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1、第五章 汽车排放污染物与噪声的检测,主要内容： 汽车排放污染物的检测 汽车噪声检测,第一部分 汽车排放污染物的检测,汽车排放污染物与环境的关系,光化学烟雾 洛杉矶化学烟雾事件(1943) 伦敦烟雾 （1952） 我国出现的雾霾天气（2013） 酸雨 我国70%地区出现过 温室效应 全球问题 京都议定书,汽车的三种污染源发动机废气 （55%）曲轴箱串气（20%-25%）燃油汽蒸发 （20%）,一、汽车排放污染物及其危害,1一氧化碳（CO）气体,成因：是燃料不完全燃烧的产物。（即混合气太浓或燃烧质量不佳）。 碳氢燃料的高温氧化生成 危害：浓度0.001%引起慢性中毒 浓度0.012%，1小时后死亡
2、（与血液中的血红蛋白结合 ）,2碳氢化合物（HC）,成因：发动机未燃尽的燃料分解或供油系中燃料蒸发所产生。- 壁面激冷效应- 缝隙效应- 缸壁润滑油膜的吸收和蒸发 危害：形成光化学烟雾，生成甲醛，形成烟雾，对人的眼、鼻和咽喉粘膜有较强的刺激作用，严重时可致癌。,汽车排放中的HC是多种碳氢化合物的总称,成因：在高温（1800）和高浓度氧气的条件下氮和氧才能发生反应，生成NOX(主要是NO和NO2)。 危害：产生与CO相似的严重后果。引起肺水肿,同时刺激眼、鼻粘膜。,3、氮氧化合物（NOX),成因：燃料中的硫和空气中的氧气反应生成。 危害：SO2有强烈的气味，它本身可刺激咽喉与眼睛，严重时可使人中
3、毒，引起呼吸道疾病。SO2还是形成酸雨的主要成分，它能严重污染河流、湖泊等水系，使土壤和水源酸化，殃及野生动植物的生存安全。,4、硫化物（SO2),5、碳烟（微粒）,成因：燃料不完全燃烧的产物,汽车排放中的微粒是发动机排气中各种固体或液体微粒的总称。 微粒，往往吸附有许多有机污染物、重金属元素和一些致癌物质，因而当其沉积到人体肺部时，会严重危害人体的健康。,危害：影响呼吸系统，引起恶心头晕。,一氧化碳、碳氢化合物在汽油车排放污染物中占主导地位，而排放微粒则是柴油车的主要污染物。,汽车排放污染物的表示方法,浓度排放量CO、CO2和O2 %HC和NOx ppm(百万分之一） 质量排放量 g/h或g
4、/测试 比排放量 g/Km,常见检测标准,美国：最出名的是加利福尼亚州的排放标准 欧洲：欧I欧V 日本：有最高限值和平均值，车辆的排放不能超过最高限值，同时在一定时间内抽查的同型号汽车的平均排放值不能超过平均排放限值 我国：国I国VI ，部分地区实施国V,汽油车所必需控制的排放污染物包括HC、C以及N，能够检测这些排放污染物的设备统称为尾气分析仪，也有俗称为废气分析仪、排气分析仪的。这种仪器按照其可以测量组分的数目，可分为二组分、四组分、五组分分析仪。见下表所示。,机动车尾气分析仪分类,注：表中标注为该类仪器可测组分。,汽车排放污染物的检测,我国20世纪80年代国内汽车排放污染物的控制对象主要
5、是在怠速状态下的HC、CO，开始使用二组分尾气分析仪。 进入20世纪90年代后，在国际上，二组分尾气分析仪已越来越多地被四组分尾气分析仪所代替，有以下几个原因：,手持式二组分尾气分析仪,四组分尾气分析仪,有害物的排放量直接受汽车发动机燃烧状态的影响。而尾气中的CO2及O2的浓度，是表征发动机燃烧状态的重要参数。正常燃烧时，尾气中CO2的浓度应在12左右，而O2应在l左右。,汽车排放污染物检测的意义,目前大多数电喷车装有闭环式控制的三元催化转化器，它的净化效率在发动机工作时的过量空气系数值在1附近最为理想。通过对尾气中的C、HC、CO2、O2浓度进行运算，可以得出相应的过量空气系数。,通过分析尾
6、气中CO2和O2的浓度，可以及时发现许多问题，如： 在检测过程中是否出现，诸如取样探头脱落；取样管路漏气等失误； 在检测过程中是否出现，某些作弊现象(如在排气管上打孔、拿掉接口垫等)。 因为这些现象存在时，排气中的O2浓度会异常升高，而CO2浓度异常降低。,近年来，汽车尾气中的N对环境造成的污染日益受到重视，因而在原有的四组分尾气分析仪的基础上增加了NO检测功能，构成了五组分尾气分析仪。并且四组分、五组分尾气分析仪的使用已成为主流。,检测原理主要包括：不分光红外线吸收原理（NDIR）和氢火焰离子分析FID，化学发光分析CLD。 采用不分光红外线吸收原理对汽车尾气中的HC、CO、CO2进行分析；
7、 采用电化学电池原理，对汽车尾气中的O2、NO进行分析。,尾气分析仪的检测原理,五组分尾气分析仪,FID分析法,FID是氢火焰离子分析仪（Hydrogen Flame Ionization Detector）的简称。,用FID分析发动机排气中的碳氢化合物是目前最有效的方法。它具有很高的灵敏度，其检测极限最小可达10-9数量级，而且线性和频响特性好，对环境温度及大气压力也不敏感。,FID氢火焰离子分析仪实物照片,CLD分析法,CLD是化学发光分析仪（Chemiluminescent Detector）的简称。用CLD分析排气中的NOx是目前最好的方法。,CLD化学发光分析仪,不分光红外线尾气分析
8、仪检测原理和构成,不分光红外线尾气分析仪检测原理,不分光红外线尾气分析仪利用不同气体具有吸收不同波长红外线的特性，进行气体类别检测。 在可见光范围内，汽车排放废气中的CO、HC、NO和CO2等气体都是透明的。 但在某种波长红外线照射下，以上气体就似乎不那么透明了，好象红外线被吸收或被挡住了一部分。,产生这样结果的原因是，当红外线穿过这些气体时，红外线的能量气体被吸收了一部分。而被吸收能量的多少，与被测气体的浓度有一定关系。,不同的气体对不同波长的红外线吸收的情况也不相同。如图所示，CO主要吸收波长为4.7m附近的红外线。 如果要检测尾气中CO的含量，可以让红外线穿过一定量的汽车尾气，然后检测4
9、.7m红外线经过尾气前后能量的变化值，可确定尾气CO的浓度。,不同气体吸收红外线的特性,正己烷（C6H14）,不分光红外线CO和HC气体分析仪从汽车排气管中采集气样，对其中CO和HC含量连续进行分析，外形如图所示。它的组成主要是排气取样装置、排气分析装置、含量指示装置和校准装置等。,1一导管；2一滤清器；3一低含量取样探头； 4一高含量取样探头； 5一CO指示仪表；6HC指示仪表； 7一标准HC气样瓶；8一标准CO气样瓶 MEXA-324F型汽车排气分析仪,2不分光红外线尾气分析仪的构成,1取样探头；2、5滤清器；3一导管；4一排气取样装置；6、ll一泵；7换向阀；8排气分析装置；9一流量计；
10、l 0浓度指示装置；12一水分离器,尾气分析仪废弃取样流程,1)排气取样装置排气取样装置的组成有取样探头、滤清器、导管、水分离器和泵等。取样探头、导管和泵从车辆排气管里采集排气。滤清器和水分离器把排气中的炭渣、灰尘和水分等去除，经过这样处理的排气送入分析装置。用特殊材料制成的取样探头具有耐热性和防止导管吸附HC气体的特性。,2)排气分析装置,排气分析装置的组成有红外线光源、气样室、旋转扇轮(截光器)、测量室和传感器等。 该装置利用不分光红外线分析法，对来自取样装置的混有多种成分的排气中的CO和HC的含量进行分析，然后将含量转变成电信号输送给指示装置。 按照测量尾气成分传感器形式不同，排气分析装
11、置可分为电容微音器式和半导体式等； 另外按功能不同，又可分为单独测量CO、HC等单功能和同时测量CO、HC等综合功能两种形式。,如图所示，从两个红外线光源发出的红外线，分别通过标准气样室和测量气样室后到达测量室。 在标准气样室内充有不吸收红外线的N2，在测量气样室内充有被测量的发动机排气。 测量室由两个分室组成，两个分室之间装有金属膜式电容微音器作为传感器。,1、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测量气样室；11排气出口,（1）电容微音器式分析装置,电容微音器式分析装置,为了能够从排气中选择需要测量的成分，在测
12、量室的两个分室内，充入适当含量的与被测气体相同的气体 CO浓度分析装置里的测量室内充入CO气体，在测量HC含量分析装置里的测量室内要充入正己烷气体。,1、12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测量气样室；11排气出口,（1）电容微音器式分析装置,电容微音器式分析装置,图中所示的旋转扇轮也称为截光器，两个红外线光源在通过截光器时能连续地导通、截止，形成射线脉冲。 射线脉冲到达测量室时，由于被测量气样室中所测气体按浓度大小吸收掉一部分一定波长范围的能量，而通过标准气样室的红外线完全没有被吸收，那么在测量室的两个分室内
13、的能量不同，这个差别导致温度差别，温度差别使得测量室内压力产生差别，致使金属膜片向能量小的一侧（尾气侧）弯曲变形。 排气中被测气体含量越大，金属膜片弯曲变形也越大。膜片弯曲变形致使电容微音器输出信号变化，经放大器放大后送往含量指示装置。,半导体式分析装置,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；,半导体式分析装置,从两个红外线光源发出的红外线，也分别通过标准气样室和测量气样室（在标准气样室里充有不吸收红外线的N2，在测量气样室里充有被测量的发动机排气）。 然后通过聚光管聚光，
14、输送到测量室。半导体式分析装置的传感器采用的是一种能按照红外线能量强度的变化改变电信号大小的半导体元件。,半导体式分析装置,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；,半导体式分析装置,在半导体元件前面放置一片光学滤色片，仅让被测气体吸收的一定波长范围内的红外线通过。 红外线先穿过旋转扇轮后，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。,通过测量气样室的红外线，由于被所测气体吸收掉一部分一定波长范围的红外线，能量减小，而通过标准气样室的红外线由于
15、未被吸收，能量保持不变；,因而分别通过两气样室的红外线的能量形成的差异到达半导体传感器后，由传感器将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。,CO和HC综合式气体分析仪的含量指示装置主要由CO指示装置和HC指示装置组成，显示器类型有指针式仪表和数字式两种。 从排气分析装置送来的电信号，在CO指示仪表上以体积百分数()表示； 以前HC的体积分数常用正己烷当量的体积百万分数(10-6)表示，现在HC等气体的体积分数也以正己烷当量的百分数()表示。 指针式仪表的指示，可利用零点调整旋钮、标准调整旋钮和读数转换开关等进行控制。 气体分析仪内的滤清器脏污时，对测量值有影响，发现
16、指针进入红区应及时更换滤清器滤芯。,3)含量指示装置,校准装置是一种为了保持分析仪的指示精度，使之能准确指示测量值的装置。在校准装置中，往往设有两种，一种是用加入标准气样进行校准的装置，另一种是用机械方式简易校准的装置。 (1)标准气样校准装置。标准气样校准装置是把标准气样从分析仪上单设的一个专用注入口直接送到排气分析装置，再通过将仪表指示值与标准气样浓度值进行比较而完成校准的。 (2)简易校准装置。简易校准装置通常是用遮光板把排气分析装置中通过测量气样室的红外线遮挡住一部分，将此时仪表实际指示值与标准值进行比较而完成校准的。,4)校准装置,汽车废气分析仪中的O2及NO浓度，由电化学电池原理进行分析，下面以氧传感器为例，介绍其检测原理。 氧传感器的基本构成，是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。其结构如图所示。,
