柴油車尾氣煙團不透光煙度儀的優化設計

竇蒂+趙艷梅+樊海春+張濤+汪鋒

摘要：針對現有技術的不足，設計了一款新型遙測式不透光煙度計。詳細闡述了環境因素對遙測儀的影響，并對其未來進行了展望，以期提供參考。

關鍵詞：不透光度；汽車尾氣；遙測；黑煙

中圖分類號：TK427

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）14-0007-02

1 引言

環境監測數據顯示，空氣污染物PM_2.5的來源中，汽車尾氣污染占比25.1%，位居首位[1]。要搞好汽車排放污染物的監控與防治，首先必須做好檢測工作[2]。

早期測量機動車尾氣“黑煙”的儀器主要有三類：濾紙式煙度測量儀、視頻抓拍識別系統、不透光煙度計[3，4]。濾紙式煙度計只能對廢氣作抽樣試驗，不能作連續測量，測量耗時，費人力，同時測量精度不高。視頻抓拍設備的判斷結果與拍攝角度、車輛速度等因素有關，受外界天氣影響較大，夜晚無法正常使用。傳統不透光式煙度儀雖然測量結果輸出較快，但需要在特定環境下，人工操作，同樣無法在線實時監測，失去模擬現實測量的意義。

雖然傳統“不透光煙度計”存在各種不足，但它仍然是對真實工況、瞬態過程煙霧排放的最直接、最有效、最快速的測量手段[5]。對于瞬態過程如自由加速測量，不透光煙度計可以真實反映自由加速過程中的煙度變化情況。

2 遙測式不透光煙度計的設計

為了解決現有技術的缺陷，筆者設計了遙感監測式不透光煙度計[6]，包括光路系統中的綠色激光發射器、準直透鏡、鮑威爾棱鏡、菲涅爾透鏡、直線性菲涅爾透鏡、PDA光電二極管接收器、數據采集分析系統。

此系統采用單一光源，降低了成本；采用外置密封箱，可有效去除光路外所產生的雜散光和軸外光的干擾；新型接收器靈敏度高、信噪比大、熱穩定性好、所采集數據精度高；本系統光域覆蓋面寬泛，可測定的大氣中污染物懸浮顆粒直徑大于20 μm。其可廣泛應用于工業廢氣、施工揚塵、汽車尾氣等領域的現場測定及在線監測。

其工作原理是：由遙測儀的主機發出一束橫穿馬路的國標532nm綠光，當汽車通過時，激光穿透被測煙氣照射到光電接收管上產生電信號，光線通過煙氣的濃度越大衰減越大，光電接收管上產生電信號越小，綠光的光譜強度產生的電信號送到運算放大器放大，然后送到AD轉換器把模擬信號轉變成數字信號，經單片機進行數據處理后，由數碼管或液晶屏顯示測量數值。

具體原理如圖1所示。

影響因素。設計中，補償影響因素是一個難點。檢測前需要增加氣象多參數的檢測：溫度、壓力、濕度、風速及風向等。

（1）溫度對檢測結果的影響。環境溫度變化主要影響空燃比的變化。溫度越高則大氣的密度越小，根據流體力學原理，大氣流動速度就會加快。那么在單位時間內進入氣缸的混合氣體不變的情況下，混合氣體就越稀。混合氣的空燃比大于理論空燃比，此時氣缸內混合氣燃燒完全，因此CO的生成量減少，CO排放也隨之減少。黑碳微粒的析出就會減少，測量值也會偏低，所以通過作補償曲線來補償這部分損失。

（2）壓力對檢測結果的影響。通入氣缸的氣體為空氣和燃油的混合氣，燃油進入氣缸的量是固定的，當大氣壓力變化時，氣缸內、外壓力差比較大，此時進入氣缸內的大氣多少取決于外界大氣壓力。大氣壓力越低，進入氣缸的空氣越少，此時氣缸內的混合氣越濃，自然空燃比就越小，混合氣燃燒不充分，CO生成量增加。黑煙也會相應增多，導致測量的不準確。

（3）濕度的主要影響是水蒸氣產生的白煙也會削弱煙度的程度，使測量結果偏小，需要補償。

（4）風速與風向直接影響剛排出的尾氣擴散的速度，風速越大，氣體擴散越快，導致測量結果偏低。

3 展望

遙測式不透光煙度計擁有獨一無二的非接觸、快速、準確、實時等突出的測量優勢，完全可以替代所有在用的其他對“黑煙”尾氣測量的設備，是我國乃至世界在未來5～10年中對車輛尾氣監測中不可替代的最優選擇。

參考文獻：

[1]范秀英，張 微，韓圣慧. 我國汽車尾氣污染狀況及其控制對策分析[J]. 環境科學，1999（5）：105～111.

[2]張 蕊，張 健. 淺談柴油車尾氣排放控制技術及發展趨勢[J]. 科技信息，2013（22）：330.

[3]高占斌，張天野，陳 輝，等. 柴油機煙度測量方法研究[J]. 集美大學學報（自然科學版），2006（3）：235～238.

[4]滕 勤，劉一鳴，夏順禮，等. 取樣式不透光煙度計的設計[J]. 車用發動機，2002（6）：25～29.

[5]郭 鵬，耿世彬，韓 旭，等. 兩種煙度計在柴油機排氣凈化裝置檢測中的應用研究[J]. 內燃機，2008（1）：31～33.

[6]JJG（京） 45-2011，遙感式汽油車排放有害氣體檢測儀[S].北京：中國標準出版社，2011.