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 嚴瑾 葉振洲摘要：本文通過原理分析和實驗驗證的方式，研究了簡易瞬態(tài)工況法（以下簡稱VMAS）系統(tǒng)中的主控計算機系統(tǒng)對VMAS系統(tǒng)各測量部件（五氣分析儀、流量分析儀）的數(shù)據(jù)采集和計算所帶來的誤差的測量方法，并在底盤測功機、五氣分析儀、流量分析儀計量性能準確的前提下，進一步驗證VMAS系統(tǒng)最后出具的機動車排放量（g/km）測量的準確性、可靠性。關鍵詞：簡易瞬態(tài)工況法 VMAS 底盤測功機 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。由于機動車保有量的迅速增加，機動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)和使用更加科學的汽車尾氣排放檢測方法已經(jīng)成為當務之急。國家環(huán)?？偩钟?005年5月30日頒布實施了GB182852005點燃式發(fā)動機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)。新標準中除規(guī)定雙怠速法排氣限值及測量方法外，同時規(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)量的形式評價在用汽車排氣污染情況，與CVS有較好的相關性，被某些地方環(huán)保部門作為當?shù)販y量汽車排氣污染物的標準方法。VMAS系統(tǒng)由四部分組成：a) 汽車底盤測功機對汽車按規(guī)定工況進行加載。b) 五氣分析儀 對汽車排氣中的HC、CO、CO2

5、、NO、O2進行分析和測量。_作者簡介：林峰（1982.10），男，助理工程師。主要研究方向為機動車檢測設備檢定/校準方法研究。c) 流量分析儀對稀釋后的汽車排氣進行流量檢測，以及O2濃度檢測。d) 主控計算機系統(tǒng)對測量過程進行自動控制，以及對各個測量數(shù)據(jù)進行處理和計算，得出測量結果。VMAS系統(tǒng)組成示意圖如下：圖1 VMAS系統(tǒng)組成圖目前國家計量系統(tǒng)和環(huán)保系統(tǒng)對汽車底盤測功機、五氣分析儀、流量分析儀這三部分的計量性能的評定進行的深入的研究，已推出或即將推出相關的檢定規(guī)程或校準規(guī)范，但是沒有涉及主控計算機系的是否按照標準要求對每一瞬時（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（每秒）的各種排氣成分的排氣質(zhì)量的正確性進行驗證，對于排放的檢測結果（g/km）而言，這個環(huán)節(jié)是至關重要的。2 VMAS系統(tǒng)測量原理分析和數(shù)據(jù)采集計算按照HJ/T 290-2006汽油車瞬態(tài)工況法排氣污染物測量設備技術要求，主控機計算機采集的數(shù)據(jù)計算過程分析如下： 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開始時環(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，用來計算稀釋比,稀釋比的計算公式為：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：實時檢測稀釋廢氣的壓力和溫度，以此把測得的實際稀釋體積流量轉換成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、主控計算機系統(tǒng)計算出尾氣實際排放流量，計算公式為： （3）式中， Qe為尾氣實際排放流量，L/s；其它參數(shù)意義同上。4、主控計算機系統(tǒng)按照以下公式計算每1s的污染物排放質(zhì)量： （4） （5） （6）上三式中，

8、mco為CO的實時排放質(zhì)量，g/s；mHC為HC的實時排放質(zhì)量，g/s；mNO為NO的實時排放質(zhì)量，g/s；c為CO的實時排放濃度，%vol；HC為HC的實時排放濃度，10-6vol；NO為NO的實時排放濃度，10-6vol；Dco為標準狀態(tài)下CO的密度，g/cm3；DHC為標準狀態(tài)下HC的密度，g/cm3；DNO為標準狀態(tài)下NO的密度，g/cm3；Qe 意義同上。3 主控計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、計算誤差測量方法分析基于以上的公式，Dco（標準狀態(tài)下CO的密度，g/cm3）、DHC（標準狀態(tài)下HC的密度，g/cm3）參數(shù)是常數(shù)。將 O2dil（流量計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的實時排放濃度，%vol）、HC（HC的實時排放濃度，10-6vol）這幾個參數(shù)變成常量；可以計算出mco、mHC每1s的污染物排放質(zhì)量。1、將標準氣體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、由標準氣體鋼瓶、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，應能使三通

10、電磁閥通電前、后進入儀器的氣體流量不會改變。），開啟標準氣體鋼瓶閥門，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準氣體，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、將標準流量計接到流量計的出口處，調(diào)節(jié)好水平，盡量兩兩個流量計處于直管段中，啟動流量分析儀的抽風機，觀察標準流量計在測量過程中的數(shù)值變化，結果顯示流量值基本穩(wěn)定不變，記錄流量分析儀的標準流量值，得到是常量。如圖4所示：圖4四、試驗數(shù)據(jù) 試驗設備選用浙江大學鳴泉電子科技郵箱公司的MQW-500型號的五氣分析儀和MQL-102型的流量分析儀，標準氣體是國

11、家1級標準物質(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；標準氣體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VMAS檢測程序（屏蔽汽車底盤測功機），排放值計算時間為195s。表1 理論排放質(zhì)量的計算參量 計算值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VMAS系統(tǒng)測量值示值序號CO排放質(zhì)量HC排放質(zhì)量試驗1175.284g11.31g試驗2183.94g11.699g試驗3180.44g11.599g試驗4178.36g11.358g試驗5179.54g11.859g試驗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、結論影響VMAS系統(tǒng)測量結果準確度的因素有很多，在不考慮測功機因素的情況下，影響因素還有五氣分析儀的響應時間與流量分析儀稀釋氧傳感的響應時間不固定、各傳感器的測

14、量誤差等，這會導致VMAS對汽車污染物排放質(zhì)量的測量結果出現(xiàn)一定的離散性，但是這不能成為某些VMAS系統(tǒng)不遵守標準要求出具虛假檢測數(shù)據(jù)的借口。本次試驗主要考核VMAS主控計算機數(shù)據(jù)采集、計算過程是否按照標準的要求進行，計算的結果是否正確。多次試驗的結果顯示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準氣體時的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性對試驗結果的影響，該試驗方法可以用于VMAS系統(tǒng)主控計算機數(shù)據(jù)采集、計算誤差的測量，試驗結果數(shù)據(jù)可以判斷VMAS系統(tǒng)軟件的準確性和可靠性；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，為行政主管部門對機動車尾氣排放檢測機構的