测量值存在较大的误差，本文对此作了简要的分析。关键词颗粒散射散射压燃式发动机机动车尾气排放微弱信号放大数字滤波分类号万方数据万方数据质量增量的。二烟度法烟度法是通过测定尾气烟度来简单衡量微粒排放量，由于微粒质量测试设备昂贵且费时费力，相对而言烟度法较为简捷，因此烟度法在实车排放限值测试中应用较广。烟度计根据测量原理的不同通常分为三种第种为林格曼比色法。该方法是最初测定尾气烟度所采用的种目测方法，目前仍广泛地用于铁路机车和停港船舶黑烟排放的检测第二种是滤纸式烟度计，其基本原理是利用滤纸过滤定量的排气，通过光电效应测得该滤纸被染黑的程度，即烟度值第三种是透光式烟度计，其基本原理是将待测气体连续不断地导入有照射光的测量管，利用光电池检出待测气体的消光系数。我国现行的排放法规中采用消光系数评价和衡量柴油发动机碳烟的排放量，即采用第三种烟度计透光式烟度计进行排放限值试验。这种烟度计具有在线瞬态测量的优势，但其很难准确测量汽车排放中有害颗粒物的排放量。由于在低浓度范围内消光系数与质量浓度并不成正比，因此透光式烟度计测量下限较高，和滤膜称重法样，无法满足装有等后处理装置的低排放车辆的尾气颗粒物测量。现代柴油车尾气颗粒物测试技术随着发动机排放控制技术的精益求精和机动车排放法规的日益严格，滤膜万方数据中国计量学院硕士学位论文称重法和烟度法在检测分析装有等后处理装置的低排放柴油车时暴露出诸多的局限性。现代的测量方法朝着瞬态测量超细颗粒测量数目浓度测量在线测量等方向发展。美国公司的颗粒物测试技术为了充分发挥滤膜称重法测量原理简单可靠的优点，弥补它测量时间长，自动化水平低，难以用于在线瞬态测量等缺点，美国公司把压电振动技术应用到取样后级测量系统中，开发了颗粒物测量系统，用来实时测量发动机排气中的质量。利用静电沉淀原理，先采集定容积的空气中的颗粒物，沉淀在石英晶体盘两表面中心的其中个电极，晶体盘的自然共振频率随着粒子质量的增加而降低。这样，通过测量振荡频率可以计算出颗粒物的质量。采样速率较快，采样时间正常为秒或秒，对颗粒的测量具有较好的实时性。二美国公司的颗粒物测试技术美国公司的颗粒物测试技术较为成熟全面，其中专门用于机动车颗粒物测试的设备有和等。是台专门为欧盟机动车尾气颗粒物测量程序项目，的各项要求而研发的机动车凝聚核粒子计数器。内有容器，内盛工作液体酒精，酒精在饱和管内形成饱和的酒精蒸气，当待测气体被泵抽入后，样品内的气洛胶颗粒立即成为酒精蒸气的凝结核并长大，般长到左右，然后再用高强度的光束测量疑结核的数目，由此可得到待测气体的数量浓度。该设备具有大于的较低粒径检测限制，对于的粒子计数效率达到以上，并具有的计数精度，测试浓度范围是从到，个，可以测得排气中数目浓度极低的情况下的颗粒物浓度，满足关于纳米粒子检测的要求。公司特别为发动机尾气颗粒物的测定设计了，能满足发动机台架测试和底盘测功机的要求，测定由发动机尾气排放的快速变化的气溶胶颗粒。使用个充电系统和多级静电计同时获得所有粒子粒径的信号。最大的优点在于能够快速反应，它有个电量检测器与数据通道提供精细的分辨率，配合高速的检测速度，能提供次秒的瞬态颗粒分布数据，具备万方数据中国计量学院硕士学位论文极高灵敏度瞬间检测速度，测试粒径范围是从到，该范围包含了目前对于颗粒物数目关注的区间。是公司系列的款手提式通用型粉尘仪，该系列采用直角光散射原理，利用内置气泵将待测气体吸入光学室内，再由光的散射来测量颗粒浓度。系列具有相当高的灵敏度和宽广动态测量范围，既可以现场读数，也可以利用记录系统作长时间的数据采集。可测量的浓度范围和可测量粒径范围分别达为，。三芬兰公司的颗粒物测试技术芬兰公司研发的低压冲击撞击器利用空气动力学原理在到的范围内把颗粒物为分级，能够对每级颗粒物的粒数和质量浓度进行瞬态测量。测量过程中，待测气体经过加热稀释后，待测气体中的颗粒在经过放电室时通过吸附电晕放电产生的离子后带有电荷，由于不同大小的颗粒物惯性不同，带电颗粒在定向流动中被不同的撞击级收集，依据各撞击级的电流信号大小，从而测出各级颗粒物的粒数浓度。的优势在于能够分别采集不同粒径级别的颗粒物，便于后续的化学分析。目前为止，人们研发了许多基于不同测量原理的仪器设备，用于尾气颗粒物测量，关于这些仪器，其基本信息已在各种教科书和综述性对比性的期刊论文中发表，整理结果如表所示。表发动机尾气颗粒物的测量方法原理名称性质实时信息尺寸信息不接触样品称重滤膜称重法压电振动法光衰减烟度法不透光度光散射粒子计数法，光度计法凝结核粒子计数法电子迁移电晕法充电分类计数，万方数据中国计量学院硕士学位论文本文研究目的和主要研究内容随着日益发展的发动机排放控制技术和日益严格的排放法规，传统的尾气分析检测技术烟度法和滤膜称重法有着诸多的局限性。光散射法颗粒测量是种非接触式的现代光电测试技术，在颗粒测量方面具有瞬态测量快速测量非接触不损坏样品等优势。本论文研究光散射法测量柴油车尾气颗粒的理论基础以及传感器的研制，主要研究内容包括以下几部分第章绪论。主要介绍国内外柴油车颗粒物的形貌组成和危害以及国内外尾气测试技术的发展趋势。第二章浓度测试理论研究。介绍了单个匀质球形颗粒散射光强和散射光通量的计算公式，并通过仿真，分析了无因次参量相对折射率对球形颗粒散射光强分布的影响并讨论了采光中心角采光立体角颗粒折射率和入射光波长等因素对颗粒散射光通量大小的影响。由于柴油机排放的碳烟颗粒通常是由多个高度凝聚并且几乎是标准球体的基本小粒子聚集形成的多孔性链状或球状聚集体，并不是理想的匀质球形颗粒，不符合颗粒散射理论的假设。因此，基于颗粒分形聚集理论和颗粒填充理论，建立尾气颗粒质量和光通量的数学模型并进行计算分析，从理论上证明了柴油机颗粒的质量浓度可以通过颗粒散射理论进行测量。第三章传感器总体设计。计算了传感器主要的结构参数，对关键器件光电探测器光源和光陷阱分别进行了介绍分析与选型，在此基础上完成了传感器的结构设计与整体装配针对探测器输出的信号十分微弱极易淹没在噪声中，阐述了前置放大电路设计的几点改进。第四章上位机系统设计。主要介绍上位机的主要功能与实现与数据采集卡通过总线进行通信，实时接收数据采集卡传送的数字波形对接收到的数字波形进行滤波与运算，得到待测气体中颗粒物相对浓度值并实时显示数据管理，包括历史数据的保存与查看，阈值报警等。第五章传感器性能测试与值标定。设计实验对传感器的零点漂移可测量范围和最小分辨率等性能参数进行分析，在此基础上对传感器进行调整与优化，并参照空气中粉尘浓度的光散射式测定法通过多次试验确定质量浓度转换系数值，完成整个测量系统的开发。为分析传感器的实际测量效果，在杭州公共实训基地实验室进行了柴油车尾气在线测量试验，实验结果表明传感器能够对瞬态变化的尾气颗粒物浓度作出相应的响应，总体上与响应变化致，但在测量低浓度和高浓度范围尾气颗粒时传感器测量万方数据中国计量学院硕士学位论文值都存在较大的离散，本文对此作了简要的分析。第六章总结与展望。总结了论文所完成的主要工作，以及课题存在的些不足之处，归纳了课题的创新点，最后对柴油车尾气颗粒物传感器的进步改进进行了展望。万方数据硕士学位论文基于光散射法柴油车尾气颗粒物质量浓度传感器的研制作者宋熠金导师陈红岩教授学科检测技术与自动化装置中国计量学院二〇四年三月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文基于光散射法柴油车尾气颗粒物质量浓度传感器的研制作者宋熠金导师陈红岩教授申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业检测技术与自动化装置研究方向机动车尾气检测二〇四年三月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月日万方数据致谢本课题的研究方案和具体实施以及本学位论文的完成都是在我的导师陈红岩教授的密切关怀和悉心指导下完成的。在此，我要非常诚挚地谢谢陈红岩导师。在中国计量学院攻读硕士学位期间，陈红岩导师在学习和生活上都给予了我数不尽的关心和支持。他以渊博的学识缜密的思维严谨的治学态度以及身体力行的精神带领我在科研的道路上越走越好。在他的影响下，我学会了认真负责的对待科研工作，也在科研工作中学习到了很多发现问题分析问题和解决问题的方法。他的影响定会陪伴我终身，永远激励着我不断努力。感谢袁月峰博士在课题进展中给予的亲切指导和建议，尤其在电路设计方面付出了大量的时间和精力，使得课题能够顺利进展下去，袁老师勤奋而严谨的科研态度渊博的知识和丰富的经验让我受益匪浅。作者还要真诚地感谢孙在老师，陆叶强老师和李孝禄老师，感谢他们提供的部分实验设备以及在实验中提供的指导与无私帮助。感谢师兄许航飞尉文峰师姐邱亚楠师弟沈洪源李志斌同届同门张龙郭海涛，感谢他们分别在在实物加工实验和成果整理三个方面给予的指导及帮助。感谢在实验室起读研的郑永真徐张红应亚宏孙毕李娟戚雪珍包迪迪吴海宇室友商丹丹朱红霞的照顾与陪伴。感谢我的父母和亲友二十几年来在精神和物质上给予我的支持和鼓励，他们的亲情和友情使我感到温暖，谨以此文回报他们的支持与鼓励。感谢中国计量学院机电工程学院为我提供了良好的求学和科研环境。最后要感谢审阅评议硕士论文和出席硕士论文答辩会的各位专家学者，感谢他们能在百忙中给予指导！宋熠金年月万方数据基于光散射法柴油车尾气颗粒物质量浓度传感器的研制摘要柴油发动机由于混合气形成和燃烧的特点其颗粒物的排放远高于汽油