Автоматизація виробництва

find
Історія газоаналізатора

В свідомості багато газоаналізатор міцно асоціюється з визначенням токсичності вихлопних газів автомобіля. Це, дійсно, так. Контроль токсичності - одна з основних функцій газоаналізатора, але не єдина. Газоаналізатор здатний вирішувати широкий круг завдань по дослідженню стану двигуна і його систем. Причому, його діагностичні здібності такі обширні, що ми без коливань помістили газоаналізатори в підставу "діагностичної піраміди".

Бензиновий двигун внутрішнього згорання можна розглядати як перетворювач хімічної енергії палива (бензину). Перетворювач споживає паливо і окислювач (кисень, що міститься в повітрі). В результаті реакції швидкого окислення (горіння) палива, що протікає в камері згорання, велика частка хімічної енергії перетвориться в механічну (обертання колінчастого валу). Це - факт позитивний, оскільки в цьому полягає основне призначення двигуна. За законом підлоти, при цьому виникають, принаймні, два неприємні моменти.

По-перше, частина теплової енергії, що виділилася, розсівається в елементах конструкції двигуна. Її доводиться видаляти, використовуючи систему охолоджування. По-друге, в результаті горіння утворюються побічні хімічні продукти. Частина з них є нейтральною відносно дії на навколишнє середовище (вуглекислий газ Со2, кисень О2, пари води Н2о), частина - виключно шкідливими (вуглеводні НС, оксид вуглецю З, оксиди азоту Nох).

Не те, щоб нас не хвилює проблема навколишнього середовища, але в даний момент склад побічних продуктів реакції буде нам цікавий перш за все як діагностичний параметр. Чому він таким є?

Ефективність роботи двигуна насамперед визначається повнотою згорання палива. Вона залежить від багатьох чинників:

від оптимального співвідношення пального і окислювача (за це відповідають системи вимірювання витрати повітря і дозування палива);

від їх ретельного перемішування (на це впливає стан форсунок, конструкція впускного колектора і камери згорання);

від ефективності попереднього стискування паливного заряду, що визначається станом ЦПГ і ГРМ;

від ефективності займання, що має на увазі справність всіх елементів системи запалення і оптимальний УОЗ.

Будь-яке відхилення від норми або неузгодженість в роботі перерахованих систем двигуна призводить до зниження його ефективності і, як наслідок, до зміни концентрації побічних продуктів згорання. Конструктивні недоліки, експлуатаційні відхилення параметрів, порушення регулювань - все це, так або інакше, відбивається на складі "вихлопу". Таким чином, склад відпрацьованих газів є узагальненим параметром, свого роду "пробірним каменем", за допомогою якого робиться вивід про ефективність двигуна, безпомилковості і злагодженості роботи всього комплексу, його основних систем: механічною, топлівоподачи і запалення.

З історії "аналізів"

Газоаналіз почали застосовувати для дослідження процесів в двигунах задовго до того, як був ухвалений перший закон, що передубачав контроль токсичності вихлопу автомобілів. До речі, прийнятий він був в кінці 60-х в Америці. Отже американці - застрільники в боротьбі за екологічно чистий транспорт.

Перші зразки газоаналізаторів, що застосовувалися для регулювання двигунів, зі всього "букета" побічних продуктів згорання вимірювали тільки концентрацію З (тобто були однокомпонентними приладами). Її аналіз дозволяв судити про співвідношення топліво-воздушной суміші, а значить, міг допомогти в налаштуванні карбюратора. У "первісних" газоаналізаторах використовувався ефект зміни електропровідності платинової спіралі в середовищі оксиду вуглецю.

До 70-м рокам, коли гостро встало питання контролю шкідливих викидів автотранспорту, рівень розвитку техніки дозволив створити якісніші, двокомпонентні прилади. Вони вимірювали додатково концентрацію ще одного шкідливого компоненту - НС (незгорілих частинок вуглеводнів, що входять до складу палива). До речі, зміст вуглеводнів (також і оксидів азоту) визначається не у відсотках, як всіх інших газоподібних компонентів, а в PPM - кількості частинок на мільйон. Окрім цього, використовувався інший, точніший метод визначення концентрації - спектрометрірованіє вихлопних газів в ІК-ДІАПАЗОНЕ. Цей же принцип застосовується і в сучасних газоаналізаторах.

Подальше вдосконалення газоаналізаторів визначалося як контролем токсичності, що постійно посилювався, так і підвищенням вимог до приладу як діагностичного інструменту. Інакше як пояснити появу трикомпонентних газоаналізаторів, що додатково дозволяли вимірювати концентрацію діоксиду вуглецю Со2, безпечного газу без кольору і запаху, натурального продукту згорання вуглеводнів? Інформація про нього нічого не дає, з погляду визначення шкідливості викидів в атмосферу. Зате цінна для діагноста, оскільки дозволяє побічно судити про облиште згорання палива навіть у випадку, якщо двигун обладнаний нейтралізатором вихлопних газів.

До речі, устаткування вихлопної системи автомобілів каталітичним нейтралізатором дало чималий імпульс розвитку приладів газоаналізу. Двокомпонентні газоаналізатори, як діагностичні прилади, в цих умовах виявилися малоефективними. Вони не давали достатньої кількості об'єктивної інформації про роботу двигуна, оскільки каталітичні нейтралізатори активно зменшували саме концентрацію вимірюваних ними продуктів згорання - З і НС.

При покупці газоаналізатора майте це на увазі. Як би не були привабливі, з цінової точки зору, двокомпонентні газоаналізатори, при діагностиці сучасних двигунів, обладнаних каталізатором, вони мають обмежене застосування. Щоб дати можливість діагностам якийсь час використовувати двокомпонентні прилади для аналізу, раніше деякі моделі автомобілів забезпечувалися спеціальним патрубком для відбору проб газів до каталізатора. З появою четирех- і п'ятикомпонентних газоаналізаторів необхідність в цьому відпала.

Сучасні чотирьохкомпонентні газоаналізатори вимірюють концентрацію З, НС, Со2, і О2. Виміри змісту перших трьох компонентів виконуються згадуваним спектрометричним методом. Концентрація кисню визначається за допомогою електрохімічного датчика. Так само визначається вміст у вихлопі оксидів азоту NOX в складніших, п'ятикомпонентних приладах.

Перевага приладів цього рівня полягає в тому, що вони дозволяють розрахунковим шляхом визначити початковий склад паливної суміші навіть для двигунів, вихлопна система яких обладнана каталізатором. Окрім цього, вони надають діагностові декілька додаткових параметрів, сукупний аналіз яких дозволяє глибше зрозуміти характер процесів, що відбуваються в двигуні.

Маючи це на увазі, газоаналізатори з успіхом використовують у складі діагностичних комплексів спільно з мотортестером.

Що таке "добре"?

Газоаналізатор - це дуже тонкий фізичний прилад. Його якість визначається не стільки формою, скільки змістом, тобто точністю і надійністю його основних компонентів. Серед них, насамперед, можна відзначити спектрометричний блок.

Конструктивно і технологічно це пристрій настільки специфічно, що його виробництво на належному, з погляду якості, рівні освоєно лише декількома компаніями, імена яких добре відомі фахівцям. Серед них можна згадати американські фірми Sensors і Andros, що забезпечують до 80% потреби в даній продукції.

Самі вони випуском газоаналізаторів не займаються, забезпечуючи виробників лише якісними комплектуючими пристроями. Окрім американців, спектрометричні блоки проводять: японська фірма Horiba, німецька, - Beckmann і ряд менш відомих компаній.

Такий розподіл праці себе виправдовує. В усякому разі, що робилися рядом фірм спроби самим налагодити виробництво спектрометричних блоків до добрих результатів не приводили. Ці пристрої, як правило, страждали великими погрішностями вимірювань, нестабільністю результатів, низькою надійністю.

Таким чином, більшість газоаналізаторів - прилади-інтернаціоналісти. В тому сенсі, що усередині газоаналізатора, зібраного в Росії, Кореї або Італії, можна виявити основні блоки, вироблені в інших частинах світу. Прагнучи здешевити кінцевий продукт, багато фірм використовують ті, що комплектують менш відомих компаній, якість яких дещо гірше. Вивід простий: набуваючи газоаналізатора, необхідно цікавитися у продавця походженням його основних блоків. Світова популярність їх виробника - гарантія хорошої якості приладу в цілому. При цьому можна не сумніватися, що діапазон вимірювання і точність будуть на належному рівні. Важливість точності, стабільності і надійності вимірювального блоку газоаналізатора очевидна. Не менше значення мають конструктивні особливості і якість системи примусового відбору і фільтрації газів. Краще, якщо вона буде двоконтурною. В цьому випадку насос одночасно використовується і для прокачування відфільтрованого і осушеного газу, і для автоматичного видалення конденсату з фільтру.

Фільтр приладу одночасно використовується і для утримання механічних частинок, і для відділення вологи, що містяться у вихлопі. Він має бути максимально надійним і краще багатоступінчатим. Попадання в кювету спектрометричного блоку частинок або вологи не тільки вносить погрішності, але здатне вивести з ладу найнадійніший блок. Не останню роль грає продуктивність насоса. Вона визначає час реакції приладу на зміну складу відпрацьованих газів. Вони подаються від пробоотборного зонда у вимірювальний блок по протяжному шлангу з невеликим прохідним перетином. Бажано, щоб час реакції не перевищувало 10 сек.

Багато вузлів приладу термостабілізіруются, їх температура підтримується з високою точністю. Зручніше, якщо час прогрівання газоаналізатора до робочої температури складає не більше 10-15 хвилин.

На зручність в експлуатації впливає і характер живлення приладу. Комбіноване (мережеве і від акумулятора 12-вольта) живлення дозволяє гнучкіше використовувати газоаналізатор. Зокрема, якщо габарити газоаналізатора невеликі, можна виконувати виміри складу газів при русі автомобіля. Взагалі, мініатюризація діагностичних приладів, зокрема, газоаналізаторів, - одна з головних сучасних тенеденций приладобудування. Це не дань моді. Мета мініатюризації - максимально пристосувати прилади до проведення досліджень "на ходу", спроба перевести діагностику в "бойову" обстановку реальних режимів роботи двигуна.

Якщо говорити про газоаналіз, такий підхід, по-перше, дозволяє вимірювати токсичність вихлопу в русі, що вже зараз вимагають стандарти ряду штатів в США. По-друге, розшифровка запису зміни складу відпрацьованих газів при різних режимах руху дає багатющу, якісно іншу інформацію для аналізу. Вона допомагає прояснити такі тонкощі робочих процесів, які недоступні при випробуваннях в боксі в безнагрузочних режимах.

Окрім цього, вельми корисними "примочками" будуть: додаткові датчики, що дозволяють вимірювати частоту обертання двигуна і температуру масла, вбудований принтер для роздруку результатів вимірювань і стандартний порт для зв'язку газоаналізатора з комп'ютером. Останнє робить можливою комп'ютерну обробку вимірів і створення бази даних. Хорошому приладу не пошкодить наочна індикація, просте і зручне управління режимами, автоматизація деяких режимів: прогрівання, установки "нуля", видалення конденсату, переходу в режим "stand by". Ще раз підкреслимо, що під хорошим газоаналізатором для діагностики сучасних двигунів ми маємо на увазі, як мінімум, чотирьохкомпонентний прилад з функцією розрахунку складу суміші.

Що на ринку

Вітчизняний ринок газоаналізаторів обширний. На нім представлена продукція різного ступеня досконалості, різних виробників в широкому ціновому діапазоні. Загалом, є з чого вибрати.

Тим, хто займається організацією державних або альтернативних пунктів інструментального контролю, адресуються найбільш досконалі і дорогі моделі. Вони є стійкою, в якій змонтований високоякісний багатокомпонентний газоаналізатор, процесор для комп'ютерної

 

http://predter.ru/response/index1.htm

  • автоматизаця | безпека | захист | лінії | виробництво