浅析排放分析系统结构组成及核查方法

卢浩宜 严杰 刘廷 温智恒

摘 要：文章结合某型号超低排放分析系统的基本结构组成对工况法尾气排放测量方法及原理进行了介绍。作为尾气排放分析的重要设备，其分析方法对结果的准确性和稳定性有着至关重要的影响，对此结合分析仪原理对核查方法的应用进行分析介绍，使大家对设备及分析方法有更充分的认识，保证分析仪测量结果的准确性。

关键词：结构组成及作用;测量方法及原理;核查方法

Abstract： This article introduces the measurement method and principle of exhaust gas emission under the working condition method in combination with the basic structure of a certain type of ultra-low emission analysis system. As an important equipment for tail gas emission analysis， its analysis method has a crucial impact on the accuracy and stability of the results. This is combined with the principle of the analyzer to analyze and introduce the application of the verification method， so that everyone has a better understanding of the equipment and analysis methods to ensure the accuracy of the analyzer's measurement results.

Keywords： Structure composition and function; Measurement method and principle; Verification method

引言

随着我国排放法规的不断加严，目前国内部分地区已提前实施《GB 18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段），并在2020年7月1日起，全面正式实施。“国六”排放标准[1]加严了各项污染物限值，变更了试验测试循环，增加了N2O排放污染物及汽油车颗粒物数量（PN）的测量，增加了实际行驶污染物排放（RDE）测量要求，定为II型试验，更加全面对机动车污染物排放进行管控。

更为严格的排放限值及新增的污染物测量项目，对排放分析系统的结构组成及测量过程精度的要求也越高，其中结构组成、分析原理、测量精度等在法规中有着明确的技术要求[1]。为了减少分析设备自身误差对测量结果的影响，测量的准确性至关重要，需要定期对排放分析仪进行核查，保证测量精度满足法规要求。

1 某型号排放分析系统的结构组成简介

某型号汽车排放分析仪为稀释袋采及连续稀释采样排放分析系统，主要由尾气采集通道、稀释空气净化系统、稀释通道系统、排气颗粒物重量、数量采集系统、定容流量取样系统、袋采单元、气体分析单元、主控制单元系统等部分组成。以下根据取样系统示意图对测量流程各部分进行简要介绍（见图1）。

1.1 主要结构组成及作用

1.2 气体分析单元测量方法及原理

排放法规[1]测试规程中，对车辆尾气排放污染物成分含量的测量，需要测量一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、总碳氢化合物（THC）、氮氧化物（NOx）、氧化亚氮（N2O）、非甲烷碳氢化合物（NMHC）6种气体污染物成分，气体分析单元需要使用6组分析仪去测量尾气中污染物的成分，不同分析仪测量的气体污染物成分对测量方法及原理有着不同要求（见表2）。

1.3 工作气体&标定气体系统的应用

标准气体系统应满足排放气体分析单元对各种污染物成分分析要求（见表2）且标准气体的实际浓度应在标称值的±1%以内，并为混合气体。工作气体应满足分析仪运行要求（见表3），如碳氢分析仪和甲烷分析仪中，其测量方法采用氢火焰离子化法测量时，将定流量的样气通过氢气火焰，样气中的碳氢化合物被离子化用电极吸收离子并测量离子的数量就可以得到样气中碳氢化合物的浓度。氢火焰离子化法的应用均属于加热型分析仪，氢氦混合气可作为该类分析仪的燃料，纯合气空气为助燃气体，并作为零气。

1.4 测量流程简介

测量中，用连接管连接汽车尾气排气口，连接管与尾气采集通道相连接，用于采集汽车尾气。稀释空气经过净化装置后，与尾气排放通过混合装置使尾气和稀释空气混合均匀进入稀释通道系统，稀释通道最大流量30m3/min，可以完全混合和冷却温度到52℃。稀释的混合气体由稀释通道传送到下列设备：装有加热分析仪（FID）加热炉进行连续的碳氢分析浓度，其中颗粒物质量（PM）及数量（PN）排放测量设备取样装置安装在稀释通道内，此时，由取样探头取样经稀释取样装置沉淀在滤纸上，在试验完成后按照排放法规要求进行处理后称重。其中颗粒物数量（PN）经取样后，通过壓缩空气进行稀释，稀释完成后经取样探头进入粒子数量计数器测量。定容流量取样系统通过一个定容流量计对稀释通道系统中的尾气/空气混合气和稀释空气流量进行控制取样，该流量计由4个组合式文丘里管，采样流量包含6-30m3/min，通过不同文氏管组合产生不同流量，按法规要求，可以优化不同车辆的排气浓度测量范围。定容流量计控制采样后，通过袋采单元将稀释的混合气和稀释空气收集到取样袋中通过气体分析系统进行测量，混合气和稀释空气中各种成分的浓度、每种气体成分的质量显示在主控制单元。

2 核查方法应用分析

排放分析系统作为尾气排放测量的特定设备，其测量的准确性至关重要，为了减少气体分析单元误差对测量结果的影响，定期对排放分析仪进行核查，保证其测量精度满足法规要求。气体分析单元核查方法主要包含标准气体量程线性度、NOx转化效率、丙烷喷射、水干扰等不同项目。不同核查方法对分析仪核查的目的不相同，以下结合分析仪原理对核查方法进行分析介绍。

2.1 分析仪标准气体量程线性度核查目的是对分析仪各气体分析单元的某个常用量程进行线性化校准

在分析仪已经完成标定的情况下，从零点至满量程选取多个点进行测量标定，通过标定设备气体分割器，将量程浓度按比例分割成不同的标定点，绘制标定曲线，标定曲线选取最少5个标定点组成，使得各气体分析单元在满量程内各点的测量结果均符合要求。

2.1.1 分割点的设置

随着排放法规的更新，降低了对气体污染物测量结果的限值，使得分析仪对标准气体量程的浓度选择更低。在实际应用线性化核查方法时可根据气体分析单元标准气体量程浓度尽可能多设置分割点，提高线性度核查精度。

例如对量程气浓度设置300ppm（1ppm=10-6）较高的一氧化碳（CO）分析仪进行线性化核查时，可将分割点分为11个，得到100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、0%等不同浓度比例的标准气体，气体分割器分割点浓度及分析仪分析结果如：

应用线性化核查方法对气体分析单元核查过程中，分析仪根据分割点浓度和分析结果浓度自动计算出满量程和标称值（量程气实际浓度）误差值，由于气体量程本身无法做到满量程，在线性化核查方法中，满量程浓度与分析结果误差不作为结果判定，可采用更符合与实际量程浓度的精度误差分析结果。

2.2 由于NO/NOX分析单元采用化学发光法对排气污染物中氮氧化物进行检测

尾气中的二氧化氮最初不具有化学发光性，NOx分析仪无法直接检测出NO2的含量，在测量前需利用氮氧化合物转化器将其转化为一氧化氮。氮氧化合物转化器反应效率的误差对NOx气体污染物的测量结果有着直接的影响，为确保NO/NOx分析单元测量结果准确性，转化器需采用NOx转换效率试验进行核查，转换效率指的是NO2转换为NO过程中的效率。

2.3 CO/CO2分析仪采用不分光红外线法测量

CO和CO2两种气体污染物测试原理相同，CO和CO2气体对特定波长红外线都具有吸收作用。且汽油/柴油主要由碳和氢组成，燃烧过程中尾气排放含有水成分，CO/CO2分析仪在分析过程中易受到水成分和C02/CO氣体成分之间分析干扰反应，存在其它气体成分含量，为了尽量抵消干扰带来的测量结果浓度误差，需进行水干扰检查，将CO2标准气体和水成分通入CO分析仪中，测量其它气体浓度含量。

2.4 排放分析系统中CVS定容取样系统因其原理采用

定容流量计控制尾气/空气混合气和稀释空气总体积的方式稀释排气，稀释的样气和稀释空气会收集到袋采单元取样袋中通过气体分析系统进行测量，其取样的浓度与气体分析单元分析结果的准确度会影响测量结果的准确性。采用质量法[1]将纯丙烷注入CVS取样系统中，并设置采样流量，运转排放分析仪分析系统，用分析单元分析取样袋中收集的气体浓度，该方法可以检查分析结果与注入质量浓度偏差是否在误差范围内。

3 “国六”排放标准[1]对设备准确性要求见表6

4 气体分割器工作原理

气体分割器采用毛细管流速混合法[2]原理来分配控制标准气体和稀释气体的比例，气体分割器内部一般采用10根直径相同的毛细管，按分析仪选取标定点的数目选定标准气体与稀释气体的比例数，例如按法规最少要求分割核查点的数目为5个，需要将量程浓度分割出100%、80%、60%、40%、20%等浓度的标准气体，气体分割器中会将4根毛细管通入标准气体，其余6根毛细管通入稀释气体，在气体分割器出口处将得到不同比例浓度含量的标准气体。

5 结语

排放分析系统作为尾气排放分析的重要设备，在排放法规中对尾气污染物测量类别、测量方法、分析仪测量精度等有着明确的要求，且分析方法对结果的准确性和稳定性有着至关重要的影响，定期对分析仪采用线性化、NOx转化效率、丙烷喷射、水干扰等核查方法进行检查，保证核查结果满足要求，减少设备自身误差对测量结果的影响。

参考文献

[1] 中华人民共和国环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）：GB 18352.6-2016 [S].北京：中国标准出版社，2016.

[2] 何南翎.关于工况排放测试系统线性化校准与量值溯源[J].中国计量，2009（6）.