柴油车尾气烟团不透光烟度仪的优化设计

窦蒂+赵艳梅+樊海春+张涛+汪锋

摘要：针对现有技术的不足，设计了一款新型遥测式不透光烟度计。详细阐述了环境因素对遥测仪的影响，并对其未来进行了展望，以期提供参考。

关键词：不透光度；汽车尾气；遥测；黑烟

中图分类号：TK427

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）14-0007-02

1 引言

环境监测数据显示，空气污染物PM_2.5的来源中，汽车尾气污染占比25.1%，位居首位[1]。要搞好汽车排放污染物的监控与防治，首先必须做好检测工作[2]。

早期测量机动车尾气“黑烟”的仪器主要有三类：滤纸式烟度测量仪、视频抓拍识别系统、不透光烟度计[3，4]。滤纸式烟度计只能对废气作抽样试验，不能作连续测量，测量耗时，费人力，同时测量精度不高。视频抓拍设备的判断结果与拍摄角度、车辆速度等因素有关，受外界天氣影响较大，夜晚无法正常使用。传统不透光式烟度仪虽然测量结果输出较快，但需要在特定环境下，人工操作，同样无法在线实时监测，失去模拟现实测量的意义。

虽然传统“不透光烟度计”存在各种不足，但它仍然是对真实工况、瞬态过程烟雾排放的最直接、最有效、最快速的测量手段[5]。对于瞬态过程如自由加速测量，不透光烟度计可以真实反映自由加速过程中的烟度变化情况。

2 遥测式不透光烟度计的设计

为了解决现有技术的缺陷，笔者设计了遥感监测式不透光烟度计[6]，包括光路系统中的绿色激光发射器、准直透镜、鲍威尔棱镜、菲涅尔透镜、直线性菲涅尔透镜、PDA光电二极管接收器、数据采集分析系统。

此系统采用单一光源，降低了成本；采用外置密封箱，可有效去除光路外所产生的杂散光和轴外光的干扰；新型接收器灵敏度高、信噪比大、热稳定性好、所采集数据精度高；本系统光域覆盖面宽泛，可测定的大气中污染物悬浮颗粒直径大于20 μm。其可广泛应用于工业废气、施工扬尘、汽车尾气等领域的现场测定及在线监测。

其工作原理是：由遥测仪的主机发出一束横穿马路的国标532nm绿光，当汽车通过时，激光穿透被测烟气照射到光电接收管上产生电信号，光线通过烟气的浓度越大衰减越大，光电接收管上产生电信号越小，绿光的光谱强度产生的电信号送到运算放大器放大，然后送到AD转换器把模拟信号转变成数字信号，经单片机进行数据处理后，由数码管或液晶屏显示测量数值。

具体原理如图1所示。

影响因素。设计中，补偿影响因素是一个难点。检测前需要增加气象多参数的检测：温度、压力、湿度、风速及风向等。

（1）温度对检测结果的影响。环境温度变化主要影响空燃比的变化。温度越高则大气的密度越小，根据流体力学原理，大气流动速度就会加快。那么在单位时间内进入气缸的混合气体不变的情况下，混合气体就越稀。混合气的空燃比大于理论空燃比，此时气缸内混合气燃烧完全，因此CO的生成量减少，CO排放也随之减少。黑碳微粒的析出就会减少，测量值也会偏低，所以通过作补偿曲线来补偿这部分损失。

（2）压力对检测结果的影响。通入气缸的气体为空气和燃油的混合气，燃油进入气缸的量是固定的，当大气压力变化时，气缸内、外压力差比较大，此时进入气缸内的大气多少取决于外界大气压力。大气压力越低，进入气缸的空气越少，此时气缸内的混合气越浓，自然空燃比就越小，混合气燃烧不充分，CO生成量增加。黑烟也会相应增多，导致测量的不准确。

（3）湿度的主要影响是水蒸气产生的白烟也会削弱烟度的程度，使测量结果偏小，需要补偿。

（4）风速与风向直接影响刚排出的尾气扩散的速度，风速越大，气体扩散越快，导致测量结果偏低。

3 展望

遥测式不透光烟度计拥有独一无二的非接触、快速、准确、实时等突出的测量优势，完全可以替代所有在用的其他对“黑烟”尾气测量的设备，是我国乃至世界在未来5～10年中对车辆尾气监测中不可替代的最优选择。

参考文献：

[1]范秀英，张 微，韩圣慧. 我国汽车尾气污染状况及其控制对策分析[J]. 环境科学，1999（5）：105～111.

[2]张 蕊，张 健. 浅谈柴油车尾气排放控制技术及发展趋势[J]. 科技信息，2013（22）：330.

[3]高占斌，张天野，陈 辉，等. 柴油机烟度测量方法研究[J]. 集美大学学报（自然科学版），2006（3）：235～238.

[4]滕 勤，刘一鸣，夏顺礼，等. 取样式不透光烟度计的设计[J]. 车用发动机，2002（6）：25～29.

[5]郭 鹏，耿世彬，韩 旭，等. 两种烟度计在柴油机排气净化装置检测中的应用研究[J]. 内燃机，2008（1）：31～33.

[6]JJG（京） 45-2011，遥感式汽油车排放有害气体检测仪[S].北京：中国标准出版社，2011.