廢氣分析儀一種分析儀，一般是基於氣體的紅外吸收原理，即由多原子組成的氣體分子，在某一特定波長範圍內，吸收紅外光能量與氣體濃度成正比的關係，進行工作的。用於測量機動車汽油發動機排放廢氣中的HC、CO、CO2、O2濃度。其中對HC、CO、CO2採用先進的NDIR不分光紅外分析技術進行檢測，對O2採用最新的電化學分析技術進行檢測。
基本介紹
- 中文名：廢氣分析儀
- 外文名：Exhaust Gas Analyzer
- 特點：自動計算並顯示過量空氣係數
- 作用：測量機動車汽油發動機排放廢氣
- 技術：電化學分析技術
- 常用類型：非擴散型紅外線式廢氣分析儀
套用,原理,主要結構,主要用途,套用配置特點,主要類型,主要功能特點,
套用
汽車廢氣分析儀主要用於對汽車排放污染物進行測量，廣泛套用於汽車修理廠、汽車製造廠、汽車綜合性能（安全性能）檢測站和環境監測站等場所，不同類型的用戶選擇不同類型的產品。對於安全檢測站、綜合性能檢測站，主要配套檢測線專用的四氣/五氣廢氣分析儀；對於大型交通維修企業，首選四氣/五氣，其次選擇二氣廢氣分析儀；對於環保的路檢、抽檢和復檢機動車排污檢測機構或部門，首選四氣/五氣，其次是二氣廢氣分析儀；對於主修或檢測汽油車的企業，需要購買汽油車專用廢氣分析儀；對於主修或檢測柴油車的企業，需要購買濾紙式煙度計或不透光度計；對於汽油車和柴油車混雜檢測維修的企業，需要同時配備汽油車廢氣分析儀或煙度計等設備，也可考慮購買汽柴合一的廢氣分析儀。
原理
測試原理
廢氣分析儀最常用的測試原理主要有：
不分光紅外線分析原理(NDIR)、電化學原理，此外還有氫火焰離子化法(FID)、化學發光法(CLD)，磁氣壓力法等。根據不同的原理，就相應有不同結構的檢測器(通常稱儀器的感測器)，分別適合測試不同類別的氣體成分。
不分光紅外吸收法儀器結構簡單、壽命長、測量精度高、反應速度快、運行費用低、操作簡便，可用於分析測試CO(一氧化碳)、CO2(二氧化碳)、HC(碳氫化合物)，NO(氮氧化物)等氣體的濃度，因而被廣泛用於汽車排放污染物濃度的分析。即特定氣體分子(含原子)有特定的波長，可以吸收紅外線，並且在恆定條件下其吸收量與氣體的濃度成正比。因此，檢測器輸出電信號，經數據處理後由液晶屏顯示部分(如液晶屏)顯示出來或將信號輸出供後續處理。
電化學法可用於測量O2、NO、SO2等，檢測器是電化學式的，屬消耗性的，壽命多為兩年以內。此類檢測器結構小巧簡單、價格低廉、易於更換，但美中不足是壽命短。當有氣體通過時會輸出與氣體濃度成良好線性的電壓、電流信號，通過一定的電路處理輸送給顯示器。
氫火焰離子化法測量HC具有準確度高、輸出與碳原子數成良好線關係的優點，多用於高精度測量試驗。此類儀器可以連續長時間鋇(試，反應快、測試精度高、結構簡單、易維護，但配套價格昂貴。目前在國內主要用於汽車與發動機的研究開發、汽車與機車生產一致性認證與檢查。
而化學發光法分析測試NO/NOx、等成分同樣具有靈敏度高、反應速度快、性好等特點。其它類似氫火焰離子化法。
因此，用氫火焰離子化法分析HC，用不分光原理分析CO，CO2，用磁壓法或氧化錯法分析發動機排放的氧，用化學發光法分析NO/NOX，這些方法被各國權威機構廣泛推薦為發動機排氣分析的標準方法。但由於他們結構較複雜、配套費用較高(數百萬至數千萬人民幣)、操作不夠簡便，目前只套用於發動機或汽車/機車整車排氣分析。正如大家現在常提到的汽車歐Ⅰ、歐Ⅱ、歐Ⅲ、歐Ⅳ(最新)排放標準套用的儀器就是此類儀器，也是目前國家發改委要求汽車/機車廠家必備的形式認證及生產一致性檢查測試設備，足見政府對控制未來汽車污染的決心。
儀器的檢測器(俗稱光學平台)是儀器的心臟部分，內部的光源輻射出來的紅外光被調製成一定頻率的光束，此光束通過採樣(檢測室)氣室，然後再穿過濾光片進人檢測器。樣品檢測器接收到這些光信號，便轉換成電信號輸出，系統進行數據處理，從而獲得被測氣體的相應濃度。
目前國內汽車/機車生產下線檢測、汽車維修檢測、在用汽車污染檢測、汽車污染檢測與治理等領域使用的儀器，主要套用不分光原理和電化學原理的小型儀器，費用較低，在國外也有使用氫火焰離子化法、化學發光法等大型儀器，但費用昂貴。現在國家在用機動車污染檢測規範標準要求使用的儀器是前者，不過未來使用的要求會逐漸提高。
污染檢測測試方法
國家在用機動車污染檢測標準規定的測試方法主要有：
①怠速法，即機動車空擋靜止在怠速下測試其排放尾氣的各種成分，各成分的分析結果均是濃度；
②雙怠速法，即機動車空擋靜止經過高怠速、低怠速測試其排放尾氣的各種成分，各成分的分析結果也是濃度；
③簡易工況法，即機動車在測功機上按特定低速/高速工況規範模擬在道路上運行，測試其排放尾氣的各種成分，各成分的分析結果是濃度或質量。
數據顯示方式
通常小型汽車尾氣儀的數據顯示主要有三種方式：
①電壓、電流表指針指示:國內、外最早的分析儀器通常採用的方式，靠指針指示，直觀簡便，多採用模擬技術，精度多為10%，在1993年前存在並流行，目前已是淘汰產品；
②LED數碼管顯示:比指針方式更進一步的顯示方式，這種方式簡單可靠、數字大而明亮、儀器功能增強，多是模擬或數字處理技術，精度多為10%，從1994年開始到現在均有生產，但此類僅為從模擬技術到數位技術的過渡；
③LCD液晶顯示器:可顯示漢字和較複雜的圖形，控制系統複雜，功能強大，測試精度高，儀器檔次高，選單引導操作簡便易行，採用現代計算機、單片機等數字處理技術，精度多為3一5%，是現在套用的主潮流。
主要結構
目前國內使用最為廣泛的廢氣分析儀是非擴散型紅外線式廢氣分析儀（NDIR）。這種儀器主要由取樣裝置、分析裝置濃度指示裝置和校準裝置等構成。取樣裝置由取樣探頭、濾清器、導管（由特殊材料製作，要求管壁不吸附氣體、不與被測氣體發生化學反應以確保測量精確度）、水分離器、和氣泵組成，作用就是從汽車的排氣管中吸入廢氣，濾掉灰塵和水分送往分析裝置；分析裝置由紅外光源、測量氣室、標準氣室、切光扇輪和檢測室組成，檢測室由兩個相互被帶金屬的隔膜隔開相同的密閉氣室構成，氣室內充有一定濃度的與被測氣體相同的氣體，氣室的一端裝有兩個相同的由濾光鏡構成的光窗，兩個平行放置的管形氣室（一根氣室是標準氣室，內部充滿不吸收紅外線的N2氣體，另一根為標本氣室，標本氣體從中通過）的一端分別正對著分析室的兩個光窗，另一端與紅外線光源對正，標本氣中不含被測氣時，紅外線穿過兩根管型氣室時均未被吸收，通過光窗分別進入檢測室的兩氣室中能量相等，兩個檢測氣室氣體密度相同，中間隔膜也不會彎曲，隔膜上的金屬片與臨近金屬片（構成一個平行板電容器）的間隙未變，因此平行板電容量未變；如果標本氣體中有一定濃度的被測氣體，致使部分能量被帶走，兩個檢測氣室內能量不等，一氣室內密度大（由於部分能量被吸收，所獲能量減小，溫度相對降低，壓力相對減小），另一氣室內密度未變（維持以前壓力），中間隔膜鼓向一邊，平行板電容的容量變化，此變化量與標本氣中被測氣體濃度有關，電容的變化量就定義了被測氣體的濃度，不同的被測氣體對不同波長的紅外線有不同的吸收特性，因此測量不同氣體應使用不同波長的紅外線；將不同的電容變化量換算為電流變化量用儀表表示，就構成了氣體濃度指示裝置。
主要用途
對普通的修理工而言，尾氣分析儀往往僅作為車輛檢側並控制尾氣、測試汽車排放污染物參數的普通設備，它的檢測診斷髮動機燃燒狀況的診斷功能遠沒有被充分發揮。因此尾氣分析儀設備的套用培訓教育仍是提高維修技師套用儀器水平的重要內容。利用儀器進行科學診斷，繼而做出準確判斷，是維修的關鍵。
尾氣分析儀的一般用途:
(1)對機動車的排放情況進行檢測，監測其污染物的排放水平，判斷排放污染物是否合格或超標；
(2)對化油器式車輛進行檢測、調整並使之空燃比處於合理水平，提高燃燒效率，降低污染物排放；
(3)對電噴車、裝有三元催化器的電噴車通過檢測診斷，可以監測其電控系統、燃燒系統、催化轉化系工作是否正常，達到發現問題相應找出解決問題的目的。
(4)檢測汽車排放系統是否存在泄漏、破損。
(5)可檢查包括燃燒情況、點火能量、進氣效果、供油情況、機械情況等諸多發動機故障;
(6)其它涉及的診斷用途，如採用OBD接口技術，進行系統故障代碼的診斷，判斷其空燃比、氧感測器等是否正常等。
套用配置特點
尾氣分析儀用戶群體特點及套用配置特點
根據不同的檢測要求與規範，要選擇合適的汽車尾氣分析儀，即達到規範要求並滿足使用的便利性是主要的選擇依據。任何片面的選擇都是不恰當的。
（1）汽車研發及製造檢測、3S/4S服務站應首選五氣儀，零級精度，價格在3一9萬元之間；
（2）安全檢測站、綜合性能檢測站:按國家公安部、交通部相關最新標準要求新建、改建檢測線必須配套使用四氣或五氣分析儀，一級或零級精度，價格在2一7萬元。
（3）一、二類維修企業應該首選四氣儀或五氣儀，價格在2.5一5.5萬元之間，如北京、上海、天津、廣州、深圳等環保要求嚴格的城市。經濟落後地區或環保要求較松的地區大多選擇二氣分析儀，價格在12一2.5萬元之間。
（4）環保的路檢、抽檢、復檢等機動車排污檢測:首選四氣/五氣儀，其次是二氣儀。
（5）I/M檢測站：推薦使用五氣儀，零級精度，價格在3一20萬元之間；
（6）簡易工況法檢測站：推薦使用五氣儀，零級精度，價格在6一30萬元之間。
此外，正確選購儀器的考慮因素(按先後順序)是：①適用性；②性價比；③服務；④價格。
主要類型
單組分、雙光路、電容式廢氣分析儀
廢氣分析儀的兩個光源發出能量相等的兩束紅外光IRD，ISD；切光片是一個周期性旋轉的扇形擋光片，在旋轉過程中將兩束光周期性地遮斷、打開;參比氣室充有不吸收紅外光的氣體(例如N2)；樣品氣體從樣品氣室的入口流入，從出口流出；電容式檢測器由一片金屬膜分隔成左右兩個接收室；兩接收室充有一定濃度和組分的被測氣體，金屬膜旁有一平板電極，與金屬膜構成一平板式電容器。
當樣氣中被測氣體濃度為0%時，樣品氣室內沒有紅外光能量被吸收，因此，光源光投射到樣品氣室後IS=ISD。
此類儀器的主要結構特徵是:每一個檢測機構只分析一種氣體成分(稱組分)；雙光路；採用電容式檢測器。
這類型廢氣分析儀在切光片周期性地遮斷、打開紅外光的過程中，電容量也產生周期性的變化，其變化量正比於被測氣體的濃度。將電容變化量通過相應電路檢測出來，就可知被測氣體的濃度。
這種類型廢氣分析儀的結構是一種經典型的結構，從60年代起開始在國外套用，國內80年代的汽車廢氣分析儀採用的就是此項技術(例如MEXA一324E型汽車廢氣分析儀)。這類廢氣分析儀的特點如下：技術比較成熟；結構複雜，加工精度要求高；一個檢測機構只能測試一種組分；檢測器密封性要求高。
多組分、單光路、半導體式廢氣分析儀
隨著半導體材料技術的發展，半導體紅外檢測器(例如熱電堆檢測器、熱釋電檢測器)在汽車廢氣分析儀上得到了廣泛套用，其發展趨勢將取代前述電容式檢測器。這種多組分、單光路、半導體式廢氣分析儀結構的主要特徵是:每一個檢測機構可以分析2種或3種組分；單光路；採用半導體檢測器。
從光源發出的紅外光投射到樣品氣室，當樣氣中被測組分(CO，HC)濃度為0%時，沒有紅外光被吸收，通過濾光片之後到達半導體紅外檢測器上的紅外光能量最強，半導體紅外檢測器輸出信號最大；當樣氣中被測組分濃度不為0%時，CO和HC氣體將分別吸收部分相應波長的紅外光能量，使到達其相應半導體紅外檢測器上的紅外光能量減少，輸出信號減小通過比較半導體紅外檢測器輸出潔號減小的程度，就可測算出相應的CO，HC氣體濃度
光路中的濾光片是一種窄帶通濾光片，它僅允許相應於CO（或HC）紅外吸收波長的那部分紅外光通過，其他波長截止因此，在其後的半導體紅外檢測器的輸出信號只反映某一相應的氣體(CO或HC)濃度，從而實現在一個光路中檢測多種氣體組分的功能
切光片按一定轉速旋轉，將光源發出的紅外光周期性地遮斷、打開，使半導體紅外檢測器輸出交變信號，從而使整個機構工作更穩定.靈敏度更高。
此種結構是一種比較光進的結構，從80年代初期開始在國外投人使用，國內也有部分廠家在近年生產出採用上述結構的儀器(例如南華儀器有限公司設計製造的NHA一201型汽車廢氣分析儀)，其特點如下:結構簡單.在一個檢測機構上可完成多種組分的檢測;可靠性高;在放大及信號處理模組中採用單片計算機技術後，可方便地實現自動調零、線性化、壓力補償、溫度補償、數字顯示和通訊等先進功能。
主要功能特點
用於測量機動車汽油發動機排放廢氣中的HC、CO、CO2、O2濃度。其中對HC、CO、CO2採用先進的NDIR不分光紅外分析技術進行檢測，對O2採用最新的電化學分析技術進行檢測；
LCD(液晶)螢幕顯示，設定及操作更方便；
自動計算並顯示過量空氣係數 λ；
可檢測使用天然氣(CNG)、液化氣(LPG)、乙醇汽油作燃料的汽車發動機排放；
體積小、重量輕、方便移動攜帶；
配備感應式發動機轉速測量鉗；
具備RS-232C數字串列通信接口；
具備車牌號碼輸入功能；
具備200組數據儲存、查閱功能；
符合國家標準 GB 18285-2005 精度要求；
符合國際標準 ISO 3930 或 OIML R99 I級精度要求。
可選配微型熱敏印表機；
可選配發動機油溫測量探頭；
可選配不同型號的轉速測量適配器；
可選配汽車電源逆變器。
