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汽车空调过滤器全性能测试台设计制造与验证吴 淼（浙江金海环境技术股份有限公司，浙江 诸暨 311817）摘要:近年来我国汽车产销量世界第一，汽车车厢内的空气品质须引起重视，探讨汽车空调过滤器的性能特点、性能检测要求，介绍依据国际标准 ISO/TS11155-12001道路车辆 乘 驾室用空气滤清器 第一部分：粉尘过滤测试要求而自行研制建立的国内首台汽车空调过滤 器全性能测试装置，可以测试汽车空调过滤器在使用中各阶段的过滤效率、阻力、容尘量，通过分析和验证该全性能测试装置的准确度和测试误差达到了国际标准的要求，从而为汽车空调 过滤器的性能和质量检验提供了十分必要的保证。关键词:汽车空调过滤器；测试装置；过滤效率；性能检测中图分类号：TQ051.8+5；TU834.8+62文献标识码：B文章编号：1005-8265（2012）02-0034-050 引言在汽车运行过程中，从车厢送风系统会进入 肉眼看不见的细小微粒，如灰尘、粉尘等，以及难 闻的异味。这些细小微粒进入车厢内部后可能导 致乘客过敏，还可能在空调系统内发霉并繁衍细 菌，从而使汽车启动空调系统加热或制冷时发出 异味。汽车空调过滤器作为汽车内部小气候环境 的“调节器”，能够有效去除汽车内花粉、微小颗 粒、微小生物（如细菌、真菌）等可吸入微粒的困 扰，避免乘客因细小微粒而产生的过敏如流泪搔 痒等症状，同时能够滤除苯、甲苯等异味的侵袭， 使车内空气始终保持清新。汽车空调过滤器已广 泛应用于各种高、中、低档汽车中，具有非常好的 市场前景。汽车空调过滤器必须保证在有足够风量进入 的情况下，尽可能多的滤除空气中的有害颗粒物 质，以供给车内更干净、更充足的空气。汽车空调 过滤器基本参数有额定空气流量下的过滤效率、 过滤阻力和容尘量这三项，这些因素直接影响过 滤器的使用效果及使用寿命。为了全面评价汽车过滤器的全性能指标，本 测试台的设计制造参考国际标准 ISO/TS11155-1:20011，系统采用 A2 粉尘作为计数效率和负荷测试尘源，能进行汽车空调过滤器的计数效率、阻 力、容尘量测试。1 测试台设计制造1.1 系统介绍参照国际标准 ISO/TS11155-1:2001 道路车 辆 乘驾室用空气滤清器 第一部分：粉尘过滤测试 制造，系统示意图见图 1。56138711412109321411.中效过滤器；2.HEPA 过滤器；3.风机；4.调节阀门；5.涡轮流量计；6.测试舱；7.静电中和器；8.发尘器；9.粒子计数器传感器；10.粒子计数器；11.静电中和器控制器；12.计算机；13.电力控制柜；14.HEPA 过滤器图 1 汽车空调过滤器测试系统示意图收稿日期：2012- 03- 21作者简介：吴淼（1981-），男，研究方向：空气过滤，E- mail: 过滤与分离 Journal of Filtration & Separation2012 Vol.22 No.2 35 1.2 动力系统采用变频调速器对离心风机进行调速来控制 风量。1.3 管道部分 具有光滑的内表面，足够的刚度，在工作压力下不变形，并能导电接地。1.4 发尘部分采用负荷尘气溶胶发尘器, 国外进口。1.5 粒子计数器 最关键的部件，它能提供的粒径档越多，测试精度越高。选用的粒子计数器粒径范围为 0.2510 m，有 60 个粒径通道，分级精度高，可满足测 试精度。1.6 静电中和器通过向空气中喷入大量正的或负的离子，当 电离化空气与带电物体表面接触时，该表面就吸 引相反极性的离子，聚积在管道表面上的静电因 此得以中和而消除，中和时间约为 0.50.7 s。1.7 流量测量部分采用的涡轮流量计2流量范围：251 000 m3/h， 精度：1%,特点是流量范围宽、压力损失小，始动 流量低，重复性好。1.8 取压装置 在被测过滤器前后的矩形风道侧面设置静压孔3，用来采集被测过滤器前后的静压差，作为汽 车空调过滤器的阻力。1.9 测试流程1.9.1 阻力测试流程 阻力测试流程如图 2 所示。1.9.2 效率测试流程效率测试流程如图 3 所示。首先测量过滤器 的初始计数效率，之后数次发负荷尘分别到达过 滤器全寿命的 10%、25%和 50%，分别测试该阶段 的计数效率，继续发负荷尘，直到达终阻力时，测 试其计数效率。YESNO测试全程计数效率计数效率 2效率 3NO计数效率 4计数效率 5限力测试完成计算计NO数据输出图 2 阻力测试流程图 3 效率测试流程YES测试结果输出结束YES数据存储结束重效率发负荷尘使过滤器到全寿命的 100%发负荷尘发测试气溶胶数据输出YES测试结果输出结束发负荷尘使过滤器到全寿命的 50%发负荷尘发测试气溶胶发负荷尘使过滤器到全寿命的 25%发负荷尘发测试气溶胶计数数据存储发负荷尘使过滤器到全寿命的 10%发测试气溶胶OK发测试气溶胶测试初始计数效率限力测试NO风量设定NO风量控制模块风量调节采据处理NO采压模块采压结束效率测试风量调节NO过滤与分离 Journal of Filtration & Separation 36 2012 Vol.22 No.22 测试台的验证2.1 系统的稳定性测试2.1.1 管道洁净度根据 ISO/TS11155 标准规定，气溶胶尺寸分 布在每一个粒径范围应有足够的粒子来统计评估 过滤器效率。典型地，每次上游采样每种级别粒子数 量最小为 500 个；下游采样每种级别的粒子数量 推荐为 100 个。即总的粒子个数在2 500 个左右。在额定风量 300 m3/h 下，测试管道洁净度的 结果见表 1。表 1 管道洁净度测试结果2.1.3 气流均匀性试验风道中风速的均匀性通过测定图 4 所示5 个点的风速来确定，这 5 个点位于被试过滤器 上游端，离被试过滤器不超过 5 cm 的位置，测量 时无过滤器和夹紧装置。图 4 测量风速均匀性的采样点每次测量的采样时间不少于 15 s。对 5 个测 点中的每点各测 3 次，取平均值。在 300 m3/h 下进 行气流均匀性测量结果见表 3。上游粒子下游粒子测试次数粒子数浓度（P/cm3）粒子数浓度（P/cm3）1217171.81.823222.11.9表 3 气流均匀性测试结果ISO/TS11155 标准规定：空气清洁度，背景粒子数量测试效率时颗粒物个数的 1，大约为 25个。对比数据可以表明，管道洁净度满足要求。2.1.2 风量稳定性ISO/TS11155 标准规定风量测量稳定性要满 足3%的准确度，表 2 中测量数据满足要求。表 2 风量稳定性测试数据图示位置风速（m/s）均值（m/s）偏差值（%）12345均值0.650.750.680.740.750.820.70.850.70.750.70.710.780.770.730.738-5.15-3.795.694.34-1.08风量设定值(m3/h)观察时间(min)根据 ISO/TS11155 标准规定，空气流均匀性偏差在10%以内，因此表 3 结果满足要求。2.1.4 发尘稳定性测试取连续发尘测试的 5 次数值进行发尘稳定性 计算，得到的数据见表 4。序号观察值备注128330083300，30133 3 597 594599 3 集中于 596598 之间表 4发尘稳定性测试结果测试粒径0.30.5 m0.51.0 m1.03.0 m3.05.0 m5.010 m偏差系数（%）偏差系数（%）偏差系数（%）偏差系数（%）偏差系数（%）序号上游上游上游上游上游12345均值530 824513 978472 939466 129469 176490 6097.584.55-3.74-5.25-4.5710427 061428 674386 918371 434394 086401 6355.956.31-3.80-8.13-1.9210277 133281 900244 265246 416257 168261 3765.697.28-7.01-6.07-1.6410%45 79240 75639 20143 54838 54241 5689.22-1.99-6.044.55-7.851015 24119 53415 95018 99619 76117 896-17.428.38-12.205.799.442013245过滤与分离 Journal of Filtration & Separation2012 Vol.22 No.2 37 ISO/TS11155 标准要求，效率气溶胶的稳定性（在每个尺寸通道内）在 0.35 m 之间的偏差 系数在10%之内，在 510 m 之间的偏差系数 在20%之内。从表 4 数据可以看出，发尘稳定性 满足要求。2.2 系统的测试误差分析2.2.1 随机误差在计量测试中，都以 x 作为多次测量的结果。结果 xi 与在重复条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。在测试汽车空调过滤器计数效率时，一般是 多次测量采样浓度取平均值作为被测值的真值， 因此，在测试中存在着随机误差。表 5 为测试汽车 空调过滤器初始计数效率时采样随机误差分析结 果，从表 5 中可以看出标准偏差系数没有超过10%。而且从表 6 可以看出采样随机误差对过滤器 效率测试误差 1%左右，此测试误差对于汽车空 调过滤器测试结果是可以接受的。而在同一测量条件下，多次重复测量同一量值时，测量误差的绝对值和正负符号以不可须知的方式 变化，这种误差叫做随机误差4。随机误差是测量表 5系统随机误差测试编号平均标准偏差偏差系数（%）1230.2770.3690.4920.6560.8751.1671.5562.0752.767465.419732.292787.924563.611337.410240.117191.248126.51575.554484.161785.405758.930541.179316.117254.367197.843117.55074.552453.474848.171760.225534.434325.024266.252209.346125.61580.136467.685788.623769.026546.408326.184253.579199.479123.22776.74712.63047.36213.37312.4728.73110.6847.4784.0312.4312.706.011.742.282.684.213.753.273.17上游粒径（m）0.2770.3690.4920.6560.8751.1671.5562.0752.767253.737369.651326.664237.530151.876103.71067.78844.03823.018238.333395.720368.445271.055157.459115.19065.78942.53824.677219.622391.789356.921263.180164.750111.02971.34548.59423.229237.397385.720350.667257.255158.028109.97668.30745.05723.64113.96411.47517.61914.3135.2714.7452.2982.5750.7375.882.985.025.563.344.313.365.723.12下游表 6效率测试误差测试编号平均标准偏差偏差系数（%）1230.2770.3690.4920.6560.8751.1671.5562.0752.76754.89%52.58%56.13%55.46%54.58%58.66%67.04%66.10%71.07%54.19%51.10%56.06%53.73%54.06%57.61%68.45%67.56%69.85%55.09%52.12%57.22%54.93%53.05%56.99%67.50%65.92%70.16%54.72%51.93%56.47%54.71%53.90%57.75%67.66%66.53%70.36%0.39%0.62%0.53%0.72%0.64%0.69%0.59%0.73%0.52%0.711.190.941.371.100.74粒径（m）过滤与分离 Journal of Filtration & Separation 38 2012 Vol.22 No.22.2.2 采样误差等速采样指采样速度等于气流速度。当采样 速度 u 大于气流速度 u0 时，采样浓度低于真实浓 度；当采样速度 u 小于气流速度 u0 时，采样浓度 高于真实浓度。分别取粒子计数器各粒径档的几何平均直径进行计算，采样速度为 0.46 m/s，气流速度为0.21.2 m/s，非等速采样误差结果如表 7 所示，非 等速采样的误差最大为 2.16%，小于 5%，所以非 等速采样误差可以忽略不计。表 7计算采样误差气流速度（m/s）0.81.01.20.2770.3690.4920.6560.8751.1671.5562.0752.7670.00%0.00%0.00%0.01%0.01%0.02%0.05%0.10%0.15%0.00%0.01%0.01%0.01%0.02%0.03%0.07%0.08%0.17%0.01%0.02%0.02%0.02%0.05%0.08%0.10%0.18%0.33%0.02%0.03%0.04%0.05%0.09%0.15%0.26%0.42%0.81%0.03%0.05%0.06%0.09%0.17%0.28%0.48%0.79%1.44%0.06%0.08%0.08%0.16%0.26%0.43%0.76%1.29%2.16%粒径（m）3 结论汽车空调过滤器能够有效去除汽车内花粉、 微小颗粒、微小生物（如细菌、真菌）等可吸入微粒 的困扰，使车内空气始终保持清新。汽车空调过滤器已广泛应用于各种高、中、低 档汽车中，具有非常好的市场前景。本测试台可以测试汽车空调过滤器在使用中 各阶段（初始、全程）的过滤效率、阻力、容尘量。通过验证，本测试台系统稳定可靠，测试误差 达到国际标准的要求，能够作为汽车空调过滤器产品的性能检测、质量保证的有力工具。参考文献：1 ISO/TS11155 -1，Road vehicles -Air filters for passenger compartments-Part 1:Test for particulate filtrationS.2 郑建梅，梁永超，张伟伟，等.对气体涡轮流量计仪表系数稳定性的分析J.城市燃气，2007，(04)：9-11. 3 BS EN1822-5:2000,HIGH EFFICIENCY AIR FILTERSS. 4 BS ISO 12103 -1 -1997 Road vehicles Test dust for filterevaluation Arizona test dustS.Design Manufacture & Validation of Performance Testing Devicefor Automotive Air-conditioning FiltersWU Miao(Zhejiang Goldensea Environment Technology CO., LTD.，Zhuji 311817，China)Abstract：In recent years, the volume of automobilesproduction and sales in China is the N0.1 around the world. Air quality inautomobiles cabin comes more import