第7章排放污染物的测试技术课件.ppt
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1、太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 17.4 烟度测量与分析烟度测量与分析7.3 颗粒物测量与成分分析颗粒物测量与成分分析7.2 排气成分分析仪排气成分分析仪7.1 汽车排放污染物的取样系统汽车排放污染物的取样系统第第7章章 排放污染物的测试技术排放污染物的测试技术太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 2 正确的测试汽车排放污染物是研究汽车有正确的测试汽车排放污染物是研究汽车有害排放物的形成及控制技术的重要前提,随着害排放物的形成及控制技术的重要前提,随着各国汽车排放标准的
2、日趋严格,其排放测试技各国汽车排放标准的日趋严格,其排放测试技术也在不断地完善。对排放污染物测试的基本术也在不断地完善。对排放污染物测试的基本要求有:要求有:1)对所测的成分有较高的选择性,也就是说,)对所测的成分有较高的选择性,也就是说,测量值受排气中其它成分的干扰小;测量值受排气中其它成分的干扰小;2)对所测量的成分浓度有相当的灵敏度;)对所测量的成分浓度有相当的灵敏度;3)较高的可靠性和容易使用。)较高的可靠性和容易使用。一个完整的排气成分测试应该包括取样、一个完整的排气成分测试应该包括取样、分析和结果整理三部分。分析和结果整理三部分。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆
3、工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 37.1 汽车排放污染物的取样系统汽车排放污染物的取样系统太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 4取样系统概述取样系统概述 取样是汽车排放测试的第一环,在不同条件下,取样是汽车排放测试的第一环,在不同条件下,需要不同的取样技术。需要不同的取样技术。取样系统的取样系统的功能在于使样气经过预处理,以便按功能在于使样气经过预处理,以便按一定要求送入分析系统一定要求送入分析系统 取样的正确与否对测量结果的正确性关系极大。取样的正确与否对测量结果的正确性关系极大。对取样系统的基本要求有:对取样系统的
4、基本要求有:1)样气在进入测试仪器前,其所测成分必须能)样气在进入测试仪器前,其所测成分必须能定量地再现排气中该成分的浓度;定量地再现排气中该成分的浓度;2)在较长的时间内,不受其它因素干扰。)在较长的时间内,不受其它因素干扰。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 5 取样过程中的主要干扰因素有:取样过程中的主要干扰因素有:1)可冷凝成分可冷凝成分:在大多数的测试过程中,被测气:在大多数的测试过程中,被测气体的冷却,总是伴随冷凝现象。在测试仪器里,冷凝体的冷却,总是伴随冷凝现象。在测试仪器里,冷凝液会造成测量误差;液会造成测量误差;2
5、)吸附和化学反应吸附和化学反应:被测成分在输送过程中的吸:被测成分在输送过程中的吸附和化学反应会造成该成分量的变化,对浓度很低的附和化学反应会造成该成分量的变化,对浓度很低的成分的测量影响很大。有些材料对一定的化学反应有成分的测量影响很大。有些材料对一定的化学反应有催化作用,特别是在温度较高的区域,如加热的输送催化作用,特别是在温度较高的区域,如加热的输送管道,会造成某些成分的测量误差。管道,会造成某些成分的测量误差。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 6 不同的取样方法,就有不同的取样系统。不同的取样方法,就有不同的取样系统。按取
6、样方法分,目前常采用的取样系统有:按取样方法分,目前常采用的取样系统有:直接取样系统直接取样系统定容取样系统定容取样系统稀释取样系统稀释取样系统太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 7直接取样系统直接取样系统在发动机台架上进行排放测试,对气态成分一般在发动机台架上进行排放测试,对气态成分一般采用直接采样分析的方法。采用直接采样分析的方法。直接取样法直接取样法是将取样探头插入发动机的排气管中,是将取样探头插入发动机的排气管中,用取样泵连续抽取一定量气体不经稀释直接送入用取样泵连续抽取一定量气体不经稀释直接送入分析系统进行分析。分析系统进
7、行分析。由于直接取样法设备简单,操作方便,被广泛用由于直接取样法设备简单,操作方便,被广泛用于许多国家和地区的各种用途发动机的排放测量于许多国家和地区的各种用途发动机的排放测量中。中。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 8直接取样系统 未经稀释的采样气未经稀释的采样气直接从排气管抽取,污直接从排气管抽取,污染物浓度较高,具有较染物浓度较高,具有较高的测量精度。高的测量精度。采样泵采样泵P P把样气从把样气从HSL1HSL1(保温(保温453453473K473K)送到送到氢火焰离子检测器氢火焰离子检测器HFIDHFID分析分析HCH
8、C;经;经HSL2HSL2(保温(保温368368473K473K)输送)输送到到化学发光分析仪化学发光分析仪HCLAHCLA分析分析NONO ,另外排气经,另外排气经取样管取样管SLSL输送到输送到不分光不分光红外线吸收型分析仪红外线吸收型分析仪NDIRNDIR分析分析COCO和和COCO2 2。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 9为了排除水蒸气对为了排除水蒸气对NDIR工作的干扰,用温度保持工作的干扰,用温度保持273277K的槽型冷却器的槽型冷却器B来冷却和凝结排气样来冷却和凝结排气样气中的水分。气中的水分。取样探头一般为一
9、端封闭、多孔、平直的不锈钢取样探头一般为一端封闭、多孔、平直的不锈钢探头,垂直插入排气管内,插入长度不少于排气探头,垂直插入排气管内,插入长度不少于排气管内径的管内径的80%。探头处的排气温度不应低于。探头处的排气温度不应低于343K,进行天然气进行天然气NG(Natural Gas)发动机测试时,)发动机测试时,取样探头应安装在距排气歧管或增压器法兰盘出取样探头应安装在距排气歧管或增压器法兰盘出口口1.52.5m的位置。的位置。反清扫系统利用高压气体清洗过滤器,以免过于反清扫系统利用高压气体清洗过滤器,以免过于频繁拆装过滤器。频繁拆装过滤器。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车
10、辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 10直接取样系统直接取样系统 发动机台架测试的直接取样系统发动机台架测试的直接取样系统 1一取样探头一取样探头 2一粗滤器一粗滤器 3一逆向清扫系统一逆向清扫系统 4一取样泵一取样泵 5一减压器一减压器 6一气样冷却器一气样冷却器 7一冷凝液分离器一冷凝液分离器 8一细滤器一细滤器 太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 11直接取样系统直接取样系统 为了防止气样中的水分对分析仪的干扰,为了防止气样中的水分对分析仪的干扰,一般在系统中加由冷凝器和排水装置组成的一般在系统中加由冷凝器和排水装
11、置组成的水分离器,用冷凝法除湿。为防止水分离器,用冷凝法除湿。为防止HC中那中那些蒸气压低的高沸点成分溶于水而产生测量些蒸气压低的高沸点成分溶于水而产生测量误差,取样导管应做成加热式,对于汽油机误差,取样导管应做成加热式,对于汽油机应保持在应保持在130左右,柴油机应保持在左右,柴油机应保持在180200。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 12稀释取样系统稀释取样系统 把柴油机排气中的微粒收集在滤纸上,把柴油机排气中的微粒收集在滤纸上,用微克级精度的精密天平秤得滤纸在收集用微克级精度的精密天平秤得滤纸在收集微粒后和收集前的质量差,
12、就可得到微粒微粒后和收集前的质量差,就可得到微粒的质量。测量柴油机的微粒排放时,用的质量。测量柴油机的微粒排放时,用稀稀释风道微粒取样系统释风道微粒取样系统,使微粒样品能再现,使微粒样品能再现柴油机排气中的微粒排放特性。柴油机排气中的微粒排放特性。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 13 测量重型车柴油机的微粒排放测试时,用稀测量重型车柴油机的微粒排放测试时,用稀释取样系统取样,根据柴油机排气经过稀释风道释取样系统取样,根据柴油机排气经过稀释风道的比例,柴油机微粒质量测量既可用的比例,柴油机微粒质量测量既可用:稀释取样系统稀释取样系
13、统1.全流稀释取样系统全流稀释取样系统FFDSS(Full Flow Dilution Sampling System),),2.分流稀释取样系统分流稀释取样系统PFDSS(Partial Flow Dilution Sampling System)。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 14全流稀释取样系统全流稀释取样系统是按照美国轻型车排放标准要求是按照美国轻型车排放标准要求而设计;而设计;分流稀释取样系统分流稀释取样系统是按照欧洲重型车排放是按照欧洲重型车排放标准要求而设计。标准要求而设计。全流稀释取样系统全流稀释取样系统将全部
14、排气引入稀释风道里,测将全部排气引入稀释风道里,测量精度高,但体积庞大,价格昂贵;量精度高,但体积庞大,价格昂贵;分流稀释取样系统分流稀释取样系统仅将部分排气引入稀释风道里,仅将部分排气引入稀释风道里,因而体积较小。但控制系统和操作系统都较复杂,因而体积较小。但控制系统和操作系统都较复杂,需要较高素质的操作人员,使用成本也较高。需要较高素质的操作人员,使用成本也较高。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 15 全流稀释系统全流稀释系统必须测量排气和稀释用空必须测量排气和稀释用空气混合后的总流量,并收集分析用的样气。气混合后的总流量,并
15、收集分析用的样气。根据整个试验过程中收集到一对滤纸上根据整个试验过程中收集到一对滤纸上的微粒质量、取样流量以及稀释用空气和排的微粒质量、取样流量以及稀释用空气和排气的总流量来确定微粒的质量。可以采用气的总流量来确定微粒的质量。可以采用容积式泵PDP或临界流量文杜里管CFV与单级与单级稀释系统或双级稀释系统。稀释系统或双级稀释系统。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 16全流稀释取样系统流程图 EP-排气管排气管 DAF-稀释稀释用空气过滤用空气过滤器器SDS-单级稀单级稀释系统释系统DDS-双级稀双级稀释系统释系统PDT-初级初级稀
16、释稀释通道通道SDT-次级稀释通道次级稀释通道 PSP-颗粒取样探头颗粒取样探头PTT-颗粒物传输管颗粒物传输管PDP-容积式泵容积式泵CFV-临临界流界流量文量文杜里杜里管管太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 17EP-排气管排气管 PDP-容积式泵容积式泵HE-热交换器热交换器 PDT-初级稀释通道初级稀释通道SDS-单级稀释系统单级稀释系统 DDS-双级稀释系统双级稀释系统PTT-颗粒物传输管颗粒物传输管 SDT-次级稀释通道次级稀释通道FH-滤纸保持架滤纸保持架 SP-颗粒物取样泵颗粒物取样泵DP-稀释用空气泵稀释用空气泵
17、PSP-颗粒取样探头颗粒取样探头DAF-稀释用空气过滤器稀释用空气过滤器CFV-临界流量文杜里管临界流量文杜里管GF-气体计量仪或流量仪测定气体计量仪或流量仪测定太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 18全流稀释取样系统全流稀释取样系统 初级稀释风道初级稀释风道PDT中应有足够的中应有足够的湍流强度湍流强度和和足够的足够的混合长度混合长度,保证取样前柴油机排气管,保证取样前柴油机排气管EP排排出的排气经稀释空气滤清器出的排气经稀释空气滤清器DAF净化的稀释空气净化的稀释空气混合均匀混合均匀。单级稀释系统的直径至少为单级稀释系统的直径至
18、少为460mm,双级稀,双级稀释系统的直径至少为释系统的直径至少为200mm。发动机的排气应。发动机的排气应顺气流引入初级稀释通道,并充分混合。顺气流引入初级稀释通道,并充分混合。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 19分流稀释取样系统分流稀释取样系统 分流稀释取样系统流程图 PSS-颗粒颗粒物取物取样系样系统统PSP-颗粒颗粒物取样探头物取样探头TT-颗粒物取样传输管颗粒物取样传输管PTT-颗粒物颗粒物传输管传输管太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 20 EP-排气管排
19、气管 PR-取样探头取样探头 ISP-等动态取样探头等动态取样探头 EGA-排气分析仪排气分析仪 BV-球阀球阀 SC-压力控制装置压力控制装置 DPT-差压传感器差压传感器 FC1-流量控制器流量控制器 SB-抽风机抽风机 PB-压力机压力机 DT-稀释通道稀释通道 PSS-颗粒物取样系统颗粒物取样系统 PSP-颗粒物取样探头颗粒物取样探头 PTT-颗粒物传输管颗粒物传输管 FH-滤纸保持架滤纸保持架 SP-颗粒物取样泵颗粒物取样泵 FC2-流量控制流量控制 GF1-气体计量仪或流量测定仪气体计量仪或流量测定仪 DAF-稀释用空气过滤器稀释用空气过滤器 GF2-气体计量仪或流量测定仪气体计量
20、仪或流量测定仪 TT-颗粒物取样传输管颗粒物取样传输管太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 21分流稀释取样系统分流稀释取样系统 柴油机排气管柴油机排气管EP中的排气通过颗粒物取中的排气通过颗粒物取样探头样探头ISP或或PR和颗粒物取样传输管和颗粒物取样传输管TT输送输送到稀释通道到稀释通道DT。通过。通过DT的稀释排气流量用颗的稀释排气流量用颗粒物取样系统粒物取样系统PSS中的流量控制器中的流量控制器FC2 和颗和颗粒物取样泵粒物取样泵SP控制,稀释空气流量用流量控控制,稀释空气流量用流量控制器制器FC1控制。控制。太原理工大学机械
21、工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 22定容取样系统定容取样系统CVS(Constant Volume Sampling)一般废气成分分析仪器都是测量该成分在排气中一般废气成分分析仪器都是测量该成分在排气中的浓度,然后根据排气流量算出该成分的总排放量,的浓度,然后根据排气流量算出该成分的总排放量,这在内燃机稳定状态下比较容易实现。在非稳定状态这在内燃机稳定状态下比较容易实现。在非稳定状态下,理论上可把所测得的浓度曲线和排气流量曲线对下,理论上可把所测得的浓度曲线和排气流量曲线对时间进行积分,但实际上由于以下几方面的原因,误时间进行积分,但实际上由于
22、以下几方面的原因,误差很大:差很大:(1)发动机排气管中的压力波动,造成各工况的气样)发动机排气管中的压力波动,造成各工况的气样流量不同,测量结果往往是偏向高负荷高转速工况;流量不同,测量结果往往是偏向高负荷高转速工况;太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 23(2)由于排气测量系统的取样系统和测量仪器动)由于排气测量系统的取样系统和测量仪器动态响应滞后的不同,很难和所测得的内燃机排气流态响应滞后的不同,很难和所测得的内燃机排气流量完全一一对应,这样就造成了最后计算结果的误量完全一一对应,这样就造成了最后计算结果的误差;差;(3)在气
23、样输送过程中,各工况样气的混合使浓)在气样输送过程中,各工况样气的混合使浓度曲线不能再现发动机排放的时间。度曲线不能再现发动机排放的时间。为此人们采用了测量平均值的方法来解决这个问题。为此人们采用了测量平均值的方法来解决这个问题。最直观的方法就是把一个标准测试循环中的所有排最直观的方法就是把一个标准测试循环中的所有排气收集到气袋里,然后测量浓度和气量,算出循环气收集到气袋里,然后测量浓度和气量,算出循环的总排放量。这种方法(全量取样系统)需要很大的总排放量。这种方法(全量取样系统)需要很大的气袋来收集排气,十分不便。的气袋来收集排气,十分不便。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车
24、辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 24现在对内燃机非稳定状态中以及许多标准测试循现在对内燃机非稳定状态中以及许多标准测试循环中的排气成分的测量和计算,如对于在底盘测环中的排气成分的测量和计算,如对于在底盘测功机上进行的轻型车排放检测,世界各国均规定功机上进行的轻型车排放检测,世界各国均规定采用定容取样系统采用定容取样系统(CVS)取样。取样。太原理工大学机械工程学院太原理工大学机械工程学院车辆工程系车辆工程系第7章 排放污染物的测试技术 25 在定容取样系统中,内燃机的全部排气排入稀释风道中和在定容取样系统中,内燃机的全部排气排入稀释风道中和经过滤器滤过的空气混合,抽气泵经过滤器
25、滤过的空气混合,抽气泵8把稀释排气经过由温把稀释排气经过由温度调节器度调节器11控制的换热器控制的换热器3和加热器和加热器12吸走。抽气泵吸走。抽气泵8输输送的稀释排气体积流量可以从抽气泵转速表送的稀释排气体积流量可以从抽气泵转速表9的指示器上的指示器上读得。温度测量用来计算质量流量,并用来检查质量流量读得。温度测量用来计算质量流量,并用来检查质量流量的恒定程度,被测气样通过取样泵的恒定程度,被测气样通过取样泵6收入样气袋收入样气袋7。为监测。为监测环境条件,用来稀释排气的空气通过取样泵环境条件,用来稀释排气的空气通过取样泵4收入环境室收入环境室样气袋样气袋5中。测试循环结束后,各样气袋里的气
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