ISO 11614:1999
(Main)Reciprocating internal combustion compression-ignition engines — Apparatus for measurement of the opacity and for determination of the light absorption coefficient of exhaust gas
Reciprocating internal combustion compression-ignition engines — Apparatus for measurement of the opacity and for determination of the light absorption coefficient of exhaust gas
This International Standard specifies the general requirements and the installation of apparatus for measurement of the opacity and for the determination of the light absorption coefficient of exhaust gas from internal combustion engines (not confined to road vehicles). These instruments are known as opacimeters.
Moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par compression — Appareillage de mesure de l'opacité et du coefficient d'absorption de la lumière des gaz d'échappement
La présente Norme internationale définit les spécifications générales auxquelles doivent répondre les appareils de mesure de l'opacité et de détermination du coefficient d'absorption lumineuse des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne ainsi que leur installation. Ces appareils sont généralement connus sous le nom «d'opacimètres».
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11614
First edition
1999-09-01
Reciprocating internal combustion
compression-ignition engines — Apparatus
for measurement of the opacity and for
determination of the light absorption
coefficient of exhaust gas
Moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par compression —
Appareillage de mesure de l'opacité et du coefficient d'absorption de la
lumière des gaz d'échappement
A
Reference number
ISO 11614:1999(E)
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ISO 11614:1999(E)
Contents Page
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .2
4 Symbols and units.2
5 Principles of opacimeters .4
5.1 General.4
5.2 Measurement of light absorption coefficient.4
5.3 Conditions of use .4
)
6 Specifications of opacimeters for measurement of opacity .4
6.1 Basic specifications .4
6.2 Design specifications.5
7 Additional specifications for opacimeters to measure light absorption coefficient .6
7.1 Reference conditions .6
7.2 Basic specifications .7
7.3 Design specifications.7
8 Measurement of transients .9
8.1 General.9
8.2 Response of the opacimeter.10
8.3 Physical delay time, t .12
d
8.4 Temperature response time, t .12
T
8.5 Peak hold.12
9 Specifications concerning specific opacimeters and their installation .13
9.1 Sampling opacimeter.13
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International Organization for Standardization
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Printed in Switzerland
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9.2 In-line full-flow opacimeter . 13
9.3 End of line (plume-type) opacimeter . 14
9.4 Opacimeter for free-acceleration tests. 14
9.5 Installation of opacimeters in a test bench. 15
10 Data and instrumentation requirements . 16
10.1 Example of specific requirements for sampling opacimeters . 16
10.2 Data requirements . 17
10.3 Instrumentation requirements. 18
11 Verification of opacimeter types . 19
11.1 Introduction. 19
11.2 General considerations. 19
11.3 Data supplied by the manufacturer . 19
11.4 Instrumentation requirements. 19
11.5 Instrument verification. 19
11.6 Verification of basic and design specifications . 21
11.7 Verification of response characteristics . 32
12 Verification of in-service conformity of opacimeters. 36
12.1 General . 36
12.2 Items to be checked . 36
12.3 Details of checks . 36
13 Test report of opacimeter verification . 37
13.1 Data and instrumentation requirements . 37
13.2 Results of instrument verification . 37
13.3 Results of verification of basic and design specifications (see 11.6) . 39
13.4 Verification of response characteristics (see 11.7) . 47
Annex A (normative) Determination of the "mean exhaust gas temperature" in the smoke chamber
of an air-scavanged opacimeter. 54
Bibliography. 57
iii
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Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard ISO 11614 was prepared by Technical Committee ISO/TC 22, Road vehicles, Subcommittee
SC 5, Engine tests, in collaboration with ISO/TC 70, Internal Combustion engines, Subcommittee SC 8, Exhaust
gas emisssion measurement.
This first edition of ISO 11614 cancels and replaces ISO 3173:1974 and ISO/TR 4011:1976, which have been
technically revised.
Annex A forms a normative part of this International Standard.
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INTERNATIONAL STANDARD © ISO ISO 11614:1999(E)
Reciprocating internal combustion compression-ignition
engines — Apparatus for measurement of the opacity and for
determination of the light absorption coefficient of exhaust gas
1 Scope
This International Standard specifies the general requirements and the installation of apparatus for measurement of
the opacity and for the determination of the light absorption coefficient of exhaust gas from internal combustion
engines (not confined to road vehicles). These instruments are known as opacimeters.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions that, through reference in this text, constitute provisions of
this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of IEC and ISO
maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 2602:1980, Statistical interpretation of test results — Estimation of the mean — Confidence interval.
IEC 60068-2-1:1990, Environmental testing — Part 2: Tests — Test A: Cold.
IEC 60068-2-2:1974, Environmental testing — Part 2: Tests — Test B: Dry heat.
IEC 60068-2-3:1969, Environmental testing — Part 2: Tests — Test Ca: Damp heat, steady state.
IEC 60068-2-31:1969, Environmental testing — Part 2: Tests — Test Ec: Drop and topple, primarily for equipment-
type specimens.
IEC 61000-4-2:1995, Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 4: Testing and measurement techniques —
Section 2: Electrostatic discharge immunity test — Basic EMC publication.
IEC 61000-4-3:1998, Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 4: Testing and measurement techniques —
Section 3: Radiated, radio-frequency, electromagnetic field immunity test.
IEC 61000-4-4:1995,
Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 4: Testing and measurement techniques —
Section 4: Electrical fast transient/burst immunity test — Basic EMC publication.
CIE S 001:1986, Colorimetric illuminants.
1
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3 Terms and definitions
For the purposes of this International Standard, the following terms and definitions apply.
3.1
ttransmittance,
fraction of light transmitted from a source through a smoke-obscured path, which reaches the observer or the
apparatus receiver
I
t=· 100
I
0
3.2
opacity, N
fraction of light transmitted from a source through a smoke-obscured path, which is prevented from reaching the
observer or the instrument receiver
N = 100 – t
3.3
effective optical path length, L
A
length of a light beam between the emitter and the receiver that is intersected by the exhaust gas stream, corrected
as necessary for non-uniformity due to density gradients and fringe effect
3.4
light absorption coefficient, k
coefficient defined by the Beer-Lambert law:
-1 t
k =·ln
ŁłL 100
A
or
-1 N
k = ·-ln 1 (1)
ŁłL 100
A
NOTE 1 To obtain proper comparisons when making opacity measurements, the temperature and pressure prevailing in the
measuring zone must be known since they influence the light absorption coefficient k. Reference conditions for these are given
in 7.1.
NOTE 2 The term "light absorption coefficient" is in common use and is, therefore, used in this International Standard.
However, "light extinction coefficient" would be more accurate terminology. As used, the two terms describe exactly the same
parameter.
4 Symbols and units
For the purposes of this International Standard, the symbols and units given in Table 1 apply.
Table 1
Symbol Unit Description Subclause concerned
3
d dm /s Minimum gas flow. 11.7.1
a
3
d dm /s Maximum gas flow. 11.7.1
b
3
d dm /s Average gas flow. 11.7.1
c
I cd Light intensity at the receiver when the measuring zone is filled with 3.1
exhaust gas.
I cd Light intensity at the receiver when the measuring zone is filled with 3.1
0
clean air.
2
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Table 1 (concluded)
Symbol Unit Description Subclause concerned
–1 a
k m Light absorption coefficient. 3.4; 7
–1
k m Light absorption coefficient at temperature T. 7.3.7
t
–1
k m Observed light absorption coefficient corrected for pressure and 7.3.7
cor
temperature.
–1
k m Observed light absorption coefficient. 7.3.7
obs
L mm Effective optical path length. 3.3; 7.3.4
A
L mm Effective optical path length of an opacimeter under test. 11.6.5
A1
L mm Effective optical path length of a known opacimeter. 11.6.5
A2
l mm Distance specifying the position in an opacimeter where the 11.6.1.1
m
temperature equals the mean temperature in the measuring zone.
l , l mm Distances relating to separate halves of certain designs of 11.6.1.1
m1 m2
opacimeters.
l , l mm Length of tube. annex A
1 2
N % Opacity. 3.2; clause 6
N % Reading of an opacimeter under test. 11.6.5
1
% Reading of a known or modified opacimeter. 11.6.5
N
2
3
P , P dm /s Extreme positions of division of flow allowed by the manufacturer. 11.6.12
1 2
p kPa Atmospheric pressure. 7.3.6
atm
p kPa Observed static pressure in the measuring zone. 7.3.6
obs
3
Q dm /s Rate of flow of gas through the measuring zone. 8.2.1
T K Temperature. —
T K Mean temperature with minimum sample temperature and minimum 11.6.1.1
a
sample flow.
T K Mean temperature with maximum sample temperature and maximum 11.6.1.1
b
sample flow.
T K Temperature of the mixture. annex A
g
T K Mean temperature of the gas being measured. 7.3.7
m
T K Scavenge air temperature. annex A
s
T K Mean temperature in an opacimeter under test. 11.6.5
1
T K Mean temperature of known or modified opacimeter. 11.6.5
2
t s Time. —
s Physical response time. 8.2.1
t
p
t s Electrical response time. 8.2.2
e
t s Overall response time. 8.2.3
o
t s Physical delay time 8.3
d
t s Temperature response time. 8.4
T
3
V dm Volume of the measuring zone. 8.2.1
v m/s Gas velocity. —
v m/s Velocity at minimum gas flow. 11.7.1
a
v m/s Velocity at maximum gas flow. 11.7.1
b
v m/s Velocity of the average gas flow. 11.7.1
c
t% Transmittance. 3.1
a In principle, k with 5/5, means k , unless otherwise specified.
cor
3
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5 Principles of opacimeters
5.1 General
The principle of measurement is that light is transmitted through a specific length of the smoke to be measured and
that proportion of incident light which reaches a receiver (for example: a photoelectric device) is used to assess the
light obscuration properties of the medium.
The "length of smoke" over which the opacity is measured depends on the design for the apparatus. It may be the
whole exhaust in an exhaust pipe (in-line full flow opacimeter, see Figure 1) or in free air (end of line or plume type
full flow opacimeter, see Figure 2) or it may be a sample of the exhaust extracted from the exhaust pipe (sampling
or partial flow opacimeter).
It is important to note that opacity readings shall always be specified for a given optical path length. The value has
no meaning without the optical path length for the measurement.
Also the temperature of the gas can significantly affect the reading, and this should be noted when it is not
controlled or measured by the apparatus.
5.2 Measurement of light absorption coefficient
Not all apparatus which measure opacity are suitable for the measurement of the light absorption coefficient, since
the effective optical path length is not always readily determined, and, with end of line (or plume-type) apparatus,
the exhaust gas being measured is not in a non-reflective enclosure. The general specification to be met by all
opacimeters is given in clause 6. The additional specifications for opacimeters to measure light absorption
coefficient are given in clause 7.
5.3 Conditions of use
Opacimeters may be used in the following test conditions:
steady-state conditions (SS): the engine is run at constant speed and load, under stabilized conditions;
transient conditions (TC): the engine is run under transient conditions of speed and/or load.
Additional specifications for opacimeters for measurements under transient conditions are given in clause 8.
1)
6 Specifications of opacimeters for measurement of opacity
6.1 Basic specifications
6.1.1 The gas to be measured may be contained within the exhaust pipe (in-line apparatus) or as a free plume at
the exit from the exhaust pipe (end of line apparatus) or within a specially designed chamber (taking full or partial
flow of the exhaust gas).
6.1.2 The indicator shall be in opacity units and shall have a resolution of at least 0,1 % of the full scale.
6.1.3 The zero and the full-scale setting of the apparatus shall not drift more than 0,5 % opacity or 2 % of the full
scale, whichever is the smaller, over 1 h or the length of the test, whichever is the shorter.
6.1.4 Any method used for keeping the light source and receiver protected (e.g. scavenge air) shall not cause the
effective optical path length of the gas being measured to change by more than 2 %.
1) Comparison of the results is only possible if the opacity is indicated for a specified effective optical path length L (e.g.
A
430 mm) and a specified smoke temperature T (e.g. 373 K).
4
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Any device which may be situated upstream and downstream of the measuring zone shall not affect the
6.1.5
opacity of the gas entering the measuring zone by more than 0,5 % opacity or 2 % of the full scale, whichever is the
smaller, for a gas of approximately 50 % of the full scale.
6.1.6 The opacimeter shall be capable of being used for a period sufficient to take measurements without soiling of
the light source or receiver. This is considered satisfactory if the overall drift of the apparatus is less than 0,5 %
opacity or 2 % of the full scale, whichever is the smaller, over 1 h or the length of the test, whichever is the less.
6.1.7 All maintenance of the apparatus, specified by the manufacturer (see 10.2.13) shall be performed by the user
in an easy way and without risk of impairing the correct functioning of the apparatus.
6.1.8 The preconditioning of the apparatus (warming-up and stabilizing) shall not be longer than 15 min. During
this time, measurements with the smoke meter shall be inhibited.
6.1.9 The apparatus shall have an adequate insensitivity to the following influences:
climatic influences (IEC 60068-2-1, IEC 60068-2-2, IEC 60068-2-3);
mechanical shock (IEC 60068-2-31);
electromagnetical compatibility (IEC 61000-4-2, IEC 61000-4-3, IEC 61000-4-4);
external sources of light.
6.1.10 Apparatus specified for use with commercial vehicles shall provide practical and safe means of connecting
to standard vehicle exhaust pipe positions, including vertical exhausts and central exhausts under the chassis.
6.1.11 Those parts of the apparatus which may be used outside or are moved by the operator around the vehicle
(for example, a measuring head) shall operate from a 50 V or less isolated supply unless it can be shown that the
supply provided is equally safe.
6.2 Design specifications
6.2.1 Measuring zone
The measuring zone is that part of the apparatus in which the measurement is made.
6.2.1.1 Opacimeters with a measuring chamber
The measuring zone is bounded:
at its two extremities by the devices provided for the protection of the light source and the receiver;
parallel to the gas flow, by the limits of the smoke chamber;
if applicable, perpendicular to the gas flow, by two imaginary planes (one of them representing the front of the
incoming gas, the other the rear of the incoming gas) which form tangents to the light beam.
6.2.1.2 End of line opacimeter
The measuring zone shall be taken as a section of the plume of depth equal to the distance between two imaginary
planes, one representing the front of the gas flow, the other the rear of the gas flow and parallel to the light beam.
The path length of the plume is more difficult to define accurately and is dependent on how close to the end of the
exhaust pipe the light source passes through the smoke plume. Because of the difficulty of accurately defining the
effective optical path length, the conversion of the measurement to k should only be made with reservations.
6.2.2 Light source
The light source shall be an incandescent lamp with a colour temperature in the range of 2 800 K to 3 250 K
(conforming to CIE S 001) or a green light emitting diode (LED) with a spectral peak between 550 nm and 570 nm.
5
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6.2.3 Receiver
The receiver shall be a photocell or a photo diode (with filter if necessary) which in the case when the light source is
an incandescent lamp shall have a spectral response similar to the photopic curve of the human eye (maximum
response) in the range 550 nm to 570 nm, to less than 4 % of that maximum response below 430 nm and above
680 nm.
6.2.4 Combined light source and receiver characteristics
6.2.4.1 The apparatus shall be so designed that:
the rays of the light beam shall be parallel within a tolerance of 3° of the optical axis;
the receiver is not affected by direct or reflected light rays with an angle of incidence greater than 3° to the
optical axis.
Any system giving equivalent results will be acceptable.
6.2.4.2 The design of the electrical circuit, including the indicator, shall be such that the relationship between
indicator reading and the intensity of the light received remains linear within ± 0,5 % over the range of adjustment of
the circuit and over the operating temperature range of the light source and receiver.
6.2.5 Adjustment and calibration of the measuring apparatus
6.2.5.1 The electric circuit of the light source and receiver shall be adjustable so that the readout can be reset to
zero when the light flux passes through the measuring zone filled with clean air or an equivalent zone. The
indication of negative values and values above full scale shall be provided.
The apparatus shall provide means of setting and checking full scale (e.g. by the use of a screen or neutral optical
density filter perpendicular to the light beam or, in the case of apparatus which read to 100 % opacity, by turning off
or blocking the light source completely). The apparatus shall have an automatic or semi-automatic sequence to
ensure that the apparatus is correctly adjusted for zero and span before the measurement begins.
6.2.5.2 An intermediate check shall be carried out with a screen or neutral optical density filter perpendicular to the
light beam representing a gas opacity between 15 % and 80 % of full scale and known to an accuracy of ± 1 %
opacity. This neutral optical density filter shall not be an integral part of the apparatus.
Provision shall be made for placing the filter in the path of the light beam passing through the measuring zone filled
with clean air. This test shall be applicable without any tools and without the need to open the case of the
apparatus.
The indicator reading, with the filter inserted between the light source and the receiver, shall be within 2 % opacity
of the known value of the filter.
6.2.6 Recorder output terminal
The apparatus shall provide, along with a visual readout, a recorder output terminal.
7 Additional specifications for opacimeters to measure light absorption coefficient
7.1 Reference conditions
For practical engine testing, it is convenient to use a reference pressure of ambient and a reference temperature of
373 K. This is because visible emissions of smoke are at ambient pressure and because, in current practice,
opacimeters measure at approximately ambient pressure. Also, the smoke correction factors, which include the
effect of atmospheric changes on smoke-producing performance of the engine as well as the effect of atmospheric
pressure on smoke, have been derived from smoke measurements made at atmospheric pressure and a reference
temperature of 373 K.
6
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However, if absolute comparison of two exhaust gases is required (ignoring any effects of conditions on engine
performance) then a reference pressure of 100 kPa and a reference temperature of 373 K shall be used. It should
be noted that, at the reference conditions for engine performances given in ISO 1585 and ISO 3046-1 (engine air
inlet pressure of 100 kPa), the absolute and the practical units coincide.
7.2 Basic specifications
7.2.1 The gas to be measured shall be confined in or passed through an enclosure having a non-reflective internal
surface, or equivalent optical environment.
7.2.2 In determining the effective optical path length, L , through the gas, account shall be taken of the possible
A
influence of devices used for protecting the light source and the receiver.
7.2.3 The effective optical path length should be indicated on the apparatus and specified in the manufacturer's
data.
7.2.4 Unless the manufacturer specifically states that the opacimeter is only suitable for measuring very low light
absorption coefficients, the indicator of the opacimeter shall have a scale in absolute units of the light absorption
–1 –1
coefficient k from 0 m to at least 10 m (in addition to the opacity scale according to 6.1.2).
–1
7.2.5 The indicator scale for the light absorption coefficient, k, shall have a resolution of at least 0,01 m .
–1
7.2.6 The zero and the full-scale setting of the apparatus shall not drift more than 0,025 m or 2 % of the full
scale, whichever is the smaller, over 1 h or the length of the test, whichever is the shorter.
7.3 Design specifications
7.3.1 General
7.3.1.1 The design shall be such that under steady-state (SS) operating conditions the measuring chamber is filled
with smoke of uniform opacity, except for fringe effects. This condition shall be considered to be met if in addition to
the flow requirements of 6.2.1.1, the requirements of 7.3.1.2 and 7.3.1.3 are met. Unless it is shown by the
manufacturer that the measuring chamber is always flushed by the sample, a check of flow shall be performed in
order to prevent sample oscillations in the apparatus.
7.3.1.2 The variation of the opacimeter indicator output over a period of 10 s, with smoke at constant temperature,
–1
having a constant light absorption coefficient k of approximately 1,7 m (or about 90 % of full scale, if the
–1
opacimeter full scale is less than 2 m ), and measured with a recorder having a response time of 1 s, is not more
–1 –1
than ± 0,075 m (or ± 4% of the full scale if the opacimeter full scale is less than 2 m ).
7.3.1.3 Where the smoke chamber is divided, any inequality of flow between the two halves shall not affect the
–1 –1
reading by more than 0,05 m when measuring smoke with an absorption of about 1,7 m .
7.3.2 Light source and receiver
These shall be in accordance with 6.2.2, 6.2.3 and 6.2.4. However, 7.3.3 may be used as an alternative to 6.2.4.1.
7.3.
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 11614
Première édition
1999-09-01
Moteurs alternatifs à combustion interne à
allumage par compression — Appareillage
de mesure de l'opacité et du coefficient
d'absorption de la lumière des gaz
d'échappement
Reciprocating internal combustion compression-ignition engines —
Apparatus for measurement of the opacity and for determination of the light
absorption coefficient of exhaust gas
A
Numéro de référence
ISO 11614:1999(F)
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ISO 11614:1999(F)
Sommaire Page
1 Domaine d’application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.2
4 Symboles et unités .2
5 Principe des opacimètres .4
5.1 Généralités .4
5.2 Mesurage du coefficient d'absorption lumineuse .4
5.3 Conditions d'utilisation.5
6 Spécifications des opacimètres pour le mesurage de l'opacité .5
6.1 Spécifications de base .5
6.2 Spécifications de construction .6
7 Spécifications complémentaires pour les opacimètres destinés à mesurer le coefficient
d'absorption lumineuse .7
7.1 Conditions de référence.7
7.2 Spécifications de base .7
7.3 Spécifications de construction .8
8 Mesurages des transitoires .10
8.1 Généralités .10
8.2 Réponse de l'opacimètre .11
8.3 Délai physique, t .13
d
8.4 Temps de réponse de la température, t .13
T
8.5 Maintien du pic.13
© ISO 1999
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
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Internet iso@iso.ch
Imprimé en Suisse
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© ISO
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9 Spécifications concernant les opacimètres et leur installation. 13
9.1 Opacimètre à prélèvement. 13
9.2 Opacimètre à flux total en ligne . 14
9.3 Opacimètre de fin de ligne (ou de panache). 14
9.4 Opacimètre pour les essais d'accélération libre . 15
9.5 Montage des opacimètres sur un banc . 16
10 Données et moyens de mesurage nécessaire. 17
10.1 Exemple d'exigences spécifiques pour des opacimètres à prélèvement. 17
10.2 Données exigées . 18
10.3 Exigences relatives aux moyens de mesurage . 19
11 Vérification des types d'opacimètres . 19
11.1 Introduction. 19
11.2 Considérations générales. 20
11.3 Données fournies par le fabricant. 20
11.4 Exigences relatives aux instruments. 20
11.5 Vérification des instruments . 20
11.6 Vérification des caractéristiques de base et de conception . 21
11.7 Vérification des caractéristiques de réponse . 33
12 Vérification de la conformité en service des opacimètres . 36
12.1 Généralités . 36
12.2 Points à vérifier. 37
12.3 Détails des vérifications. 37
13 Rapport d'essai de vérification de l'opacimètre . 37
13.1 Données et exigences relatives aux instruments . 38
13.2 Résultats de la vérification des instruments . 38
13.3 Résultats de la vérification des caractéristiques de base et de conception (voir 11.6). 40
13.4 Répartition des vitesses (voir 11.7) . 49
Annexe A (normative) Détermination de la température moyenne des gaz d'échappement
dans la chambre de fumée d'un opacimètre à balayage . 56
Bibliographie. 59
iii
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© ISO
ISO 11614:1999(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO, participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
La Norme internationale ISO 11614 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 22, Véhicules routiers, sous-
comité SC 5, Essais des moteurs, en collaboration avec l'ISO/TC 70, Moteurs à combustion interne, sous-comité
SC 8, Mesurage des émissions de gaz d'échappement.
Cette première édition de l’ISO 11614 annule et remplace l’ISO 3173:1974 et l’ISO/TR 4011:1976, dont elle
constitue une révision technique.
L’annexe A constitue un élément normatif de la présente Norme internationale.
iv
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NORME INTERNATIONALE © ISO ISO 11614:1999(F)
Moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par
compression — Appareillage de mesure de l'opacité et du
coefficient d'absorption de la lumière des gaz d'échappement
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale définit les spécifications générales auxquelles doivent répondre les appareils de
mesure de l'opacité et de détermination du coefficient d'absorption lumineuse des gaz d'échappement des moteurs
à combustion interne ainsi que leur installation. Ces appareils sont généralement connus sous le nom
«d'opacimètres».
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur à un moment donné.
ISO 2602:1980, Interprétation statistique de résultats d’essais — Estimation de la moyenne — Intervalle de
confiance.
CEI 60068-2-1:1990, Essais d’environnement — Deuxième partie: Essais — Essais A: Froid.
CEI 60068-2-2:1974, Essais d’environnement — Deuxième partie: Essais — Essais B: Chaleur sèche.
CEI 60068-2-3:1969, Essais d’environnement — Deuxième partie: Essais — Essai Ca: Essai continu de chaleur
humide.
CEI 60068-2-31:1969, Essais d’environnement — Deuxième partie: Essais — Essai Ec: Chute et culbute, essai
destiné en premier lieu aux matériels.
CEI 61000-4-2:1995, Compatibilité électromagnétique (CEM) — Partie 4: Techniques d’essai et de mesure —
Section 2: Essais d’immunité aux décharges électrostatiques. Publication fondamentale en CEM.
CEI 61000-4-3:1998, Compatibilité électromagnétique (CEM) — Partie 4: Techniques d’essai et de mesure —
Section 3: Essais d’immunité aux champs électromagnétiques rayonnés aux fréquences radioélectriques.
CEI 61000-4-4:1995, Compatibilité électromagnétique (CEM) — Partie 4: Techniques d’essai et de mesure —
Section 4: Essais d’immunité aux transitoires électriques rapides en salve. Publication fondamentale en CEM.
CIE S 001:1986, Illuminants colorimétriques.
1
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3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
transmittance, t
fraction de la lumière émise par une source et traversant une zone de fumée, qui atteint l'observateur ou le
récepteur de l'appareil
I
t=· 100
I
0
3.2
opacité, N
fraction de la lumière émise par une source et traversant une zone de fumée, qui empêche d’atteindre l'observateur
ou le récepteur de l'instrument
N = 100 - t
3.3
longueur effective de la trajectoire lumineuse, L
A
longueur d'un rayon lumineux entre la source et le récepteur qui est coupée par le flux des gaz d'échappement,
éventuellement corrigée du défaut d'uniformité résultant de gradients de densité et d'effets de frange
3.4
coefficient d'absorption lumineuse, k
coefficient défini par la loi de Beer-Lambert
-1 t
k
=·ln
ŁłL 100
A
ou
-1 N
k =·ln (1)
ŁłL 100
A
NOTE 1 Pour obtenir une comparaison appropriée lorsqu'on effectue des mesures d'opacité, il convient que la température
et la pression qui règnent dans la zone de mesurage soient connues car elles influencent le coefficient d'absorption lumineuse
k. Les conditions de référence de ces paramètres sont indiquées en 7.1.
NOTE 2 Le terme «coefficient d'absorption lumineuse» est l'expression d'utilisation courante et c'est lui, par conséquent, qui
est utilisé dans la présente Norme internationale. Cependant, une terminologie plus exacte voudrait que l'on utilise l'expression
«coefficient d'extinction lumineuse». Telles qu'elles sont utilisées, ces deux expressions désignent exactement le même
paramètre.
4 Symboles et unités
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les symboles et unités suivants s'appliquent.
2
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Tableau 1
Symbole Unité Description Paragraphe concerné
3
d Débit de gaz minimal. 11.7.1
dm /s
a
3
d Débit de gaz maximal. 11.7.1
b dm /s
3
Débit de gaz moyen. 11.7.1
d
dm /s
c
I cd Intensité lumineuse qui parvient au récepteur 3.1
lorsque la zone de mesurage est remplie de gaz
d'échappement.
cd Intensité lumineuse qui parvient au récepteur 3.1
I
0
lorsque la zone de mesurage est remplie d'air
propre.
-1 a
k 3.4; article 7
Coefficient d'absorption lumineuse .
m
-1
k Coefficient d'absorption lumineuse observé, 7.3.7
cor
m
corrigé pour tenir compte de la pression et de la
température.
-1
Coefficient d'absorption lumineuse observé. 7.3.7
k
obs
m
-1
k Coefficient d'absorption lumineuse à la 7.3.7
t
m
température T.
L mm Longueur effective de la trajectoire lumineuse. 3.3; 7.3.4
A
L mm Longueur effective de la trajectoire lumineuse 11.6.5
A1
d'un opacimètre en cours d'essai.
L mm Longueur effective de la trajectoire lumineuse 11.6.5
A2
d'un opacimètre connu.
l mm Distance déterminant la position, dans un 11.6.1.1
m
opacimètre, où la température égale la
température moyenne de la zone de mesurage.
l , l mm Distances correspondant aux deux moitiés 11.6.1.1
m1 m2
distinctes de certains types d'opacimètres.
l , l mm Longueur du tube. Annexe A
1 2
N % Opacité. 3.2; article 6
N % Mesure lue sur un opacimètre en essai. 11.6.5
1
N % Mesure lue sur un opacimètre connu ou modifié. 11.6.5
2
3
, Positions extrêmes des graduations de débit 11.6.12
P P
dm /s
1 2
permises par le constructeur.
p kPa Pression atmosphérique. 7.3.6
atm
kPa Pression statique observée dans la zone de 7.3.6
p
obs
mesurage.
3
Q Débit du gaz traversant la zone de mesurage. 8.2.1
dm /s
T K Température. —
T K Température moyenne dans les conditions de 11.6.1.1
a
température minimale et de débit minimal de
l'échantillon.
K Température moyenne dans les conditions de 11.6.1.1
T
b
température maximale et de débit maximal de
l'échantillon.
T K Température du mélange. Annexe A
g
K Température moyenne du gaz mesuré. 7.3.7
T
m
T K Température de l’air de balayage. Annexe A
s
3
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Tableau 1 (suite)
Symbole Unité Description Paragraphe concerné
T K Température moyenne dans un opacimètre en 11.6.5
1
essai.
K Température moyenne d’un opacimètre connu ou 11.6.5
T
2
modifié.
t s Temps. —
t s Temps de réponse physique. 8.2.1
p
t s Temps de réponse électrique. 8.2.2
e
s Temps de réponse total. 8.2.3
t
o
t s Délai physique. 8.3
d
t s Temps de réponse de la température. 8.4
T
3
V Volume de la zone de mesure. 8.2.1
dm
v m/s Vitesse des gaz. —
v m/s Vitesse au débit minimal des gaz. 11.7.1
a
m/s Vitesse au débit maximal des gaz. 11.7.1
v
b
v m/s Vitesse au débit moyen des gaz. 11.7.1
c
% Transmittance. 3.1
t
a
En principe, k avec 5/5, signifie k , à moins qu’il n'en soit spécifié autrement.
cor
5 Principe des opacimètres
5.1 Généralités
Le principe du mesurage consiste à faire passer un faisceau lumineux à travers une certaine longueur de la fumée
à mesurer, et à utiliser la proportion de la lumière incidente qui atteint un récepteur (par exemple une cellule
photoélectrique) pour évaluer l'obscurcissement occasionné par cet agent.
La «longueur de fumée» sur laquelle l'opacité est mesurée dépend de la conception de l'appareil. Il peut s'agir de la
totalité des gaz d'échappement dans un tuyau d'échappement (opacimètre à flux total en ligne, voir Figure 1) ou à
l'air libre (opacimètre à flux total de fin de ligne ou à panache, voir Figure 2) ou encore d'un échantillon des gaz
d'échappement prélevé sur le tuyau d'échappement (opacimètre à prélèvement ou à flux partiel).
Il est important de noter que la lecture de l'opacité doit toujours être spécifiée pour une longueur effective de la
trajectoire lumineuse donnée. La valeur n'a pas de signification sans la longueur effective de la trajectoire
lumineuse pour le mesurage.
La température du gaz peut aussi affecter la lecture de manière significative, et il convient qu’elle soit notée
lorsqu'elle n'est pas mesurée ou contrôlée par l'appareillage.
5.2 Mesurage du coefficient d'absorption lumineuse
Tous les appareils qui mesurent l'opacité ne sont pas faits pour mesurer le coefficient d'absorption lumineuse car la
longueur effective de la trajectoire lumineuse n'est pas toujours facile à déterminer et, avec les appareils de fin de
ligne (ou à panache), les gaz d'échappement à mesurer ne sont pas enfermés dans une enceinte non
réfléchissante. La spécification générale à laquelle doivent satisfaire tous les opacimètres est indiquée dans
l'article 6; les spécifications complémentaires pour les opacimètres destinés à mesurer le coefficient d'absorption
lumineuse sont indiquées dans l'article 7.
4
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5.3 Conditions d'utilisation
Les opacimètres peuvent être utilisés dans les conditions d'essai suivantes:
conditions de régime stabilisé (SS: «Steady State»): le moteur tourne à vitesse et charge constantes dans des
conditions stabilisées;
conditions transitoires (TC: «Transient Conditions»): le moteur tourne dans des conditions transitoires de
vitesse et/ou de charge.
Les spécifications complémentaires pour effectuer des mesures dans des conditions transitoires sont indiquées
dans l'article 8.
1)
6 Spécifications des opacimètres pour le mesurage de l'opacité
6.1 Spécifications de base
6.1.1 Le gaz à mesurer peut être contenu dans le tuyau d'échappement (instrument en ligne) ou se présenter
comme un panache libre à la sortie du tuyau d'échappement (instrument de fin de ligne) ou être enfermé dans une
chambre spécialement prévue à cet effet (et prélevant tout ou partie du flux des gaz d'échappement).
6.1.2 Le cadran indicateur doit être en unités d'opacité et doit permettre une résolution de lecture d'au moins 0,1 %
de la pleine échelle.
6.1.3 Sur la plus brève des deux périodes suivantes, 1 h ou la durée de l'essai, la dérive du réglage du zéro de
l'appareillage ne doit pas dépasser la plus petite des deux valeurs suivantes, 0,5 % d'opacité ou 2 % de la pleine
échelle.
6.1.4 Les moyens utilisés pour protéger la source lumineuse ou le récepteur (par exemple rideau d'air) doivent
être tels que la longueur de la trajectoire lumineuse à travers les gaz ne doit pas varier de plus de 2 %.
6.1.5 L'opacité des gaz entrant dans la zone de mesure ne doit pas être affectée, considérant la plus petite des
deux valeurs suivantes, 0,5 % d'opacité ou 2 % de la pleine échelle, par les dispositifs qui peuvent être situés en
amont et en aval de la zone de mesure.
L'opacimètre doit pouvoir être utilisé pendant une durée suffisante pour réaliser des mesurages sans
6.1.6
encrassement de la source lumineuse ou du récepteur. Cela est considéré comme satisfaisant, si, sur la plus brève
des deux périodes suivantes, 1 h ou la durée de l'essai, la dérive totale de l'appareil ne dépasse pas la plus petite
des deux valeurs suivantes, 0,5 % d'opacité ou 2 % de la pleine échelle.
6.1.7 L'entretien de l'appareillage, spécifié par le constructeur (voir 10.2.13), doit pouvoir être réalisé aisément par
l'utilisateur et sans risquer d'altérer le bon fonctionnement de l'appareillage.
6.1.8 Le préconditionnement de l'appareillage (mise en température et stabilisation) ne doit pas excéder 15 min.
Durant cette période, les mesurages doivent être interdits.
6.1.9 L'appareillage doit être protégé de façon adéquate des influences suivantes:
climatiques (CEI 60068-2-1, CEI 60068-2-2, CEI 60068-2-3);
chocs mécaniques (CEI 60068-2-31);
compatibilité électromagnétique (CEI 61000-4-2, CEI 61000-4-3, CEI 61000-4-4);
sources lumineuses extérieures.
1) La comparaison des résultats n'est possible que si l'opacité est exprimée pour une longueur effective de la trajectoire
lumineuse L (par exemple 430 mm) et une température de fumée donnée T (par exemple 373 K).
A
5
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L'appareillage spécifié pour être utilisé sur des véhicules commerciaux doit fournir des moyens pratiques et
6.1.10
sûrs de montage pour les positions standards des tuyaux d'échappement, y compris pour les échappements
verticaux et centraux sous châssis.
6.1.11 Les éléments de l'appareillage pouvant être utilisés à l'extérieur ou déplacés par l'opérateur autour du
véhicule (par exemple la sonde de mesure) doivent fonctionner sous une alimentation isolée de 50 V maximale,
sauf s'il est démontré qu'ils fournissent un niveau de sécurité équivalent.
6.2 Spécifications de construction
6.2.1 Zone de mesurage
La zone de mesurage est la partie de l'instrument dans laquelle la mesure est effectuée.
6.2.1.1 Opacimètres avec chambre de mesurage
La zone de mesurage est limitée:
à ses deux extrémités par les dispositifs prévus pour la protection de la source lumineuse et du récepteur;
parallèlement au flux du gaz, par les limites de la chambre de fumée;
le cas échéant, perpendiculairement au flux du gaz, par deux plans imaginaires formant des tangentes au
rayon lumineux, l'un d'entre eux représentant le front et l'autre l'arrière du gaz entrant dans la chambre.
6.2.1.2 Opacimètre de fin de ligne
La zone de mesurage à considérer doit être une section du panache parallèle au rayon lumineux, d'une profondeur
égale à la distance séparant deux plans imaginaires, l'un représentant le front et l'autre l'arrière du flux de gaz. La
longueur de la trajectoire du panache est plus difficile à définir avec précision. Elle dépend de la distance par
rapport à l'extrémité du tuyau d'échappement à laquelle la source lumineuse traverse le panache de fumée. En
raison de la difficulté éprouvée pour définir avec précision la longueur effective de la trajectoire lumineuse, il
convient que la conversion de cette mesure en k ne se fasse que sous réserve.
6.2.2 Source lumineuse
La source lumineuse doit être une lampe à incandescence, d'une température de couleur comprise entre 2 800 K et
3 250 K (conformément à la CIE S 001) ou une diode électroluminescente (DEL) dont le pic spectral se situe entre
550 nm et 570 nm.
6.2.3 Récepteur
Le récepteur doit être une cellule photoélectrique ou une photodiode (avec filtre si nécessaire) qui, dans le cas où la
source lumineuse est une lampe à incandescence, doit avoir une réponse spectrale similaire à la courbe
photopique de l’œil humain (réponse maximale) dans la gamme de 550 nm à 570 nm, moins de 4 % de ce
maximum au-dessous de 430 nm et au-dessus de 680 nm.
6.2.4 Caractéristiques combinées de la source lumineuse et du récepteur
6.2.4.1 L'appareillage doit être conçu de telle sorte que:
les rayons lumineux soient parallèles dans une limite de tolérance de 3° par rapport à l'axe optique;
le récepteur ne soit affecté ni par des rayons lumineux directs ni par des rayons réfléchis ayant un angle
d'incidence supérieur à 3° par rapport à l'axe optique.
Tout système donnant des résultats équivalents est acceptable.
6.2.4.2 La conception du circuit électrique, indicateur compris, doit être telle que la relation entre la lecture de
l'indicateur et l'intensité de la lumière reçue reste linéaire dans les limites de – 0,5 % au-dessus de la plage de
réglage du circuit et au-dessus de la plage des températures de service de la source lumineuse et du récepteur.
6
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6.2.5 Réglage et étalonnage de l'appareil de mesure
6.2.5.1 Le circuit électrique de la source lumineuse et du récepteur doit être réglable afin que l'aiguille puisse être
remise à zéro lorsque le flux de lumière traverse la zone de mesurage remplie d'air propre ou une zone équivalente.
L'affichage de valeurs négatives et de valeurs supérieures à la pleine échelle doit être possible.
L'appareil doit être équipé de moyens de réglage et de vérification de la pleine échelle en utilisant par exemple un
écran ou un filtre de densité optique neutre placé perpendiculairement au rayon lumineux ou, dans le cas
d'appareils indiquant l'opacité jusqu'à 100 %, en éteignant la source lumineuse ou en l'obturant complètement.
L'appareillage doit avoir un mode automatique ou semi-automatique afin de s'assurer que l'appareillage est
correctement réglé (zéro) et étalonné avant d'entreprendre des mesurages.
6.2.5.2 Une vérification intermédiaire doit être effectuée avec un écran ou un filtre de densité optique neutre placé
perpendiculairement au rayon lumineux représentant une opacité du gaz comprise entre 15 % et 80 % de la pleine
échelle et connue avec une exactitude de – 1 % d'opacité. Ce filtre optique neutre ne doit pas être intégré à
l'appareillage.
Des dispositions doivent être prises pour placer le filtre sur la trajectoire des rayons lumineux traversant la zone de
mesurage remplie d'air propre. Cet essai doit être mis en œuvre sans utiliser d'outil et sans qu'il soit nécessaire
d'ouvrir le carter de l'appareillage.
La lecture obtenue sur l'indicateur doit, lorsque le filtre est introduit entre la source lumineuse et le récepteur,
correspondre, à 2 % près de l'opacité, à la valeur connue du filtre.
6.2.6 Connecteur de sortie d'enregistrement
L'appareillage doit permettre de visualiser la mesure et doit posséder un connecteur de sortie d'enregistrement.
7 Spécifications complémentaires pour les opacimètres destinés à mesurer
le coefficient d'absorption lumineuse
7.1 Conditions de référence
Pour les essais pratiques sur les moteurs, il est commode d'utiliser une pression de référence égale à la pression
ambiante et une température de référence de 373 K. En effet, les émissions visibles de fumée interviennent à la
pression ambiante et, dans la pratique courante, les opacimètres effectuent leurs mesures approximativement à la
pression ambiante. En outre, les facteurs de correction de la fumée qui tiennent compte de l'effet des modifications
atmosphériques sur la production de fumée par le moteur ainsi que de l'effet de la pression atmosphérique, ont été
calculés à partir de mesures de la fumée faites à la pression atmosphérique et à une température de référence de
373 K.
Cependant, s'il est nécessaire d'effectuer une comparaison absolue entre deux gaz d'échappement (sans tenir
compte des effets des conditions de l'essai sur les performances des moteurs), il faut utiliser une pression de
référence de 100 kPa et une température de référence de 373 K. Il convient de noter que les unités absolues et
pratiques coïncident, dans les conditions de référence, pour les performances des moteurs indiquées dans
l’ISO 1585 et l’ISO 3046-1 (pression de 100 kPa à l'admission d'air du moteur).
7.2 Spécifications de base
7.2.1 Le gaz à mesurer doit soit être enfermé dans une enceinte ayant une surface interne non réfléchiss
...
Questions, Comments and Discussion
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