不透光煙度計(jì)的原理與使用

1、不透光煙度計(jì)的原理與使用一、前言 多年來，我國(guó)一直規(guī)定采用濾紙式煙度計(jì)測(cè)量柴油車全負(fù)荷 和自由加速時(shí)的煙度。為使排放法規(guī)與國(guó)際接軌，2000 年起開始實(shí)施的排放標(biāo)準(zhǔn)引入了不透光度的概念， 用光吸收系數(shù)來度量 可見污染物的多少， 規(guī)定在全負(fù)荷穩(wěn)定轉(zhuǎn)速試驗(yàn)和自由加速試驗(yàn) 時(shí)，對(duì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和裝用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛排氣可見污染物 采用不透光煙度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。不透光煙度計(jì)是用于檢測(cè)壓燃式柴油發(fā)電機(jī)排煙中可見污 染物的儀器。根據(jù)2005年發(fā)布的國(guó)標(biāo)GB3842005壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和裝用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛排氣可見污染物限值及測(cè)試 方法規(guī)定，對(duì)于 2001 年 10 月 1 日以后生產(chǎn)的汽車，使用取樣 式不透光

2、計(jì)進(jìn)行自由加速可見污染物排放試驗(yàn)， 代替過去標(biāo)準(zhǔn)中 的濾紙式煙度計(jì)。二、不透光煙度計(jì)的測(cè)量原理與分類 將一束光穿過密度和溫度一致的氣體時(shí)， 由于光被吸收和散 射，使其強(qiáng)度衰減。吸收就是光轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量，散射 就是由于反射、 折射而引發(fā)的光發(fā)散， 吸收系數(shù)就是反映光吸收 和散射的情況。不透光煙度計(jì)是以光衰減的物理原理為工作原理， 一束光被 廢氣的微粒所遮蔽， 光束的強(qiáng)度與光通過的長(zhǎng)度成正比， 其關(guān)系 可用Beer Lambert定律來表示:N=100（1-e-kl）=100（1-I/I0）式中N不透光度；I0 入射光的強(qiáng)度；I 出射光的強(qiáng)度；L光路長(zhǎng)度；K光吸收系統(tǒng)，單位為（m-1） 光

3、吸收系數(shù)是不透光值的基本單位， 它與通道長(zhǎng)度無關(guān)， 通 道長(zhǎng)度L定義為光路長(zhǎng)度，單位是（m-1）。光吸收系數(shù)可根據(jù)其 體溫度和壓力進(jìn)行修正。 如公式所示， 不透光度與所使用的光路 長(zhǎng)度有關(guān)， 而光吸收系數(shù)則與光路長(zhǎng)度無關(guān)。 光路長(zhǎng)度國(guó)際上采 用 0.43m 來計(jì)算顯示 N 值。不透光煙度計(jì)根據(jù)其取樣方式的不同而分為全流式和取樣 式（或稱分流式）兩種。全流式不透光煙度計(jì)根據(jù)測(cè)量時(shí)的安裝 方式不同， 又可分為在線式和線端式兩種。 在線式的檢測(cè)取樣部 分裝載排氣管之中，線端式則裝在排氣口的出口端，全流式不透光煙度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)極快，因?yàn)樗鼪]有氣室， 因此也就沒有氣體充滿氣室的滯后時(shí)間。 但是對(duì)不同直

4、徑的排氣 管必須配以不同的專用管， 另外由于結(jié)構(gòu)所限， 其排氣管的直徑 就是光學(xué)測(cè)量長(zhǎng)度（采用鏡面反射系統(tǒng)除外），因此低量程范圍 存在測(cè)量分辨率低的問題。 此外，樣氣難以進(jìn)行加熱或降溫處理， 廢氣的溫度也不能迅速測(cè)量， 發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力波動(dòng)無法控制也會(huì)引起測(cè)量誤差，氣體的密度變化非常快以至于難以測(cè)量。取樣式（分流式）不透光煙度計(jì)是將部分廢氣送入測(cè)量氣 室中進(jìn)行測(cè)量，按抽取廢氣的方式不同可分為泵抽式和動(dòng)壓式。 泵抽式可使測(cè)量氣室充滿廢氣的時(shí)間保持恒定， 而動(dòng)壓式難以保 持恒定的廢氣充滿氣室時(shí)間。與全流式不透光煙度計(jì)相比，取樣式（分流式）不透光煙度 計(jì)在溫度和壓力補(bǔ)充上則不存在困難。 而且廢氣流可以進(jìn)

5、行溫度 控制，探頭尺寸也需要一種就可以了。 因此測(cè)量的重復(fù)性要比全 流式好。三、分流式不透光煙度計(jì)1. 分流式不透光煙度計(jì)的結(jié)構(gòu)原理分流式不透光煙度計(jì)主 要由三大部分組成：檢測(cè)氣室、主機(jī)和顯示儀表。不透光煙度計(jì)的測(cè)量室是一根圓管被測(cè)排氣由中間入口排 除。透鏡裝在右排氣口右側(cè)。在透鏡右側(cè) 45 度放置一個(gè)半反射 半透射鏡，它上方是光源，右側(cè)是傳感器。光源發(fā)出一束光經(jīng)半 透反射鏡反射， 穿過透鏡成為一束平行光進(jìn)入氣室， 再有對(duì)面的 反射鏡反射回氣室，經(jīng)過透射，穿過半透反射鏡，射入傳感器， 當(dāng)氣室內(nèi)充有待測(cè)氣體時(shí)，樣氣中的可見污染物吸收部分光能， 光強(qiáng)衰弱。當(dāng)傳感器感光后，將相應(yīng)的光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

6、氣室外觀排氣中含煙越多， 平行光穿過測(cè)量室時(shí)光強(qiáng)衰減越 大，相應(yīng)的電信號(hào)就越弱。因此，電信號(hào)經(jīng)電路放大后可顯示出 相應(yīng)的光吸收系數(shù) K值和不透光度N值。排氣中含有水分， 由于排氣管的溫度較高剛進(jìn)入儀器時(shí)， 排 氣中的水分仍保持在氣態(tài)。 如果儀器測(cè)量室管壁比排氣管溫度低 很多，排氣中的水蒸氣就要凝成霧影響測(cè)量結(jié)果。 為了防止冷凝 的影響，測(cè)量室管壁的溫度應(yīng)始終保持在 70 攝氏度以上，為此 測(cè)量室裝有加熱器和恒溫控制裝置。顯示儀表采用大屏幕顯示，菜單提示操作，人機(jī)界面友好， 用戶只需按照菜單提示按下按鍵， 儀表將切換到相應(yīng)屏幕或執(zhí)行 相應(yīng)功能。 儀表可顯示排氣可見污染物的動(dòng)態(tài)變化過程， 可按照

7、用戶的要求進(jìn)行穩(wěn)態(tài)或加速測(cè)試。按照顯示儀表后的標(biāo)識(shí)，用氣室電纜連接氣室和顯示儀表， 用打印電纜連接打印機(jī)和顯示儀表。不透光煙度計(jì)還配有油溫傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器， 兩傳感器遇 主機(jī)側(cè)面相應(yīng)接茬口連接。 油溫傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油管插入油底 殼進(jìn)行測(cè)量。 轉(zhuǎn)速傳感器有三種形式： 壓電式、 光電式和電池式， 一般采用壓電式轉(zhuǎn)速傳感器。 它的測(cè)量原理是通過測(cè)量柴油發(fā)動(dòng) 機(jī)噴油管脈動(dòng)而間接測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的。2. 不透光煙度計(jì)的使用1）連接好通信電纜線及電源線，接通電源并預(yù)熱儀器，連 接好探頭及取樣管。2）儀器預(yù)熱完畢，進(jìn)行線性校正。線性校正時(shí)，探頭不要 插進(jìn)或靠近汽車排氣管。3）選擇自動(dòng)采樣和手動(dòng)采樣。選用自

8、動(dòng)加速觸發(fā)采樣時(shí)，當(dāng)煙氣進(jìn)入氣室，儀器自動(dòng)采樣；若K值很小時(shí)，無法自動(dòng)采樣， 可選用手動(dòng)觸發(fā)。4）進(jìn)入自由加速界面。5）將發(fā)動(dòng)機(jī)充分預(yù)熱，例如：在發(fā)動(dòng)機(jī)油標(biāo)尺孔位置測(cè)得 機(jī)油溫度應(yīng)至少為 80攝氏度； 如果低于 80 攝氏度， 發(fā)動(dòng)機(jī)也應(yīng) 處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)溫度。 因車輛結(jié)構(gòu)， 無法進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)可以通過 其他方法使用發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)溫度， 例如：通過控制發(fā)動(dòng)機(jī) 冷卻風(fēng)扇。6）檢查確保排氣系統(tǒng)的相關(guān)部件沒有泄露情況，否則要先 排除泄漏情況。7）將發(fā)動(dòng)機(jī)加速踏板急踩到底進(jìn)行三次以上自由加速再回 到怠速過程，將排氣道內(nèi)吹拂干凈。8）將轉(zhuǎn)速傳感器卡在噴油管上。9）將取樣探頭插入汽車排氣管內(nèi)。10）進(jìn)行自

9、由加速測(cè)量。在進(jìn)行自由加速測(cè)量時(shí)，必須在 1s 內(nèi)，將加速踏板快速、 連續(xù)的完全踩到底， 使噴油泵在最短時(shí)間內(nèi)供給最大油量。 發(fā)動(dòng) 機(jī)（包括所有裝有廢氣渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)） 在每個(gè)自由加速循環(huán) 的起點(diǎn)均處于怠速狀態(tài)。 對(duì)重型發(fā)動(dòng)機(jī)， 將加速踏板放開后至少 等待 10s。對(duì)每一個(gè)自由加速測(cè)量， 在松開加速踏板前， 發(fā)動(dòng)機(jī)必須達(dá) 到斷油點(diǎn)轉(zhuǎn)速。 對(duì)帶自動(dòng)變速箱的車輛， 則應(yīng)達(dá)到制造廠申明的轉(zhuǎn)速（如果沒有該數(shù)據(jù)值，則應(yīng)達(dá)到斷油點(diǎn)轉(zhuǎn)速的 2/3 ）。關(guān)于 這一點(diǎn)，在測(cè)量過程中必須進(jìn)行檢查，例如：通過監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速，或延長(zhǎng)加速踏板踩到底后與松開加速踏板前的間隔時(shí)間， 對(duì) 于重型汽車，該間隔時(shí)間至少為2s。11）煙度計(jì)讀取數(shù)值。12）重復(fù)進(jìn)行 10）、 11）步驟，分別取 6 次樣氣，當(dāng)測(cè)量 值顯示有效時(shí)， 讀取平均值作為該柴油車排氣煙度的測(cè)量值。 若 測(cè)量數(shù)值無效，可繼續(xù)采樣，直至出現(xiàn)有效標(biāo)記，讀取平均值。3. 柴油車輛正常情況下的煙度排放范圍根據(jù)近年來53家排放型式核準(zhǔn)達(dá)國(guó)H水平的重型柴油機(jī)及 重型柴油車制造廠和 39家排放型式核準(zhǔn)達(dá)國(guó)山水平的重型柴油 機(jī)及重型柴油車制造廠報(bào)來的的煙度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) , 在發(fā)動(dòng)機(jī)正常燃 燒情況下，80%的達(dá)國(guó)水平的在用柴油車