基于简易瞬态工况法的排放检测系统中误差测量方法研究(精)

基于简易瞬态工况法的排放检测系统中误差测量方法研究
作者：林峰严瑾叶振洲
摘要：本文通过原理分析和实验验证的方式，研究了简易瞬态工况法（以下简称VMAS）系统中的主控计算机系统对VMAS系统各测量部件（五气分析仪、流量分析仪）的数据采集和计算所带来的误差的测量方法，并在底盘测功机、五气分析仪、流量分析仪计量性能准确的前提下，进一步验证VMAS系统最后出具的机动车排放量（g/km）测量的准确性、可靠性。

关键词：简易瞬态工况法VMAS 底盘测功机流量分析仪
Abstract:In this paper, the technology of principle analysis and experimental 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 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 analyzer
1 前言
近年来，随着我国汽车工业的快速发展，我国已成为全球第二大汽车生产国和销售国，摩托车产量位居全球第一。

由于机动车保有量的迅速增加，机动车排放造成的污染问题逐渐凸显，已经直接影响了城市环境空气质量，因此开发和使用更加科学的汽车尾气排放检测方法已经成为当务之急。

国家环保总局于2005年5月30日颁布实施了GB18285—2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法(双怠速法及简易工况法)》。

新标准中除规定双怠速法排气限值及测量方法外，同时规定了稳态工况法(ASM)、定容采样瞬态工况法（CVS）、VMAS三种测量方法。

VMAS测量汽车排气污染物是以排放总质量的形式评价在用汽车排气污染情况，与CVS有较好的相关性，被某些地方环保部门作为当地测量汽车排气污染物的标准方法。

VMAS系统由四部分组成：
a) 汽车底盘测功机
对汽车按规定工况进行加载。

b) 五气分析仪
对汽车排气中的HC、CO、CO2、NO、O2进行分
析和测量。

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作者简介：林峰（1982.10），男，助理工程师。

主要研究方向为机动车检测设备检定/校准方法研究。

c) 流量分析仪
对稀释后的汽车排气进行流量检测，以及O2浓度检测。

d) 主控计算机系统
对测量过程进行自动控制，以及对各个测量数据进行处理和计算，得出测量结果。

VMAS系统组成示意图如下：
图1 VMAS系统组成图
目前国家计量系统和环保系统对汽车底盘测功机、五气分析仪、流量分析仪这三部分的计量性能的评定进行的深入的研究，已推出或即将推出相关的检定规程或校准规范，但是没有涉及主控计算机系的
是否按照标准要求对每一瞬时（每秒）的排放气体浓度和汽车排气流量与每种排放气体的密度相乘得出每一瞬时（每秒）的各种排气成分的排气质量的正确性进行验证，对于排放的检测结果（g/km ）而言，这个环节是至关重要的。

2 VMAS 系统测量原理分析和数据采集计算
按照HJ/T 290-2006《汽油车瞬态工况法排气污染物测量设备技术要求》，主控机计算机采集的数据计算过程分析如下：
1、流量分析仪稀释氧气传感器的功能是测量稀释尾气的氧气浓度和试验开始时环境空气的氧气浓度。

通过与五气分析仪测量的氧气浓度比较，用来计算稀释比,稀释比的计算公式为：
DR =
[][][][]2222amb dil
amb raw
O O O O -- （1）
式中，DR 为稀释比； [O 2]amb 为检测站测试环境下的大气氧浓度读数，%vol ；[O 2]dil 为流量计中氧传感器的浓度读数，%vol ； [O 2]raw 为五气分析仪中氧传感器的浓度读数，%vol 。

2、流量分析仪稀释废气压力传感器和温度传感器的功能是：实时检测稀释废气的压力和温度，以此把测得的实际稀释体积流量转换成0℃ 和101.3kPa 大气压状态下的稀释体积流量。

273.2101.3
sta act P Q Q T =⨯
⨯ （2） 式中， Q sta 为0℃和101.3 kPa 大气压状态下的稀释体积流量，L/s ；Q act 为实际稀释体积流量，L/s ；P 为稀释废气压力传感器读数，kPa ；T 为温度传感器读数，K 。

3、主控计算机系统计算出尾气实际排放流量，计算公式为：
e sta Q Q DR =⨯ （3）
式中， Q e 为尾气实际排放流量，L/s ；其它参数意义同上。

4、主控计算机系统按照以下公式计算每1s 的污染物排放质量：
[]10co co e m CO D Q =⨯⨯⨯ （4） []310HC HC e m HC D Q -=⨯⨯⨯ （5）
[]310NO NO e m NO D Q -=⨯⨯⨯ （6）
上三式中，m co 为CO 的实时排放质量，g/s ；m HC 为HC 的实时排放质量，g/s ；m NO 为NO 的实时排放质量，g/s ；c 为CO 的实时排放浓度，%vol ；[HC]为HC 的实时排放浓度，10-6vol ；[NO]为NO 的实时排放浓度，10-6vol ；D co 为标准状态下CO 的密度，g/cm3；D HC 为标准状态下HC 的密度，g/cm3；D NO 为标准状态下NO 的密度，g/cm3；Qe 意义同上。

3 主控计算机系统数据采集、计算误差测量方法分析
基于以上的公式，D co （标准状态下CO 的密度，g/cm3）、D HC （标准状态下HC 的密度，g/cm3）参数是常数。

将 [O 2]dil （流量计中氧传感器的浓度读数，%vol ）、[O 2]raw （五气分析仪中氧传感器的浓度读数，%vol ）、Q sta （0℃和101.3kPa 大气压状态下的稀释体积流量，L/s ），[CO]（为CO 的实时排放浓度，%vol ）、[HC]（HC 的实时排放浓度，10-6vol ）这几个参数变成常量；可以计算出m co 、m HC 每1s 的污染物排放质量。

1、将标准气体O 2连续通入到流量分析仪稀释氧传感器气室，控制O 2的流量值，分析仪稀释氧传感器示值稳定后，记下O 2浓度示值。

得到流量分析仪稀释氧传感器测得O 2浓度是常量。

如图2所示：
图2
2、由标准气体钢瓶、气瓶调节流阀、气囊、三通电磁阀及5米取样管等组成一个测试系统（注：三通电
磁阀与气囊之间连接管尽可能短，气囊的容积也不能太小，应能使三通电磁阀通电前、后进入仪器的气体流量不会改变。

），开启标准气体钢瓶阀门，使气囊全部充满被测气体，再给电磁阀通电，使的五气分析仪抽取气囊里的标准气体，待五气分析仪示值稳定后，记下各通道的示值。

得到五气分析仪测得HC、CO 的浓度是常量。

如图3所示：
图3
3、将标准流量计接到流量计的出口处，调节好水平，尽量两两个流量计处于直管段中，启动流量分析仪的抽风机，观察标准流量计在测量过程中的数值变化，结果显示流量值基本稳定不变，记录流量分析仪的标
准流量值，得到
sta
Q是常量。

如图4所示：
图4
四、试验数据
试验设备选用浙江大学鸣泉电子科技邮箱公司的MQW-500型号的五气分析仪和MQL-102型的流量分析仪，标准气体是国家1级标准物质：混合气体HC 的浓度495×10-6，CO浓度是2.37×10-2，O2浓度是5.40×10-2；标准气体O2浓度是17.9×10-2，如图2、图3、图4所示，连接好测试系统，启动VMAS检测程序（屏蔽汽车底盘测功机），排放值计算时间为195s。

表1 理论排放质量的计算
表2 6次试验VMAS 系统测量值示值
根据表1的理论排放质量和表2MAS 系统测量值示值，计算HC 、CO 参数系统误差，分析如下图5：
系统误差/%
测量次数/次
图5 HC 和CO 参数系统误差
五、结论
影响VMAS 系统测量结果准确度的因素有很多，在不考虑测功机因素的情况下，影响因素还有五气分析仪的响应时间与流量分析仪稀释氧传感的响应时间不固定、各传感器的测量误差等，这会导致VMAS 对汽车污染物排放质量的测量结果出现一定的离散性，但是这不能成为某些VMAS 系统不遵守标准要求出具虚假检测数据的借口。

本次试验主要考核VMAS 主控计算机数据采集、计算过程是否按照标准的要求进行，计算的结果是否正确。

多次试验的结果显示HC 、CO 参数系统误差均不超过±4%，考虑到五气分析仪和稀释氧传感器在通标准气
体时的数据稳定性对试验结果的影响，该试验方法可以用于VMAS系统主控计算机数据采集、计算误差的测量，试验结果数据可以判断VMAS系统软件的准确性和可靠性；另外，该方法还可用于检查VMAS系统出具的检测数据是否作假，为行政主管部门对机动车尾气排放检测机构的监督管理提供有效的手段。

有理由相信该系统的普遍应用将对提高我国城市环境空气质量，降低汽车尾气污染排放等方面起到积极的作用。

参考文献
1 GB 18285-2005点燃式发动机汽车排气污染物排放
限值及测量方法（双怠速法及简易瞬态工况法）【s】北京中国标准出版社。

2005
2 HJ/T 290-2006 汽油车瞬态工况法排气污染物测量
设备技术要求【s】北极中国标准出版社。

作者：林峰1 严瑾2 叶振洲3
浙江省计量科学研究院浙江杭州310018。