蘇 衡，陳 曦，韓艷祥，王海軍

（中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津 300300）

汽車風窗玻璃除霧試驗所用的蒸汽發(fā)生器是模擬人體呼出氣體的設備，該設備所發(fā)生的蒸汽量較小，不同于工業(yè)洗滌行業(yè)的大產汽量蒸汽發(fā)生器，該設備對于參數要求較高。中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會有專門的標準方法用于規(guī)范蒸汽發(fā)生器的使用參數，以保障汽車除霧裝置性能測試結果的準確一致［1］。

對于汽車除霜除霧性能要求，國標與EEC標準均作出了明確要求。在試驗進行特定時間段內，應將玻璃上特定比例面積的霜除凈［2］。國內外行業(yè)技術人員對汽車除霜除霧性能試驗方法進行多種優(yōu)化。任崗等人通過傳統(tǒng)除霜除霧性能的測試方法，對汽車除霜除霧性能測試系統(tǒng)進行分析，優(yōu)化了汽車空調除霜除霧性能測試方法［3］；瞿曉華和陳江平利用Fluent軟件，建立CFD模型對除霜效果進行分析，并與環(huán)境除霜試驗結果進行比較驗證［4］；張曉蘭通過模擬空調的除霜過程對不同風道下汽車玻璃除霜性能進行了分析［5］。業(yè)內技術人員通過對試驗方法的各種優(yōu)化使汽車除霜除霧性能的試驗數據更加準確，其除霜除霧性能的評估與霧氣和霜量的多少有直接關系，因此有必要在試驗前確認霧氣發(fā)生裝置的設備參數，以保證霧量的準確性。

目前中國沒有汽車除霧試驗用的蒸汽發(fā)生器的檢定規(guī)程或計量校準規(guī)范，導致國內各試驗室間的除霜除霧系統(tǒng)測試數據存在差異，CNAS-CL01-A005《檢測和校準實驗室能力認可準則在汽車和摩托車檢測領域的應用說明》規(guī)定了除霜試驗用噴槍和除霧用蒸汽發(fā)生器的核查頻次。目前已有的除霜試驗用噴槍和除霧用蒸汽發(fā)生器的期間核查方法校準方法，尚不能滿足相關計量校準的需求，因此有必要進行相關校準方法的研究。

1 汽車除霧試驗用蒸汽發(fā)生器簡述

雨雪天氣下，汽車車窗玻璃形成的霜霧會嚴重影響到駕駛員的視野，對駕駛人員跟乘車人員的安全造成嚴重的威脅，因而汽車空調系統(tǒng)除霜除霧效果好壞跟汽車安全評價有著直接的關系。

GB 11555-2009《汽車風窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗方法》對汽車除霜除霧試驗設備與測試方法進行了概述。蒸汽發(fā)生器包括絕熱儲水箱，該箱體內安裝有加熱元件，儲水箱頂部為擴散室，擴散室連接有風機且擴散室側板沿周向均布有擴散孔，其內部有豎向布置的噴嘴，噴嘴的下端與儲水箱的內腔相連通，噴嘴的上端與所述擴散室相連。其具體結構如圖1所示［1］。能夠精確控制蒸發(fā)量，滿足試驗標準的要求。

JB/T8959-1999蒸汽發(fā)生器設備標準規(guī)定了其能耗比與產氣量的測定方法，此設備標準中提到的蒸汽發(fā)生器適用于工業(yè)洗滌等行業(yè)的電加熱式發(fā)生器［6］。不同于汽車行業(yè)標準涉及的蒸汽發(fā)生器，主要區(qū)別如下。

1）產汽量范圍不同。JB/T 8959是針對工業(yè)洗滌行業(yè)的蒸汽發(fā)生器出的設備標準，此設備產汽量比較大；汽車玻璃除霜除霧試驗中所用設備主要是針對汽車檢測行業(yè)的蒸汽發(fā)生器做的規(guī)范，這種蒸汽發(fā)生器作用是模擬人在車里呼出的蒸汽，產汽量非常小，所以參數要求也比較高。

2）方法要求不同。本文提到的蒸汽發(fā)生器校準方法中所設計的校準項目也包含蒸汽量和熱損失，但主要是針對汽車除霜除霧試驗的蒸汽發(fā)生設備，依據的檢測標準是GB11555-2009，該標準中明確指出沸點熱損失要低于75W，有明確的數值要求，而非比例。況且JB/T8959標準中，沒有規(guī)范壓力的測量方法，無法滿足汽車玻璃除霜除霧試驗能力檢測的行業(yè)標準。且其蒸汽量的測得方法直接用蒸汽流量計讀出，對于大產汽量的蒸汽發(fā)生器可能誤差可以接受，但是針對人呼出的氣體量，誤差過大，無法滿足試驗需求。

3）使用環(huán)境條件不同。JB/T8959規(guī)定的大產汽量蒸汽發(fā)生器，明確要求周圍環(huán)境溫度范圍為（0～40）℃，而除霜除霧試驗要求蒸汽發(fā)生器的所處車內溫度為-3℃±1℃，所以校準實驗須在-3℃下進行。JB/T8959的設備標準不適用于汽車檢測行業(yè)的除霜除霧試驗。

圖1 蒸汽發(fā)生器結構圖

2 計量特性

蒸汽發(fā)生器的水箱盛水量決定蒸汽的可持續(xù)輸出時間，沸點的熱損失關系到蒸汽發(fā)生器加熱裝置將水加熱的熱效率，鼓風機排量與蒸汽輸出速率有關，而蒸汽輸出量大小對應的是除霧試驗中模擬車上乘客的數量。以上幾個參數對于除霧試驗的測試結果準確性有很大影響。而GB 11555-2009《汽車風窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗方法》規(guī)定蒸汽發(fā)生器鼓風機排量為（4.2～6.0）m3/h，在50Pa靜壓下，最大允許誤差0.1m3/h［1］，因此對蒸汽發(fā)生器進行校準時采用以上幾個項目作為其校準項目。

計量特性主要包括以下內容。

1）蒸汽發(fā)生器的盛水量≥2.25L，最大允許誤差±0.1L。

2）沸點熱損失≤75W，在（-3±1）℃下，最大允許誤差±1W。

3）鼓風機排量（4.2～6.0）m3/h，在50Pa靜壓下，最大允許誤差0.1m3/h。

4）蒸汽輸出量為n×70g/h，在（-3±1）℃下，n為汽車座位數，最大允許誤差為±5g/h。

3 試驗方法

3.1 試驗儀器

1）燒杯/量筒：精度無要求。

2）微壓計：（-2.5～2.5）kPa，0.05級及以上。

3）分析天平：（0～32）kg，二級及以上。

4）鉑電阻溫度計：二等及以上。

5）空氣風速儀：0.01m/s。

6）秒表：等級為合格及以上。

3.2 校準方法

3.2.1 蒸汽發(fā)生器盛水量

將蒸汽發(fā)生器水放空，放置在天平上去皮稱量。將室溫下純水用量筒注入蒸汽發(fā)生器儲水箱至最大刻度。觀察天平示數記錄質量m，則盛水量V=m/ρ水。其中ρ水通過查表獲得。

3.2.2 熱損失

稱量一定質量純水至蒸汽發(fā)生器水箱然后用密封蓋密封，將密封的蒸汽發(fā)生器放置于焓差實驗室中，加熱蒸汽發(fā)生器中水至97℃停止加熱；利用鉑電阻溫度計實時測量水溫，當溫度降低至95℃時開始計時，至溫度降低至90℃，記錄時間為τ1；至溫度降低至85℃，記錄時間為τ2；至溫度降低至80℃，記錄時間為τ3；根據公式φ=（cp×m×ΔT）/τ計算熱損失。

3.2.3 風機靜壓

將做好的工裝連接在被測風機出風口，工裝為和風機出風口同口徑的長管，其管壁上開靜壓孔，連接靜壓測量裝置。

3.2.4 風機排量

利用空氣風速儀測量風道中流速，按Gv=3600Au計算排量，其中Gv為體積流量（m3/h），A為風道出口截面積，u為風道出口流速（m/s）。

3.2.5 蒸汽輸出量

將蒸汽發(fā)生器置于分析天平上，記錄蒸汽發(fā)生器總質量m1，打開噴嘴出口，調節(jié)蒸汽發(fā)生器電壓，將蒸汽發(fā)生器內水加熱，開始計時，計時τ秒后記錄總質量m2，計算每小時的蒸汽輸出量為3600×（m1-m2）/τ。

4 試驗方法討論

對儲水箱盛水量進行校準時，標準中對儲水箱要求為大于2.25L即可，由于本文采用稱量法計算注入儲水箱的水體積，量筒或者燒杯只是用于水的轉移。故對量筒或燒杯的精度并無具體要求。但是稱量法要求注入水之前須確保儲水箱是完全放空的狀態(tài)。在對儲水箱進行盛水量校準試驗之前做放水處理時應盡量使水全部排出。

對蒸汽發(fā)生器的熱損失進行校準測量時，要確保蒸汽發(fā)生器處于密封狀態(tài)。將校準過程分為3段，分別計算其熱損速率最后以3次測量平均值作為其最終結果。

對風機靜壓進行校準測量時，需要針對風機出風口進行工裝加工。工裝為口徑與蒸汽發(fā)生器蒸汽出風口口徑一致的管路，管路上靜壓測量孔應在管路指定的同一截面壁上，沿圓周方向均勻打4個孔。該孔必須垂直于管壁，管與孔的交界處內壁面須平滑，無毛刺，不致產生堵塞，從而影響氣體流速。根據氣體的情況，孔的直徑應盡量小，且最大孔徑不得超過3mm［7］。

對蒸汽發(fā)生器蒸汽輸出量進行校準時，由于采用稱量法進行校準，蒸汽出風口液化附在設備上的小水珠會造成測量結果偏小。針對此種情況，可以在測量過程中使用氮氣槍吹掃蒸汽（吹掃方向不能正對著出風口且氮氣流速不宜過大），使蒸汽快速遠離蒸汽發(fā)生器，避免凝結水珠。

5 結束語

本文對用于汽車風窗除霧試驗的蒸汽發(fā)生器進行了校準方法的研究，針對標準需求，結合實際試驗情況提出了一套完整的校準方案，對于提高汽車風窗除霧裝置性能測試結果的準確性有一定的意義。