机动车尾气高温CO、CO_2排放因子检测关键技术研究

【摘要】：机动车尾气排放的CO、CO2是城市空气的主要移动污染源之一。目前,国家出台了相关政策法规,加强对尾气CO、CO2排放的监管。然而,国内检测CO、CO2排放因子的车载式设备主要依赖进口。论文开展机动车尾气CO、CO2排放因子检测系统中的关键技术研究,为CO、CO2排放因子检测设备的国产化提供技术支持。针对机动车高温尾气取样预处理的需求,研发了去水去杂小型旋风分离器、改进型尾气压差测量皮托管、多点温度测量模块、改进型样品气压差测量孔板等关键部件,设计了预处理采样气路,集成了机动车高温尾气预处理系统,达到了去除尾气中颗粒物和水分的目的,并获得了 CO、CO2排放因子中相应的尾气温度、质量流量等参数。实验结果表明,预处理后的样品气,相对湿度小于40%,温度低于50℃,所含颗粒物直径小于3μm,且含量极少,满足了车载式机动车尾气光学检测分析模块的要求。设计了检测系统标零、标量程和样品气体的气路切换与驱动模块,研发了样品气温度、湿度、压力参数检测电路;在红外吸收信号检测电路方面,研发了自适应宽量程信号检测电路、基于DSP的单频滤波电路和改进的调制光电信号差分双采样电路,实现了红外测量信号的快速、宽量程、低噪声检测,对比实验表明,高温尾气CO、CO2浓度检测系统响应时间为0.5s,相比于传统方法响应速度提高了 6倍。分析了气体温度、湿度、压力等环境因子对预处理后尾气CO、CO2浓度测量的影响规律,提出了一种基于神经网络的多环境因子在线修正算法,提高了高温尾气CO、CO2浓度的反演精度。标样实验表明:最大相对偏差从22%降至5.8%。模拟对比实验表明:最大相对偏差从15%降至4.8%。车载外场实验表明:修正因子在0.8～1之间。上述结果验证了算法在尾气CO、CO2浓度修正中的有效性。开展了检测系统的外场应用实验,分别对轻型汽油车和柴油车CO、CO2排放因子进行了测量,并与美国Sensors公司的SEMTECH-CO/CO2检测仪进行了对比,实验结果表明:CO排放因子相关度达到0.931,CO2排放因子相关度达到0.925。