根据上文的介绍，对车辆进行的尾气测试试验比较复杂，尤其是进行各种工况法尾气试验时，需要用到专用的尾气测试仪器。除了前面介绍过的废气分析仪（五气分析仪）、不透光式烟度计，车辆排放试验还需要各种尾气采样设备及颗粒物测试仪器。

1.汽车尾气采样系统

汽车尾气采样方法主要有直接取样法、全量取样法、全流定容取样法和分流稀释法。直接取样法是将取样探头直接插入发动机排气管内，用取样泵直接采取一定量的气样，同时根据分析成分的不同，可以在取样前加装水分离器、冷凝器等，如果需要加热，还可以将取样导管制成加热型采样管，直接取样法采集的数据是尾气中成分的浓度。全量取样法就是将排气试验中的全部发动机排气采集到一个足够大的气袋中来分析；这种方法对排气污染物的平均浓度和排放量都可以进行测定，但是由于发动机排放量较大、温度湿度较高，其中又含有多种易反应的活性物质，这对采样袋的体积和材料提出了严格的要求。

对于汽车尾气测试，一般采用直接采样法测试尾气中指定成分的浓度，或者采用变稀释度取样法或分流稀释法确定尾气中污染物的排量。变稀释度取样法也称为全流定容取样法（CVS），是一种接近于发动机排气扩散到大气中的实际状态的取样法，根据控制恒定流量方法的不同，变稀释度取样法主要分带容积泵的定容取样器（PDP—CVS）、带临界流量文丘里管的定容取样器（CFV—CVS）和用量孔控制稳定流量的变稀释度装置（CFO—CVS）三种。

全流稀释颗粒采样系统基本结构如图23-15所示。在进行采样时，经进气空调控制的稀释空气干燥过滤后进入稀释通道，与发动机尾气混合。为了保证尾气与空气能充分混合，该稀释通道采用长达7m的紊流段。为了保证稀释空气到达滤纸前的温度不超过52℃，还需要在稀释通道上安装温度控制单元，对稀释用空气进行温度控制。随后使用定容泵抽取一定量的稀释后的尾气进行测试。对于CO、NOx、HC等气体污染物，则测试其浓度，再根据稀释比、气体密度和发动机的实际排量计算污染物的总排放量；对于颗粒物，则使用滤纸吸称重后再进行计算。

CVS是尾气测试设备测量结果是否准确的标杆，CVS采样泵转一圈吸入或者排出固定量的气体，可以精确地对排气量进行测定，所以CVS是瞬态试验循环的必备设备。CVS取样法的缺点是CVS容积流量需要足够大，至少要大于发动机瞬时的最大排气流量。因此造成定容装置体积庞大，价格昂贵。

图23-15 全流稀释颗粒采样系统

图23-16 分流稀释全取样系统

分流稀释系统仅采集汽车部分排气作为样气进行稀释，共有两种：一种是稀释后的样气全部经过过滤器取样，另一种则是有旁通气道，部分通过取样流道。图23-16为分流稀释全取样系统，图23-17为分流稀释颗粒物部分取样系统。两种部分流稀释采样系统原理基本相同。发动机排出的废气经取样管进入稀释通道，然后采用干燥过滤之后的压缩空气对尾气进行稀释，以除去空气中的颗粒、油气和水汽，使结果更加准确。为了精确控制稀释空气的质量流量并使之进入稀释通道，采样系统使用流量计和流量控制阀控制空气流量。经过稀释通道内的充分混合后，混合气经流量计计量后，经过滤纸和取样泵排出。

稀释采样测试结果的准确性是建立在采样比的恒定上的，也就是要保证在发动机的各个运行工况采样管的采样流量与发动机排出的总废气量的比值要恒定才能保证测试结果准确。但是，发动机排气量是不断变化的，尤其是瞬时变化负荷的情况，这会对分流稀释系统的测试结果造成很大的影响；因此分流稀释系统一般测试都是在稳态或者准稳态下进行，测试结果与CVS十分接近。

2.粒子计数取样系统

对于柴油机，除了要测试其在不同工况下排出的颗粒物质量，还需要对其排放粒子数量进行测量。这一系统包括对排气中粒子的取样系统和粒子计数器两部分。(www.daowen.com)

图23-17 分流稀释部分取样系统

图23-18 粒子取样系统

（1）粒子取样系统

粒子取样系统如图23-18所示，其由稀释通道内取样探头探针（PSP）、粒子传输管（PTT）、粒径预分级器（PCF）和粒子数量浓度测量（PNC）单元上游的挥发性粒子去除器（VPR）组成。

其采样工作流程如下：样气经过取样探头探针和粒子传输管共同组成的粒子传输系统，从稀释通道进入初级粒子数量稀释装置。随后进入预分级器，预分割器分为气旋式或作用力式，它可以将粒径在2.5～10μm（分级效率为50%）的微粒分割开来，且能使粒径为1μm的粒子至少99%（质量浓度）进入并通过出口。分割后的粒子进入挥发性粒子去除器，挥发性粒子去除器由初级粒子数量稀释装置（PND1）、蒸发管（ET）和次级稀释器（PND2）串联组成。通过蒸发管300～400℃的高温，可以去除一部分可挥发性的粒子。另外，为了减少进入粒子浓度测量单元中的样气数量浓度，使其低于粒子计数器中单个粒子计数模块的上限，并且抑制样气的成核和凝结，在蒸发管前后，挥发性粒子去除器对样气进行两次稀释，稀释范围为在10～15倍。随后样气进入粒子计数器进行计数。

（2）粒子计数器

目前，比较常用的粒子计数设备是光散射式粒子计数器。汽车排气中对环境影响最大的是一些细小的颗粒物，属于亚微米粒子；当对亚微米粒子进行光照，且照明光波长与粒子直径相近时，会产生光散射；其散射光通量与颗粒多少和大小成一定比例关系；光散射式粒子计数器是在这一理论基础上设计的。这种计数器特点是灵敏度较高，能测出最小粒径为0.1μm的微粒，但不能直接观察到尘埃的形状、大小、色泽等物理性质。

若根据光散射理论由散射光强度计算粒径大小，计算过程非常复杂。通过对典型粒子（如使用乳液法聚合的聚苯乙烯粒子）的实验和数值计算，发现检测设备光学系统的光散射特性依赖于粒子折射率，而尘埃粒子计数器如果处于温度和湿度较稳定的洁净环境下时，折射率变化不会很大。当尘埃粒子折射率变化不大时，0.1～10μm粒径范围内散射光强度随粒径增大而单调上升，这样，只要对入射光的折射率进行测试和比对，就可以对粒径进行有效测量。尘埃粒子计数器就是根据这个原理判别不同粒径的粒子，从而实现粒子分布统计。

典型的光散射式粒子计数器结构如图23-19所示。当仪器工作时，采样气体经过气路系统，以稳定的流速穿过测量腔，气流中的尘埃粒子被光源照射，产生散射光，散射光波被光电接收器接收后，转换成电信号输出，电脉冲信号的峰值与散射光亮成一定的比例，即在散射光强度稳定的情况下，悬浮微粒的粒径不同，其散射光强度随之不同，电脉冲峰值也不同，经电路系统放大、比较，按照不同幅度分档计数，即可得到各粒径档的尘埃粒子数。当采样气体流量与采样时间固定后，便能测出某一特定体积内粒径大于某指定值以上的尘埃颗粒总数。

图23-19 光散射式粒子计数器