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

Detta arbete bedrivs inom ramen för H2020-projektet DownToTen. Detta projekt har fått finansiering från Europeiska unionens forsknings- och innovationsprogram Horisont 2020 inom ramen för bidragsavtalet Nr. 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>

Författarna har inget att avslöja.

Detta arbete presenterar DTT-provtagningssystemet och dess tillämpning som ett portabelt system för utsläppsmätning. Systemet utformades och konstruerades inom EU:s Horisont 2020-projekt DTT för att möjliggöra partikeltalsutsläppsmätningar under den nuvarande gränsen för lagstiftningspartikelstorlek på 23 nm. Systemets mångsidighet möjliggör bedömning av de reglerade utsläppen av fasta partikelnummer samt totala partikelutsläpp och studier på sekundära aerosoler. För att exakt tolka mätresultat är en kalibreringsprocedur nödvändig med DTT-systemet. Detta för att utvärdera den relativa partikelpenetrationen för olika partikelstorlekar, för att kunna beräkna en korrigeringsfaktor som står för partikelförlusterna. Det är avgörande att ge tillräckligt med uppvärmningstid för själva provtagningssystemet och resten av experimentupplägget för att nå termisk jämvikt och uppnå noggranna mätresultat för kalibrering.
Tillämpningen av DTT-systemet för mätning av fasta partikeltalsutsläpp med en lägre partikelstorlek cutoff på 23 nm (gällande reglering) och 10 nm (experimentell) beskrivs. För att kunna bedöma partikelnummer utsläpp av ett fordon är det nödvändigt att bestämma partikelntalet koncentration och avgasmassans flöde. DTT-systemet täcker mätningen av partikeltalskoncentrationen. Avgasmassflödet mäts med hjälp av en avgasflödesmätare (EFM). Det är avgörande att installera EFM enligt tillverkarens anvisningar. Felaktiga mätningar av avgasflödet påverkar direkt de härdade utsläppshastigheterna. Vid bearbetning av de uppmätta uppgifterna är det viktigt att utföra en korrekt tidsuppriktning av partikelkoncentrationsdata och avgasflödesdata. Detta är nödvändigt eftersom utsläppshastigheten är avgasflödet multiplicerat med partikeltalskoncentrationen. Om de två signalerna inte är rätt inriktade kan utsläppen över hela driveningen väsentligt avvika från de verkliga utsläppen.
DTT-systemet är inte en kommersiell enhet utan ett mångsidigt forskningsverktyg. Det används för att undersöka oreglerade fordonsutsläpp i stället för att utföra certifieringsmätningar som validerar efterlevnaden av gällande bestämmelser. Den höga mångsidigheten kommer till kostnaden för ökad energi- och utspädningsluftsförbrukning. Vid användning av systemet för mobilmätningar måste man hålla vikten som tillförs fordonet på grund av batteriet (30 kg) och gasflaska (20 kg) för att täcka systemets energi- och luftförbrukning. Den totala vikten som läggs till bilen vid mätning av PN-utsläppen med DTT-systemet är cirka 80 kg, vilket är jämförbart med en annan person som transporteras i fordonet. Den extra vikten kan leda till något ökade utsläpp, särskilt om enheten innehåller en hel del acceleration och / eller kullar.
DTT-systemet kan användas för att undersöka de oreglerade <23 nm partikelnummer avgasutsläppen. Både fasta och totala partikeltalsutsläpp kan mätas. Vidare kan det vara ett användbart verktyg för att studera det komplexa området sekundär aerosolbildning. En annan möjlig tillämpning av systemet är mätning av fordonsbromsslitagepartiklar. En betydande fraktion av de partiklar som avges vid bromsningshändelser kan vara mindre än 30 nm34. Med en d50 på cirka 11 nm är DTT-systemet lämpligt för att studera dessa utsläpp. Även om man vet att utsläpp som inte är avgaser nästan lika till trafikrelaterade PM10-utsläpp 35, är utsläpp av icke-avgaspartikelr fortfarande oreglerade. Detta beror på den komplexa och sällan reproducerbara processen för partikelgenerering, vilket gör det mycket svårt att fastställa regleringsåtgärder. Vidare är den kemiska sammansättningen och den relaterade toxiciteten hos organiska bromsslitagepartiklar fortfarande allmänt okänd35.
DTT-systemet är ett användbart verktyg för att förbättra vår förståelse av både avgaser och icke-avgastrafikrelaterade partikelutsläpp.

<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

Den aktuella partikelstorlekströskeln för utsläppsnormerna för europeiskt partikelnummer (PN) är 23 nm. Denna tröskel kan ändras eftersom framtida förbränningsmotor fordonsteknik kan släppa ut stora mängder sub-23 nm partiklar. Inom horisont 2020-finansierade projektet DownToTen (DTT) utvecklades en provtagnings- och mätmetod för att karakterisera partikelutsläpp i detta för närvarande oreglerade storleksintervall. Ett PN-mätsystem utvecklades baserat på en omfattande genomgång av litteraturen och laboratorieexperimenten som testade en mängd olika PN-mätnings- och provtagningsansatser. Det mätsystem som utvecklas kännetecknas av hög partikelpenetration och mångsidighet, vilket möjliggör bedömning av primärpartiklar, fördröjda primärpartiklar, och sekundära aerosoler, med början från några nanometer i diameter. Detta papper ger instruktioner om hur man installerar och driver denna Bärbara Emission Measurement System (PEMS) för Real Drive Emissions (RDE) mätningar och bedöma partikel nummer utsläpp under den nuvarande lagstiftningsgränsen på 23 nm.

Kalibreringsdata (Partikelpenetration):
Figur 11 visar en exemplarisk tomt av DTT-systemets relativa partikelgenomträngning som en funktion av partikelrörlighetsdiametern. Motsvarande data har uppmätts och utvärderats enligt beskrivningen i instruktionsavsnitt 1. Observationsområdet visar att avvikelserna mellan två mätpunkter vid samma rörlighetsdiameter var mindre än 5 %. Avvikelser större än 10% indikerar instabiliteter i experimentuppställningen. I detta fall, kalibreringen måste upprepas med ökad värma upp stabiliseringstider. Både uppvärmningstiden (typiskt 30 min) och stabiliseringstiden (typiskt 30 s) ökade med faktorn 1,5.
Partiklarna som passerar genom DTT-systemet förlorades på grund av diffusion och termofores. Thermophoretic förluster orsakades av en temperaturgradient ritning partiklar mot väggarna i provtagningssystemet. Detta är en partikel storleksanpassar vildeverkställer 29; i kontrast, diffusion är mycket partikel storleksanpassar anhörigen. En koncentrationsgradient orsakade ett nettopartikelfluens mot väggarna där partiklar gick förlorade. Diffusivityen som resningen med lägre partikeln storleksanpassar, gjorde detta den framträdande förlustmekanismen för partiklar ≤10 nm. Linjerna i figur 11 som anger termoforetisk, diffusional, och totala förluster visar de respektive partikelstorlek beroenden. För de diffusionella förlusterna användes denna funktion för att illustrera det ungefärliga partikelstorleksberoendet:
<img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ11.jpg">
Penetrationen P beror på en passformsparameter a och diffusionskoefficienten D:
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ12.jpg">
Diffusionskoefficienten beror på Boltzmannkonstanten k, den absoluta temperaturen T, viskositeten η, partikeldiametern dp, och Cunningham slip-korrektionsfaktor Cc, som är en funktion av medelfri väg och partikeldiametern29.
De data som illustreras i figur 11 resulterade i följande medel partikelpenetrationseffektivitet Pmedelvärde:
<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/61287/61287equ13.jpg">
Partikelstorleken där penetrationseffektiviteten uppgår till 50% benämns d50. D50 beskriver penetrations cutoff kännetecknande för ett system. För DTT-systemet varden 50 11 nm. D50 visas i bild 11.
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig11.jpg"> Figur 11: Partikelgenomföring som funktion av partikelrörlighetsdiameter. Punkter som är markerade i blått är mätresultat. De streckade linjerna i orange och grönt anger förlusterna i samband med termofores respektive diffusion. Den röda linjen representerar de totala förlusterna som summan av diffusional och termoforetiska förluster. Den dotdashed lila linjen visar den genomsnittliga partikelpenetrationEn Pmean som beräknas i kalibreringsmätningsinstruktionen avsnitt 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig11large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.</a>
Fast partikelnummer:
I figur 12 visas partikeltalets utsläppshastighet över tiden under de första tio minuterna av en RDE-mätdrift. Data från DTT PEMS med hjälp av en 10 nm och en 23 nm CPC visas tillsammans med data från ett kommersiellt tillgängligt 23 nm-skärpunktssystem. Partikelutsläppshastigheterna beräknades utifrån respektive partikelkoncentrationer multiplicerat med avgasflödet enligt ovan i dataanalysinstruktionsavsnitt 4. Referensinstrumentet (AVL MOVE) förlitade sig på en diffusionsladdare för mätningen av partikeltalskoncentrationen. Trots de olika sensorprinciperna var de data som mättes med DTT PEMS totalt sett i mycket god överenskommelse med de data som mättes av de kommersiellt tillgängliga PEMS. Skarpa nedåt pekar spikar i alla tre signaler inträffade eftersom de partikelmätning enheter kan rapportera noll partikelkoncentrationer tillfälligt och nollor kan inte visas i logaritmiska tomter. Partikelutsläppen mätt med 10 nm CPC låg mycket nära de utsläpp som uppmätts med 23 nm CPC under majoriteten av tidsperioden som visas i figur 12. Men, rätt i början mellan 10 s och 25 s fanns det en förekomst av betydande <23 nm partikel utsläpp. DTT 10 nm signalen var betydligt högre än 23 nm signalen i DTT-systemet och AVL MOVE. I detta fall var >50% av det totala antalet avgivna partiklar mellan 10 nm och 23 nm. Kallstartsdynamiska processer i icke-termisk jämvikt kan göra att partikelstorleksfördelningar skiljer sig från utsläpp från ett varmt fordon30. Diskussionen om dessa komplexa processer ligger utanför ramen för detta arbete. Ytterligare information om detta ämne finns i litteraturen31,32,33.
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61287/61287fig12.jpg"> Figur 12: Den övre delen av figuren visar partikeltalets utsläppshastighet över tiden för de första 10 minuterna i en RDE-mätdrift. Data som uppmätts med DTT PEMS med hjälp av 10 nm och 23 nm CPC och ett kommersiellt tillgängligt 23 nm-skärpunktssystem (AVL MOVE) används som referens. Figurens nedre del visar fordonets hastighet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61287/61287fig12large.jpg" target="_blank">Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.</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

Presenteras här är DownToTen (DTT) bärbara utsläppsmätningssystem för att bedöma verklig körning fordonsutsläpp av sub-23 nm partiklar.

Mätning Sub-23 Nanometer Verklig drivande partikel nummer utsläpp med hjälp av den bärbara DownToTen provtagningssystem

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

Detta protokoll kan användas för att förvärva en mobil mätning av för närvarande oreglerade sub-23 nanometer partikelutsläpp med hjälp av ett system som var konstruerat och konstruerat i Horisont 2020 Project DownToTen. Låga Partikelförluster i Sub-23 Nanometer Regimen av intresse och den höga graden av mångsidighet inom systemet möjliggjorde bedömning av de olika egenskaperna hos de avgivna partiklarna. Detta undantag från avgasutsläppen, Denna metod skulle vara idealisk för undersökning av volatiliteten och bildningsmekanismer av nano-storlek partiklar Börja genom att välja en Avgasflödesmätare med ett mätområde som matchar det förväntade avgasflödet intervallet för fordonet som skall mätas.Placera Avgasflödesmätarens styrdosa i bagageutrymmet på fordonet och montera avgasflödesmätaren på utsidan av bilen. Enligt tillverkarens specifikationer var noga med att avståndet uppströms och nedströms mätaren överensstämmer med de federala föreskrifterna. Kontrollera att kontakterna från avgasflödesmätsröret till fordonets avgasrör tål avgastemperaturerna.När avgasflödesmätaren har installerats använda anslutningsrör och rörklämmor för att ansluta avgaserna till det första röret, dra åt rörklämmorna i slutet endast för att underlätta uppriktningen av rören under monteringen. När det finns en anslutning från avgasen till avgasflödesmätaren placera avgasflödesmätaren styrdosa och avgasflödesmätaren monteringsbygel i bagageutrymmet för att säkerställa att ingenting glider under mätningsresan och kontrollera att alla rörledningar är täta och att ingenting kommer loss under mätningsresan. Efter en uppvärmningstid på upp till 15 minuter, beroende på omgivningstemperatur, är avgasmassflödesmätaren redo att ta mätningar.För att installera DownToTen-mätsystem placerar du den syntetiska luftflaskan i bagageutrymmet och fixerar flaskan på plats med remmar. Placera batteriet i bagageutrymmet på fordonet och koppla in växelströms-ingångskabeln, fixa batteriet på plats och anslut växelströmskabeln till en lokal strömkälla. Fixera vakuumpumparna för provtagningssystemet och kondenspartikelräknarna i fordonets bagageutrymme och anslut pumparna till batteriet.Nästa plats, DownToTen systemet i bagageutrymmet på fordonet och fixa den till position med remmar ansluta systemet till det mobila batteripaketet och anslut de två inloppsmassflödesregulatorerna i DownToTen-systemet, till en stationär trycksatt lufttillförsel. anslut de två styrenheterna för utloppsmassaflöde i DownToTen System, till vakuumpumpen och använd lämpliga slangar för att driva pumpens utblås, utanför fordonet. Använd en USB-kabel för att ansluta DownToTen System till mätningen laptop och ansluta inloppet av systemet till provtagningspunkten, nedströms av Exhaust Flow Meter.Anslut systemets ströminlopp till batteriet och anslut kondenspartikelns räknare till batteripaketet. Anslut kondenseringspartikelräknarna till respektive extern vakuumpump och använd lämpliga slangar för att driva utblåset av kondenspartikelräknaren och all den externa pumpen utanför fordonet. Använd sedan en USB-kabel för att ansluta kondenspartikelräknarna till mätningen laptop För att värma och starta upp mätsystemet, Slå på kondenspartikelräknarna och deras externa vakuumförsörjning.Och öppna kondenseringspartikelräknarens programvara. Upprätta kommunikation med kondenseringspartikelräknarna och stäng massflödesregulatsens nålventiler. Därefter trycker du på den röda omkopplaren på DownToTen Sampling System pumpen för att slå på systemet och öppna labbvyn DownToTen Application.Kommunikationen med systemet kommer att starta automatiskt och Det Grafiska användargränssnittet kommer att visa flödet in och ut i utspädningssteg ett och två. Ange massflödet som dras av de anslutna mätinstrumenten i standardlitter per minut och öppna långsamt nålventilerna tills båda rinner ut når 10 plus eller minus 0,5 standardliter per minut Justera AdFlow av båda spädningsstadier så att flödet i Katalytisk Stripper är lika med ett plus eller minus 0,1 liter per minut genom Katalytisk Stripper och ett provinloppsflöde av Katalytisk Strippa provflödeshastighet motsvarar ett plus eller minus 0,1 liter per minut. Ställ under fliken för värmaren utspädningsluftens värmetemperaturer.Den första häller stoop Diluter och katalytisk strippa till 350 grader Celsius. Systemet kommer att börja värma upp. Vänta sedan tills gastemperaturen nedströms utspädning steg ett, når 290 grader Celsius innan mätningsdriften påbörjas.För att logga data, på mätningsenheten ansluten till DownToTen Sampling System, snabbstart Data Logging'to start för att logga data av provtagningssystemet. Och välj en sökväg och ett filnamn i popup-fönstret. Loggfilssökvägen kommer att visas och greenlighten kommer att indikera att data sparas.Använd sedan lämplig programvara för att logga partikelkoncentrationsdata, av kondenseringspartikelräknaren och börja logga avgasflödet med Avgasflödesmätaren. För att logga datan under körning, innan du kör den valda rutten, koppla bort batteriladdningskabeln och växla från stationär trycksatt lufttillförsel till gasflaskan. Kör sedan den valda rutten.Efter körning, Tryck Logga IN"för att stoppa inspelningen av data och stänga av instrumenten. Sedan, ladda batteriet för att förbereda för nästa enhet Här, en exemplarisk tomt av relativ partikelpenetration av DownToTen System som en funktion av Partikelrörlighetsdiametern visas. Den Thermophoredic, diffusional och totala förlust data ritades för att fastställa respektive partikel storlek beroenden.I denna analys gjorde diffusiviteten som stiger med den lägre partikelstorleken detta till den dominerande förlustmekanismen för partiklar som är mindre än eller lika med 10 nanometer. Den totala penetrationseffektiviteten är också representerad, vilket möjliggör bestämning av partikelstorleken vid vilken penetrationseffektiviteten uppgår till 50%Här visas partikeltalets utsläppshastighet över tiden under de första 10 minuterna av en verklig enhetsmätningsenhet för driv. Skarpa nedåtriktade spikar i alla tre av signalerna inträffade eftersom partikelmätningsanordningarna kan rapportera noll partikelkoncentrationer tillfälligt och nollor inte kan visas i logaritmiska tomter.Partikelutsläppen mätt med partikelräknaren 10 nanometerkondenser var mycket nära de utsläpp som uppmättes med 23 nanometerkondenseringspartikelräknaren för huvuddelen av mätperioden. Mellan 10 och 25 sekunder förete det dock en förekomst av signifikant mindre än 23 nanometer partikelutsläpp. Liksom i denna analys, större än 50%av det totala antalet avgivna partiklar, var mellan 10 och 23 nanometer.Vid försök med detta förfarande är det viktigt att komma ihåg att korrekt sätta in avgasmätaren och att ge tillräcklig uppvärmningstid för provtagningssystemet. Mångsidigheten och de låga förlusterna i DownToTen-systemet gör det till ett idealiskt verktyg för undersökning av icke reglerade partikelutsläpp som och totala avgaspartiklar. Detta system och denna metod användes i Horisont 2020-projektet DownToTen för att bedöma sub-23 nanometer partikelutsläpp av en mängd olika fordon för att ge en vetenskaplig grund för framtida utsläppsbestämmelser.

Research

JoVE Journal

Engineering

Echo Particle Image Velocimetry

Echo Velocimetry Particle Image

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

Karakterisering av nanokristallstorleksfördelning med användning av Raman-spektroskopi med en Multi-partikel Phonon Förlossning Modell

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

Utveckling av en experimentuppställning för mätning av Coefficient of Restitution under vakuumbetingelser

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

Karakterisera Far-infraröd laser Utsläpp och mätning av deras frekvenser

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

Utformning och användning av en fullflödesprovtagningssystemet (FFS) för kvantifiering av metanutsläpp

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

Sub-nanometer Resolution Imaging med amplitudmodulering atomkraftsmikroskopi i Liquid

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

Kylning ett optiskt Trapped ultrakalla Fermi Gas genom Periodisk körning

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

Standardiserad metod för att mäta avskiljningsgrad från Wipe-sampling av spår Sprängämnen

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

Samtidig mätning av turbulens och partikel kinematik använder Flow Imaging tekniker

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

Mätning av dynamiska kraft agerat på vatten Strider ben hoppar uppåt av PVDF Film Sensor

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, ...