Морозова В.С., Поляцко В.Л. (сост.) Экологическая безопасность транспортных средств

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра эксплуатации автомобильного транспорта

656.13(07)

М801

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Методические указания по лабораторным работам

Челябинск

Издательский центр ЮУрГУ

2010

УДК 656.13.502.3(075.8)

М801

Одобрено

учебно-методической комиссией автотракторного факультета

Рецензент:

Л.М. Киселева

Морозова В.С.

М801 Экологическая безопасность транспортных средств:

методические указания по лабораторным работам /сост.: В.С.

Морозова, В.Л. Поляцко. – Челябинск: Издательский центр

ЮУрГУ, 2010 – с. 17

Методические указания являются руководством для

выполнения лабораторных работ по дисциплине «Экологическая

безопасность транспортных средств». Предназначены для

студентов специальностей 190701 и 190702 дневной и заочной

форм

обучения.

УДК 656.13.502.3(075.8)

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Экологическая безопасность транспортных средств

относится к циклу естественно-научных дисциплин. Лабораторные работы

проводятся в соответствии с рабочей программой дисциплины (п. 5.1.,

таблица 3 лабораторная работа № 2). Настоящие методические указания

разработаны для подготовки инженеров по специальностям: Организация

перевозок и управление на транспорте (автомобильном), организация и

безопасность движения.

Специалист должен хорошо разбираться

в вопросах негативного

воздействия транспорта на окружающую среду, современных направлениях

разработок по улучшению экологических показателей подвижного состава и

транспортной инфраструктуры.

Инженер по данным специальностям должен владеть знаниями по

управлению экологической деятельностью на транспорте, по работе и

использованию оборудования для определения содержания вредных веществ

в отработавших газах ДВС.

Проведение лабораторных работ поможет

закрепить теоретические знания

по выбросам вредных веществ в атмосферу, фактическому их составу,

причинам образования токсичных компонентов, содержащихся в

отработавших газах и превышающих нормативы, устанавливаемые

отечественными и зарубежными стандартами.

Работы содержат методику проведения, схемы оформления и требования к

определению конкретных показателей.

Перед проведением лабораторных работ все студенты должны пройти

инструктаж по

технике безопасности и расписаться в журнале регистрации

инструктажа. Студенты, не прошедшие инструктаж, к работе не

допускаются.

1. Общие положения

Содержание монооксида углерода СО диоксида углерода СО

, окислов

азота NO

и углеводородов С

в отработавших газах двигателей

внутреннего сгорания с бензиновыми двигателями автотранспортных средств

определяют в соответствии с ГОСТ Р 52033 – 2003 при работе двигателя на

холостом ходу для двух частот вращения коленчатого вала: минимальной

min

и повышенной N

nов

устанавливаемых по паспортным данным

обследуемого автомобиля.

Перед измерением двигатель автомобиля должен быть прогрет до

температуры не ниже рабочей температуры охлаждающей жидкости

(моторного масла - для двигателей с воздушным охлаждением), указанной в

руководстве по эксплуатации автомобиля (80 – 90

С), но не ниже 60

С.

2. Оборудование для контроля токсичности отработавших газов

двигателей внутреннего сгорания с бензиновым двигателем

2.1. Газоанализатор «АВТОТЕСТ 0203»

Газоанализаторы«АВТОТЕСТ 0202», «АВТОТЕСТ 0203», «АВТОТЕСТ

0204» разработаны и выпускаются Научно – производственной фирмой

«МЕТА» г. Жигулевск Самарской области в трех исполнениях.

Газоанализатор «АВТОТЕСТ 0203» предназначен для определения

концентрации монооксида углерода СО, диоксида углерода СО2,

углеводородов CnHm, окислов азота NОх вычисления λ-параметра, в

отработавших газах, определения рабочей температуры масла двигателя и

числа оборотов коленчатого вала карбюраторных двигателей внутреннего

сгорания.

2.2. Условия работы газоанализатора «АВТОТЕСТ 0203»

Газоанализатор «АВТОТЕСТ 0203» предназначен для работы в

следующих условиях:

1) температура окружающей среды - от 0

С до + 45

С;

2) атмосферное давление от 86,6 до 1О6,7 кПа (от б50 до 800 мм рт. ст.);

3) относительная влажность воздуха 95 % при температуре +30

С, и более

низких температурах без конденсации влаги;

4) рабочее положение прибора – горизонтальное с допускаемым

отклонением ±20

;

5) питание прибора от сети постоянного тока напряжением 12,6±2В или

сети переменного тока 220В, 50Гц от выносного блока питания;

6) температура анализируемой смеси на штуцере ВХОД не более 50

С;

7) температура анализируемой смеси на входе в пробозаборник не более

200

С;

8) расход анализируемой смеси не менее 60 л/ч.

2.3 Техническая характеристика газоанализатора «АВТОТЕСТ 0203»

Техническая характеристика газоанализатора «АВТОТЕСТ 0203» с

диапазонами измерений приведена в таблице 1.

Таблица 1

Техническая характеристика газоанализатора «АВТОТЕСТ 0203»

Измеряе-

мый

компонент

Диапазон

измерений

Цена

деления

Участок

диапазона

измерений

Основная

погрешность

абсолютная

относи-

тельная

Углеводор

оды

0-2000

млн

-1

1 млн

-1

0÷240 млн.

-1

240÷-2000

± 12 Млн

-1

± 5%

Мощность, потребляемая в режиме измерения, не более 20ВА

Масса прибора не более 4,5 кг

Габаритные размеры – 330х100х290 мм

Время прогрева прибора не более 30 мин

Время установления показаний, с, не более:

СО, СН, СО

Прибор в упаковке для транспортирования выдерживает:

- воздействие температур от – 30

С до + 50

С;

- воздействие относительной влажности 95% при температуре 30

С и

более низких температурах, без конденсации влаги.

2.4 Устройство и принцип работы газоанализатора

2.4.1 Конструкция прибора

Конструктивно прибор состоит из системы пробоотбора и

пробоподготовки, блока преобразования и индикации, датчика температуры

масла.

Система пробозабора и пробоподготовки (рис.1) включает пробозаборник

1, каплеуловитель 2, фильтры тонкой очистки 3, 4 конденсата и пробы газа

соответственно, трубку доставки

пробы 5, трубку сброса конденсата 6.

Фильтр грубой очистки 7 располагается в рукоятке пробозаборника. Схема

млн.

–

Оксид

углерода

0÷5% 0,01%

0÷1,5%

1,5÷5%

± 0,06% ± 4%

Диоксид

углерода

0÷16 % 0,1 %

0÷12,5%

12,5÷16%

± 0,5% ± 4%

Кислород 0÷21 % 0,1 %

0 ÷ 2,5%

2,5 ÷ 21%

± 0,1% ±4%

Окислы

азота

0-5000

млн

.-1

10 млн

.-1

0÷1000 млн

-1

1000÷5000

млн

.-1

± 50 млн

-1

± 5%

λ-параметр 0,5-2,00 0,001 не нормируется

Частота

вращения

0-5000

5000-8000

мин

.-1

10-100

мин

.-1

0 – 8000 мин

-1

± 2,5%

Температу

ра

масла

20÷ 125°С 1°С 20÷125

С ±2,0°C

соединений элементов системы и подключение их к штуцерам прибора

приведена на рис.2.

Устройство пробоподготовки обеспечивает трехступенчатую очистку

пробы газа от механических мешающих компонентов и влагоотделение:

- объемный термостойкий волоконный фильтр грубой очистки;

- каплеуловитель совмещенный с объемным влагоотталкивающим

фильтром тонкой очистки и отделением конденсата;

- целлюлозный фильтр тонкой очистки G 702.

В блоке преобразования

размещается: компрессор пробы газа, компрессор

эвакуации кондeнcaтa, оптический блок, включающий термостатированную

кювету, излучатель, модулятор, и термостатированный фотоприемный узел.

На лицевой панели прибора (рис.3) для модификаций «АВТОТЕСТ-02.02»

и «АВТОТЕСТ-02.03» размещены: два жидкокристаллических буквенно-

цифровых индикатора с подсветкой, отображающих величину концентрации

углеводородов, оксида углерода, окислов азота (для модификации

«АВТОТЕСТ-02.03»), диоксида

углерода, кислорода в отработавших газах

автомобиля, λ-параметр, число оборотов вала двигателя и температуру масла;

кнопка включения питания ВКЛ; кнопка РАБОТА/ПАУЗА; кнопка

коррекции нуля КОР.0; кнопка ПЕЧАТЬ, кнопка РЕЖИМ, принтер.

2.4.2 Принцип действия

Принцип действия прибора основан на измерении величины поглощения

инфракрасного излучения источника молекулами углеводородов, диоксида

углерода и оксида углерода в областях 3,4; 4,25 и 4,7 мкм.

Концентрация кислорода определяется электрохимическим методом. В

датчике кислорода содержатся измерительный и сравнительный электроды,

находящиеся в электролите и отделенные от анализируемого газа

полимерной мембраной. На измерительном электроде

' кислород,

продиффундировавший через мембрану; электрохимически

восстанавливается, и во внешней цепи возникает электрический ток, сила

которого пропорциональна парциальному давлению кислорода в газе над

мембраной.

Концентрация окислов азота (для модификации «АВТОТЕСТ02.03»)

определяется на основе электрохимической ячейки 3NF/F Nitric Oxide.

Проба анализируемого газа поступает в электромагнитный клапан, а за

тем в проточную зеркальную кювету, где определяемые

компоненты,

взаимодействуя с излучением, вызывают его поглощение в соответствующих

спектральных диапазонах.

Электромагнитный клапан предназначен для отключения пробы и

продувки кюветы чистым воздухом в режиме принудительной коррекции.

Поток излучения характерных областей спектра поочередно выделяется

вращающимися интерференционными фильтрами (3,4; 3,9; 4,25 и 4,7мкм) и

преобразуется в электрические сигналы, пропорциональные концентрациям:

углеводородов, диоксида углерода, оксида углерода и

окиси азота

Спектрометрический канал измерения в области 3,9 мкм является

опорным каналом и служит для автоматической стабилизации

чувствительности прибора.

Функциональные схемы приборов приведены на рисунках: 1а - для

модификаций «АВТОТЕСТ-02.02» и «АВТОТЕСТ-02.03».

Проба анализируемого газа отбирается из выхлопной трубы автомобиля

пробозаборным зондом (рис.1). В рукоятке зонда размещается фильтр грубой

очистки, где происходит предварительная очистка газа

от частиц сажи и

аэрозолей. Далее проба газа направляется к прибору по трубке доставки.

Дальнейшая обработка пробы газа происходит в каплеуловителе,

совмещенном с фильтром тонкой очистки пробы. В каплеуловителе (рис.4.)

из пробы отделяется конденсат, который собирается в нижней части фильтра

и эвакуируется компрессором конденсата через штуцер

СБРОС КОНДЕНСАТА. В фильтре

сверхтонкой очистки типа GB 702

производится окончательная очистка пробы газа от мешающих компонентов,

которая затем поступает в, оптическую кювету узлов. Одновременная работа

двух компрессоров: обеспечивает скоростную доставку пробы газа от

источника до оптической кюветы, а также непрерывную эвакуацию

конденсата из пробы.

Инфракрасное излучение аналитических областей спектра определения

оксида углерода (4,7 мкм), диоксида углерода (4,25 мкм

) и углеводородов

(3,4 мкм), а также опорного канала (3,9 мкм) поочередно выделяется

соответствующими интерференционными фильтрами, установленными на

вращающемся диске модулятора, и формирует на выходе

пироэлектрического фотоприемника последовательности электрических

импульсов. Амплитуда сигналов несет информацию о концентрации

определяемых компонентов газа. По амплитуде сигнала опорного канала

автоматически корректируется чувствительность спектрометрического

тракта прибора и поддерживается. постоянный

коэффициент преобразования

аналитических сигналов в течение всего срока эксплуатации прибора.

Аналитические сигналы каналов измерения концентрации оксида углерода,

диоксида углерода и углеводородов преобразуются, линеаризуются,

нормируются и проходят статистическую обработку в микропроцессоре PIC

16F87.7.

Рисунок 1 - Пробозаборник

1-Фильтр; 2-Трубопровод; З- Ручка; 4- Крышка; 5-Пружина; 6,7-Прокладка; 8-

Штуцер; 9-Наконечник; 10,11-Втулка; 12-Трубка; 1З-Колпачок; 14-Рукав

Рисунок 2 - Схема отбора и подготовки пробы прибора

1-Пробозаборник; 2-Каплеуловитель; 3-Фильтр очистки конденсата

(GB-202); 4-Фильтр тонкой очистки пробы (GB-702); 5-Пробозаборная трубка;

6-:Трубка сброса конденсата (0,5 м); 7-Фильтр грубой очистки; 8- Трубка Т1 (30

мм); 9-Трубка Т2 (150 мм); 10-Трубка Т3 (210 мм)

Рисунок 3. Внешний вид прибора (передняя панель)

Рисунок 4- Каплеуловитель

1-Колпачок; 2-Прокладка; З-Прокладка; 4-Верхняя крышка; 5-Фиксатор;

6-Штуцер подачи газа; 7- Корпус; 8-Гайка; 9-Диск бумажного фильтра;

10-Оправа; 11-Фиксатор; 12-Фильтр 5 мкм; 13 Объемный фильтр

Результаты измерения и служебная информация для пользователя

отображается на буквенно-цифровом жидкокристаллическом индикаторе.

Для удобства работы с прибором в ночное время предусмотрена подсветка

индикатора.

Для исключения дополнительной погрешности от изменения температуры

окружающего воздуха и анализируемого газа фотоприемник и оптическая

кювета защищены теплоизоляционными оболочками и термостатируются[

системами стабилизации.

Источником сигнала частоты

вращения коленчатого вала двигателя

автомобиля служит высоковольтный датчик индуктивного типа,

устанавливаемый на один из высоковольтных проводов системы зажигания.

Частота следования импульсов искрообразователя свечи одного из

цилиндров двигателя измеряется и преобразуется микропроцессором в

частоту вращения коленчатого вала независимо от числа цилиндров.

Рабочая температура моторного масла двигателя измеряется датчиком на

основе преобразователя температуры DS1821.

3 Выполнение работы

3.1 Подготовка прибора к работе

Перед проведением работ по определению токсичности необходимо

убедиться в исправности и работоспособности газоанализатора. Проверить

техническое состояние газоанализатора внешним осмотром. Фильтрующие

элементы должны быть

чистые, при необходимости, если фильтрующие

элементы имеют внешние признаки присутствия грязи, их заменить, а из

отстойника слить конденсат Проверить исходное положение кнопок, кнопки

переключателей на задней панели газоанализатора должны быть в

выключенном положении.

Установить прибор на горизонтальной поверхности.

Собрать систему пробоподготовки согласно схеме на рис.2.

Установить каплеуловитель в гнездо 5 на задней

панели прибора.

Подключить короткими трубками фильтры тонкой очистки 4 GB702 и 3

GB202 к штуцерам каплеуловителя ВЫХОД пробы и ВЫХОД. конденсата

(нижний штуцер), а также к штуцерам ВХОД пробы и ВХОД конденсата

соответственно. При этом соблюдать направление подключения фильтров

тонкой очистки в соответствии с указанными на корпусе фильтра стрелками.

Если в воздухе помещения,

где используется прибор, могут содержаться

пары бензина или оксиды углерода, рекомендуется подключить к штуцеру

"Чистый воздух" ("DRY AIR") трубку Ø4х1,5мм или 5х1,5мм достаточной

длины и вывести ее за пределы рабочего помещения.

Подключить короткую трубку из состава ЗИП к штуцеру ВЫХОД

конденсата 9 и отвести свободный конец трубки в направлении отвода

конденфта.

Подключить кабель питания К1 из комплекта принадлежностей к гнезду

"Питание" прибора. Ответные провода электрического кабеля питания К1

подключаются к автомобилю следующим образом:

-красный зажим - к клемме аккумулятора +12 В;

-черный зажим - к клемме аккумулятора –12 В;

Допускается в качестве источника питания использовать другие

источники постоянного тока (сетевые или аккумуляторные),

обеспечивающие на

выхoдe постоянное напряжение (12±2)В при токе не

менее 3 А при размахе пульсаций не более 100 мВ. В этом случае красный и

черный зажимы кабеля питания К1 подключаются к альтернативному

источнику питания.

К Гнезду "Тахометр" подключить кабель датчика тахометра К2, зажим

которого закрепить на высоковольтном проводе одного из цилиндров. При

этом следует

, чтобы зажим не касался корпусных деталей двигателя.