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(jī)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(jī)和裝用壓燃式發(fā)動機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)和光電單元進(jìn)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(jìn)測量的標(biāo)準(zhǔn)，即：ISO10054。該標(biāo)準(zhǔn)對波許煙度進(jìn)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(jìn)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(rèn)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(dá)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(fù)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(jī)和裝用壓燃式發(fā)動機(jī)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(lán)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(jī)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(jī)試驗臺架測量應(yīng)用。這主要是因為該類儀器從經(jīng)濟(jì)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(jī)的排氣背壓壓入檢測室，發(fā)動機(jī)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(jìn)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(fù)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(jī)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(fù)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(jī)工作過程中抽氣，發(fā)動機(jī)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(jìn)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(jī)排氣中的煙度值，達(dá)到測試發(fā)動機(jī)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。
