6.2 汽车排气污染物形成及检测
汽车发动机排出的有害成分主要是在燃烧过程或燃烧过程结束后在燃烧室内形成的，此外在排气系统中也会发生相关的化学反应，使某些化学成分浓度升高或降低。这些有害物质的排出量取决于燃烧前混合气的形成状况、燃烧室的燃烧温度压力和排气系统的反应条件。排气中的CO、HC、NOx及微粒的生成条件互不相同，本节将定性地解释形成机理。
6.2.1 发动机污染物的形成
1.一氧化碳的形成
一氧化碳(CO)是碳氢燃料在燃烧过程的中间产物。一般认为，燃烧反应经过几个反应过程为
CO一般是在空气量不足时部分燃料未完全燃烧的产物。如果空气量充分时，理论上汽油机不会产生CO(过量空气系数α≥1)，其产物为CO2和H2O。但在实际运转的汽油机排气中都存在0．01%～0．5%的CO，这是因为在燃烧室内的局部区域存在α的过浓区以及部分未燃碳氢HC在排气过程中发生不完全燃烧。此外，气温低或者是滞留时间短暂等，燃烧就不完全，也会有CO排出。
2.碳氢化合物的形成
HC是各种没有燃烧和没有完全燃烧的碳氢化合物的总称。HC的生成原因较复杂，目前还很难通过燃烧反应式进行计算分析。HC的主要来源是缸壁激冷效应、燃烧室缝隙效应、不完全燃烧及曲轴箱化油器等的泄露。
发动机燃烧室内的混合气在可燃极限内通过火焰传播使燃料燃烧。当火焰传播到缸壁低温区附近的那层气体(0．05mm～0．38rnm)，由于低温缸壁的激冷作用，火焰传播终止，从而使这层混合气中的HC随废气排出。激冷层的厚度与壁面温度、燃烧室压力和混合气空燃比等因素有关，是汽油机HC排放的主要来源。
火焰不能在激冷缝隙内传播的现象称为燃烧室缝隙效应。一般在小于1mm的缝隙内，如活塞顶部与第一道气环之间的空隙混合气因火焰无法传入其中而不能完全燃烧，是HC排放的来源之一。
在发动机工作过程中，如果混合气过浓或过稀，或点火系统出现故障，或火焰传播过程中熄灭，都会致使混合气中的部分或全部燃料以HC的形式排出。HC既有未燃的燃料，也有燃料不完全燃烧的产物和部分被分解的产物，所以一切妨碍燃料正常燃烧的条件都是HC形成的原因。
根据废气分析表明，排气中的HC成分十分复杂，除了饱和烃、不饱和烃和芳香烃外，还包括有部分中间氧化物如醛、酮、酸等。这是因为燃料的氧化过程是很复杂的，不是直接生成CO2和H2O，而是经过一连串的化学反应才达到的。从化学反应方面分析，在反应过程的不同阶段存在着不同的中间产物，若这些中间产物进一步氧化的条件不适宜，就可能出现部分氧化而使HC的排放量增加。汽油机的HC排放量远大于柴油机。汽油机向大气排出的HC主要是燃料不完全燃烧的产物由排气管排出(55%～65%)，其次是曲轴箱通风口漏出的占20%～25%。
对于二冲程汽油机，由于在排气过程中，存在部分混合气通过气缸直接进入排气的现象，HC排放量可能比四冲程汽油机大几倍。
3.氮氧化物的形成
NOx是指NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等各种氮氧化物的总称。在发动机排出的废气中，NO占绝大部分(约占99%)，而NO2的含量极少(约占1%)。在高负荷工况时，NO2更少，可以忽略不计。NO是在高温和有氧条件下生成的，来自氧气和氮气的反应，与燃料本身关系不大，NO在膨胀和排气时有微量的分解，排入大气后，遇氧被氧化成NO2。
NO的形成机理比较复杂，有许多不同的见解。目前，捷尔杜维奇(Zeldovich)链反应机理被广泛采用，其反应机理为:
这些反应是连锁反应，分子状态的氮和原子状态的氧碰撞，或氧分子和氮原子碰撞生成NO。反应式( 6－6)左边的O一部分可由反应式( 6－7)供给，大部分是靠高温条件下使氧离解产生的
。由于反应式( 6－7)左边中的N主要依靠反应式( 6－6)右边生成的N供给，式( 6－6)、式( 6－7)生成的NO是同一数量级的。由上表可知，式 6－6的正反应速度常数k1在很大程度上取决温度;而反应式( 6－7)的k2虽与温度关系较小，但式中的N主要由式( 6－6)提供。因此整个NO的形成在很大程度上取决于温度。利用上述化学平衡状态计算结果，虽然可以说明发动机在燃烧过程中产生NO的倾向。但因发动机燃烧过程的时间很短，不能达到全部反应的平衡过程。其原因是实际反应的速度跟不上化学平衡的需要，即每一瞬间的化学动力状态都与化学平衡状态有一定差距，因此要想达到化学平衡状态，需要相当长的时间。因此，除了燃烧气体的温度和氧的浓度外，停留在高温下的时间也是NO生成的重要影响因素。
4.微粒的形成
微粒是指发动机排出的废气中除气态和水以外，所有存在于接近大气条件稀释排气中的分散物质，是以碳原子作为主要成分并含有占10%～30%氢原子的碳氢化合物所组成。
柴油机排出的微粒要比汽油机多得多，其中碳烟微粒排放要比汽油机高30～80倍。理论研究表明，汽油等轻质燃料的气化是一个物理过程，而柴油等重质燃料的气化包含化学裂解过程，这就是柴油机微粒排放多的重要原因。
碳烟微粒生成有两个途径。其一，在高温(2000～3500K)富有缺氧区(如在扰流扩散火焰出现的喷注心部)，已形成气相的燃油分子通过裂解和脱氢过程，经过核化或形成先期产物，快速产生较小分子的物质，在后期出现聚合反应，最终产生碳烟微粒;其二，在低于1500K的低温区(如燃烧室壁等非火焰区)则通过聚合和冷凝过程，缓慢产生较大分子量的物质，最后也生成碳烟微粒，两个途径交叉进行，但大多数的微粒是在高温缺氧区的快速反应过程中产生的。
6.2.2 使用因素对排气中有害气体浓度的影响
1.负荷的影响
发动机的工况，是以功率和转速变化情况来表示，也即负荷与速度的变化，如发动机在各种转速下的怠速、小负荷、中负荷和满负荷的工作状况。发动机不同负荷所需要的空气与燃料的混合比也不同，因此分析负荷对排气中有害气体的影响实质上是空燃比的影响。
图6－1 排气中的CO、HC、NO浓度与空燃比关系
图6－2 汽油机的负荷排放特性
理论上燃料完全燃烧时所需要的空燃比为A/F=14．7。汽油机在正常的火焰传播与燃烧时，混合气的空燃比通常为10～18。由于混合气成分的不同，使燃烧速度产生很显著的差异，结果产生不同的排气成分。汽油机空燃比与排气有害成分的关系如图6－1所示。从图中可以看出，供给浓混合气时，NO减少而CO、HC增多;供给略稀的混合气时(经济混合比附近)，CO、HC减少而NO增多;供给稀混合气时，NO、CO减少而HC增多。从发动机负荷分析表明，发动机满负荷时，燃烧不完全，生成的CO量增多;中等负荷时，混合气略稀，燃烧效率最高，CO、HC减少但NOx增多;在怠速和小负荷时，NOx排放量减少而CO和HC显著增多。
图6－2是某汽油机在2000r/min下变负荷时(即改变进气管压力)测定的负荷排放特性曲线。由图可见，CO随负荷增加而降低，当进气管压力高于75kPa时，CO又开始上升。其原因是由于供给混合气的空燃比随负荷增加而变稀，到进气管压力高于某个值后，空燃比又因混合气加浓装置起作用而变浓。HC和CO有大体相同的变化趋势，当燃烧室温度随负荷增加而升高，使缸壁激冷层厚度变薄，HC排放减少，当加浓装置起作用时，排放增加;NO的变化趋势与CO、HC相反，当负荷增加时，最高燃烧温度随之升高，混合气又变稀，又有充分的氧，为NO生成提供了条件，所以NO随负荷增加上升较快。汽油机中，混合气的成分是比较均匀的，火焰传播较快，在正常条件下产生碳烟的数量很少。
柴油机的负荷调节是靠喷油量来控制的，而柴油机的充气效率变化不大，可认为每循环的进气量相差不大。在怠速和轻负荷时混合气很稀，有些过稀区域不能着火，因此HC排放相对较高，随着负荷增加喷油量增加，HC排放逐渐减少;CO在怠速和低负荷时也较高，在中等负荷时最低，在接近全负荷时由于混合气很浓，有燃烧不完全区域，CO排放增加;柴油机在大负荷条件下工作，缸内温度较高，供给的空气是充足的(α＞1)，但柴油机是缸内形成混合气，混合气形成时间短，易造成混合不均，在某些区域有过量空气，局部温度很高，使NOx大量生成。柴油机在低负荷时空燃比和温度较低，气缸内较大的稀薄混合气区域处于可燃极限之外而不能燃烧，从而有较多微粒，主要是未燃燃油成分和部分氧化反应产物，在大负荷时，在燃烧室的局部地方混合气有过浓现象(α＜0．5)，从而由于氧气不足烃分子发生分裂而形成较多碳烟。
2.发动机转速的影响
汽油发动机怠速运转时，由于混合气过浓，混合与燃烧不充分，CO、HC排放量较大，提高怠速转速可使CO、HC排放浓度下降，这是由于进气节流减小，充气量增加，残余气体稀释程度有所减少，使燃烧得到改善的缘故。随着发动机转速的增加，混合气变稀，燃烧室内气体的紊流增强，改善了混合和燃烧，使排气中的HC、CO含量减少。废气中的CO、HC随曲轴转速提高而下降(图6－3)，而HC排放量在高速时，由于燃烧时间短，易于产生未燃烃。发动机的转速对不同空燃比的混合气的NO的生成速度有不同的影响，当用较浓混合气时，由于散热时间短，燃烧室内温度升高，NO生成速度较快;反之，当用稀混合气时，由于燃烧过程相对的曲轴转角增大，燃烧峰值温度反而下降，NO生成速度较慢。当转速达到最大转速的65%～75%时，废气中的NO达到最大值。
图6－3 汽油机曲轴转速对排气有害
图6－4 柴油机外特性及CO、HC、NO
图6－4所示为柴油机排放的有害成分随转速变化的曲线。在怠速和低速工况，HC和CO排放较多，随着转速增加都有所下降，在最大转速时，CO继续下降而HC和NO增大，这是由于燃烧的时间短，混合气形成的时间也缩短，气缸内燃烧条件恶化，发动机工作强度大的缘故。
3.燃料的影响
汽油成分对NOx排放影响较大，而对CO排放影响较小(见图6－5)，对HC的排放总量影响不大(见图6－6)，但排出的成分有很大变化。当燃料中的芳香烃含量增加时，排气中的芳香烃、酚类和芳醛增加，由燃烧引起的烯烃减少，而以甲醛为主的总醛类略有减少。
图6－5 燃料组分对CO和NOx排放的影响
图6－6 燃料中芳香烃含量对未燃烃排放组成的影响
柴油成分主要对NOx排放有影响。随柴油的十六烷值的降低，NOx的生成量增加。其原因是十六烷值较低的燃油具有较长的滞燃期，并使燃烧开始时在稀火焰区有较多的燃油，于是在循环早期燃烧时就产生较高的气体温度，为NO的形成提供了有利的条件。
4.发动机热工况的影响
发动机的热工况直接影响到废气有害成分的排放量。发动机冷却液温度一般在70℃～95℃。在汽车运行过程中，环境温度变化很大(－40℃～+40℃)，发动机的负荷和转速的变化也很大，会产生过热或过冷现象。对废气污染有重要影响的是燃烧室温度，它取决于发动机的冷却方式和冷却液温度。
汽车在低温使用条件下，发动机从起动到暖机过程中，冷却液温度较低，HC和CO排放浓度最高，这是因为发动机在冷态运行，燃油雾化不良，燃烧不充分，缸壁激冷作用大。随冷却液温度提高，缸壁温度也提高，在气缸壁区域内的氧化反应的条件得到改善，排出的HC减少(图6－7)，特别是浓混合气时更为显著。
图6－7 HC排放量与冷却液温度的关系
图6－8 化油器前的空气温度对废气有害成分的影响
NOx的排放量与燃烧的最高温度有关。当缸壁温度提高时，NOx的排放量也增加。汽油机冷却液温度从30℃提高到80℃时，NOx增加500ppm～700ppm。载货汽车和公共汽车与小轿车相比，由于载货汽车和公共汽车车速低，发动机罩下布置紧张，所以其热工况比小轿车差，排气污染增大。
图6－8为进气温度与废气有害成分的关系。随着空气温度的提高，NOx、CO的含量增加，HC成分减少，在HC最低处NOx达到最大值。
5.运行工况的影响
在汽车使用过程中，发动机经常处于多变的工况下，发动机的负荷和转速随时间不断变化。统计资料表明，一般市内运行的汽车，发动机怠速和中等转速占总工作时间的35%;加速占22%;匀速占29%;减速占14%。表6－6示出在各种工况下汽油机与柴油机有害物质的排放浓度。
表6－6 在各种工况下汽油机、柴油机CO、HC、NO排放浓度
表6－6表明，汽油机在减速和转速不高的工况下，废气中不完全燃烧的物质(HC)较多，而柴油机由于混合气的空气充足，HC的浓度很小。从CO的含量也可以看出，汽油机废气中的浓度也很大，怠速时可达7%，而柴油机的含量甚微。NO浓度在加速和高转速时有明显增大，排气有害成分与汽车运行工况的关系见图6－9。发动机在加速运行时，由于要求发出较大功率，须将气缸内燃气的温度提高，因此既会产生大量的NOx，而且由于在短时间内，供应过量的燃料，又会引起一部分燃料不完全燃烧，导致CO和HC排放量增加。
汽车在城市内行驶时，很多地方需要强制怠速，即发动机制动。在这种减速工况下，发动机转速较高，节气门开度小，进入气缸的混合气浓度很大，排气中的CO、HC都很高。强制怠速对于柴油机来说，由于此时已停止供油，因此没有污染物排出。
图6－9 汽油机排气有害成分与汽车运行工况的关系
图6－10 CO、HC排放浓度与汽车行驶里程的关系
6.汽车技术状态的影响
汽车随着行驶里程的增加，技术状况逐渐变坏，将导致汽车的排气污染增大。根据美国的研究资料，HC、CO与汽车行驶里程的关系见 6－10。在汽车使用期间内，由于技术状况变化引起排气污染增大的原因主要包括供油系统的故障、汽油机点火系的故障、气缸内有积炭、气缸泄漏等。
供油系统调整不当或在使用中发生了变化，例如化油器怠速调整通常在8000km～9000km里时产生变化，此时汽车的经济性下降1．6%，排气有害物质增加2～3倍。
采用汽油喷射系统可改善发动机动力性和经济性，同时还可减少对大气的污染。但采用进气总管单点喷射的结构仍存在各缸分配不均匀的问题，而进气歧管多点喷射结构因喷嘴孔细小，使用中可能堵塞，因此要注意清洗。
汽油机的点火提前角增大时，循环压力和温度提高，废气中的NOx浓度明显增大。反之NOx浓度减少。点火提前角对CO的影响很小，而对HC的影响相应要大些。当点火迟后时，由于气缸及排气系统温度高，废气中的HC减少;若点火过迟，因燃烧速度慢，HC的浓度又有提高(见图6－11)。
图6－11 点火时间对CO、HC浓度的影响
图6－12 柴油机废气成分与喷油提前角的关系
空气滤清器堵塞会引起混合气过浓，使废气中的CO、HC成分增加。
柴油机供油系的循环供油量、供油压力和喷油提前角是影响排气污染的重要因素。图6 －12示出柴油机的废气成分与喷油提前角的关系(n=1600r/min)。随着喷油提前角的减小，由于循环的最高温度值降低，废气中的NOx浓度下降，HC增加，而CO浓度基本不变。
在发动机使用过程中，燃烧室内的积炭也会使废气污染严重。积炭多发生在燃烧室内的气缸盖、气缸壁、活塞顶部及气门等部位，它是燃料和润滑油不完全燃烧的产物。积炭严重时，会使活塞环卡住而失去密封作用，增加了曲轴箱窜气量。火花塞积炭、气门积炭或烧蚀会使发动机某缸工作不正常，排气中的HC浓度明显增大。发动机长时间使用后，活塞环磨损，造成燃气下排气，同样会增加HC的排放浓度。
汽车排气污染物的限值和测量方法应按统一规定的标准执行。世界各国都制定了汽车和发动机的排放标准，对各种有害成分的限值进行规定，受大气环境和技术水平的限制，确定了试验规范、取样方法和使用的检测仪器。
6.2.3 排气污染物的检测
1.汽车怠速试验规范
这种规范是为测量汽油车怠速时排气中HC和CO容积浓度而制定的。我国的相应标准是国标GB/T3845。规定在怠速工况下，水温和润滑油温达到规定的状态，确认排气系统无泄漏，使用不分光红外线分析仪按下面程序测量:
(1)发动机油怠速加速到0．7倍额定转速，维持60s后降至怠速状态;
(2)将取样探头插入排气管中，深度等于400mm，并固定;
(3)发动机在怠速状态维持15s后开始读数，读数取30s内最高值和最低值，其平均值即为测量结果。
2.汽车行驶试验规范
这种规范是模拟汽车在典型道路上行驶情况而制定出来的试验程序。测定时，汽车在底盘测功机上按既定的程序运转，用规定的取样方法和仪器，测定发动机各有害成分的排放浓度或排放量。
(1)轻型车试验工况。轻型车在不同国家的定义有区别，图6－13所示是日本的10工况6循环和11工况4循环法，适用于乘员10以下的轿车和车辆总质量2．5t以下的轻型车。前者模拟起步、停车多的市中心行驶条件，规定发动机走热后测定;后者模拟发动机起动后还没走热，汽车就已经开始开动向市中心行驶的情况，规定不走热就进行测量。例如，10工况6循法规定在测试时，预先以规定车速(40km/h)预热运转15min，然后在135s内用10种工况的先后顺序反复运行6次。第一循环不取样，后5次均用定容量取样法(CVS)取样分析，测出全排气量和各种测定成分的平均浓度，然后根据这些测定值和各成分的密度求出每种成分的排出质量(g/km)。试验环境温度为20℃～30℃，试验时间共计810s，平均车速为17．7km/h，行驶距离相当于3．984km。
图6－13 10工况6次循环法与11工况4次循环法的程序
欧洲采用ECE－15+ECDU工况(见图6－14)。它包括两部分:第一部分为ECE－15段4循环(城市道路)，第二部分为ECDU工况(郊区道路)，总试验时间1220s，行驶里程11.007km，不包括开始的怠速运转40s，平均车速为33．6km/h，最高车速120km/h。
图6－14 ECE－EUDC工况图
图6－15 15工况4循环式试验模式
国家标准GB14765－1999规定，对最大质量不超过3．5吨的燃用普通级无铅汽油的客、货车，按图6－15所示的15－4循环工况进行测量。被测车辆应在20℃～30℃室温下停放6h以上，冷起动后，怠速运转40s，然后按图6－15运转4个循环，每循环历时195s，最高车速50km/h，平均车速19km/h，理论行驶距离1．013km，4个循环试验距离为4．05km，用定容取样法取样。而对燃用优质无铅汽油和柴油的轻型车，则采用图6－15工况进行，仍采用定容取样法取样。
(2)重型车试验工况。我国现行的重型车测试规范是按GB17695－1999规定的压燃式发动机和装用压燃式发动机车辆13工况法。
试验前，先预热发动机，直到所有温度和压力达到稳定状态。试验时，按表6－7要求运转一个循环。发动机每个工况运转6min，在第1min内完成发动机转速和负荷的转换。记录分析仪在整个6min内响应，至少在最后3min内排气要流过分析仪，取样必须在每一工况后期成。
表6－7 我国压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆13工况
3.柴油机烟度测定试验工况
烟度测定工况分为稳态与非稳态两种。
(1)稳态烟度测量。稳态烟度通常是在全负荷稳定转速时测量的，用以监测汽车柴油机的碳烟排放。但稳态烟度测量适于在台架上进行，较难在汽车、拖拉机上测定，对于高度强化和增压柴油机，由于在突然加速过程中排烟浓度很大，因此稳态测量不能全面反映柴油机的排烟性能。
(2)非稳态烟度测量。柴油机在非稳态下的排气烟度受多种不稳定因素影响很大，因此非稳态烟度测量有严格控制的试验程序。非稳态烟度测量有自由加速法和控制加速法两类。
图6－16 柴油机排气烟度测量规程
自由加速法是柴油机从低速怠速状态突然加速至高速空载过程中进行排烟测定的一种方法。我国标准GB3847－1999采用规范如图6－16所示。首先使发动机在怠速下运行，然后将加速踏板急速踏到底，约4s后松开，反复3次后开始测量。正式测量重复4次，每次历时20s，取后3次读数底算术平均值为所测烟度，采用不透光烟度计测定。
4.排气分析的取样方法
排气的取样方法主要有四种，即直接取样法(DirectSampling)、全量取样法(FullFlowSampling)、比例取样法(ProportionalSampling)和定容取样法(ConstantVolumeSampling，简称CVS)。其中CVS法是一种接近于汽车排气扩散到大气中的实际状态的取样方法。CVS法是将排气全部用清洁空气稀释，并使稀释后总流量保持一定，再将被稀释后的样品中的一小部分按未被稀释排气的流量成一定比例搜集在样品袋子里，然后导人分析仪进行测定。CVS法已为美、日等国在试验新车时所采用。与CVS装置并用的分析仪种类及测定范围见表6－8。
表6－8 与CVS装置并用的分析仪种类及测定范围
5.排气成分分析仪
排气成分分析仪要求有较高的灵敏度和良好的选择性，测量范围适中，仪表线性号，反应快读数稳定，受干扰小等优点。目前，世界上许多国家使用不分光红外分析仪(NDIR)作为测定CO的标准方法，采用氢离子火焰检测器(FID)作为测定汽油机或柴油机HC总量的标准方法，采用气相色谱仪(GC)作为测定HC分量的标准方法，采用化学发光分析仪(CLA)作为NOx测定的标准方法。
(1)不分红外线气体分析仪。不分红外线气体分析仪还可测定HC、CO2的浓度，也能分析NO，但精度不及测定CO时高。红外线分析仪由两个单独的红外线辐射光源、试样室、基准室以及薄膜微音器式检测室、放大器和指示器组成。红外线分析仪的测量原理，建立在气体具有吸收电磁辐射的特性基础上。不同的气体在红外波段内都有其特定的吸收带(如CO 为4．5～5μm，CO2为4～4．5μm等)，而且气体浓度愈高，吸收能力愈强。辐射吸收强度是衡量气体浓度的尺度。图6－17示出红外线分析仪的原理图。
红外线光源可给两个室输入恒定的红外线光能，并用切光片把连续光束变成一定频率的光讯号。其中一路红外线通过试样室到达检测室，另一路则通过基准室到达检测室。基准室充填着对红外线不吸收的气体(如N2);检测器内有两个基本相同的空腔(中间用柔性薄膜分开)，其内充入纯待测气体。检测器内的微音器实际上是一个以膜片为动板，以铝合金圆柱体为定极的电容器。当试样室通人待测气体时，通过基准室的红外线光能仍然保持不变，而通过试样室的红外线光能由于待测气体吸收了一部分能量，则使到达检测室的能量变小了。此时，因电容器动极(薄膜)两面的能量与温度不同，对薄膜产生了压差，使膜片向一侧弯曲，从而改变了两极之间的距离，电容器的电容便随之变化。由于电容的变化与切光片的频率同步，因此便产生了充电和放电电流。此电流信号经放大器后，将稳定的，放大的电信号传给指示器。试样室的被测气体浓度越大，吸收的红外线光能也越多，因而两个辐射接收检测室所接收的辐射差值也越大，即信号越强。这样就可获得被测气体的浓度与测量信号之间的比例关系。
为使红外线分析仪在测定废气中某一种气体的浓度时不受其他气体浓度变化的影响，还需要在光源和试样室与基准室之间设置滤波室。滤波室是采用充入干扰气体的方法，如CO2、水蒸气等，来滤掉光辐射中干扰气体所对应的那部分辐射。
1－旋转遮光片 2－试样室 3－电测量装置
4－膜片 5－检测室 6－对比室 7－滤清室
8－红外线辐射器 9－电动机
图6－17
1－端盖 2－圆罩 3－收集极
4－中心毛细管喷嘴 5－内热式烙铁心
6－加热块 7－中心毛细管 8－空气挡块
9－发射极(点火丝)
图6－18
(2)氢火焰离子化检测器﹙FID﹚。氢火焰离子化检测器是目前检测排气中HC最有效的方法，灵敏度很高。其工作原理是基于大多数有机碳氢化合物在氢火焰中产生大量电离的现象来测定HC的。电离度与引入火焰中的HC分子中C原子数成正比。
氢火焰离子化检测器通常是由燃烧器组件、离子收集器及测量电路所组成。图6－18为其中的一种。试验时，含有HC的试样随载气进入中心毛细管，与另一路进入毛细管的氢气混合，再经喷嘴喷出，并为引入的空气包围，以形成可燃混合气;此时用点火丝通电静电方式予以点燃，HC便在燃烧中形成离子与电子;经电极收集，再经信号放大后送入指示和记录仪表。
6.烟度计
测量烟度的仪器主要有两种，一种是滤纸式烟度计，另一种是不透光式烟度计。
图6－19是滤纸式烟度计工作原理示意图。是用一只活塞抽取一定量的废气，并使它通过一张一定面积的白色滤纸，废气中的碳粒就吸附在滤纸上而使滤纸变黑。然后用光电检测装置测量滤纸上的吸光率来评定排烟度。光电检测装置的指示电流表有的用0～10RB波许单位表示，也有的用污染度(%)表示。采用波许单位时，示值为“0”表示全白色滤纸的烟度，“10”表示全黑滤纸的烟度。滤纸式烟度计只能对废气作抽样试验，不能作连续测量，但可通过自动化缩短抽样时间。
1－排气管 2－滤纸进给机构 3－光电传感器 4－指示仪表
5－脚踏板 6－电磁阀 7－抽气泵 8－滤纸卷 9－取样探头
图6－19 烟度计工作原理图
图6－20 不透光式烟度计结构图
不透光式烟度仪原理见图6－20，测量前，首先用空气吹扫，然后将排烟的部分或全部连续不断地流过烟度计，让光线透过导入的废气，光电管可测出光线的衰减率，通过记录仪，可得出排烟随时间的变化情况。烟度测定值按线性分度以0表示无烟，以100表示全黑。
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