粒(样本)空气进行操作)穿过由工作流体所环绕的加热芯吸物以变得饱和。对于全流型和混合型cpc两者，超饱和蒸汽凝聚于样本颗粒上并使它们生长至约5pm至10pm微滴。这些微滴然后通过喷嘴进行聚集，穿过激光束，并且由光散射粒子计数器(诸如脉冲检测电子器件)进行计数。混合型cpc提供相比于全流型cpc的有益属性，包括无与饱和器或芯吸物相关联的性能降级，因为芯吸物未受样本颗粒污染，这样随着时间得到较低超饱和水平。

饱和器可与凝聚器和测量光学器件机械地脱离，从而改善稳健性，包括对于由振动、取向等所引起的工作流体的光学器件污染的显著较低敏感性。

分析系统包括电子控制器，该电子控制器具有专用微处理器以用于cpc的控制。此外，分析系统可配有用于数据存储的微计算机的低成本套件、无线通信(wifi)系统、蓝牙通信对车载诊断系统适配器、html驱动图形用户界面，和用以允许该系统单独用于各种应用的额外系统。任选地，分析系统的cpc包括三通电磁阀以定期地从cpc凝聚器排空流体。

在一个方面，分析系统包括额外部件以增加功能性和效率，包括hepa过滤器(用于过滤稀释和饱和器流)、外部罐工作流体罐、微处理器控制泵、扩散筛网(用以将该系统从d50增加至23nm)、取样软管和取样探头。任选地，分析系统包括第二稀释器以将颗粒数量浓度范围扩展至6000000个颗粒每立方厘米(#/cm³)。然而，250000#/cm³以上的浓度向缺陷柴油和汽油颗粒过滤器提供了可靠指示。用于移除半挥发性颗粒的蒸发器管也可包括于分析系统内。

颗粒分析器可校准以满足iso27891:2015的性能标准。然而，利用cpc技术的固有线性和性能可预测性，远远减小的校准范围(具有小或不具有损害效应)可用于提供对应显著成本减少。颗粒分析器还可配置成满足或超过《瑞士联邦空气污染管制条例(switzerlandconfederationordinanceonairpollutioncontrol)》(oapc)814.318.142.1的瑞士pti性能标准。sr814.318.142.1为唯一当前既定ptipn方案。分析系统的cpc可配置成以小于三(3)秒的tio-tgo响应进行操作。

对于如iso27891校准方法所反映的良好设计cpc以及校准之间的年度间隔，操作降级因数基本上为零。相比之下，基于扩散的pn测量系统或扩散充电器(dc)通常在正常操作期间易于由于多种源(诸如阱和电晕源的污染)而降级。在用于排放物颗粒浓度分析的感兴趣典型尺寸范围中，cpc不具有颗粒尺寸相关性；然而dc具有显著尺寸相关性，并且当颗粒进行预充电时(例如，在处理系统之后的选择性催化还原(scr)中)，可表现出不稳定结果。

样本毛细管可包括在内以测量分析系统的各种部件处的流体流，这减小或消除了对于单独流校准的需求。通过测量横穿限制部的压力所确定的流体或气体流量通常需要单独校准。然而，低成本皮下注射针头(即，毛细管)的极其紧密工程和表面公差通过压降向流测量提供了紧密控制而无校准。混合型cpc通常配置由总共4个流中的至少3个或4个，这些流实时进行测量(诸如提取流、样本流、排空流，和/或饱和器流)。每个流测量需要较昂贵压力传感器或压力变换器。混合型cpc通常通过从总尾气减去饱和器流和排空流而测量样本流。此类方法要求总尾气流、饱和器流和排空流的极其准确流校准以减小所确定样本流的误差。样本毛细管包括于分析系统内以测量和/或计算样本流，从而减少或消除潜在误差源并且减少分析器的复杂性和成本。利用三通电磁阀来排空cpc还可通过移除对于测量排空流的需求而减少或消除复杂性和成本。

替代在每个测量点处包括压力变换器，单个压力变换器或压力传感器可用于通过使每个压力源循环以确定压力差而测量两个压力源之间的压力差并然后计算系统中的压力。第一压力p1和第二压力p2可通过以p1或p2的源的定期循环而测量压力响应p进行确定。压力响应p＝p1+p2，因此在正常操作期间，pl＝p-p2，并且在p1源关闭的情况下，p2＝p。单个差分压力变换器(替代两个依赖性变换器)减小了对于压力响应测量所需的响应的复杂性，因为用以关闭压力源所需的电子器件为较简单的，并且耗费每种复杂压力变换器的成本的一部分。隔离一个压力源和对两者进行测量之间的间隔可基于压力信号的稳定性而确定和设定。

cpc的效率通过所实现的超饱和水平来确定，该超饱和水平取决于饱和器和凝聚器之间的温度差。实际上，并非周围空气的所有颗粒经历或实现相同超饱和水平，因此光学粒子计数器的效率以较低超饱和水平逐渐地降低。较低超饱和水平产生较小颗粒尺寸，该较小颗粒尺寸相对较小可能由光学计数器检测到。待由光学计数器进行分析的颗粒的可接受较低截止尺寸通常定义为其中50％的所存在颗粒(d50)得以计数的颗粒尺寸。通常，较低截止颗粒尺寸为约15nm的直径。15nm的d50颗粒尺寸小于“机动车pmp”标准，该标准要求不小于23nm的颗粒的测量，并且因此较高d50在分析发动机尾气时为必需的。扩散筛网可将d50增加至可接受尺寸。

发动机排放显著量的二氧化碳(例如，在化学计量燃烧条件下操作的汽油发动机的16体积％的尾气气体中的预期浓度)。如果取样探头未完全地或正确地插入车辆排气管中，那么所测量二氧化碳将由于与周围空气混合而低于预期。这将潜在地引起“脏车”，由于发动机尾气颗粒以较洁净周围空气的稀释，该“脏车”将无法通过适当执行的尾气分析而合格。包括于分析系统内的二氧化碳传感器提供防作弊装置以防止用户有意地未将取样探头充分地插入车辆排气管中来使车辆“合格”。

在本发明的一个方面，cpc可配置成自动地调整激光测量区域中所存在的颗粒浓度的所记录计数。该调整称为“一致性校正因数”。高颗粒浓度可中断测试，并且减小分析系统的准确性。样本流体中的颗粒浓度越高，一个以上的所生长样本颗粒微滴处于激光测量区域中的可能性越高，其中光学器件可对测量区域中的一个以上的颗粒的仅一者进行“计数”。导致计数缺失。作为实例，高颗粒浓度可以流体体积的30000颗粒每立方厘米(#cm^-3)的浓度存在。自动校正的应用允许cpc以r²>0.99的线性和小于15％的最大一致性校正因数测量至多30000#cm^-3。cpc具有最大颗粒浓度，其在该最大颗粒浓度下可对流中的颗粒进行准确地计数，该最大浓度称为单计数模式(非稀释)的上限浓度。例如，cpc可具有30000#cm^-3的单计数模式的上限浓度，该上限浓度可以包括于分析系统内的扩散筛网或稀释器进行增加。

因此，本发明的颗粒浓度分析系统提供了一种稳健分析系统，该稳健分析系统包括粒子计数器以用于执行样本流体的颗粒浓度分析，诸如发动机尾气pti颗粒数量测试。颗粒浓度分析系统可配置用于测试实施和用于非现场测试，诸如发动机测试领域。分析系统可用于各种环境，包括用于车辆发动机尾气分析、发电厂尾气分析、周围环境空气质量分析，和其它环境。分析系统包括密封工作流体罐和安全位置开关以防止在测试过程期间和在分析系统的运输期间的损坏、误用和污染。分析系统包括压力传感器和流传感器以测量、验证和校准该分析系统来确保以该分析系统所执行的测试满足预定质量要求。溶剂回收系统可包括在内以从测试流体流回收工作流体来减小工作流体消耗率，以减少整体流体消耗并增加测试数量，这些测试可在未将工作流体重新填充于分析系统中的情况下执行。分析系统包括自动工作流体重新填充系统以监测和重新填充工作流体(随着其在测试期间消耗)以减少处置和污染，该污染可通过工作流体的手动重新填充而引入。额外特征包括蒸发器管、喷射器稀释器、扩散筛网和精确毛细管；该蒸发器管用于在排入周围环境中之前蒸发挥发性颗粒；该喷射器稀释器用以稀释样本流中的颗粒的浓度以增加光学粒子计数器的效率；该扩散筛网用于在进入凝聚粒子计数器之前选择性地移除极小颗粒；该精确毛细管用于简单低成本流验证。

在结合附图查看下述说明书时，本发明的这些和其它目标、优点、目的和特征将变得更显而易见。

附图说明

图1为根据本发明的颗粒浓度分析系统的示意图；

图2为根据本发明的颗粒浓度分析系统的流程图；

图3为根据本发明的颗粒浓度分析系统的后正视图；

图4为根据本发明的颗粒浓度分析系统的前正视图；

图5为用于监测颗粒浓度分析系统中的系统流的毛细管流监测器的剖视图；

图6为颗粒浓度分析系统的用于排空的三通电磁阀的剖视图；

图6a为处于“常开”配置的图6的三通电磁阀的详细视图；

图6b为处于“常闭”配置的图6的三通电磁阀的详细视图；

图7为颗粒浓度分析系统中的用于回收工作流体的冷却溶剂回收系统的剖视图；

图8为示出颗粒浓度分析系统的校准的流程图；

图9为根据本发明的用于测试车辆的排放物所制备的颗粒浓度分析系统的透视图；

图10为根据本发明的颗粒浓度分析系统的分解透视图；

图11为根据本发明的颗粒浓度分析系统的剖视图；和

图11a为图11的颗粒浓度分析系统的另一剖视图，示出了颗粒浓度分析系统的饱和器的部件和内容物。

具体实施方式

现参考附图和其中所描述的例示性实施例，提供了一种用于分析流体中的颗粒浓度的系统10，包括凝聚粒子计数器(cpc)12，以分析样本流体或气溶胶来确定样本中的颗粒浓度或颗粒数量(图1)。分析系统10可适于分析各种形式的流体或气溶胶样本(包括发动机废气、周围大气、发电废气等)，包括用于定期技术检查(pti)。分析系统10配置成与工作流体(诸如异丙醇(ipa))一起操作以使得周围空气流超饱和。饱和周围空气流与样本空气混合，并且周围空气和样本空气的混合物然后穿过凝聚器，超饱和周围空气在该凝聚器中凝聚至样本空气流中的颗粒上以使样本空气流中的颗粒生长来使它们通过光学粒子计数器可视。分析系统10包括工作流体填充或重新填充系统16以用于监测工作流体并将其自动地填充或重新填充于分析系统10中。工作流体填充系统16包括泵18以用于将足够满水平的工作流体填充于分析系统10中并维持。工作流体罐20包括于颗粒分析系统10内以将工作流体的源提供至分析系统10。分析系统10可适用于测试设施中，其中经培训操作者可监测并维持系统10。任选地，分析系统10可适于方便用作自包含式、便携式且稳健的颗粒分析系统10a，诸如农场设备的测试领域(参见图4和图9)。

cpc12配置成与工作流体(诸如异丙醇(ipa))一起操作以使周围空气流超饱和。在图1的所示实施例中，cpc为混合型cpc，使得周围空气流在饱和器块或流体饱和腔室22中以工作流进行超饱和，无关于样本流体(例如，发动机尾气)。在实现超饱和之后，饱和周围空气在饱和器块22和凝聚器24之间与流体、空气或气溶胶的样本流混合。饱和周围空气流和样本空气流可在凝聚器24的上游的混合腔室25中，在凝聚器24中，或在饱和流和样本流的混合联结部27处进行混合。周围空气流和样本空气流的混合物然后穿过凝聚器24，超饱和周围空气在凝聚器24凝聚至样本空气流中的颗粒上以使样本空气颗粒生长来使它们对于光学粒子计数器14可视。饱和周围空气至样本空气颗粒上的凝聚引起样本空气颗粒生长成较大液滴，诸如尺寸为5微米至10微米(μm)的液滴。流体或空气过滤器23(诸如hepa过滤器)可包括于饱和器22的上游的分析系统10内以从周围空气过滤无用颗粒，此类无用颗粒可干扰分析的结果。

生长颗粒聚集或穿过喷嘴28，喷嘴28在光学粒子计数器14的进口侧14a处或附近具有宽广端部并且具有邻近激光束30的较窄端部。喷嘴28将生长颗粒流以大体均匀流引导通过激光束30和光学计数器14的光场。通过利用光散射性质(诸如以脉冲检测电子器件)，光学计数器14通过激光器30对作为颗粒流的生长颗粒进行计数以确定样本流体流中所存在的样本空气颗粒的数量。在穿过激光器30和光学粒子计数器14之后，所分析流体流从光学计数器14的尾气侧14b排出。

在图1和图2的所示实例中，颗粒分析系统10包括自动工作流体填充系统16以自动地监测工作流体并且填充于饱和器22中(随着其在经hepa过滤的周围空气流的饱和期间耗尽)。流体填充系统16包括工作流体泵18和工作流体罐20。泵18从工作流体罐20抽吸工作流体并且将其泵送至饱和器块22的贮存器部分26中。如图1所示，泵18为蠕动泵。贮存器液位传感器32设置于贮存器部分26处以监测饱和器22中工作流体的液位。液位传感器32与泵18电子通信以维持饱和器22中工作流体的足够水平来确保分析系统10的适当操作。自动填充系统16缓解了技术人员的流体处置并且减小了工作流体的污染的发生率。

分析系统10可包括与泵18和液位传感器32通信的电子控制器34，电子控制器34基于接收自液位传感器32的信息而控制泵18。控制器34包括适于控制分析系统10的软件。嵌入式计算机可提供有软件控制器34以有利于基于网络无线通信、图形用户界面或第三方装置(例如，蓝牙车载诊断系统或基于usb的gps模块)与分析系统10的集成来控制或监测系统10。电子控制器包括开关35以选择性地操作分析系统10中的不同泵。

工作流体罐20在cpc12和分析系统10的正常使用期间需要定期重新填充和/或置换。工作流体可为吸湿的和可燃的，使得工作流体的安全处置为重要的。工作流体罐20可密封(诸如以可自密封盖(例如，以隔膜))，使得其在倾倒的情况下未溢出，并且使得罐20中的吸湿工作流体未暴露于可污染工作流体的水蒸汽。当密封罐20移除时，自密封盖(未示出)包含罐20中的流体并且缓解了污染和安全问题。任选地，如下文进一步详细地描述，工作流体罐20可包括分子筛以从工作流体移除水。

工作流体罐20和工作流体泵18与cpc12流体连通。流体罐20和流体泵18可与cpc12隔开。罐20和泵18可与待置换或重新填充的cpc12断开连接。任选地，工作流体泵18联接至饱和器块22并且工作流体罐20与工作流体泵18隔开，使得罐20可与待置换或重新填充的泵18断开连接。在另一个实施例中，外壳36包含并支撑cpc12和流体填充系统16以提供自包含式分析系统10a(图4和图9)。系统10a的工作流体罐20可从该系统移除以进行重新填充或置换。任选地，系统10a的工作流体罐20可从外部罐进行重新填充，使得从外壳36的移除为非必需的。

在一个实施例中，分析系统10中所用的工作流体为99％以上的异丙醇(ipa)。其它流体可用于工作流体，诸如正丁醇。工作流体需维持于高纯度(例如，99％以上纯的)。工作流体中的杂质(例如，水)可改变蒸汽压力/温度关系并且引起分析系统10的不准确读数。饱和器22中所生成的ipa蒸汽的量和纯度对于稳定且准确测量结果为至关重要的。异丙醇、正丁醇和其它工作流体为吸湿的，并且因此可随着时间而吸收水，这降低了分析系统10的分析效率。工作流体罐20可供应有吸水材料(未示出)以防止或消除工作流体的污染或劣化。工作流体罐20中的吸水材料可为罐20中的3a分子筛以从进入饱和器22之前的周围空气移除任何水污染并且从而延长工作流体使用寿命。

在分析系统10的正常操作条件下，工作流体消耗率可为1ml至2ml每小时。如所示，饱和器块贮存器26具有10ml的液体工作流体的容量。由于工作流体的低消耗率，分析系统10能够在延长时段内操作，而无需重新填充或置换工作流体罐20。1ml至2ml每小时的工作流体消耗率在连续操作的约五(5)和十(10)小时之间得出。例如，对于五(5)分子pti测试，可执行约60次至120次pti测试，而无需重新填充饱和器块贮存器26。工作流体罐20将分析器的操作持续时间延迟到至多数个月，并且工作流体罐20的容纳可选择成适应较短或较长的测试周期。

在一个实施例中，分析系统10包括cpc12的上游的至少一个扩散筛网(未示出)以改善测试成果质量。cpc12的上游的扩散筛网包括在内以增加分析系统10对于当前建立的23nm的“机动车pmp”标准的响应。所需扩散筛网的数量可选择成满足不同d50截止点。

cpc12可配置成自动地调整激光测量区域30a中所存在的颗粒浓度的所记录计数。该调整(“一致性校正因数”)允许光学计数器14对颗粒进行准确地计数，甚至当样本流体中的颗粒的浓度高时。在无补充稀释手段的情况下，并且利用一致性校正因数，cpc12能够校准并验证至多30000#cm^-3(表示分析系统10的单计数模式(未稀释)的上限浓度)的分析。

在图2的所示实施例中，分析系统包括喷射器稀释器40以有利于对于至多约600000#cm^-3的浓度的单颗粒计数。稀释空气泵42包括于喷射器稀释器40的上游以将稀释空气流通过稀释器输入端40a提供至喷射器稀释器40。喷射器稀释器40可配置成将流体的样本流正常地稀释至20:1稀释比率。喷射器稀释器40可调整以修改稀释比率。喷射器稀释器40还能够通过将样本流与经过滤周围稀释空气混合而克服与测试车辆和发动机相关联的湿度问题，该发动机排放高浓度的水蒸汽(例如，汽油发动机)。任选地，为测试高于约600000#cm^-3的颗粒浓度，额外喷射器稀释器(未示出)可配有分析系统10。例如，具有10:1稀释比率的额外稀释喷射器稀释器可将分析系统10的浓度上限扩展至6000000#cm^-3。过滤器40(诸如hepa过滤器)可联接喷射器稀释器40以过滤进入喷射器稀释器40之前的周围空气。

喷射器稀释器40和额外喷射器稀释器的关键流和压力通过控制器34进行监测和控制。任选地，喷射器稀释器40联接至cpc12的外部部分，并且经由从cpc12块至喷射器稀释器40的热传递向cpc12块提供冷却。在一个实施例中，喷射器稀释器40与cpc集成在一起，使得稀释器40的机械气动管路(未示出)完全受约束并且因此不要求颗粒缺失的独特验证。

分析系统10可包括蒸发器管(未示出)以用于样本流中的半挥发性颗粒在将样本流与饱和流混合并进入凝聚器24之前的移除。蒸发器在约300℃下操作，并且能够具有95％以上的半挥发性颗粒移除效率，诸如95％以上的四十烷的移除效率。分析系统10可以处于活动或停用配置的蒸发器进行操作，该蒸发器例如有利于探究记录虚假车辆pti不合格的可能性，该虚假车辆pti不合格由车辆或发动机在测试期间的半挥发性纳米颗粒的间歇释放所引起。当分析系统10配置由额外喷射器稀释器和发生器管时，分析系统10满足《瑞士联邦空气污染管制条例(switzerlandconfederationordinanceonairpollutioncontrol)》(oapc)814.318.142.1的瑞士pti性能标准。

尾气或提取泵44包括于分析系统10内以在已于光学传感器14处进行分析之后将流体抽吸离开cpc12。提取泵44可连接至凝聚器24的排空端口45以根据需要对cpc12进行排空。提取泵与电子控制器34电子通信，并且可操作来打开和关闭以使cpc12排气，以补充分析系统10中的流体流，以对分析系统10进行排空，或以测量分析系统10的各个部件处的压力值。

分析系统10包括至少一个差分压力传感器或压力变换器以通过定期地控制压力的源(例如，将泵打开或关闭)而测量两个独立压力并确定每个单独压力。图2的所示实施例的分析系统10包括具有两个压力测量端口46a和46b的差分压力传感器46。两个独立压力p1和p2可通过以p1或p2的源的定期循环而测量压力响应(p)进行确定。压力响应p＝p1+p2，因此在正常操作期间，pl＝p-p2，并且在p1源关闭的情况下，p2＝p。差分压力传感器46减小了对于压力响应测量所需的响应的复杂性，因为用以关闭稀释泵42或尾气泵44所需的电子器件34为较简单的，并且耗费复杂压力变换器的成本的一部分。隔离一个压力源和对两者进行测量之间的间隔可通过压力信号的稳定性进行确定和设定。

参考图2，压力传感器46测量由尾气泵44所引起的负压和由稀释空气泵42所引起的正压。泵42,44利用泵控制器电子器件44进行控制。在正常操作条件下，压力传感器46记录两个源(稀释泵42和尾气泵44)之间的总压力差。当稀释空气泵42由控制器34定期地关闭时，所记录的压力仅为由尾气泵44所引起的压力。差值可用于在正常操作条件下确定或计算稀释空气泵压力。

在图5的所示实施例中，具有精确毛细管50的流量测量装置或差分压力传感器48包括在内以用于流量测量来减小或消除对于分析系统10的各种流动路径中的单独流量校准的需求。当气体流量通过横穿限制部(诸如，提取孔口52)的压力的测量进行确定时，可能需要单独流量校准。精确制造毛细管50(诸如皮下注射针头)制造成紧密工程和表面公差并且通过压降向流量测量提供紧密控制公差，而无需进行校准。由毛细管所确定的具有对应差分压降的流量54示于图5中。

待由分析系统10来分析的样本流(例如，发动机尾气)通过包括样本流精确毛细管的样本差分压力传感器56进行直接地测量。样本流可利用样本传感器56的样本毛细管58进行直接地测量，从而减少潜在误差源并且减小分析系统10的复杂性和成本。

如图2和图6所示，三通电磁阀60包括在内以调控分析系统10中的流体流，并且可适于对分析系统10的cpc12进行排空，诸如从凝聚器24处的排空部45。三通阀60消除了对于排空流的实时测量的需求。三通电磁阀60选择性地可操纵以从凝聚器24定期地排空流体(图6)。三通电磁阀60由控制器34控制以将流动路径从“常开”位置60a定期地切换至“常闭”位置60b(参见图6a和图6b)。三通电磁阀60包括对cpc12的排空端口45、提取孔口52和提取泵44的流体连接部。

cpc12的提取流和排空流保护气相和液相两者的工作流体。在图7的所示实施例中，分析系统10包括溶剂或工作流体回收系统64以从提取流和排空流回收气相和液相工作流体。回收系统64联接工作流体罐20以将所回收工作流体返回至工作流体罐20来在分析系统10中重复使用。尾气泵44将提取流和排空流泵送至溶剂回收系统64的回收入口端口66。回收系统64包括通气孔68，通气孔68配置成使蒸汽或气体从回收系统64以及从工作流体罐20进行通气。回收系统64减小了蒸汽的浓度，该蒸汽通过通气孔68进行释放以回收一些工作流体并且减小整体工作流体消耗率。如图7所示，溶剂回收系统64包括冷却换热器70(诸如，珀尔帖装置)以使工作流体蒸汽在溶剂回收系统64内部凝聚，该凝聚工作流体通过重力回落并经引导返回至工作流体罐20。

图7所示的分析系统10包括工作流体罐液位传感器72以用于监测工作流体罐20中的工作流体的液位，和工作流体罐填充端口74以重新填充工作流体罐20。罐传感器72将罐20中的工作流体的液位通信至控制器34，控制器34然后可通过将流体从外部流体罐(未示出)抽吸至工作流体罐20而控制工作流体泵18来重新填充工作流体罐20。任选地，控制器34可向操作者提供工作流体罐20需进行重新填充的信号或警示。包括于分析系统10内的排空端口76允许用户排空工作流体罐20，诸如以用于系统10的清洁或运输。

如图3至图4的所示实施例中所示，分析系统10和10a包括可选择校准端口78,80以有利于分析系统10的各种部件的手动或自动校准，而无需内部器械访问或分析系统10的拆卸或拆开。可选择端口78配置用于cpc12校准，并且可选择端口80配置用于cpc12和喷射器稀释器40的组合校准。分析系统10的校准通过引入具有已知基准颗粒数量和尺寸的气溶胶或流体来执行。可选择端口78,80可连接至校准系统82，校准系统82配置成确定分析系统10的校准状态并且校准误校准分析系统10(图8)。

校准系统82包括校准歧管84、可控制数据管理分析软件系统86、基准颗粒发生器或源88，和基准颗粒计数装置90。数据管理系统86与基准颗粒发生器88和基准颗粒计数装置90电子通信。校准歧管84联接至一个或多个分析系统10的可选择端口78,80。联接至校准系统82的每个分析系统10与数据管理系统86电子通信。校准系统82由数据管理系统86进行控制以校准或验证分析系统10。基准颗粒发生器88生成具有均匀颗粒数量和颗粒尺寸的校准流体流。基准粒子计数器90分析该校准流体流以确定正由颗粒发生器88所生成的均匀颗粒数量和颗粒尺寸。校准系统82和校准歧管84可配置成利用一个基准颗粒发生器88和一个基准颗粒计数装置90而并行地校准或验证多个装置或系统10。

分析系统10包括气体传感器系统92以用于流量校准或验证。气体传感器系统92能够通过确定基准气体的基准流中的颗粒数量而提供流量、测量、校准和验证，该基准气体具有以百万分率为单位的已知颗粒密度。气体传感器系统92包括气体传感器94以有利于系统流量的检查。气体传感器94具有百万分率(ppm)测量范围，诸如0ppm至10000ppm之间。在示例性实施例中，二氧化碳的已知浓度作为基准气体通过基准气体入口或输入端口96引入至分析系统10中。基准气体中的颗粒与喷射器稀释器40的稀释空气混合或以其稀释，并且然后以cpc饱和器22的饱和空气来进一步稀释或与之混合。基准气体的浓度可在喷射器稀释器40的尾气处或cpc尾气52处进行测量，并且所测量浓度可以基准气体的已知浓度进行计算以验证分析系统10的稀释比率和流量。例如，如果具有10000ppm的已知浓度的基准二氧化碳气体通过输入端96引入系统中并且穿过喷射器稀释器40，喷射器稀释器40记录如通过系统电子器件模块34所测量、计算和记录的20：:1稀释比率，那么喷射器稀释器40的尾气处的浓度应为500ppm(l0,000ppm÷20)。在cpc52的尾气出口处，二氧化碳的浓度将进一步减小cpc样本流量54除以饱和器流量的比率(随着其进入cpc饱和器22)。如果以co2传感器94所测量的浓度处于喷射器稀释器40尾气或cpc尾气52处的预期二氧化碳浓度的预定界限(例如，<5％)内，那么流和分析系统10得以验证。

二氧化碳传感器94可适于检查，插入至发动机(例如，车辆的尾气管)中的取样探头98正确地插入(参见图9)。取样探头98在样本管线真空输入端口112处经由取样管线或软管99连接至分析系统10，并且从源(诸如，尾气管)收集或接收样本流体(例如，发动机尾气)。取样探头98与分析系统10可脱离，使得分析系统10能够通过样本输入端口112直接地接收样本流体。发动机排放显著量的二氧化碳(例如，在化学计量燃烧条件下操作的汽油发动机的16体积％)。如果取样探头98未完全地或正确地插入车辆排气管中，那么所测量二氧化碳将由于与周围空气混合而低于预期。这将潜在地引起“脏车”，由于发动机尾气颗粒以较洁净周围空气的稀释，该“脏车”将无法通过适当执行的尾气分析而合格。二氧化碳传感器94提供防作弊装置以防止用户有意地未将取样探头98充分地插入车辆排气管中来使车辆“合格”。由二氧化碳传感器94所测量的二氧化碳的浓度可与预期气体浓度(例如，16％)相比较以验证取样探头98是否适当地插入尾气管中并且未接收稀释尾气样本。

cpc12中的光学粒子计数器14包括光学器件腔室114，光学器件腔室114具有透镜(未示出)和激光二极管光源30a。由于工作流体在分析系统10中用于使颗粒在它们于粒子计数器14中进行计数之前生长，工作流体可不需要地迁移或输送至光学器件腔室114中，这将导致光学器件受污染。分析系统10的倾斜或误取向可允许工作流体泵送或输送至光学器件腔室114，同时分析系统10打开。安全或倾倒保护单元116包括于分析系统10内。安全单元116包括三轴电容式微加工加速度计(例如，得自nxp半导体公司(nxpsemiconductors)的nma8451)(未示出)。安全单元116与电子控制器34通信，并且加速度计的输出发送至控制器34，控制器34转换或计算器械倾斜角度。如果计算角度大于预定安全角度或设计取向，那么控制器34触发“保护模式”并且关闭泵18,42和44。操作的安全角度可在任何方向上与竖直轴线为至多四十度。保护模式防止了分析系统10的损坏和潜在高成本修复。

工作流体的条件或纯度对于分析系统10的适当操作为至关重要的。污染或不当填充可使分析系统10中的工作流体降级或使其无用，诸如通过以错误流体填充工作流体罐20。在此类情况下，液位传感器(贮存器液位传感器32或工作流体罐液位传感器72)可仍报告，分析系统10操作准备就绪。以受污染或错误工作流体操作分析系统10可引起对分析系统10的各种部件的损坏。设想出用于监测和控制工作流体的条件的选项，包括以气体纯度传感器48(其设置成邻近提取孔口52)测量提取流中的工作流体的浓度，或提供密封防干扰工作流体罐，或向外部重新填充容器(其用于重新填充工作流体罐20)提供密封防干扰瓶，以及其它所设想选项。

cpc12的饱和器22包括填充饱和器22的内部空隙的饱和材料或芯吸物118。芯吸物118从工作流体贮存器26吸收工作流体，使得流经饱和器22的周围空气穿过芯吸物118并且所吸收工作流体可用于使饱和器22中的周围空气饱和。芯吸物118提供了饱和过程期间的增加效率以向周围空气提供较高水平的超饱和。

可执行所明确描述实施例中的改变和修改而不脱离本发明的原理，本发明旨在仅通过附属权利要求书的范围进行限制，如根据专利法的原则所解释，包括等同原则。