基于虚拟仪器汽车尾气检测系统设计.doc

前言 随着中国的经济迅速增长，汽车普及率越来越高，汽车的设计开发、生产、销售也进入了发展的快车道。根据调查至2011年2月底，我国机动车保有量达到2.11亿辆，去年全国新增机动车2048万辆，有20个城市的机动车保有量超过100万辆，并且今后每年将以10%左右的数量增加。 但是，新问题也随之产生，即汽车污染加重了，道路上拥挤的汽车产生的尾气污染影响着人们的生活。中国人口众多，能源和土地资源相对短缺，如此汽车保有量，已经对能源供应、环境保护、交通通畅和城市秩序带来巨大压力。据调查全国五分之一的大城市由于汽车尾气排放，空气污染严重。由于同样原因，全国110个中大城市达不到二级空气标准。 机动车常用的动力来源是柴油和汽油，燃料成分组成十分复杂。而汽油是目前汽车(点燃式发动机)最普遍使用的常规燃料，其中主要有20％的丁、戊烷，45％高碳烷、烯烃、芳烃及其它添加剂，氢碳比控制在约1.85：1，以辛烷值衡量抗爆性能，理论上正庚烷的抗爆性能最差(70％)，异辛烷最高(100％)。汽车排放的主要污染物是：一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮氧化合物(NOx)硫化物和微粒物(有碳烟、铅氧化物等重金属氧化物和烟灰等组成)。 在内燃发动机中，CO因空气不足或其他原因造成不完全燃烧时，所产生的一种无色、无味的气体。CO吸入人体后，非常容易和血液中的血红蛋白结合，它的亲和力是氧的300倍。因此，肺里的血红蛋白不与氧结合而与CO结合，致使人体缺氧，引起头痛、头晕、呕吐等中毒症状，严重时造成死亡。CO的容许限度规定为8h内100ppm。如lh内吸入500ppm的CO，就会出现中毒症状，并危害中枢神经系统，造成感觉、反应、理解、记忆等机能障碍，严重时引起神经麻痹。如1h内吸入1000ppm的CO，就会发生死亡。 世界工业化进程引起的能源大量消耗，导致大气CO2的剧增。其中约30％来自汽车排气。CO2为无色无毒气体，对人体无直接危害，但大气中的CO2大幅度增加，因其对红外热辐射的吸收而形成的温室效应，会使全球气温上升、南北极冰层溶化，海平面上升，大陆腹地沙漠趋势加剧，使人类和动植物赖以生存的生态环境遭到破坏。因此近年来对CO2的控制也已上升为汽车排放研究的重要课题。人们期待着可以更加自由地享受经济发展带来的舒适便利的生活，而又不被空气污染所困扰。为此，如何应用汽车新技术降低机动车排放尾气污染，正成为科研工作者、汽车生产商、政府有关管理部门的重要工作。 1 绪论 1.1研究的目的和意义 随着社会经济的发展，汽车保有量的增加，汽车尾气带来的城市交通污染对人体产生的健康危害已引起人们广泛的关注。大量的实验研究和流行病学研究表明，汽车尾气不仅可以造成人体呼吸系统炎症、哮喘、眼部刺激及中毒等急性反应，更重要的是汽车尾气(主要是颗粒物)对人体可以造成慢性毒性效应，尤其是以柴油为燃料的机动车排放的颗粒物，因其表面吸附的芳香族化合物及其衍生物、有毒有害重金属对人体的呼吸系统、免疫系统、生殖系统产生慢性毒性，尤其是其致突变、致癌效应，给人体健康带来不可逆转的危害【1】。同时，大量汽车尾气污染物的排放也给整个地球环境造成了不小的危害，例如汽车排放尾气中的大量CO2就是直接造成全球温室效应的根本元凶之一。 要减少汽车尾气污染物对人体和环境的危害，首先必须做好检测工作。用机动车尾气分析仪测定车辆排气污染物的浓度，目的是控制排气污染物的扩散，使其限定在被允许的范围内，以达到保护生态环境和自然界生态平衡的目的。同时，汽车发动机所排出的污染物成分和浓度与发动机的技术状况密切相关，所以通过对发动机的排气污染物进行检测，可评价发动机的技术状况，特别是燃油供给系统和点火系统的技术状况。 如何保证抽测数据的准确性，政府出台了各种政策、法规和办法，其中各级环境监测部门所进行的尾气抽测工作充分利用抽测数据，对数据进行分析、整理、汇总、统计，找出规律，为汽车尾气防治管理工作提供科学依据，是一项非常有意义的工作。 为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，控制发动机排气污染物对环境的污染，以及配合当前我国机动车行业的产业结构调整和企业认证，国家要求各机动车生产企业必须加强对发动机污染物排放量的检测和控制。由此企业必需配备相应的检测仪器。但由于整套“机动车尾气排放检测系统”在国内主要依靠进口国外同类系统，但是价格昂贵，而且难以得到快速及时地售后技术支持，这严重增加了中小企业负担，限制了该措施的推广和应用。面对这种现状，研制出适合我国国情的机动车尾气检测系统是加快推行环保标准、促进经济可持续快速健康发展的关键问题之一。“机动车尾气红外检测系统的研究”的研究课题正是在此背景下产生的。本课题利用非分光红外技术检测机动车尾气中CO和CO2的浓度，从而为机动车尾气的排放污染物控制