汽车除雾试验用蒸汽发生器的校准方法

苏 衡，陈 曦，韩艳祥，王海军

（中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300300）

汽车风窗玻璃除雾试验所用的蒸汽发生器是模拟人体呼出气体的设备，该设备所发生的蒸汽量较小，不同于工业洗涤行业的大产汽量蒸汽发生器，该设备对于参数要求较高。中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会有专门的标准方法用于规范蒸汽发生器的使用参数，以保障汽车除雾装置性能测试结果的准确一致［1］。

对于汽车除霜除雾性能要求，国标与EEC标准均作出了明确要求。在试验进行特定时间段内，应将玻璃上特定比例面积的霜除净［2］。国内外行业技术人员对汽车除霜除雾性能试验方法进行多种优化。任岗等人通过传统除霜除雾性能的测试方法，对汽车除霜除雾性能测试系统进行分析，优化了汽车空调除霜除雾性能测试方法［3］；瞿晓华和陈江平利用Fluent软件，建立CFD模型对除霜效果进行分析，并与环境除霜试验结果进行比较验证［4］；张晓兰通过模拟空调的除霜过程对不同风道下汽车玻璃除霜性能进行了分析［5］。业内技术人员通过对试验方法的各种优化使汽车除霜除雾性能的试验数据更加准确，其除霜除雾性能的评估与雾气和霜量的多少有直接关系，因此有必要在试验前确认雾气发生装置的设备参数，以保证雾量的准确性。

目前中国没有汽车除雾试验用的蒸汽发生器的检定规程或计量校准规范，导致国内各试验室间的除霜除雾系统测试数据存在差异，CNAS-CL01-A005《检测和校准实验室能力认可准则在汽车和摩托车检测领域的应用说明》规定了除霜试验用喷枪和除雾用蒸汽发生器的核查频次。目前已有的除霜试验用喷枪和除雾用蒸汽发生器的期间核查方法校准方法，尚不能满足相关计量校准的需求，因此有必要进行相关校准方法的研究。

1 汽车除雾试验用蒸汽发生器简述

雨雪天气下，汽车车窗玻璃形成的霜雾会严重影响到驾驶员的视野，对驾驶人员跟乘车人员的安全造成严重的威胁，因而汽车空调系统除霜除雾效果好坏跟汽车安全评价有着直接的关系。

GB 11555-2009《汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法》对汽车除霜除雾试验设备与测试方法进行了概述。蒸汽发生器包括绝热储水箱，该箱体内安装有加热元件，储水箱顶部为扩散室，扩散室连接有风机且扩散室侧板沿周向均布有扩散孔，其内部有竖向布置的喷嘴，喷嘴的下端与储水箱的内腔相连通，喷嘴的上端与所述扩散室相连。其具体结构如图1所示［1］。能够精确控制蒸发量，满足试验标准的要求。

JB/T8959-1999蒸汽发生器设备标准规定了其能耗比与产气量的测定方法，此设备标准中提到的蒸汽发生器适用于工业洗涤等行业的电加热式发生器［6］。不同于汽车行业标准涉及的蒸汽发生器，主要区别如下。

1）产汽量范围不同。JB/T 8959是针对工业洗涤行业的蒸汽发生器出的设备标准，此设备产汽量比较大；汽车玻璃除霜除雾试验中所用设备主要是针对汽车检测行业的蒸汽发生器做的规范，这种蒸汽发生器作用是模拟人在车里呼出的蒸汽，产汽量非常小，所以参数要求也比较高。

2）方法要求不同。本文提到的蒸汽发生器校准方法中所设计的校准项目也包含蒸汽量和热损失，但主要是针对汽车除霜除雾试验的蒸汽发生设备，依据的检测标准是GB11555-2009，该标准中明确指出沸点热损失要低于75W，有明确的数值要求，而非比例。况且JB/T8959标准中，没有规范压力的测量方法，无法满足汽车玻璃除霜除雾试验能力检测的行业标准。且其蒸汽量的测得方法直接用蒸汽流量计读出，对于大产汽量的蒸汽发生器可能误差可以接受，但是针对人呼出的气体量，误差过大，无法满足试验需求。

3）使用环境条件不同。JB/T8959规定的大产汽量蒸汽发生器，明确要求周围环境温度范围为（0～40）℃，而除霜除雾试验要求蒸汽发生器的所处车内温度为-3℃±1℃，所以校准实验须在-3℃下进行。JB/T8959的设备标准不适用于汽车检测行业的除霜除雾试验。

图1 蒸汽发生器结构图

2 计量特性

蒸汽发生器的水箱盛水量决定蒸汽的可持续输出时间，沸点的热损失关系到蒸汽发生器加热装置将水加热的热效率，鼓风机排量与蒸汽输出速率有关，而蒸汽输出量大小对应的是除雾试验中模拟车上乘客的数量。以上几个参数对于除雾试验的测试结果准确性有很大影响。而GB 11555-2009《汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法》规定蒸汽发生器鼓风机排量为（4.2～6.0）m3/h，在50Pa静压下，最大允许误差0.1m3/h［1］，因此对蒸汽发生器进行校准时采用以上几个项目作为其校准项目。

计量特性主要包括以下内容。

1）蒸汽发生器的盛水量≥2.25L，最大允许误差±0.1L。

2）沸点热损失≤75W，在（-3±1）℃下，最大允许误差±1W。

3）鼓风机排量（4.2～6.0）m3/h，在50Pa静压下，最大允许误差0.1m3/h。

4）蒸汽输出量为n×70g/h，在（-3±1）℃下，n为汽车座位数，最大允许误差为±5g/h。

3 试验方法

3.1 试验仪器

1）烧杯/量筒：精度无要求。

2）微压计：（-2.5～2.5）kPa，0.05级及以上。

3）分析天平：（0～32）kg，二级及以上。

4）铂电阻温度计：二等及以上。

5）空气风速仪：0.01m/s。

6）秒表：等级为合格及以上。

3.2 校准方法

3.2.1 蒸汽发生器盛水量

将蒸汽发生器水放空，放置在天平上去皮称量。将室温下纯水用量筒注入蒸汽发生器储水箱至最大刻度。观察天平示数记录质量m，则盛水量V=m/ρ水。其中ρ水通过查表获得。

3.2.2 热损失

称量一定质量纯水至蒸汽发生器水箱然后用密封盖密封，将密封的蒸汽发生器放置于焓差实验室中，加热蒸汽发生器中水至97℃停止加热；利用铂电阻温度计实时测量水温，当温度降低至95℃时开始计时，至温度降低至90℃，记录时间为τ1；至温度降低至85℃，记录时间为τ2；至温度降低至80℃，记录时间为τ3；根据公式φ=（cp×m×ΔT）/τ计算热损失。

3.2.3 风机静压

将做好的工装连接在被测风机出风口，工装为和风机出风口同口径的长管，其管壁上开静压孔，连接静压测量装置。

3.2.4 风机排量

利用空气风速仪测量风道中流速，按Gv=3600Au计算排量，其中Gv为体积流量（m3/h），A为风道出口截面积，u为风道出口流速（m/s）。

3.2.5 蒸汽输出量

将蒸汽发生器置于分析天平上，记录蒸汽发生器总质量m1，打开喷嘴出口，调节蒸汽发生器电压，将蒸汽发生器内水加热，开始计时，计时τ秒后记录总质量m2，计算每小时的蒸汽输出量为3600×（m1-m2）/τ。

4 试验方法讨论

对储水箱盛水量进行校准时，标准中对储水箱要求为大于2.25L即可，由于本文采用称量法计算注入储水箱的水体积，量筒或者烧杯只是用于水的转移。故对量筒或烧杯的精度并无具体要求。但是称量法要求注入水之前须确保储水箱是完全放空的状态。在对储水箱进行盛水量校准试验之前做放水处理时应尽量使水全部排出。

对蒸汽发生器的热损失进行校准测量时，要确保蒸汽发生器处于密封状态。将校准过程分为3段，分别计算其热损速率最后以3次测量平均值作为其最终结果。

对风机静压进行校准测量时，需要针对风机出风口进行工装加工。工装为口径与蒸汽发生器蒸汽出风口口径一致的管路，管路上静压测量孔应在管路指定的同一截面壁上，沿圆周方向均匀打4个孔。该孔必须垂直于管壁，管与孔的交界处内壁面须平滑，无毛刺，不致产生堵塞，从而影响气体流速。根据气体的情况，孔的直径应尽量小，且最大孔径不得超过3mm［7］。

对蒸汽发生器蒸汽输出量进行校准时，由于采用称量法进行校准，蒸汽出风口液化附在设备上的小水珠会造成测量结果偏小。针对此种情况，可以在测量过程中使用氮气枪吹扫蒸汽（吹扫方向不能正对着出风口且氮气流速不宜过大），使蒸汽快速远离蒸汽发生器，避免凝结水珠。

5 结束语

本文对用于汽车风窗除雾试验的蒸汽发生器进行了校准方法的研究，针对标准需求，结合实际试验情况提出了一套完整的校准方案，对于提高汽车风窗除雾装置性能测试结果的准确性有一定的意义。