甲醇燃料汽车非常规排放成分测量装置的设计

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1、万方数据环境工程2007年10月第25卷第5期甲醇燃料汽车非常规排放成分测量装置的设计’强添纲(东北林业大学交通学院，黑龙江哈尔滨150040)捐要根据朗伯一比尔吸收定律和气体对红外线的选择性吸收规律，提出用红外法检测甲醇燃料汽车非常规排赦成分音量的方法。设计了甲醇燃料汽丰非常规排故成分红外测量装置，给出实施控制电路，主要用于对甲醇、甲醛、甲酸、苯等浓度进行检测分析，补偿修正了大气压力和环境温度对于测量结果的影响，最终实现测量结果的显示和打印精出。关键词甲醉汽车非常规排艘测量装置O引言使用甲醇燃料替代或

2、部分替代传统汽油不但燃烧清洁，能够大幅度降低常规有害物质的排放，使其中的碳氢化物、氨氧化物、一氧化碳和颗粒物的排放浓度有显著的降低，具有良好的环保特性。而且甲醇燃料的来源还很丰富，是理想的石油替代品。但还应考虑甲醇燃料汽车产生的对环境造成危害的非常规排放成分的存在，并加以控制，因此研究开发甲醇燃料汽车非常规排放成分测量装置有着积极的意义。有研究表明，甲醇燃料汽车排放中含有甲醇、甲醛、甲酸、苯、乙烯、顺2．丁烯、反2．丁烯、异丙醇、二甲醛丙烯酸甲酯、2．丁酮、异丁烷、丙烯醇等多种非常规有害成分。其中的甲醇

3、、甲醛、甲酸、苯对生态环境和人体健康具有较大的影响，所以该装置主要用于甲醇、甲醛、甲酸、苯含量的测量。1测量原理非对称双原子和多原子分子气体(如甲醇、甲醛、甲酸、苯等)在红外波段均有特征吸收峰，当红外辐射通过被测气体时，其分子吸收光能量，吸收关系遵循朗伯．比尔(Iamben．Beer)定律。红外光源发出的红外线能量为，0，它通过一个长度为￡的气室之后，能量为J．。如果气室中有吸收红外线能量的气体时，则能量，．满足下式：，．：，ne一“(1)式中e——自然对数；x——气体的红外线吸收系数；c——被测气体的

4、浓度；L——气室的长度。-东北林业大学枝立科研基垒项目当气体的种类一定时丘值确定，气室长度￡一定时，由式(1)可知，，．的大小仅与浓度C有关。此时根据测量出的J，太小即可得知被测气体浓度。由于每种气体都具有特定的特征吸收谱带和特征频率，在特征频率附近的光谱产生强烈的吸收，根据气体红外光谱吸收的强弱，检测分析出甲醇燃料汽车非常规排放成分的浓度。2红外测量装置的结构设计甲醇燃料汽车非常规排放成分红外测量装置由探测器系统、信号放大与处理系统、显示及打印系统3部分组成。其内部结构如图l所示。I一搋量恃思器；2一

5、腰式泵；3一红外线面光源；4一同步电机；5一铡量单元；卜滤光器；7-红外线接收器；8一故太器；9一^，D转挠器“O一套筒式过滤嚣；ll一狰凝物分离器；12一外置过滤嚣；13一检测探头；14一电磁阀；15一活性嵌过滤装置；l卜压力传感器；17一锟度传感器。图1甲醇燃料汽车非常规排放成分测量装置的内部结构圈测量前，测量装置进行预热，电磁阎动作，膜式泵由清洁空气人口吸人空气，经活性炭过滤器过滤，排出仪器内残留气体。测量时．将取样探头插入甲醇燃料汽车排气管中，被测气体经外置式过滤器过滤后，由膜式泵吸人仪器，通过

6、冷凝物分离器分离出尾气中的水分后，进入测量单元；分离出的水分由排水口排万方数据环境工程2007年10月第25卷第5期出。红外线面光源发出的红外线，通过测定用气路和比较用气路。测定用气路侧的钽酸锂热释电探测器将混合气体中甲醇、甲醛、甲酸、苯的浓度信号转变成电信号。此电信号经电压跟随放大电路、选频放大电路放大、再经模．数转换电路数转换后送入805l单片机中；另一方面，比较用气路侧的监测探测器将穿过比较用气路侧的光信号也转变成电信号。此电信号被分成2路：一路经电压跟随放大电路、选频放大电路放大，再经模．数转换

7、电路模．数转换后送入8051单片机中；另一路则经整形放大，并经软件适当延时后同步、触发各个需要同步、触发的器件。被测气体的流量由流量传感器l来测得，8051单片机按照编定的软件进行甲醇、甲醛、甲酸、苯的浓度计算，其结果由LcD(液晶屏)显示或打印机打印输出。由于采用红外吸收原理，检测气体时，需要考虑环境温度、大气压力因素对测量待测气体的影响。为了抵消外界环境因素对待测气体的影响，该测量装置在系统外围设计了测量环境温度、大气压力的传感器。将这些影响信号传人单片机，采用补偿法由单片机按编定的算法进行处理，实

8、现对环境因素影响的补偿。3探测器系统的设计此测量装置的探测器系统由并列安置且结构完全相同的5套光学系统组成，其中4套光学系统用于测定用气路，另外一套用于比较用气路。系统采用硬铝抛光作为气室，红外面光源作为测量光源，探测器为响应速度非常快的钽酸锂热释电探测器。探测器工作时，中心气室取样泵首先将待测气体导人中心气室。在待测气体布满中心气室后，待测气体测定用气路中内藏的取样泵将被测混合气体导入测定用光学系统的气路中，被加热的红外面光源发出的红外辐