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第三章机动车安全技术检验检测设备主讲：李耀平高级工程师第六节汽油车排气污染物测量设备随着国民经济的不断发展，机动车的保有量日益增加。机动车在给人们人类生活带来极大方便的同时，也给人们的生活带来了一定的损害。汽车公害：空气污染、噪声污染、电磁波干扰等。GB18285-2005《在用汽车排气污染物限值及测量方法》中规定，装有点燃式发动机的车辆，在检测中要进行怠速试验、双怠速试验和加速模拟工况（ASM）试验。汽油车排气中的污染物主要有：有害物：CO、HC、NOX、SO2、CO2、铅化合物、碳烟等。无害物：N2、O2、H2、H2O等。用于测定汽油车排气污染物排放的仪器有：1）不分光红外线废气分析仪；（非分散型）2）氢火焰离子型分析仪；3）化学发光分析仪。第六节汽油车排气污染物测量设备一、不分光红外线废气分析仪（一）概述不分光红外线废气分析仪是最常见的汽油车废气分析仪之一。根据测量参数的不同仪器分为二气、四气、五气废气分析仪。二气分析仪在我国20世纪80年代开始使用,主要检测怠速状态下的HC、CO；现在四气、五气逐步取代二气分析仪。第六节汽油车排气污染物测量设备1）研究表明，机动车燃烧状态的优劣，直接影响有害排放的排放量。而废气中的CO2、O2的浓度是表征发动机燃烧状态的重要参数。正常燃烧时，废气中CO2的浓度在12%、而O2在1%左右。2）装有闭环式控制的三元催化净化器，其净化效率与发动机工作时的过量空气系数有关，要求控制在1.0附近。通过对废气中的CO、HC、CO2、O2浓度进行运算，可以得出相应的过量空气系数。3）通过对废气中CO2、O2浓度进行分析，可以发现检测过程中出现的诸如取样探头脱落，取样管路漏气的失误以及作弊现象（如排气管上打孔等）。此时排气中的O2浓度异常升高，CO2浓度异常降低。近年，机动车废气中的NO的污染也引起重视，因而在四气的基础上，增加了NO，构成了五气组分分析仪。第六节汽油车排气污染物测量设备（二）基本结构和工作原理1、基本结构1）取样系统----探头、取样管、分水器、过滤器、气泵等；2）排气分析系统----红外线光源、气样室、旋转风扇（截光器）和传感器组成；3）含量指示装置----分析气体指示表头；4）校准装置----机械校准、标准气校准。第六节汽油车排气污染物测量设备第六节汽油车排气污染物测量设备导管滤清器取样探头取样探头CO仪表HC仪表HC标准气CO标准气第六节汽油车排气污染物测量设备第六节汽油车排气污染物测量设备2、工作原理非分散型分析仪采用不分光红外线吸收原理对汽油车排气污染物中的HC、CO、CO2进行分析，对O2、NO的分析则采用电化学电池。1）不分光红外线吸收原理可见光区红外线波长区微波区不同气体所吸收的红外线吸光度HC对3.4红外线吸收强;CO对4.7红外线吸收强;CO2对4.2红外线吸收强.由异原子组成的气体分子（如：CO、C3H8、CO2、SO2……）在特定的波长上吸收红外线的能量，其吸收的量与该气体的浓度成正比。第六节汽油车排气污染物测量设备气体对红外线的吸收，遵循比耳—朗博特定律。式中：I0—测量室中被测气体组分为0时，到达红外线接收器上的红外光能量。I—测量室中被测气体组分为c时，到达红外线接收器上的红外光能量。c—被测气体组分浓度。l—测量室长度。)1(00kcleIIII红外线吸收能量与气体浓度c的关系当测量的长度一定时，被测组分所吸收的红外线能量与被测组分的浓度成正比。第六节汽油车排气污染物测量设备气体分析光学系统结构从光源发出的红外线，经旋转切光片周期性切断，进入测量室。（测量室内通入样品气体），然后穿过滤光片，到达红外线接收器。红外线接收器将接收到的红外光能量转换成电信号输出。通过与待测组分浓度为零时的输出进行比较，即可得出被测组的浓度。第六节汽油车排气污染物测量设备电容微音器式分析装置两个同样的红外线光源发出等量的红外线光束，一束穿过测量气室，一束穿过标准气室。在标准气室内充满不吸收红外线光能的N2气，因此红外线光束穿过时，红外线光能未受损失。而测量气室内则通以被测发动机的废气，由于废气中含有吸收红外线的CO、HC、CO2，因此红外线光能相应减少。从而，两束红外线的能量形成差异。检测室内充以适当浓度的与被测气体相同的气体(CO充CO\HC充正乙烷),并在检测室中部设有一隔膜,将检测室分隔成两个独立的封闭腔,测量时,由于两个腔所受的红外线光能不相等,因而两个腔内气体膨胀也不一致,致使两腔之间的膜片弯曲.该膜片上与电容器的一只金属片相联,由金属片的位移引起电容量变化,这一微弱信号经过放大器放大,即可在显示仪表上指示出来.电容微音器式分析装置1)红外线光源2)标准气样室3)旋转扇轮4)测量室5)电容微音器6)前置放大器7)主放大器8)指示仪表9)排气入口10)测量气室11)排气出口第六节汽油车排气污染物测量设备半导体式分析装置两个同能量红外线光源发出的红外线,分别通过标准气样室和测量气室.红外线穿过旋转扇轮后,断续地通过标准气样室和测量气样室,经过聚光管和光学滤色片后到达半导体传感器.通过标准气样室的红外线由于未被吸收,因此能保持不变.通过测量气样室的红外线,由于被所测气体含量吸收掉一部分一定波长的红外线,因此分别通过两气样室的红外线的能量形成差异后到达传感器.半导体传感器能把上述红外线能量差异转变成电信号差异,经放大器放大后输送给含量指示装置.1)指示仪表2)主放大器3)前置放大器4)半导体传感器5)光学滤色片6)聚光管7)标准气样室8)红外线光源9)旋转扇轮10)排气入口11)测量气样室12)排气出口第六节汽油车排气污染物测量设备2)电化学电池氧传感器结构图O2传感器和NO传感器都属于电化学电池式传感器。O2传感器，基本形式包括一个电解质阳极和一个空气阴极组成的金属-空气有限度渗透型电化学电池。第六节汽油车排气污染物测量设备在阴极，其反应式为：O2+2H2O+4e-4OH-氧原子被还原成氢氧离子。随后，在金属阳极氢氧离子被氧化，如下式所示：2Pb+4OH-4PbO+2H2O+4e-上述电池的反应作用，可概括为：2Pb+O22PbO综上所述，氧传感器是一个电流发生器，其所产生的电流正比于氧的消耗率。此电流可通过在输出端子上跨接一个电阻以产生一个电压信号。第六节汽油车排气污染物测量设备实际应用中，氧传感器的电流或信号取决于被测氧气在渗透膜上的渗透率。在氧传感器上，使用一种特殊的塑料薄膜作为渗透膜，其渗透量受控于气体分子撞击膜壁上的微孔。如果气体分压增加，分子的渗透率增加。因此输出的结果正比于氧的分压在整个浓度范围内呈线性响应。氧传感器在实际应用中的一个局限是氧传感器输出特性寿命。在使用一段时间后（通常在1年半左右），其输出将大幅下降至0mv，必须更换。NO传感器的工作原理与氧传感器类似。第六节汽油车排气污染物测量设备（三）设备检定汽油车气体分析仪按JJG688-1990《汽车排放气体测试仪检定规程》并参照GB/T11798.3-2001《机动车安全检测设备检定技术条件第3部分：汽车排放气体分析仪检定技术条件》进行计量检定。用标准气样校准：接通电源对分析仪预热30min，先打开气泵，让仪器吸入清洁空气，用零点调整旋扭（按键）调整零点，关闭气泵。把标准气样灌入仪器校准气样接口：CO—按标准气样瓶上标明的CO浓度值作为校准时的标准值；HC—校准的标准值=标准气样（丙烷）浓度×换算系数（正乙烷换算值）（气瓶上表明数值）（测量仪器上表明数值）第六节汽油车排气污染物测量设备检定最大允许误差仪器的最大允许误差应不超过下表规定（检定时满足a和b中任何一条即为合格）。第六节汽油车排气污染物测量设备（四）汽油车排气污染物检验程序0.7倍的额定转数0.5倍的额定转速怠速转速60秒15秒30秒15秒30秒插探头稳定读平均值稳定读平均值1、怠速法具体步骤如下：a)必要时在发动机上安装转速计；b)发动机由怠速工况加速至0.7额定转速，维持60s后降至怠速状态；c)发动机降至怠速状态后，将取样探头插入排气管中，深度等于400mm，并固定于排气管上。d)发动机在怠速状态，维持15s后开始读数，读取30s内的最高值和最低值，其平均值即为测量结果。若为多排气管时，取各排气管测量结果的算术平均值。第六节汽油车排气污染物测量设备2、双怠速法具体步骤如下：a)发动机由怠速工况加速至0.7倍的额定转速，维持60s后降至高怠速(即0.5倍的额定转速)，必要时在发动机上安装转速计；b)将取样探头插入排气管中，深度等于400mm，并固定于排气管上；c)在高怠速状态维持15s基本稳定后读数，读取30s排放的CO和HC的最高值和最低值，取其平均值即为高怠速排放检验结果；d)发动机从高怠速状态降至怠速状态,在怠速状态维持15s后开始读数，读取30s内排放的CO和HC的最高值和最低值，取其平均值即为怠速排放检验结果。若为多排气管时，分别取各排气管高怠速检验结果平均值和怠速排放检验结果的平均值。第六节汽油车排气污染物测量设备（四）判定标准第六节汽油车排气污染物测量设备（四）判定标准第七节柴油车排气污染物测量设备一、滤纸式烟度计（一）基本结构和工作原理1、基本结构采样抽气系统：抽气气缸、抽气电机、取样探头、气路管道系统和控制电路组成。测量系统：走纸机构、压纸机构、光电测量探头、测量电路和显示电路组成。滤纸式烟度计总体结构示意图（废气取样装置、污染度测量装置、污染度指示装置、校准装置）第七节柴油车排气污染物测量设备2、测量单位GB/T3846—1984滤纸式烟度计烟度值-------Rb(波许)滤纸式烟度计烟度值-------FSN—FilterSmokeNumber滤纸式烟度的表达式：SF-----滤纸式烟度R1------被污染的滤纸的反射因数R2------洁白滤纸的反射因数（92±3）﹪R1------被污染的滤纸的反射因数R2------洁白滤纸的反射因数（85±2.5）﹪)1(1021RRSF注意：FSN与Rb略有不同。但是，由于习惯的原因GB/T3846—1993颁布后，实际应用中仍沿用了Rb这一单位。第七节柴油车排气污染物测量设备3、工作原理自由加速烟度—在自由加速工况下，从发动机排气管抽取规定长度排气柱所含碳烟，使规定面积的清洁滤纸染黑的程度。0Rb---全白滤纸10Rb---全黑滤纸把取样后表面带有黑烟的滤纸，放到测量装置的规定位置，从灯泡发出的光线照射滤纸后反射回来，反射光被环型光电池接受，光电池产生电流使测试仪表产生数值。光电传感器原理图1-滤纸2-光电元件（环型硒光电池）3-光源4-指示仪表5-电源6-电阻第七节柴油车排气污染物测量设备（二）设备检定1、按JJG847-1993《滤纸式烟度计检定规程》并参照GB/T11798.5-2001《机动车安全检测设备检定技术条件第5部分：滤纸式烟度计检定技术条件》进行。2、主要内容：（1）示值误差：对烟度值约3、5、7FSN（Rb）的三种标准烟度卡，其示值误差均应不超过满量程的3%（F.S）。（2）抽气量：取样系统应保证每次抽气量在仪器所提供的实际抽气量的±5%范围以内。（3）抽气时间：取样系统每次抽气时间为1.4s±0.2s。（4）密闭性：取样系统密闭性要求在1min内，外界空气渗入量应不超过抽气量的10%。第七节柴油车排气污染物测量设备（三）柴油车排气污染物检测程序加速踏板快踏到底踏板开关OFFON怠速最高转速急加速3次转速4S4S第三次测量第二次测量第一次测量15S15S15S怠速5-6S4S4S4S4S第七节柴油车排气污染物测量设备具体步骤如下：a)由怠速工况将油门踏板迅速踏到底，4s后松开，反复三次，以清除排气管和消声器里的碳碴；b)将取样探头插入被检汽车的排气管约300mm，并使其中心线与排气管轴线平行,固定稳妥；c)将脚踏板开关固定在油门踏板上端；d)将脚踏板开关和油门踏板一并迅速踏到底，保待4s后迅速松开油门踏板和脚踏板开关，完成第一次检验；e)读取示值（自动）或取样