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排气分析仪器

作者:汇感农业百科  阅读:次  类别:农业机械化卷

    测定内燃机排气中各种成分浓度的仪器。内燃机排气中含有多种有害物质,是大气的重要污染源,世界各国普遍重视其测试和控制技术的开发,并先后制订排放限制法规。排放物测定的主要成分是一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、总烃类、氮氧化物(NOx)和氧(O2),有时需要测定某一单组分碳氢化合物。排气分析涉及多种分析仪及其取样装置,主要有以下六种。

    不分光红外线分析仪(NDIR) 利用气体或液体吸收红外线的特性,对其浓度进行测定的仪器。主要用于连续测定CO和CO2浓度,有时也用于测定一氧化氮(NO)和汽油机排气中的碳氢浓度。不同气体对红外线吸收的波长各不相同,吸收强度随气体浓度而变化。因此,可据以测定某种气体的浓度值。仪器一般由红外光源、切光片、样品气室、参比气室、检测器和放大器等构成(图1)。参比气室内充以不吸收红外线的气体。检测器内充有待测成分的气体。检测器是一个电容微音器,中间由电容器的薄膜可动电极隔开,此电极与固定电极之间相隔微小的距离。电容器将透过样品气室和参比气室的两束红外光能量差值转换为电信号。为了削弱排气中其他成分对测定结果的干扰,光路上可以有各种滤光装置。仪器结构随待测成分、其浓度范围以及抗干扰性能要求而改变,应根据不同要求来选择。

    

图1 不分光红外线分析仪原理示意图

    氢火焰离子化分析仪(FID) 利用碳氢在氢火焰中产生微电流连续测定总碳氢的仪器。其感知元件氢火焰离子化检测器是一种氢火焰燃烧器(图2)。燃料气(氢气或氢气与惰性稀释气的混合气)和清洁空气连续通入燃烧器,由电热塞点火燃烧产生约2000°C的氢火焰。当含有碳氢的气样以恒定流量通过喷嘴进入燃烧器时,碳氢分子在高温火焰中电离成电子和碳的正离子。它们在静电场的作用下形成微电子流。其电流大小与气样中碳氢化合物以碳原子数计算的浓度成正比。因此,微电流经放大器后输出信号代表了气样中以碳数计的总碳氢浓度(ppmC)表示。取样装置需加热到一定高温,以防止气样中水分的凝结及高沸点碳氢的凝聚和被吸附。

    

图2 氢火焰离子化检测器原理示意图

    化学发光分析仪(CLD) 利用化学发光现象连续测定氮氧化物或一氧化氮的仪器。主要由臭氧发生器、NO2—NO转换器、化学发光反应室、光电倍增管以及仪表构成。连续通入臭氧发生器的空气或氧气在紫外光的辐射作用下产生臭氧。气样中的NO和臭氧在化学发光反应室中产生激发态的二氧化氮。当激发态回复到基态的同时,在近红外区发射光子,并在光电倍增管的作用下产生光电流。光电流经放大输出的信号大小和气样中的NO浓度成正比。仪器中备有NO/NOx状态开关,可以选择测定NO或NOx浓度。当气样通过转换器,使其中NO2转换为NO后进入发光反应室,输出信号代表气样中NO和NO2之和即NOx的浓度。当气样由旁通直接通入反应室,则输出信号仅代表NO的浓度(图3)。

    

图3 化学发光NO/NOx分析仪示意图

    极谱氧分析仪 利用氧在特定的外加电压下被还原的原理,连续测定氧分压的仪器。基本部件是传感器和放大器。工作时,一个极化电压施加到传感器两电极之间,其产生的电流直接正比于氧分压并经放大处理输出。分析仪在整个工作量程内的线性好,而且响应时间快。排气中其他气体对测定结果不产生明显干扰。

    顺磁氧分析仪 利用氧的强顺磁性连续测定氧分压的仪器。此分析仪的腔室内有一个哑铃形试验体,悬挂在不均匀的磁场中。气体流过试验体周围。当气样中的氧分压改变时,试验体旋转。感受此旋转的元件对它产生外加电压,使它保持在零位。该外加电压直接正比于氧的分压。

    取样装置 以上连续测定的分析仪必须和取样装置配套使用。根据不同的试验方法分有直接取样、重量取样、比例取样和定容取样装置。其中直接取样装置和定容取样装置得到广泛采用。直接取样装置直接从发动机排气管连续抽取气样,经预处理后供给分析仪。此装置适用于稳态试验,一般与多种分析仪配套使用。定容取样装置(CVS)是收集恒定容积流量的稀释排气气样装置。适用于瞬态试验。

    此外,还有气相色谱仪和分光光度计。前者是流动相(载气)携带气样流经固定相时,将气样分离成单一成分并进行检测。分离效果好,可以测定多种成分,是单个取样测定方法中广泛采用的仪器。后者用于测定吸收可见及紫外区的光谱物质,设备简单,无需钢瓶标准气,特别适用于安装连续测定装置有困难的现场测定。