董利昆，馮占闖，王剛

(國(guó)家摩托車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，陜西西安 710032)

工況排放分析儀線性化校準(zhǔn)方法及原理探討

董利昆，馮占闖，王剛

(國(guó)家摩托車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，陜西西安 710032)

工況排放分析儀是進(jìn)行機(jī)動(dòng)車尾氣排放檢測(cè)的重要設(shè)備，需要定期對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。線性化校準(zhǔn)是工況排放分析儀校準(zhǔn)項(xiàng)目之一，通過選取分析儀的某個(gè)量程，從零至滿量程選取多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量標(biāo)定，繪制標(biāo)定曲線，使得最終分析儀在滿量程內(nèi)各點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果均符合要求，以保證分析儀測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

工況排放分析儀；線性化校準(zhǔn)；氣體分割

0 引言

隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量的不斷增加，我國(guó)的排放法規(guī)也在不斷加嚴(yán)，車輛的污染物排放限值不斷降低。2013年頒布的國(guó)家五階段排放標(biāo)準(zhǔn)GB 18352.5-2013《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第五階段)》將于2018年1月1日起實(shí)行，標(biāo)準(zhǔn)不但改變了I型試驗(yàn)的排放控制要求，還提高了V型試驗(yàn)的耐久性里程要求，增加了標(biāo)準(zhǔn)道路循環(huán)以及點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架老化試驗(yàn)[1]。2016年9月初，國(guó)家環(huán)保部還頒布了摩托車排放四階段排放標(biāo)準(zhǔn)GB 14622-2016《摩托車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第四階段)》，對(duì)我國(guó)摩托車行業(yè)提出了更高的要求，促使我國(guó)摩托車企業(yè)的技術(shù)水平不斷提高[2]。

由于限值的不斷降低，檢驗(yàn)方法的不斷更新，檢測(cè)的準(zhǔn)確性就顯得非常重要。為了使測(cè)量更加準(zhǔn)確，需要定期對(duì)工況排放分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)，以達(dá)到更好的測(cè)量精度。

1 分析儀校準(zhǔn)的目的

分析儀的日常校準(zhǔn)包含了各量程線性化、NOx轉(zhuǎn)換效率、T90相應(yīng)時(shí)間、干擾檢查、丙烷噴射復(fù)現(xiàn)性、LFE檢查等。線性化檢查指的是對(duì)工況排放分析儀的各個(gè)分析單元的每一個(gè)量程進(jìn)行線性化校準(zhǔn)，在分析儀ZERO、SPAN已經(jīng)標(biāo)定合格的情況下，零點(diǎn)至滿量程點(diǎn)這兩點(diǎn)間的連線上，每一點(diǎn)的測(cè)量誤差均應(yīng)滿足要求，若滿足則表明分析儀的線性化校準(zhǔn)測(cè)試合格。

2 工況排放分析儀校準(zhǔn)流程

2.1 校準(zhǔn)前準(zhǔn)備

首先對(duì)分析儀進(jìn)行正常的開機(jī)預(yù)熱，需要達(dá)到正常的使用狀態(tài)。然后向分析儀內(nèi)通入ZERO氣及SPAN氣對(duì)分析儀進(jìn)行ZERO、SPAN的標(biāo)定，標(biāo)定完成之后分析儀進(jìn)入待測(cè)試狀態(tài)。

2.2 汽車法規(guī)要求

按照輕型汽車排放法規(guī)的要求，分析儀標(biāo)定曲線至少由5個(gè)標(biāo)定點(diǎn)組成，盡可能等距分布。最高濃度標(biāo)定氣體的標(biāo)稱值應(yīng)至少等于滿刻度的80%。

標(biāo)定氣體規(guī)定的濃度可以使用氣體分割器，用氮?dú)饣蚝铣煽諝庀♂尪玫?，混合裝置的準(zhǔn)確度應(yīng)保證稀釋的標(biāo)定氣體的濃度誤差在±2%以內(nèi)。

標(biāo)定曲線用最小二乘法計(jì)算。如果計(jì)算結(jié)果的多項(xiàng)式大于3階，則標(biāo)定點(diǎn)數(shù)目至少應(yīng)等于此多項(xiàng)式階數(shù)加2。

標(biāo)定曲線與每一標(biāo)定氣體的標(biāo)稱值相差應(yīng)不大于2%[1]。

2.3 摩托車法規(guī)要求

按照摩托車法規(guī)的要求，氫火焰離子分析儀要用標(biāo)稱濃度為滿量程的50%和90%的丙烷氣進(jìn)行校準(zhǔn)，平衡氣使用的是空氣。

不分光紅外線分析儀使用的是標(biāo)稱濃度為滿量程濃度的10%、40%、60%、85%和90%的CO、CO2與N2的混合氣進(jìn)行校準(zhǔn)。

化學(xué)發(fā)光法分析儀使用的是標(biāo)稱濃度為滿量程濃度的50%和90%的NO與N2的混合氣進(jìn)行校準(zhǔn)[2]。

因此需要選擇合適的標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)儀器滿足要求的前提下，可以選擇盡可能多的點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。

例如選擇對(duì)一氧化碳(CO)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，假設(shè)分析儀的量程為800×10-6，那么可以選取這樣5個(gè)點(diǎn)，800×10-6、640×10-6、480×10-6、320×10-6、160×10-6，將上述濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣氣通入分析儀內(nèi)部，用分析儀去測(cè)量各樣氣的濃度，用測(cè)試得出的濃度值與樣氣標(biāo)簽上標(biāo)注的標(biāo)準(zhǔn)值比較，計(jì)算兩者的偏差[3]。

例如在進(jìn)行GB 18352.5-2013《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第五階段)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)循環(huán)時(shí)，需要測(cè)量一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、總碳?xì)浠衔?THC)、氮氧化物(NOx)、非甲烷碳?xì)浠衔?NMHC)5種污染物成分，因此就需要使用5組分析儀去測(cè)量尾氣中污染物的成分。按照法規(guī)的要求，至少選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，那么每組分析儀均需要5種成分的標(biāo)氣去標(biāo)定，5組分析儀共計(jì)需要25種標(biāo)氣進(jìn)行標(biāo)定，這在具體操作時(shí)是非常繁瑣的。在實(shí)際校準(zhǔn)時(shí)，會(huì)用到一種能夠分割氣體濃度的儀器，這就是氣體分割器。

3 氣體分割器原理

線性化校準(zhǔn)一般選用氣體分割器進(jìn)行不同濃度校準(zhǔn)氣的配比，氣體分割器是一種能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)氣體的濃度按照需要的比例進(jìn)行稀釋的測(cè)試儀器(圖1所示為一種氣體分割器)。它的原理是毛細(xì)管流速混合法[4]，通過毛細(xì)管來控制標(biāo)定氣體與稀釋氣體的混合比例，在氣體分割器內(nèi)一般內(nèi)置10根相同孔徑的毛細(xì)管，選定標(biāo)定氣體與稀釋氣體的比例數(shù)，例如如果需要分割出40%濃度的標(biāo)定氣體，那么在氣體分割器中4根毛細(xì)管通入標(biāo)定氣體，其余6根毛細(xì)管通入稀釋氣體，在氣體分割器出口處將得到40%濃度的標(biāo)定氣體。需要注意的是，通入氣體分割器的標(biāo)定氣體與稀釋氣體需要保持溫度和壓力盡可能地相同，分割器內(nèi)部一般也會(huì)內(nèi)置電子調(diào)壓閥，使兩種氣體的壓力保持恒定。

圖1 HORIBA SGD-SC型氣體分割器

4 校準(zhǔn)結(jié)果的判定

線性化測(cè)試結(jié)束后，應(yīng)使用標(biāo)定的測(cè)試結(jié)果繪制曲線，標(biāo)定曲線上的測(cè)量值與每一標(biāo)定氣體濃度的標(biāo)稱值相差應(yīng)不大于2%，對(duì)于出現(xiàn)偏差的結(jié)果，可以通過調(diào)整分析儀內(nèi)部的修正系數(shù)，使線性化校準(zhǔn)結(jié)果滿足要求。

5 結(jié)束語

工況排放分析儀主要用來進(jìn)行車輛尾氣結(jié)果分析，其測(cè)量的準(zhǔn)確度直接影響機(jī)動(dòng)車尾氣排放的測(cè)量結(jié)果。對(duì)分析儀進(jìn)行線性化校準(zhǔn)，保證分析儀從0至滿量程均具有較好的測(cè)量精度，才能保證在滿量程內(nèi)任一點(diǎn)測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

【1】GB 18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第五階段)[S].

【2】GB 14622-2007摩托車污染物排放限值及測(cè)量方法 (工況法,中國(guó)第Ⅲ階段)[S].

【3】何南翎.關(guān)于工況排放測(cè)試系統(tǒng)線性化校準(zhǔn)與量值溯源[J].中國(guó)計(jì)量,2009(6):80-81.

【4】李春瑛,杜秋芳.自動(dòng)配氣裝置在氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析中的應(yīng)用[J].低溫與特氣,2003,21(5):27-29. LI C Y,DU Q F.Application of Automated Gas Divider in the Standard Gases Analysis[J].Low Temperature and Speciality Gases,2003,21(5):27-29.

Discussion on Linearization Calibration Methods and Principles for Exhaust Emission Analyzer

DONG Likun, FENG Zhanchuang,WANG Gang

(China National Motorcycle Testing Center, Xi’an Shaanxi 710032,China)

Exhaust emission analyzer is an important equipment for motor vehicle emissions testing which is required periodically calibrated. Linearization calibration is one of the exhaust emission analyzer calibration items. The operation was that one range of the analyzer was selected, from zero to its full range, multiple points were selected to make measurement calibration, a calibration curve was plotted so that the final measurement results on the full scale of the analyzer are in line with the requirements to ensure the accuracy and reliability of the analyzer measurement.

Exhaust emission analyzer; Linearization calibration; Gas division

2016-09-26

董利昆(1984—)，男，本科，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)動(dòng)車尾氣排放檢測(cè)。E-mail：dlkvip@sina.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.01.019

U473.9

B

1674-1986(2017)01-073-02