汽车排放与控制课件-汽车内燃机有害排放物的测量方法

Vh—加热式多通阀。
3. CVS取样系统的临界流量文杜里管变稀释度系统(CFV-CVS)
第三节 汽车排气中气体成分分析方法
一、非分散(不分光 )式气体分析仪
1.仪器工作的物理基础
4. CVS取样系统的用量孔控制恒定流量的变稀释度系统
光的吸收示意图
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2．非分散式红外(NDIR)分析法
(1)NDIR(Non-dispersive Infrared Analyzer)的测量对象：CO 、CO2和怠速 时HC等，为测定CO和CO2的最好方法。
图3-6 连续直接取样法的流程图
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取样探头：宜用不锈钢管、高温处理过的铜管等不会吸附气样的管材
2. 间断取样法：
图4-3排气取样探头结构示意图
图4-5 非连续直接取样示意图
主要用途：科学研究和测量精度要求较高的场合 非连续取样所用装置因测量成分和不同而异，使用的仪表多为气相色谱法仪
等分析仪器。
量时应采取加热方式HFID(Heated Flame Ionization Detector)，除取样 探头外的其余部分温度保持在190±10℃ (柴油车)或130±10℃ (汽油机 台架)的范围之内。 z 应用纯净氢气及空气，以免产生干扰信号； z 应按使用要求予以正确控制流量，仪表的灵敏度受样气与氢气流速的影响。 z 此法测定的HC的浓度与NDIR法测定的HC的浓度相差甚大，FID的测量值 为NDIR法的成十倍也不足为奇。
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2. CVS取样系统的带容积泵的变稀释度系统(PDP-CVS)
BA—稀释空气取样袋，要有足够的容量。袋子的材料 应该既不影响样气测量也不影响样气的化学组成， 如聚乙烯-聚酰胺多层薄膜或氟化聚烃。
BL—鼓风机，运送稀释排气的总容积。 BE—稀释排气取样袋，容量和材料的要求同BA。 CS—旋风分离器，用它滤掉微粒。 D—稀释空气滤清器，该滤清器内含有夹在两层纸之
的取样方法。
z 全量袋式取样法(Total bag sampling)：将按特定的行驶工况行驶时所排出的排
气全部收入取样袋中的取样法
z 稀释风道(Dilution tunnel)：测定排气排放物中颗粒物质量的取样装置。
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二、直接取样法
1. 连续直接取样法： z 气样→取样探头→采样管→粗滤→冷凝→细滤→气泵→流量计→分析仪。 z 特点：能观察排气组成的动态变化
数成正比对不同类型的烃没有选择性.HC浓度，经常用
ppmC表示。
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3. FID检测器的组成： 燃烧器组件、离子 收集器及测量电路
z 燃烧器：燃烧 氢气 + 空气 + 由中心毛 细管流出的试样HC + 载气混合气
z 加热块：避免高沸 点HC在取样过程中 产生凝结和防止水 蒸气冷凝后堵塞毛 细管。
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三、化学发光分析仪CLD
1．CLD (Chemi-luminescent Detector)的特点：
z 灵敏度高(约0.1×10-6)； z 反应速度快(2～4s)； z 输出特性呈线性(在0～10000×10-6范围)； z 适用于低浓度连续分析等优点。
2. 用途： z 化学反应机理和化学反应动力学研究； z 大气环境监测(O3、SO2和NOx)； z 测定汽车NOx。
¾ 清洁、干燥、腐蚀性杂质含量不大于0.01g/m3，无灰粒 和水；
¾ 压力、温度和流量满足仪表规定；
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3．非分散(非色散)式紫外分析计 NDUV(non-dispersive ultraviolet analyzer)
¾测定对象：臭氧、二氧化硫、二氧化氮、二烯类、芳香族类 ¾ 特点：不受水蒸气、一氧化碳、二氧化碳等组分共存的影响 ¾测量原理：气样通过紫外光照射的样品池时，气样中的臭氧吸
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(4)．NDIR分析仪在HC排放测试中存在的问题：
z
NDIR分析仪的便携，被较普遍用于怠速时HC的测定, 结果以相当于
正己烷的浓度来表示.
z
对不同的烃类有不同的感度，对饱和烃(甲烷除外)感度最高，对不
饱和烃和芳香烃感度较差。
z
不能测出排气中各种烃类的总含量，主要是测定其中的饱和烃含量。
(5)．NDIR分析仪对气样的要求：
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(3) NDIR分析仪的基本组成
z 红外光源：由恒定电流加热至600～800℃，发出2～7μm红外辐射。 z 抛物面反射镜：将两部分红外光聚成两束平行光束 z 同步电机：带动截光器产生频率10Hz左右的断续红外辐射光。 z 过滤器作用：充入大浓度干扰气体，减小干扰组分对待测组分影响；若
有二种或二种以上干扰组分，则按一定分压充以这些组分的混合气体。
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4. 测量步骤
z 形成可燃混合气: 进入毛细管的助燃气体(H2或H2+Ne)+ 引入的空气 z 点火丝点火：点燃可燃混合气+由中心毛细管流出的试样HC+载气 z 形成离子流：HC便在缺氧的火焰中形成离子与电子 z 形成离子电流：在喷嘴和电极之间90～200V电压的电场中，HC燃烧产
生的离子在收集极和喷嘴之间形成离子流，这个离子流(电流)的强度与 HC中的C原子数成正比。 z 离子电流检测(离子信号很微弱)：经静电放大器放大后送入指示或记录 仪表，由离子电流即可得到HC的浓度。
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二、氢火焰离子化分析仪
1. FID(Flame Ionization Detector)的特点：FID是目前测定
内燃机排气中碳氢化合物的最有效方法。其检测极限最小可
达ppb数量级，灵敏度高，对环境温度及大气压力也不敏感
2. 工作原理：
基于大多数有机碳氢化合物在氢火焰中产生大量电离
的现象电离度与引入火焰中的碳氢化合物分子中碳原子
头。
R1—取样装置中吸取稀释排气的泵。
R＋I—记录和积分瞬时HC浓度的设备
S1、 S2、S3—取样口 SV—取样用临界流量文杜里管。
T、 T1—温度传感器
TC—温度控制系统，在试验前用来预热热交换器；在试验中控制稀释排气的温度在设定的运转温度±6°C以内。
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V—快速动作阀，用来将样气的稳定气流分一部分进入取样袋或到外部通风口。
z 对于柴油机试验，应采用合成空气(纯度≤1ppmC， ≤1ppmCO，≤400ppmCO2，≤0.1ppmN, O2体积含量为18～ 21%)和丙烷的混合气进行零点调整和量距标定。
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6.使用注意事项：
z FID可直接用于轻型汽油车排气污染物中HC的排放测定 z 我国排放法规规定用于柴油车或车用汽油机排气污染台架试验中HC的测
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第3章 汽车排放污染物的测量方法
第一节 汽车排放污染物测量系统简介 第二节 汽车排气分析的取样方法 第三节 汽车排气中气体成分分析的测量方法 第四节 汽车排气中颗粒物的测量方法 第五节 汽车排气烟度的测量方法
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第一节 汽车排放污染物测量系统简介
一、汽车排放污染物测量相关规定：测试规范、 取样方法、测量方法
注意：整个系统应加电磁屏蔽，以避免外界电磁干扰的影响。
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5. 标定与校准：应当使用规定的纯气体(也称零点气 (Zero grade gas )和量距气体(Span gas )
z 对于汽油机试验，应采用零氮气(纯度≤1ppmC，≤1ppmCO ，≤400ppmCO2，≤0.1ppmN)对分析仪进行零点调整; 采用量 距气体丙烷的混合气标定；
收紫外光的光能，紫外光的强度衰减，紫外光的衰减 程度与气样中的臭氧浓度成比例。
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紫外线吸收式臭氧分析计组成
z 光源：低压水银灯 z 滤光片：产生254nm左右窄束光 z 样品池：长光程，可提 高分析测定的灵敏度 z 臭氧分解器(装载活性炭或石灰苏打)：分解样气中所含臭氧，并转化样气为可作
参比的零气
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三、定容(稀释)取样CVS法
1. 定容取样法(Constant Volume Sampling)特点：
z 有控制地用周围空气对汽车排气进行连续稀释，模拟汽车排气向大气 中扩散这一实际过程；
z 对柴油机试验采取保温措施，以减少高沸点HC冷凝或溶于水中； 1. 化学活性强的物质相互反应少(排气经稀释后才收集到取样袋中)。 z 在轻型车试验法规中被广泛采用。
PDP—英文容积泵Positive Displacement Pump的词头，它用来输送和计量稀释排气，该泵的输送能力(泵的排量L/min)。
由运转循环中加速时产生的最大排气流量的2倍或者由稀释排气取样袋中CO2的体积浓度小于3%来确定。
PS—缓冲器，装在取样管路中。
Q—气密式快速紧固接头，装在快速动作阀与取样袋之间。此元件的取样袋一侧应能自动关闭。三向截止阀可以代替此接
间的能吸附碳氢化合物的活性炭。 F 、Fh—滤清、器加热式滤清器 G、G1、、G2—压力表，精度±0.4kPa以内。 H—热交换器，它的容量应保证在整个试验中，稀释
排气的温度在设定的运转温度±6°C以内，该装置 不得影响稀释排气中污染物浓度。 HFID—加热式氢火焰离子气体分析仪。 Lh—加热的管道。 MV—测量监界流量的文杜里管，用来测量稀释排气的 总容积。 N—流量控制器，它保证在试验过程中从取样探口S1、 S2取样时，流量(约10L/min)稳定而均匀；并且样 气的量在试验终了时足够作分析用。如必要可将滤 清器加热。 P—取样泵，用来收集稀释空气及稀释排气。
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3. 原理：
z 利用NO和过量的O3在反应器中混合，相互作用，产生电子
激发态分子NO*2。 z 当NO*2分子衰减到基态就放射出了波长为0.6～3μm的光子
NO + O3= NO*2+ O2 NO*2 = NO2 + hν 式中h为普朗克常数据，ν为光子的频率。 z 化学发光的强度 I 直接与NO、O3两反应物的浓度乘积成正
a. 测量范围宽：测量上限为100%，下限可进行微量(10-6级)以至痕量(ppb级) 分析；
b. 灵敏度高：在一定量程范围内，即使有能检测出极小的气体浓度变化； c. 抗排气中干扰成分的干扰能力强：在较高CO排放浓度时，干扰成分对测
定值影响可略去不计； d. 响应快：能用于连续取样系统
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(2) NDIR的工作原理：
z基于待测气体(非对称分子)对特定波长的红外辐射能的吸 收程度来测定它的浓度。
z在吸收带内：气体浓度愈高，吸收红外光的能力也愈强。 z在吸收波长带外：则不吸收或吸收很少的能量
不同气体在红外波段内都有其特定波长的吸收带
¾CO：4.5～5.0μm
¾正己烷在3.5μm附近
¾NO在5.3μm附近
¾CO2 4.26μm 附近
校准与标定： ¾通入氮气调整仪器零点； ¾通入仪器满量程或不同量程浓度标准气体；
读取仪器的指示值，绘出校准曲线。
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Model ZRF
Measures : CO, CO2, SO2, CH4 , N2O, NO, NOx, & Zirconia Oxide (O2)
The Model ZRF non-dispersive infrared (NDIR)
z 动态或连续取样法 (Dynamic or continuous sampling)：将一部分排气连续吸
出并泵过一套分析设备的取样方法
z 定容取样法CVS(Constant volume sampling)：用清洁空气以一定稀释率稀释
全部排气，并使其在一定温度下按一定流量流动，再采集其中一部分稀释后气体
最能反映排气的实际状态
z 部分流取样法(Partial flow sampling)：从排气中取出一定量样气的取样方法。
z 比例取样法(Proportionalsampling)：根据发动机吸入的气量，按一定比例采集
少量排气的取样法
z 直接取样法(Direct sampling method)：将排气直接通入分析仪的取样分析法。
二、 整车测量法
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汽油车排放测量系统示意图
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柴油车排放测量系统示意图
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底盘测功装置的原理
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三、 车用发动机台架测量法
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第二节 汽车排气分析的取样方法
一、取样及取样方法的种类：
原则：所测定的样气必须反映全部排气状态
z 全流取样法(Full flow sampling)：全部排气流过测定仪器的取样方法，此方法
比 I∝[NO]·[O3]
z 正常情况下O3浓度大，几乎无变化
z 化学发光强度正比于NO的浓度 I∝[NO] 30
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4. CLD的组成：
z转换器：利用表面热 反应(加热到600℃ )使 NO2分解成NO。
z反应气体O3—由装在 仪器内的一种放电式 发生器产生，O3浓度 约为0.5%。