Name: measuring sub-23 nanometer real driving particle number emissions using the portable downtoten sampling system
Uploaded: 2020-05-22T15:00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System at JoVE.com

עבודה זו מתבצעת במסגרת פרויקט H2020 DownToTen. פרויקט זה קיבל מימון מתכנית המחקר והחדשנות Horizon 2020 של האיחוד האירופי במסגרת הסכם מענק מס' 724085.

<ol>
	<li>Dunne, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GRPE+Particulate+Measurement+Programme+(PMP).">GRPE Particulate Measurement Programme (PMP).</a> 7th ETH-Conference on Combustion Generated Nanoparticles. , (2003).</li><li>Sydbom, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Health+effects+of+diesel+exhaust+emissions.">Health effects of diesel exhaust emissions.</a> European Respiratory Journal. 17 (4), 733-746 (2001).</li><li>Vehicle Regulations - Transport. UNECE Available from: <a target="_blank" href="https://www.unece.org/trans/main/welcwp29.html">https://www.unece.org/trans/main/welcwp29.html</a> (2020)</li><li>Andersson, J., Wedekind, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> DETR / SMMT / CONCAWE Particulate Research Programme 1998-2001 SUMMARY REPORT. , (2001).</li><li>Samaras, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Publication+data+form+1.+Framework+Programme+European+Commission-DG+TrEn.">Publication data form 1. Framework Programme European Commission-DG TrEn.</a> 5 th Framework Programme Competitive and Sustainable Growth Sustainable Mobility and Intermodality 2. Contract No. , (2005).</li><li>R&#246;nkk&#246;, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+gaseous+sulphuric+acid+on+diesel+exhaust+nanoparticle+formation+and+characteristics.">Effects of gaseous sulphuric acid on diesel exhaust nanoparticle formation and characteristics.</a> Environmental Science and Technology. 47 (20), 11882-11889 (2013).</li><li>Liati, A., Dimopoulos Eggenschwiler, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+particulate+matter+deposited+in+diesel+particulate+filters:+Visual+and+analytical+approach+in+macro-,+micro-+and+nano-scales.">Characterization of particulate matter deposited in diesel particulate filters: Visual and analytical approach in macro-, micro- and nano-scales.</a> Combustion and Flame. 157 (9), 1658-1670 (2010).</li><li>Liati, A., Schreiber, D., Arroyo Rojas Dasilva, Y., Dimopoulos Eggenschwiler, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafine+particle+emissions+from+modern+Gasoline+and+Diesel+vehicles:+An+electron+microscopic+perspective.">Ultrafine particle emissions from modern Gasoline and Diesel vehicles: An electron microscopic perspective.</a> Environmental Pollution. 239, 661-669 (2018).</li><li>Kittelson, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Measurements+of+Nanoparticle+Emissions+from+Engines.">Recent Measurements of Nanoparticle Emissions from Engines.</a> Current Research on Diesel Exhaust Particles Japan Association of Aerosol Science and Technology. , 5 (2001).</li><li>Bruno, T. J., Ott, L. S., Smith, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composition-Explicit+Distillation+Curves+of+Waste+Lubricant+Oils+and+Resourced+Crude+Oil:+A+Diagnostic+for+Re-Refining+and+Evaluation.">Composition-Explicit Distillation Curves of Waste Lubricant Oils and Resourced Crude Oil: A Diagnostic for Re-Refining and Evaluation.</a> American Journal of Environmental Sciences. 6 (6), 523-534 (2010).</li><li>Giechaskiel, B., Vanhanen, J., V&#228;kev&#228;, M., Martini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+vehicle+exhaust+sub-23+nm+particle+emissions.">Investigation of vehicle exhaust sub-23 nm particle emissions.</a> Aerosol Science and Technology. 51 (5), 626-641 (2017).</li><li>. Call: H2020-GV-2016-2017: DownToTen. 48th PMP Update Available from: <a target="_blank" href="https://wiki.unece.org/download/attachments/73924923/PMP-48-10/DTT_Update_Nov_2018.pdf">https://wiki.unece.org/download/attachments/73924923/PMP-48-10/DTT_Update_Nov_2018.pdf</a> (2018)</li><li>. PMP 50th Session - Transport - Vehicle Regulations - UNECE Wiki Available from: <a target="_blank" href="https://wiki.unece.org/display/trans/PMP+50th+Session">https://wiki.unece.org/display/trans/PMP+50th+Session</a> (2019)</li><li>PEMS accuracies under harsh environmental conditions. 23rd Transport and Air Pollution Conference, Thessaloniki 2019 Available from: <a target="_blank" href="https://www.tapconference.org/assets/files/previous-confereces/proceedings/2019_Proceedings.zip">https://www.tapconference.org/assets/files/previous-confereces/proceedings/2019_Proceedings.zip</a> (2019)</li><li>Karjalainen, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-resolved+characterization+of+primary+particle+emissions+and+secondary+particle+formation+from+a+modern+gasoline+passenger+car.">Time-resolved characterization of primary particle emissions and secondary particle formation from a modern gasoline passenger car.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 16 (13), 8559-8570 (2016).</li><li>Mikkanen, P., Moisio, M., Keskinen, J., Ristim&#228;ki, J., Marjam&#228;ki, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sampling+method+for+particle+measurements+of+vehicle+exhaust.">Sampling method for particle measurements of vehicle exhaust.</a> SAE Mobilus. , 219 (2001).</li><li>Giechaskiel, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+motor+vehicle+particulate+emissions+sampling+and+measurement:+From+smoke+and+filter+mass+to+particle+number.">Review of motor vehicle particulate emissions sampling and measurement: From smoke and filter mass to particle number.</a> Journal of Aerosol Science. 67, 48-86 (2014).</li><li>EC Commission Regulation (EU) 2017/1154. Official Journal of the European Union Available from: <a target="_blank" href="https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2017/1154/oj">https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2017/1154/oj</a> (2017)</li><li>Mamakos, A., Khalek, I., Giannelli, R., Spears, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+combustion+aerosol+produced+by+a+mini-CAST+and+treated+in+a+catalytic+stripper.">Characterization of combustion aerosol produced by a mini-CAST and treated in a catalytic stripper.</a> Aerosol Science and Technology. 47 (8), 927-936 (2013).</li><li>Jing, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standard+Combustion+Aerosol+Generator+(SCAG)+for+Calibration+Purposes.">Standard Combustion Aerosol Generator (SCAG) for Calibration Purposes.</a> Atmospheric Environment. 27 (8), 1271-1275 (1999).</li><li>Moore, R. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+the+operation+of+the+miniature+combustion+aerosol+standard+(Mini-CAST)+soot+generator.">Mapping the operation of the miniature combustion aerosol standard (Mini-CAST) soot generator.</a> Aerosol Science and Technology. 48 (5), 467-479 (2014).</li><li>Giechaskiel, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implementation+of+portable+emissions+measurement+systems+(PEMS)+for+the+real-driving+emissions+(RDE)+regulation+in+Europe.">Implementation of portable emissions measurement systems (PEMS) for the real-driving emissions (RDE) regulation in Europe.</a> Journal of Visualized Experiments. (118), e54753 (2016).</li><li>EC Commission Regulation (EU) 2017/1151. Official Journal of the European Union Available from: <a target="_blank" href="https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2017/1151/oj">https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2017/1151/oj</a> (2017)</li><li>EC REGULATION (EC) No 715/2007 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL. Official journal of the European Union Available from: <a target="_blank" href="https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:32007R0715">https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:32007R0715</a> (2007)</li><li>EC DIRECTIVE 2007/46/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL. Official journal of the European Union Available from: <a target="_blank" href="https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:32007L0046">https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:32007L0046</a> (2007)</li><li>EC Commission Regulation 2790/99. Official Journal of the European Communities Available from: <a target="_blank" href="https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:3A31999R2790">https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:3A31999R2790</a> (1999)</li><li>Hinds, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles. , (2012).</li><li>Badshah, H., Kittelson, D., Northrop, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+Emissions+from+Light-Duty+Vehicles+during+Cold-Cold+Start.">Particle Emissions from Light-Duty Vehicles during Cold-Cold Start.</a> SAE International Journal of Engines. 9 (3), 1775-1785 (2016).</li><li>First results of vehicle technology effects on sub-23nm exhaust particle number emissions using the DownTo10 sampling and measurement system. 22nd ETH-Conference on Combustion Generated Nanoparticles Available from: <a target="_blank" href="https://www.nanoparticles.ch/archive/2018_Andersson_PR.pdf">https://www.nanoparticles.ch/archive/2018_Andersson_PR.pdf</a> (2018)</li><li>Giechaskiel, B., Manfredi, U., Martini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engine+exhaust+solid+sub-23+nm+particles:+I.+Literature+survey.">Engine exhaust solid sub-23 nm particles: I. Literature survey.</a> SAE International Journal of Fuels and Lubricants. 7 (2834), 950-964 (2014).</li><li>Including cold-start emissions in the Real-Driving Emissions (RDE) test procedure. Publications Office of the European Union Available from: <a target="_blank" href="https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/66874f0c-fd85-11e6-8a35-01aa75ed71a1/language-en/format-PDF/source-120155396">https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/66874f0c-fd85-11e6-8a35-01aa75ed71a1/language-en/format-PDF/source-120155396</a> (2017)</li><li>Mathissen, M., Scheer, V., Vogt, R., Benter, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+on+the+potential+generation+of+ultrafine+particles+from+the+tire-road+interface.">Investigation on the potential generation of ultrafine particles from the tire-road interface.</a> Atmospheric Environment. 45 (34), 6172-6179 (2011).</li><li>Grigoratos, T., Martini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brake+wear+particle+emissions:+a+review.">Brake wear particle emissions: a review.</a> Environmental Science and Pollution Research. 22 (4), 2491-2504 (2015).</li></ol>

לסופרים אין מה לחשוף.

עבודה זו מציגה את מערכת הדגימה DTT ואת היישום שלה כמערכת מדידת פליטה ניידת. המערכת תוכננה ונבנה בתוך פרויקט אופק האיחוד האירופי 2020 DTT כדי לאפשר מדידות פליטת מספר חלקיקים מתחת למגבלת גודל החלקיקים החקיקתי הנוכחי של 23 נה"מ. הרב-תכליתיות של המערכת מאפשרת הערכה של פליטות מספר חלקיקים מוצק מוסדר, כמו גם פליטות חלקיקים הכוללת מחקרים על תרסיסים משניים. כדי לפרש את תוצאות המדידה במדויק, יש צורך בהליך כיול במערכת DTT. זה כדי להעריך את חדירת החלקיקים היחסית עבור גדלי חלקיקים שונים, כדי להיות מסוגל לחשב גורם תיקון שמחשב על הפסדי החלקיקים. זה קריטי כדי לספק מספיק זמן חימום עבור מערכת הדגימה עצמה ואת שאר ההתקנה הניסיונית כדי להגיע לשיווי משקל תרמי ולהשיג תוצאות מדידה כיול מדויק.
היישום של מערכת DTT למדידה של פליטת מספר חלקיקים מוצק עם חתך נמוך יותר של גודל חלקיקים של 23 דפים לשעה (רגולציה נוכחית) ו 10 nm (ניסיוני) מתואר. כדי להיות מסוגל להעריך את פליטת מספר החלקיקים של רכב יש צורך לקבוע את ריכוז מספר החלקיקים ואת קצב זרימת מסת הפליטה. מערכת DTT מכסה את מדידת ריכוז מספר החלקיקים. זרימת מסת הפליטה נמדדת באמצעות מד זרימת פליטה (EFM). חשוב להתקין את ה-EFM בהתאם להוראות היצרן. מדידות לא מדויקות של קצב זרימת הפליטה משפיעות ישירות על קצב הפליטה המוסק. בעת עיבוד הנתונים הנמדדים, חשוב לבצע יישור זמן מדויק של נתוני ריכוז החלקיקים ונתוני זרימת הפליטה. זה הכרחי כי קצב הפליטה הוא קצב זרימת הפליטה מוכפל על ידי ריכוז מספר החלקיקים. אם שני האותות אינם מיושרים כראוי, הפליטות על כל הכונן יכולות לסטות באופן משמעותי מהפליטות האמיתיות.
מערכת DTT אינה מכשיר מסחרי אלא כלי מחקר רב-תכליתי. הוא משמש כדי לחקור פליטות רכב לא מוסדר לעומת ביצוע מדידות הסמכה אימות תאימות לתקנות הנוכחיות. הרב-תכליתיות הגבוהה באה על העלות של אנרגיה מוגברת וצריכת אוויר דילול. בעת שימוש במערכת למדידות ניידות, יש לזכור את המשקל הנוסף לרכב בשל הסוללה (30 ק"ג) ובקבוק גז (20 ק"ג) לכיסוי צריכת האנרגיה והאטוויר של המערכת. המשקל הכולל שנוסף למכונית בעת מדידת פליטת PN עם מערכת DTT הוא כ 80 ק"ג, אשר דומה לאדם אחר מועבר ברכב. המשקל הנוסף יכול להוביל לפליטות מוגברות במקצת, במיוחד אם הכונן כולל תאוצה רבה ו/או גבעות.
ניתן להשתמש במערכת DTT כדי לחקור את פליטת פליטת פליטת מספר החלקיקים ללא פיקוח <23 נארם. ניתן למדוד גם פליטת מספר חלקיקים מוצקה וגם סך הכל. יתר על כן, זה יכול להיות כלי שימושי ללמוד את השדה המורכב של היווצרות תרסיס משני. יישום אפשרי נוסף של המערכת הוא מדידה של בלם רכב ללבוש חלקיקים. חלק ניכר מהחלקיקים הנפלטים במהלך אירועי בלימה יכול להיות קטן מ- 30 00 0000:00:00,000-------------------------------------- עם d50 של כ 11 nm, מערכת DTT מתאים לחקר פליטות אלה. למרות שידוע כי פליטות שאינן פליטה תורמות כמעט באופן שווה לפליטות PM10 הקשורות לתנועה 35, פליטות חלקיקים ללא פליטה עדיין אינן מוסדרות. זאת בשל תהליך מורכב וריק לעתים רחוקות של יצירת חלקיקים, מה שהופך את זה קשה מאוד להגדיר פעולות רגולטוריות. יתר על כן, ההרכב הכימי ואת הרעילות הקשורה של חלקיקי בלם אורגני ללבוש הוא עדיין לא ידוע באופן נרחב35.
מערכת DTT היא כלי שימושי לשיפור ההבנה שלנו של פליטת פליטה ופליטת חלקיקים שאינם פליטה הקשורים לתנועה.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>2x Condensation Particle Counter 4 nm</td>
			<td>TSI</td>
			<td>3775</td>
			<td>Particle counter with a cut point of 4 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5x Mass Flow Controllers (MFC)</td>
			<td>V&#246;gtlin</td>
			<td></td>
			<td>Mass flow controllers for controlling the miniCast gas flows</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AVL M.O.V.E. EFM Exhaust Flow Meter</td>
			<td>AVL</td>
			<td></td>
			<td>Device for the measurement of the exhaust flow rate of vehicles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catalytic Stripper</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Device for the removal of volatile compounds in an aerosol by oxidation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compressed Air</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Oxidation and dilution air supply for miniCast</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Condensation Particle Counter 10 nm</td>
			<td>AVL</td>
			<td></td>
			<td>Particle counter with a cut point of 10 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Condensation Particle Counter 23 nm</td>
			<td>TSI</td>
			<td>3790A</td>
			<td>Particle counter with a cut point of 23 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Differential Mobility Analyzer</td>
			<td>TSI</td>
			<td>3085</td>
			<td>Part of the electrostatic classifier where the particle are separeted by mobility.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dilution Bridge</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Needle valve in parallel to HEPA filters. Used to adjust particle concentrations for calibration purposes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DownToTen Sampling System</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Custom made sampling system for the assessment of automotive sub-23 nm particle emissions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrostatic Classifier</td>
			<td>TSI</td>
			<td>3082</td>
			<td>Device for the classifaction of arosol particles by electrical mobility diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand held Mass Flow Meter (MFM)</td>
			<td>V&#246;gtlin</td>
			<td></td>
			<td>Device for measuring the inlet flow of measurement instruments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>miniCast Soot Generator</td>
			<td>Jing Ltd</td>
			<td></td>
			<td>Combastion aerosol standard, soot generator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mobile Battery LPS 1500</td>
			<td>Clayton Power</td>
			<td></td>
			<td>Battery for power supply of the DTT measurement system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen Gas Bottle</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Nitrogen for Mixing gas and quench gas supply of miniCast</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propane Gas Bottle</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Fuel for miniCast</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soft X-Ray Neutralizer</td>
			<td>TSI</td>
			<td>3088</td>
			<td>Device for the establishmentof the equillibrium charge distribution of aerosol particles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Synthetic Air Bottle 10 L</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Gas Bottle for the dilution air supply</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring sub-23 nanometer real driving particle number emissions using the portable downtoten sampling system

סף גודל החלקיקים הנוכחי של תקני פליטת מספר החלקיקים האירופי (PN) הוא 23 דפים לשעה. סף זה יכול להשתנות מכיוון שטכנולוגיה עתידית של מנוע בעירה עשויה לפלוט כמויות גדולות של חלקיקי תת-23 אף-שעה. פרויקט Horizon 2020 במימון DownToTen (DTT) פיתח שיטת דגימה ומדידה לאפיון פליטות חלקיקים בטווח גודל זה שכרגע אינו מוסדר. מערכת מדידה PN פותחה על בסיס סקירה מקיפה של הספרות ניסויים מעבדה בדיקות מגוון רחב של מדידה PN וגישות דגימה. מערכת המדידה שפותחה מאופיינת בחדירה גבוהה של חלקיקים ורב-תכליתיות, המאפשרת הערכה של חלקיקים ראשוניים, חלקיקים ראשוניים מעוכבים ותרסיסים משניים, החל מקוטרם של כמה ננומטר. נייר זה מספק הדרכה כיצד להתקין ולהפעיל מערכת מדידת פליטה ניידת זו (PEMS) עבור מדידות פליטת כונן אמיתי (RDE) ולהעריך פליטות מספר חלקיקים מתחת למגבלת החקיקה הנוכחית של 23 דפים לשעה.

נתוני כיול (חדירת חלקיקים):
איור 11 מציג עלילה למופת של חדירת החלקיקים היחסית של מערכת DTT כפונקציה של קוטר הניידות של החלקיקים. הנתונים המתאימים נמדדו והוערכו כמתואר בסעיף הוראות 1. העלילה מראה כי סטיות בין שתי נקודות מדידה באותו קוטר ניידות היו פחות מ 5%. סטיות גדולות מ-10% מצביעות על חוסר יציבות בהתקנה הניסיונית. במקרה זה, היה כך צריך לחזור על הכיול עם זמני ייצוב חימום מוגברים. גם זמן החימום (בדרך כלל 30 דקות) וזמן הייצוב (בדרך כלל 30 s) גדל על ידי גורם של 1.5.
החלקיקים העוברים דרך מערכת DTT אבדו עקב דיפוזיה ותרמופורזיס. הפסדים תרמופורטיים נגרמו על ידי חלקיקי ציור הדרגתיים בטמפרטורה לכיוון קירות מערכת הדגימה. זהו אפקט עצמאי בגודל חלקיקים29; לעומת זאת, דיפוזיה תלויה מאוד בגודל החלקיקים. מעבר צבע ריכוז גרם לשטף חלקיקים נטו לכיוון הקירות שבהם חלקיקים אבדו. המפזרות העולה עם גודל חלקיקים נמוך יותר הפכה את מנגנון האובדן הדומיננטי לחלקיקים ≤10 00 00 000. הקווים באיור 11 המעידים על הפסדים תרמופורטיים, דיפוזיה וסך הכל מדגימים את יחסי התלות המתאימים לגודל החלקיקים. עבור ההפסדים דיפוזיה, פונקציה זו שימשה כדי להמחיש את התלות גודל החלקיקים המשוער:
<img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ11.jpg">
P החדירה תלוי בפרמטר התאמה a ומקדם דיפוזיה D:
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ12.jpg">
מקדם ההתפזלות תלוי בק' הקבוע של בולטצמן, בטמפרטורה המוחלטת T, צמיגות η,בקוטר החלקיקים dp, ובגורם תיקון החלקיק של קנינגהם Cc, שהוא פונקציה של הנתיב החופשי הממוצעוקוטר החלקיקים 29.
הנתונים הממחישים באות 11 גרמו היעילות הבאה חדירה חלקיק אומר Pאומר:
<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ13.jpg">
גודל החלקיקים שבו יעילות החדירה מסתכמת 50% מכונה d50. ה-D50 מתאר את החדירה האופיינית למערכת. עבור מערכת DTT d50 היה 11 נמימ'. d50 מוצג באות 11.
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig11.jpg"> איור 11: חדירת חלקיקים כפונקציה של קוטר ניידות חלקיקים. נקודות המסומנות בכחול הן תוצאות מדידה. הקווים המ מקווקווים בכתום וירוק מצביעים על ההפסדים הקשורים לתרמופורזיס ולדיפוזיה, בהתאמה. הקו האדום מייצג את סך ההפסדים כומות ההפסדים התרמופורטיים. הקו הסגול המנוקד מציג את חדירת החלקיקים הממוצעת Pmean כפי שחושב בסעיף הוראות מדידת הכיול 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig11large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.</a>
מספר חלקיק מוצק:
איור 12 מציג את קצב פליטת מספר החלקיקים לאורך זמן עבור עשר הדקות הראשונות של כונן מדידה של RDE. הנתונים מ- DTT PEMS באמצעות 10 נה"מ ו- CPC של 23 נה"מ מוצגים יחד עם נתונים ממערכת נקודת חיתוך זמינה מבחינה מסחרית של 23 צפון-שעה. שיעורי פליטת החלקיקים חושבו מריכוזי החלקיקים המתאימים המוכפלים בקצב זרימת הפליטה כמתואר לעיל בסעיף הוראות ניתוח נתונים 4. מכשיר ההתייחסות (AVL MOVE) הסתמך על מטען דיפוזיה למדידת ריכוז מספר החלקיקים. למרות עקרונות החיישן השונים, הנתונים שנמדדו עם DTT PEMS היו בהסכמה טובה מאוד עם הנתונים שנמדדו על ידי PEMS זמין מסחרית. עליות חדות כלפי מטה בכל שלושת האותות התרחשו מכיוון שהתקני מדידת החלקיקים יכולים לדווח על אפס ריכוזי חלקיקים באופן זמני ולא ניתן להציג אפסים בחלקות לוגריתמיות. פליטות החלקיקים שנמדדו עם CPC 10 nm היו קרובים מאוד לפליטות נמדד עם CPC 23 nm עבור רוב פרק הזמן המוצג איור 12. עם זאת, ממש בתחילת בין 10 s ו 25 s היה התרחשות של פליטת חלקיקים משמעותית <23 אף.m. אות DTT 10 nm היה גבוה משמעותית מאשר אות 23 נה"מ של מערכת DTT ואת מהלך AVL. במקרה זה, >50% מהמספר הכולל של חלקיקים שנפלטו היו בין 10 נה"מ ל-23 נהמ'. תהליכים דינמיים התחלה קרה בשיווי משקל לא תרמי יכול לגרום הפצות גודל חלקיקים להיות שונה מפליטות מרכב חם30. הדיון בתהליכים מורכבים אלה הוא מעבר להיקף עבודה זו. מידע נוסף בנושא זה ניתן למצוא בספרות31,32,33.
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig12.jpg"> איור 12: החלק העליון של האיור מציג את קצב פליטת מספר החלקיקים לאורך זמן עבור 10 הדקות הראשונות של כונן מדידה RDE. נתונים הנמדדים עם DTT PEMS באמצעות 10 נה"מ ו- 23 nm CPC ומערכת נקודת גזור זמינה מסחרית של 23 דפים לשעה (AVL MOVE) משמשים כהפניה. החלק התחתון של הדמות מראה את המהירות של הרכב. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig12large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System at JoVE.com

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

מוצג כאן היא DownToTen (DTT) מערכת מדידת פליטה ניידת כדי להעריך פליטה בפועל נהיגה של כלי רכב של חלקיקי תת-23 טנ"מ.

מדידת תת-23 ננומטר פליטת חלקיק נהיגה אמיתית באמצעות מערכת הדגימה הניידת DownToTen

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

פרוטוקול זה יכול לשמש לרכישת מדידה ניידת של פליטת חלקיקי ננומטר תת-23 לא מפוקחים כיום באמצעות מערכת שתוכננה ונבנה בפרויקט Horizon 2020 DownToTen. הפסדי חלקיקים נמוכים במשטר העניין של ננומטר תת-23 והדרגה הגבוהה של רב-תכליתיות בתוך המערכת אפשרו הערכה של המאפיינים השונים של החלקיקים הנפלטים. חריג זה לפליטת הפליטה, שיטה זו תהיה אידיאלית לחקירה של מנגנוני התנודתיות וההיווצרות של חלקיקים בגודל ננו בגין על ידי בחירת מד זרימת פליטה עם טווח מדידה התואם את טווח זרימת הפליטה הצפוי של הרכב להימדד.מקם את תיבת הבקרה של מד זרימת הפליטה בתא המטען של הרכב והתקן את מד זרימת הפליטה בצד החיצוני של המכונית. על פי מפרט היצרן דואג כי המרחק במעלה הזרם במורד הזרם של המונה לציית לתקנות הפדרליות. בדוק כי המחברים מצינור מד זרימת הפליטה לצינור הפליטה של הרכב יכולים לעמוד בטמפרטורות גז הפליטה.כאשר מד זרימת הפליטה הותקן להשתמש צינורות חיבור ומהדקי צינור כדי לחבר את הפליטה לצינור הראשון, הידוק מהדקי הצינור בסוף רק כדי להקל על יישור של הצינורות במהלך ההתאמה. כאשר יש חיבור מהפליטה למטר זרימת הפליטה מניחים את תיבת הבקרה של מד זרימת הפליטה ואת מדרגת ההרכבה של מד זרימת הפליטה לתוך תא המטען כדי להבטיח ששום דבר לא יחליק במהלך מסע המדידה ולבדוק שכל הצנרת הדוקה וששום דבר לא ישתחרר במהלך מסע המדידה. לאחר זמן חימום של עד 15 דקות, בהתאם לטמפרטורת הסביבה, מד זרימת מסת הפליטה מוכן לקחת מדידות.כדי להתקין את מערכת המדידה DownToTen, מניחים את בקבוק האוויר הסינתטי בתא המטען ומתקן את הבקבוק במקום עם רצועות. הכנס את הסוללה לתא המטען של הרכב וחבר את כבל הקלט AC, תקן את הסוללה במקום וחבר את כבל ה- AC למקור חשמל מקומי. תקן את משאבות הוואקום עבור מערכת הדגימה ואת מוני חלקיקי ההתעבות בתא המטען של הרכב וחבר את המשאבות לסוללה.במקום הבא, מערכת DownToTen בתא המטען של הרכב ולתקן אותו למיקום עם רצועות לחבר את המערכת לחבילת הסוללה הניידת ולחבר את שני בקרי זרימה המונית inlet של מערכת DownToTen, לאספקת אוויר בלחץ נייח. חבר את שני בקרי הזרימה ההמוניים של מערכת DownToTen, למשאבת הוואקום ולהשתמש צינורות המתאימים כדי לנהוג פליטת המשאבה, מחוץ לרכב. השתמש בכבל USB כדי לחבר את מערכת DownToTen למחשב הנייד למדידה ולחבר את הכניסה של המערכת לנקודת הדגימה, במורד הזרם של מד זרימת הפליטה.חבר את מגררת ההפעלה של המערכת לסוללה וחבר את משטחי החשמל של מונה חלקיקי ההתעבויות למארז הסוללות. חבר את מוני חלקיקי ההתעבות למשאבת הוואקום החיצונית המתאימה ולהשתמש באמבטיה המתאימה כדי להניע את הפליטה של מונה חלקיקי ההתעבות ואת כל המשאבה החיצונית מחוץ לרכב. לאחר מכן השתמש בכבל USB כדי לחבר את מוני חלקיקי ההתמדה למחשב הנייד למדידה כדי לחמם ולהתחיל את מערכת המדידה, הפעל את מוני החלקיקים של ההתמדה ואת אספקת הוואקום החיצונית שלהם.ולפתוח את תוכנת נגד חלקיקי עיבוי. ליצור תקשורת עם מוני חלקיקי עיבוי ולסגור את שסתומי המחט של בקרי זרימת המסה. לאחר מכן, לחץ על המתג האדום של משאבת מערכת הדגימה DownToTen כדי להפעיל את המערכת ולפתוח את תצוגת המעבדה DownToTen Application.התקשורת עם המערכת תתחיל באופן אוטומטי וממשק המשתמש הגרפי יציג את הזרימה פנימה ובחוץ בשלבי דילול 1 ו-2. הזן את זרימת המסה שצוירה על ידי מכשירי המדידה המחוברים בליטרים סטנדרטיים לדקה ולפתוח לאט את שסתומי המחט עד ששניהם זורמים החוצה להגיע 10 פלוס או מינוס 0.5 ליטר סטנדרטי לדקה להתאים את AdFlow של שני שלבי הדילול, כך ששניהם זורמים החוצה להגיע 10 פלוס או מינוס 0.5 ליטר סטנדרטי לדקה להתאים את AdFlow של שני שלבי הדילול, כך קצב הזרימה בחשפנית הקטלטית שווה לערך אחד פלוס או מינוס 0.1 ליטר לדקה דרך החשפנית הקטלטית וזרימת פנימה לדוגמה של קצב זרימה של דגימת חשפנית קטליטית שווה אחת פלוס או מינוס 0.1 ליטר לדקה. תחת לשונית התנור, הגדר את טמפרטורות התנור של אספקת האוויר בדילול.הראשון שופך לדלל את המדרגות ואת החשפנית הקטיטית ל-350 מעלות צלזיוס. המערכת תתחיל להתחמם. ואז לחכות עד טמפרטורת הגז במורד השלב דילול במורד הזרם אחד, מגיע 290 מעלות צלזיוס לפני תחילת כונן המדידה.כדי לרשום את הנתונים, בהתקן המדידה המחובר למערכת הדגימה DownToTen, הפעל במהירות את רישום הנתונים כדי להתחיל לרשום את נתוני מערכת הדגימה. ובחר נתיב ושם קובץ בחלון הנפתח. נתיב קובץ יומן הרישום יוצג והאור הירוק יציין שהנתונים נשמרים.לאחר מכן השתמש בתוכנה המתאימה כדי לרשום את נתוני ריכוז החלקיק, של מונה חלקיקי ההתמדה ולהתחיל לרשום את זרימת הפליטה באמצעות מד זרימת הפליטה. כדי לרשום את הנתונים בזמן הנהיגה, לפני הנהיגה במסלול שנבחר, נתק את כבל הטעינה של הסוללה ועבור לאספקת אוויר בלחץ נייח לבקבוק הגז. לאחר מכן סע בנתיב הנבחר.לאחר הנהיגה, לחץ על Log IN כדי להפסיק להקליט את הנתונים ולכבות את המכשירים. לאחר מכן, לטעון את הסוללה כדי להתכונן לכונן הבא כאן, עלילה למופת של חדירת החלקיק היחסי של מערכת DownToTen כפונקציה של קוטר ניידות החלקיק מוצג. נתוני ההפסד התרמופורדי, הדיפוזיוניים והסך הכל הותוו כדי לקבוע את יחסי התלות המתאימים בגודל החלקיקים.בניתוח זה, ההתפזרות העולה עם גודל החלקיקים התחתון הפכה את זה למנגנון ההפסד הדומיננטי עבור חלקיקים פחות או שווה ל -10 ננומטר. יעילות החדירה הכוללת מיוצגת גם היא, ומאפשרת קביעת גודל החלקיק שבו יעילות החדירה מסתכמת ב-50% כאן, שיעור פליטת מספר החלקיק לאורך זמן במשך 10 הדקות הראשונות של כונן מדידת פליטת כונן אמיתי מוצג. קוצים חדים כלפי מטה בכל שלושת האותות התרחשו מכיוון שהתקנים למדידת החלקיק יכולים לדווח באופן זמני על אפס ריכוזי חלקיקים ולא ניתן להציג אפסים בחלקות לוגריתמיות.פליטות החלקיק שנמדדו עם מונה החלקיקים של עיבוי ננומטר 10 ננומטר היו קרובות מאוד לפליטות שנמדדו עם מונה החלקיקים של 23 ננומטר במשך רוב תקופת המדידה. עם זאת, בין 10 ל 25 שניות, היה התרחשות של פליטת חלקיקים משמעותית פחות מ 23 ננומטר. כמו בניתוח זה, יותר מ-50% מכלל החלקיקים הנפלטים היו בין 10 ל-23 ננומטר.בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור להכניס כראוי את מד הפליטה ולספק זמן חימום מספיק למערכת הדגימה. הרבגוניות וההפסדים הנמוכים של מערכת DownToTen הופכים אותה לכלי אידיאלי לחקירת פליטות חלקיקים לא מוסדרות כגון חלקיקי פליטה כוללים. מערכת ושיטה זו שימשו בפרויקט Horizon 2020 DownToTen להערכת פליטת חלקיקי ננומטר תת-23 של מגוון כלי רכב כדי לספק בסיס מדעי לתקנות פליטה עתידיות.

Research

JoVE Journal

Engineering

Echo Particle Image Velocimetry

הד Velocimetry תמונת חלקיקים

The transport of mass, momentum, and energy in fluid flows is ultimately determined by spatiotemporal distributions of the fluid velocity field.1 ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

אפיון התפלגות גודל ננו באמצעות ראמאן ספקטרוסקופיה עם דגם Phonon מאסר רב-חלקיקים

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

פיתוח של התקנה ניסיונית עבור המדידה של מקדם התקומה בתנאי אבק

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Characterizing Far-infrared Laser Emissions and the Measurement of Their Frequencies

אפיון פליטות לייזר רחוק אינפרה-אדומות והמדידה של התדרים שלהם

The generation and subsequent measurement of far-infrared radiation has found numerous applications in high-resolution spectroscopy, radio astronomy, and ...

Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions

עיצוב ושימוש מערכת דגימה זרימה מלאה (FFS) עבור כימות פליטות מתאן

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

הדמיה ברזולוציה משנה ננומטר עם מיקרוסקופית כוח אטומי משרעת אפנון בנוזל

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

Cooling an Optically Trapped Ultracold Fermi Gas by Periodical Driving

קירור גז פרמי Ultracold לכודים Optically ידי נהיגה תקופתיים

We present a cooling method for a cold Fermi gas by parametrically driving atomic motions in a crossed-beam optical dipole trap (ODT). Our method employs ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

שיטה סטנדרטית למדידת יעילות גבייה נגב-דגימה של חומרי נפץ Trace

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques

מדידה סימולטני של מערבולת, קינמטיקה של חלקיקים באמצעות זרימת טכניקות הדמיה

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine ...

Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor

מדידה של כוח דינמי פעל על רגל מים "צעדן" קופץ מעלה על ידי חיישן סרט PVDF

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, ...