氮氧化物分析儀在柴油車排放污染物檢測中的應(yīng)用

馬彩絨

摘 要：本文主要介紹氮氧化物分析儀在柴油車排放檢測中的應(yīng)用，并分析對(duì)檢驗(yàn)檢測結(jié)果有影響的因素，通過分析使機(jī)動(dòng)車檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)一步提高氮氧化物的檢測結(jié)果準(zhǔn)確性，確保排放結(jié)果更加真實(shí)有效。

關(guān)鍵詞：氮氧化物 柴油車 污染物

Abstract：This paper mainly introduces the application of nitrogen oxide analyzer in diesel vehicle emission detection， and analyzes the factors that affect the inspection and testing results. Through the analysis， the motor vehicle inspection and testing institutions further improve the accuracy of nitrogen oxide detection results， to ensure that the emission results are more real and effective.

Key words：nitrogen oxides， diesel vehicles， pollutants

GB3847-2018《柴油車污染物排放限值及測量方法（自由加速法及加載減速法）》中規(guī)定，柴油車排氣污染物加載減速法檢測的排放指標(biāo)主要有顆粒物（光吸收系數(shù)）和氮氧化物（NOX）。氮氧化物分析儀就是對(duì)柴油車排放污染物中的氮氧化物NOX濃度進(jìn)行檢測的測量儀器。本文主要就氮氧化物分析儀在檢測中的應(yīng)用做一分析。

1 氮氧化物分析儀

氮氧化物分析儀對(duì)采集的柴油車排放污染物樣氣經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)，過濾去除其中的顆粒物、油污和水氣后進(jìn)入主機(jī)測量出柴油車排氣中的氮氧化物（NOX）。目前市場上的氮氧化物分析儀一般多采用紅外（IR）或紫外（UV）吸收法原理光學(xué)平臺(tái)的主機(jī)進(jìn)行測量。氮氧化物（NOX）是NO和NO2總和，其中NO2可直接測量，也可通過轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)化為NO后進(jìn)行測量，采用轉(zhuǎn)化爐將NO2轉(zhuǎn)化為NO時(shí)，轉(zhuǎn)化效率應(yīng)不小于90%，對(duì)轉(zhuǎn)化效率應(yīng)該定期進(jìn)行核查。

1.1 儀器組成

氮氧化物分析儀主要由主機(jī)、預(yù)處理、煙度測量單元組成。

1.1.1 主機(jī)

主機(jī)由光學(xué)平臺(tái)、過濾器、氣泵、電磁閥、控制系統(tǒng)、液晶顯示屏和按鍵組成，主要進(jìn)行NOX濃度、轉(zhuǎn)速和油溫等多項(xiàng)參數(shù)的測量。圖1為主機(jī)后面板。

1.1.2 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理由過濾器、氣泵、電磁閥、轉(zhuǎn)換模塊和控制系統(tǒng)等組成。其中過濾器作用為過濾排放污染物中的顆粒物和油污，使進(jìn)入主機(jī)的樣氣清潔、干燥，保證光學(xué)平臺(tái)長時(shí)間正?？煽康墓ぷ?。轉(zhuǎn)換模塊將汽車排放出來的NO2轉(zhuǎn)換成NO，并保證轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確性。

1.1.3 煙度測量單元

煙度測量單元主要是對(duì)機(jī)動(dòng)車排放的煙氣經(jīng)前端的過濾處理進(jìn)行連續(xù)測量，動(dòng)態(tài)反映排氣污染物測量參數(shù)的變化，并且將測量結(jié)果傳輸?shù)斤@示部分，有些氮氧化物分析儀與不透光煙度計(jì)共用煙度測量單元。

2 氮氧化物分析儀的使用方法

在機(jī)動(dòng)車排放檢驗(yàn)中，氮氧化物分析儀是柴油車排放檢測使用載減速法時(shí)測量氮氧化物排放量的儀器，檢測時(shí)通過底盤測功機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行加載，模擬車輛在實(shí)際道路上滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的一個(gè)工作狀態(tài)，檢測80%VelMaxHP（最大功率下的轉(zhuǎn)鼓線速度）點(diǎn)的氮氧化物排放量。

柴油車使用加載減速法檢測氮氧化物時(shí)，整個(gè)檢測過程操作的規(guī)范程度會(huì)直接影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。檢測過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

a檢查每個(gè)過濾器元件是否被污染，被污染的過濾器要及時(shí)更換，分析儀在每天開機(jī)后要進(jìn)行泄露檢查，如果有泄露狀況及時(shí)排查;

b檢測開始前應(yīng)對(duì)分析儀、測功機(jī)、被檢車輛進(jìn)行充分預(yù)熱，保證每個(gè)設(shè)備處于良好的工作狀況;

c將油溫傳感器接到轉(zhuǎn)速插座上，然后把探針插入被測車輛的機(jī)油箱內(nèi);

d測速傳感器接到轉(zhuǎn)速插座上，然后把轉(zhuǎn)速計(jì)探頭固定在被測車輛上;

e選擇檢測模式，分析儀自動(dòng)調(diào)零后，進(jìn)入測量模式;

f將探頭插入被測車輛的排氣管內(nèi)，插入深度不小于400mm，并用夾子固定;

g檢測系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)程序控制下進(jìn)行2-3分鐘的加載減速工況測試，測試結(jié)束后，顯示氮氧化物NOX檢測結(jié)果并判定是否合格。

整個(gè)檢測過程由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)底盤測功機(jī)加載減速過程的控制，自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)采集氮氧化物分析儀的檢測數(shù)據(jù)，并判定氮氧化物是否達(dá)標(biāo)。

3 對(duì)氮氧化物NOX檢測結(jié)果有影響的因素分析

3.1 氮氧化物分析儀的計(jì)量性能

按照GB3847-2018中要求氮氧化物分析儀每年應(yīng)至少檢定一次，每次維修后必須進(jìn)行檢定，經(jīng)檢定合格后方可重新投入使用。目前的情況是缺少氮氧化物分析儀的計(jì)量檢定規(guī)程，計(jì)量性能方面每年由法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)按照制定的校準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行一次校準(zhǔn)，氮氧化物分析儀使用方必須對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果按照使用要求進(jìn)行符合性確認(rèn)，對(duì)于機(jī)動(dòng)車檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)確認(rèn)依據(jù)為GB3847-2018中對(duì)氮氧化物分析儀的相關(guān)技術(shù)要求，分析儀量程和準(zhǔn)確度要求滿足表1。確認(rèn)校準(zhǔn)結(jié)果滿足使用要求方可投入使用。

3.2 氮氧化物分析儀的日常檢查

氮氧化物分析儀必須每24小時(shí)進(jìn)行一次單點(diǎn)檢查，分析儀讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)氣體的差值同樣不能超過表1誤差要求，否則分析儀應(yīng)自動(dòng)鎖止。逾期不進(jìn)行單點(diǎn)檢查時(shí)，分析儀也應(yīng)自動(dòng)鎖止。單點(diǎn)檢查不通過時(shí)，應(yīng)對(duì)分析儀進(jìn)行調(diào)整和線性化，進(jìn)行五點(diǎn)檢查調(diào)整。檢查所用氣體應(yīng)具有國家市場監(jiān)管總局批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)證書，每一瓶氣體都隨附一份證書使其可以溯源。

采用標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行單檢查時(shí)首先通入零點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)氣體，對(duì)排放氣體測試儀進(jìn)行調(diào)零，然后采用低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體通入氮氧化物分析儀進(jìn)行檢查，若檢查不通過，則應(yīng)使用高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體通入氮氧化物分析儀進(jìn)行標(biāo)定。使用高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行標(biāo)定后，還應(yīng)使用低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行檢查，直至檢查合格為至。

當(dāng)單點(diǎn)檢查未能通過，應(yīng)對(duì)分析儀進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)或重新線性化處理，然后進(jìn)行五點(diǎn)檢查，五點(diǎn)檢查用五種標(biāo)準(zhǔn)氣體應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，同樣要具有國家市場監(jiān)管總局批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)證書，按照低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體→中低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體→中高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體→高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體→零點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)氣體的順序逐一進(jìn)行檢測，全部滿足NOX不超過相對(duì)誤差±4%或者絕對(duì)誤差±25×10-6方可正常使用。

3.3 氮氧化物分析儀期間核查

機(jī)動(dòng)車檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)氮氧化物分析儀的使用情況和頻次，制定期間核查計(jì)劃，在兩次檢定期間對(duì)分析儀進(jìn)行核查，同時(shí)對(duì)有轉(zhuǎn)化爐的分析儀要進(jìn)行轉(zhuǎn)化效率的核查。有了日常檢查為什么還需要期間核查的問題，分析認(rèn)為一是分析儀使用頻次高、環(huán)境條件影響大、檢定/校準(zhǔn)周期長，為保證量值的溯源性、保證設(shè)備的有效性和可靠性需進(jìn)行期間核查。二是所用低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體的氮氧化物總量是350×10-6（NO和NO2），而GB3847-2018中規(guī)定氮氧化物的最大限值不超過1500×10-6，顯而易見低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度與限值相差甚遠(yuǎn)，即便低濃度氣體檢測通過，對(duì)于高量程位還是缺少校驗(yàn)，對(duì)于臨界值的判定有可能產(chǎn)生誤判，所以要保證氮氧化物分析儀具有良好的線性度，應(yīng)定期進(jìn)行期間核查，使用高濃度氣體校準(zhǔn)，這樣才能保證檢驗(yàn)結(jié)果持續(xù)的準(zhǔn)確性和有效性。

期間核查依舊使用有證高濃度氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確度和精密度的檢測，在保證日常單點(diǎn)檢查通過的情況下，再用高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)氮氧化物分析儀傳感器的響應(yīng)時(shí)間（T90和T10）進(jìn)行計(jì)算和檢查，加載減速過程取值時(shí)間只有9s，所以需要對(duì)分析儀的響應(yīng)時(shí)間做校準(zhǔn)，當(dāng)T10≥6.7s，T90≥6.5s，則檢查不通過，儀器鎖止以保證分析儀響應(yīng)及時(shí)。

轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)化效率的核查：啟動(dòng)氣泵使用氣瓶，從進(jìn)氣口向分析儀通入低濃度一氧化氮標(biāo)準(zhǔn)氣體，待分析儀示值穩(wěn)定后，顯示氮氧通道的示值，確認(rèn)一氧化氮準(zhǔn)確度是否合格。合格后將測試用氣體切換成二氧化氮，測試完成后顯示轉(zhuǎn)換率，轉(zhuǎn)化率不小于90%即合格。則本次檢查通過。如果轉(zhuǎn)化爐的轉(zhuǎn)化效率小于90%，則本次檢查未通過，需重新測試或更換轉(zhuǎn)換劑并重新進(jìn)行檢查。

3.4 檢測環(huán)境條件對(duì)結(jié)果的影響

氮氧化物分析儀對(duì)氮氧化物NOX測量結(jié)果的計(jì)算，需進(jìn)行濕度校正，計(jì)算連續(xù)9s的算術(shù)平均值。在檢測期間計(jì)算機(jī)控制的測量儀器自動(dòng)完成對(duì)環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、大氣壓力的檢測，結(jié)果自動(dòng)輸入?yún)?shù)表中參與計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)要求環(huán)境參數(shù)測量傳感器必須安裝在與受檢車輛一致的環(huán)境中，因此對(duì)環(huán)境檢測的設(shè)備溫濕度計(jì)和大氣壓力表也是需要按期檢定/校準(zhǔn)，并對(duì)檢定/校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行符合性確認(rèn)，保證結(jié)果的有效性。

3.5 分析儀維護(hù)不到位對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響

3.5.1 過濾器原件

過濾器元件被汽車廢氣中的粉塵雜質(zhì)嚴(yán)重污染和過多的水分滲透時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氣路堵塞，響應(yīng)速度變慢，顯示值偏低，通零氣時(shí)回零困難。因此要經(jīng)常注意檢查過濾器元件。更換頻率取決于汽車的車況和排氣量等因素。一般情況下測量50次必須更換一次過濾器元件，過濾器元件包括：前置過濾器、雙層過濾器、顆粒物過濾器。

3.5.2 取樣元件維護(hù)

取樣管的一端與預(yù)處理進(jìn)口相連，另一端接取樣系統(tǒng)，使用時(shí)不要用力拉扯，否則連接處容易打折、破損甚至斷裂。若取樣管老化斷裂漏氣，會(huì)引起響應(yīng)時(shí)間變慢，測量結(jié)果偏低。取樣探頭由于受排氣管內(nèi)高溫作用，使用日久，會(huì)發(fā)生老化、裂紋、泄漏，或被油膩狀的污垢所堵塞，影響響應(yīng)時(shí)間和測量的準(zhǔn)確性。

3.5.3 轉(zhuǎn)化爐元件維護(hù)

轉(zhuǎn)化爐元件主要是轉(zhuǎn)化棒和加熱棒，轉(zhuǎn)化棒的使用壽命月6個(gè)月，加熱棒的使用壽命月2年，如果超長服役，則會(huì)影響轉(zhuǎn)化率。

4 結(jié)束

國家對(duì)機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)的要求日益嚴(yán)格，人們的環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)。加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車環(huán)檢質(zhì)量，通過科學(xué)的檢測，精準(zhǔn)的把控，嚴(yán)格控制排放不合格的車輛帶毒行駛，營造綠色健康的生活環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴曉鋒.氮氧化物分析儀日常檢查策略研究.汽車與安全，2020-1-15.104-107.

[2]GB3847-2018.柴油車污染物排放限值及測量方法.