各種煙度計的定義
發(fā)布時間：12/02/2020 10:40:02由于世界各國采用了不同的試驗規(guī)范、不同的煙度計和不同的煙度單位，造成了測量柴油機煙度排放這一污染物的復(fù)雜性。統(tǒng)一試驗規(guī)范和煙度測量儀器及煙度單位是人們的共同愿望。國家技術(shù)監(jiān)督局99年3月發(fā)布了GB3847－1999《壓燃式發(fā)動機和裝用壓燃式發(fā)動機車輛可見污染物排放限值與測量方法》，該標(biāo)準(zhǔn)等效采用了ECE R24。東風(fēng)汽車工程研究院通過對我國原煙度排放標(biāo)準(zhǔn)與GB3847－1999標(biāo)準(zhǔn)對比研究，表明了該標(biāo)準(zhǔn)的先進性、科學(xué)性和實用性。
煙度排放測量技術(shù)與測試儀器 目前世界各國測量柴油機排氣煙度普遍采用兩大類測試儀器：濾紙式煙度計和不透光煙度計。
1.濾紙式煙度計 濾紙式煙度計測量原理：是將一定容量廢氣中的碳煙，積存在濾紙上，通過光電檢測儀器測出被染黑濾紙的碳粒吸光率，以此代表排氣煙度。PS—為波許煙度，其單位為Rb。早期國內(nèi)濾紙式煙度計是根據(jù)1983年標(biāo)準(zhǔn)的要求而設(shè)計制造的，部分煙度計采用了德國Bosch公司的結(jié)構(gòu)參數(shù)。煙度單位為波許煙度。測量方法中只對使用儀器的機械結(jié)構(gòu)和光電單元進行定義，沒有考慮外界環(huán)境（溫度、壓力）的影響，因此造成不同測量條件下所測得的煙度值有差異。正是由于濾紙式煙度計的上述問題，1990年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制訂了改進測量的標(biāo)準(zhǔn)，即：ISO10054。該標(biāo)準(zhǔn)對波許煙度進行準(zhǔn)確規(guī)定，以FSN作為濾紙法煙度單位，對FSN煙度定義為：25℃、1bar下，有效煙柱長度為405mm時濾紙式煙度1FSN=1PS。為與國際標(biāo)準(zhǔn)相一致，我國于九三年對標(biāo)準(zhǔn)加以修訂，標(biāo)準(zhǔn)號為GB14761.6.7－93，煙度排放標(biāo)準(zhǔn)采用FSN煙度單位。但國內(nèi)并無符合該標(biāo)準(zhǔn)測量方法（FSN）的煙度測量儀器的生產(chǎn)廠，該類儀器主要靠進口，價格較高，無法廣泛普及。因此絕大多數(shù)仍然沿用原來的濾紙煙度計（Bosch）。目前，國內(nèi)所用的濾紙式煙度計主要有德國BOSCH煙度計、國產(chǎn)佛山FBY型煙度計、奧地利AVL409、AVL415型煙度計，其中只有AVL415是以FSN為單位的濾紙煙度計。這些儀器的工作原理基本相同，但也存在較大差異。 這些差距主要表現(xiàn)在取樣方式、濾紙有效面積等方面： 1) 取樣方式差別。早期濾紙煙度計均采用活塞式抽氣泵，取樣容積為定值。取樣活塞的運動依靠彈簧彈力或壓縮空氣推動。在一定的取樣時間內(nèi)，由于濾紙沉積碳粒，阻力增加，造成取樣流量不均勻，從而影響煙度的測量。新型濾紙煙度計（FSN），以AVL415為例，它采用薄膜泵取樣，通過孔板流量計、溫度傳感器、壓力傳感器控制取樣流量，保證在一定取樣時間內(nèi)均勻抽取樣氣。由于AVL415煙度計可以改變抽氣體積，因此可以在煙度值較小的測量工況保持很高的測量精度。另外，新型濾紙煙度計（FSN）對儀器的死區(qū)容積有精確的設(shè)定和計算，也就是說取樣有效容積＝取樣容積－死區(qū)容積，從而減小不同取樣管長度及取樣管殘余排氣對測量結(jié)果的影響。2) 濾紙有效面積差別。 濾紙有效面積主要取決于樣氣在濾紙上的染黑面積，不同生產(chǎn)廠根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濾紙有效工作直徑（26~32mm）來設(shè)計制造儀器，使得煙度計的結(jié)構(gòu)參數(shù)各不相同，最終計算染黑度時的結(jié)果也會產(chǎn)生偏差。除上述兩種情況外，還存在硒光電池、光電轉(zhuǎn)換單元、取樣管路長短等方面的差異，也會影響最終顯示結(jié)果。由于上述各種種煙度計均符合早期和現(xiàn)行國內(nèi)及國際煙度排放標(biāo)準(zhǔn)，各種老的型號規(guī)格的儀器在國內(nèi)仍然沿用。因此作為法規(guī)試驗、認證試驗等，應(yīng)采用基準(zhǔn)煙度計，以保證試驗結(jié)果的公正性和一致性。
2.不透光式煙度計 測量原理：測量光穿過被測的具有一定長度廢氣后到達接收器的那部分光與入射光的比例，從而確定廢氣的不透光特性。不透光煙度計基本原理是根據(jù)比爾-蘭勃特（Beer-Lambert）定律。通常用測定光吸收系數(shù)或不透光度表示排氣煙度，單位：m-1（或%）。(1) 采用不透光煙度計的目的 由于濾紙煙度計所測的是濾紙的染黑度，因此所測的煙度排放值沒有包含白煙、蘭煙的影響。對于全負荷煙度排放的測量，其排煙基本由碳煙組成，并且工況比較穩(wěn)定，因此采用該煙度計測量的結(jié)果比較可靠。但對于瞬態(tài)過程如自由加速測量，濾紙煙度計所測到的煙度排放值只是整個自由加速過程的積分值，而不透光煙度計則可以真實反映自由加速過程中的煙度變化情況。因此，瞬態(tài)過程的煙度排放測量應(yīng)采用不透光煙度計。 根據(jù)歐洲排放法規(guī)要求，國內(nèi)不透光式煙度計主要用于GB 3847-1999 壓燃式發(fā)動機和裝用壓燃式發(fā)動機的車輛排氣可見污染物限值及測試方法測量排氣中的可見污染物，如黑煙、藍煙、白煙。 (2)不透光煙度計根據(jù)其不同的結(jié)構(gòu)及取樣方式又分為全流式和分流式。
各種不透光煙度計在實際應(yīng)用中有所區(qū)別：如應(yīng)用于發(fā)動機試驗臺架測量的不透光煙度計主要是取樣安裝位置要求，整車排氣尾管無法滿足。也就是說如果在整車測量中能夠滿足儀器取樣系統(tǒng)的安裝要求同樣可以適用。 而用于整車尾氣測量的不透光煙度計就不太適用于發(fā)動機試驗臺架測量應(yīng)用。這主要是因為該類儀器從經(jīng)濟實用的角度考慮，在取樣系統(tǒng)設(shè)計中無取樣溫度及壓力調(diào)節(jié)控制，樣氣主要是靠發(fā)動機的排氣背壓壓入檢測室，發(fā)動機的排氣背壓對其測量影響較大。因此該類不透光煙度計的取樣點在消聲器之后，利用整車排氣管消聲器起穩(wěn)壓作用，以確保測量穩(wěn)定及重復(fù)性。其主要應(yīng)用于整車自由加速尾氣煙度排放測量。
雖然不透光煙度計的測量原理基本相同，但由于不同生產(chǎn)廠商結(jié)構(gòu)設(shè)計及電信號處理上的差別，其不同儀器在測量結(jié)果上存在差異。三種有代表性的不透光煙度計（AVL439、Celesco-107、Hartridge MK3）進行臺架試驗對比試驗的結(jié)果表明（參照濾紙煙度計FSN）：在全負荷煙度測量中，三種不透光煙度計測量值較接近，并且與濾紙煙度計測量值對應(yīng)關(guān)系基本一致。但對自由加速煙度，AVL439、MK3測量值很接近，C-107測量值與AVL439、MK3測量值相差一倍。造成這個差別的原因主要是：C-107為全流式，由于檢測單元直接夾裝在排氣管段或排氣管尾端，無取樣系統(tǒng)，且反應(yīng)靈敏，無濾波方式，所測值為柴油機自由加速煙度的瞬態(tài)峰值。但該儀器的響應(yīng)特性與現(xiàn)行法規(guī)要求不配套，它是根據(jù)美國排放法規(guī)要求而研制，既不適合歐洲排放法規(guī)，也不滿足現(xiàn)行GB3847-1999標(biāo)準(zhǔn)煙度排放測量。AVL 439為分流取樣式，配備了對檢測氣室溫度、壓力和流量控制單元，確保測量的穩(wěn)定性和重復(fù)性。能連續(xù)測量全負荷不透光煙度，自由加速不透光煙度，滿足現(xiàn)行GB3847-1999標(biāo)準(zhǔn)。Hartridge MK3為分流取樣，可以連續(xù)測量煙度變化情況，測量結(jié)果低速段與AVL439基本一致，高速段差異較大。試驗分析Hartridge MK3儀器較簡單，檢測室無壓力、溫度、流量控制，在高速段受取樣排氣溫度和排氣背壓影響較大所致，測量結(jié)果不穩(wěn)定。另外Hartridge MK3在測量中由于瞬態(tài)響應(yīng)受排氣充滿取樣室所需時間（傳遞時間約為0.2~0.6s）和取樣管路長度的限制，所以不推薦用于瞬態(tài)煙度測量。（以上內(nèi)容來自百度文庫）
廣州市新力金屬有限公司研發(fā)生產(chǎn)的煙度計，原理是通過把煙度探頭安裝到排氣管，在發(fā)動機工作過程中抽氣，發(fā)動機的碳顆粒附著在過濾材料，導(dǎo)致過濾材料透氣率下降，抽氣道有精密傳感器，對抽氣參數(shù)進行模型分析，由于壓力和碳顆粒排放煙度存在一種正相關(guān)關(guān)系，通過模型計算發(fā)動機排氣中的煙度值，達到測試發(fā)動機排氣煙度目的。
測試原理簡單可靠，有再生功能，所以使用壽命長，不需要經(jīng)常更換，而且價格便宜，不需要復(fù)雜的標(biāo)定，在后處理領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
