基于簡易瞬態(tài)工況法的排放檢測系統(tǒng)中誤差測量方法研究

1、基于簡易瞬態(tài)工況法的排放檢測系統(tǒng)中誤差測量方法研究作者：林峰 嚴(yán)瑾 葉振洲摘要：本文通過原理分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式，研究了簡易瞬態(tài)工況法（以下簡稱VMAS）系統(tǒng)中的主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)VMAS系統(tǒng)各測量部件（五氣分析儀、流量分析儀）的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算所帶來的誤差的測量方法，并在底盤測功機(jī)、五氣分析儀、流量分析儀計(jì)量性能準(zhǔn)確的前提下，進(jìn)一步驗(yàn)證VMAS系統(tǒng)最后出具的機(jī)動(dòng)車排放量（g/km）測量的準(zhǔn)確性、可靠性。關(guān)鍵詞：簡易瞬態(tài)工況法 VMAS 底盤測功機(jī) 流量分析儀Abstract: In this paper, the technology of principle analysis and expe

2、rimental verification were used. A method of error measurement which were brought in the process of data acquisition and calculation in measuring parts(Five gas analyzer、Flow analyzer ) of VMAS system was explored. In the premise of having accurately measures performance in chassis dynamometer, five

3、 gas analyzer and flow analyzer, made further validate the accuracy and reliability of the final output of VMAS system .Keywords: Short transient loaded mode, VMAS, Chassis dynamometer, Flow analyzer1 前言近年來，隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，我國已成為全球第二大汽車生產(chǎn)國和銷售國，摩托車產(chǎn)量位居全球第一。由于機(jī)動(dòng)車保有量的迅速增加，機(jī)動(dòng)車排放造成的污染問題逐漸凸顯，已經(jīng)直接影響了城市環(huán)境空氣質(zhì)量，

4、因此開發(fā)和使用更加科學(xué)的汽車尾氣排放檢測方法已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。國家環(huán)?？偩钟?005年5月30日頒布實(shí)施了GB182852005點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣污染物排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)。新標(biāo)準(zhǔn)中除規(guī)定雙怠速法排氣限值及測量方法外，同時(shí)規(guī)定了穩(wěn)態(tài)工況法(ASM)、定容采樣瞬態(tài)工況法（CVS）、VMAS三種測量方法。VMAS測量汽車排氣污染物是以排放總質(zhì)量的形式評(píng)價(jià)在用汽車排氣污染情況，與CVS有較好的相關(guān)性，被某些地方環(huán)保部門作為當(dāng)?shù)販y量汽車排氣污染物的標(biāo)準(zhǔn)方法。VMAS系統(tǒng)由四部分組成：a) 汽車底盤測功機(jī)對(duì)汽車按規(guī)定工況進(jìn)行加載。b) 五氣分析儀 對(duì)汽車排氣中的HC、CO、CO2

5、、NO、O2進(jìn)行分析和測量。_作者簡介：林峰（1982.10），男，助理工程師。主要研究方向?yàn)闄C(jī)動(dòng)車檢測設(shè)備檢定/校準(zhǔn)方法研究。c) 流量分析儀對(duì)稀釋后的汽車排氣進(jìn)行流量檢測，以及O2濃度檢測。d) 主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)測量過程進(jìn)行自動(dòng)控制，以及對(duì)各個(gè)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，得出測量結(jié)果。VMAS系統(tǒng)組成示意圖如下：圖1 VMAS系統(tǒng)組成圖目前國家計(jì)量系統(tǒng)和環(huán)保系統(tǒng)對(duì)汽車底盤測功機(jī)、五氣分析儀、流量分析儀這三部分的計(jì)量性能的評(píng)定進(jìn)行的深入的研究，已推出或即將推出相關(guān)的檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，但是沒有涉及主控計(jì)算機(jī)系的是否按照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)每一瞬時(shí)（每秒）的排放氣體濃度和汽車排氣流量與每種排放氣體的密度相乘

6、得出每一瞬時(shí)（每秒）的各種排氣成分的排氣質(zhì)量的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于排放的檢測結(jié)果（g/km）而言，這個(gè)環(huán)節(jié)是至關(guān)重要的。2 VMAS系統(tǒng)測量原理分析和數(shù)據(jù)采集計(jì)算按照HJ/T 290-2006汽油車瞬態(tài)工況法排氣污染物測量設(shè)備技術(shù)要求，主控機(jī)計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)計(jì)算過程分析如下： 1、流量分析儀稀釋氧氣傳感器的功能是測量稀釋尾氣的氧氣濃度和試驗(yàn)開始時(shí)環(huán)境空氣的氧氣濃度。通過與五氣分析儀測量的氧氣濃度比較，用來計(jì)算稀釋比,稀釋比的計(jì)算公式為：DR= （1）式中，DR為稀釋比； O2amb為檢測站測試環(huán)境下的大氣氧濃度讀數(shù)，%vol；O2dil為流量計(jì)中氧傳感器的濃度讀數(shù)，%vol； O2raw為五氣

7、分析儀中氧傳感器的濃度讀數(shù)，%vol。2、流量分析儀稀釋廢氣壓力傳感器和溫度傳感器的功能是：實(shí)時(shí)檢測稀釋廢氣的壓力和溫度，以此把測得的實(shí)際稀釋體積流量轉(zhuǎn)換成0 和101.3kPa大氣壓狀態(tài)下的稀釋體積流量。 （2）式中， Qsta為0和101.3 kPa 大氣壓狀態(tài)下的稀釋體積流量，L/s；Qact為實(shí)際稀釋體積流量，L/s；P為稀釋廢氣壓力傳感器讀數(shù)，kPa；T為溫度傳感器讀數(shù)，K。3、主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算出尾氣實(shí)際排放流量，計(jì)算公式為： （3）式中， Qe為尾氣實(shí)際排放流量，L/s；其它參數(shù)意義同上。4、主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按照以下公式計(jì)算每1s的污染物排放質(zhì)量： （4） （5） （6）上三式中，

8、mco為CO的實(shí)時(shí)排放質(zhì)量，g/s；mHC為HC的實(shí)時(shí)排放質(zhì)量，g/s；mNO為NO的實(shí)時(shí)排放質(zhì)量，g/s；c為CO的實(shí)時(shí)排放濃度，%vol；HC為HC的實(shí)時(shí)排放濃度，10-6vol；NO為NO的實(shí)時(shí)排放濃度，10-6vol；Dco為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下CO的密度，g/cm3；DHC為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下HC的密度，g/cm3；DNO為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下NO的密度，g/cm3；Qe 意義同上。3 主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算誤差測量方法分析基于以上的公式，Dco（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下CO的密度，g/cm3）、DHC（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下HC的密度，g/cm3）參數(shù)是常數(shù)。將 O2dil（流量計(jì)中氧傳感器的濃度讀數(shù)，%vol）、O2raw（五

9、氣分析儀中氧傳感器的濃度讀數(shù)，%vol）、Qsta（0和101.3kPa 大氣壓狀態(tài)下的稀釋體積流量，L/s），CO（為CO的實(shí)時(shí)排放濃度，%vol）、HC（HC的實(shí)時(shí)排放濃度，10-6vol）這幾個(gè)參數(shù)變成常量；可以計(jì)算出mco、mHC每1s的污染物排放質(zhì)量。1、將標(biāo)準(zhǔn)氣體O2連續(xù)通入到流量分析儀稀釋氧傳感器氣室，控制O2的流量值，分析儀稀釋氧傳感器示值穩(wěn)定后，記下O2濃度示值。得到流量分析儀稀釋氧傳感器測得O2濃度是常量。如圖2所示：圖22、由標(biāo)準(zhǔn)氣體鋼瓶、氣瓶調(diào)節(jié)流閥、氣囊、三通電磁閥及5米取樣管等組成一個(gè)測試系統(tǒng)（注：三通電磁閥與氣囊之間連接管盡可能短，氣囊的容積也不能太小，應(yīng)能使三通

10、電磁閥通電前、后進(jìn)入儀器的氣體流量不會(huì)改變。），開啟標(biāo)準(zhǔn)氣體鋼瓶閥門，使氣囊全部充滿被測氣體，再給電磁閥通電，使的五氣分析儀抽取氣囊里的標(biāo)準(zhǔn)氣體，待五氣分析儀示值穩(wěn)定后，記下各通道的示值。得到五氣分析儀測得HC、CO的濃度是常量。如圖3所示：圖33、將標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)接到流量計(jì)的出口處，調(diào)節(jié)好水平，盡量兩兩個(gè)流量計(jì)處于直管段中，啟動(dòng)流量分析儀的抽風(fēng)機(jī)，觀察標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)在測量過程中的數(shù)值變化，結(jié)果顯示流量值基本穩(wěn)定不變，記錄流量分析儀的標(biāo)準(zhǔn)流量值，得到是常量。如圖4所示：圖4四、試驗(yàn)數(shù)據(jù) 試驗(yàn)設(shè)備選用浙江大學(xué)鳴泉電子科技郵箱公司的MQW-500型號(hào)的五氣分析儀和MQL-102型的流量分析儀，標(biāo)準(zhǔn)氣體是國

11、家1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：混合氣體HC的濃度495×10-6，CO濃度是2.37×10-2，O2濃度是5.40×10-2；標(biāo)準(zhǔn)氣體O2濃度是17.9×10-2，如圖2、圖3、圖4所示，連接好測試系統(tǒng)，啟動(dòng)VMAS檢測程序（屏蔽汽車底盤測功機(jī)），排放值計(jì)算時(shí)間為195s。表1 理論排放質(zhì)量的計(jì)算參量 計(jì)算值DRCO排放質(zhì)量HC排放質(zhì)量 O2dil=18.3×10-20.168930.79L/s0.9303g/s0.0596g/s181.408g11.622g O2raw=5.51×10-2 O2amb=20.9×10-2Qsta=182

12、.268L/Dco=0.001259g/cm3DHC=0.003839g/cm3計(jì)算過程如下: DR=0.1689 =182.268L/s×0.1689=30.79 L/s =10×2.40×10-2×0.001259g/cm3×30.79 L/s=0.9303=10-3×505×10-6×0.003839g/cm3×30.79 L/s=0.0596195s的理論CO排放質(zhì)量為：×195s=0.9303×195s=181.4085g195s的理論HC排放質(zhì)量為：×195s=0

13、.0596×195s=11.622g表2 6次試驗(yàn)VMAS系統(tǒng)測量值示值序號(hào)CO排放質(zhì)量HC排放質(zhì)量試驗(yàn)1175.284g11.31g試驗(yàn)2183.94g11.699g試驗(yàn)3180.44g11.599g試驗(yàn)4178.36g11.358g試驗(yàn)5179.54g11.859g試驗(yàn)6183.18g11.776g根據(jù)表1的理論排放質(zhì)量和表2MAS系統(tǒng)測量值示值，計(jì)算HC 、CO參數(shù)系統(tǒng)誤差，分析如下圖5：圖5 HC和CO參數(shù)系統(tǒng)誤差五、結(jié)論影響VMAS系統(tǒng)測量結(jié)果準(zhǔn)確度的因素有很多，在不考慮測功機(jī)因素的情況下，影響因素還有五氣分析儀的響應(yīng)時(shí)間與流量分析儀稀釋氧傳感的響應(yīng)時(shí)間不固定、各傳感器的測

14、量誤差等，這會(huì)導(dǎo)致VMAS對(duì)汽車污染物排放質(zhì)量的測量結(jié)果出現(xiàn)一定的離散性，但是這不能成為某些VMAS系統(tǒng)不遵守標(biāo)準(zhǔn)要求出具虛假檢測數(shù)據(jù)的借口。本次試驗(yàn)主要考核VMAS主控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算過程是否按照標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行，計(jì)算的結(jié)果是否正確。多次試驗(yàn)的結(jié)果顯示HC 、CO參數(shù)系統(tǒng)誤差均不超過±4%，考慮到五氣分析儀和稀釋氧傳感器在通標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，該試驗(yàn)方法可以用于VMAS系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算誤差的測量，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可以判斷VMAS系統(tǒng)軟件的準(zhǔn)確性和可靠性；另外，該方法還可用于檢查VMAS系統(tǒng)出具的檢測數(shù)據(jù)是否作假，為行政主管部門對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣排放檢測機(jī)構(gòu)的