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用氣體流量分析儀測量汽車排放

作者: 時間:2012-03-06 來源:網(wǎng)絡 收藏

  4.3 溫度傳感器

  采用Pt100鉑電阻作為感溫元件,將它與金屬保護管、絕緣材料做成一體的鎧裝結構,以減小混合氣中的有害氣體和雜質影響鉑電阻的性能。為提高測溫精度,進行了多點標定,在軟件中采用分段線性化的方法。同時,為提高傳感器的抗干擾能力,采用三線制的電路結構。實際測試該傳感器的測溫精度在(5~150)℃范圍內(nèi)優(yōu)于1.0℃。

  4.4 壓力傳感器

  壓力測量采用MPXA6115A系列片上集成式硅壓力傳感器,該傳感器內(nèi)部集成了雙極運算放大器電路和薄膜電阻網(wǎng)絡電路,內(nèi)部結構見圖6。


MPXA6115A的內(nèi)部結構

圖6 MPXA6115A的內(nèi)部結構

  經(jīng)測試,傳感器的輸出電壓信號與輸入氣體壓力具有非常好的線性關系,輸入氣體絕對壓力在15kPa~115kPa范圍內(nèi)變化時,其最大相對誤差不大于1%。

  4.5 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

  采用C8051F021單片機作為數(shù)據(jù)處理核心,完成溫度、壓力、流量、氧濃度信號的采集與處理。C8051F021單片機內(nèi)部集成了多通道 12位逐次逼近型ADC轉換器,轉換速率達100kps,采用內(nèi)部電壓基準發(fā)生器產(chǎn)生2.4V高精度基準電壓,溫度系數(shù)為15×10-6/℃。溫度、壓力、氧濃度傳感器的輸出,經(jīng)過零點調節(jié)和增益調節(jié),調節(jié)成0~2.40V的電壓信號,進入單片機進行AD轉換,AD轉換的精度為0.025%。

  流量傳感器的輸出為44Hz至297Hz的方波電壓脈沖,對于這一頻率范圍的信號,采用測量周期的方法,更方便、更準確。選擇計數(shù)器TIME0 用來計數(shù),進行周期測量。采用22.1184MHz主頻的十二分之一作為計數(shù)脈沖,16位的計數(shù)器,計數(shù)誤差為±1,周期測量的不確定度約為萬分之二。

  單片機將三路AD轉換后的數(shù)據(jù)和周期測量值進行定標,轉換成相應的溫度、壓力、氧濃度和流量值,通過串口傳入主控計算機。在控計算機上采用VB 語言編寫了計算機與單片機的通訊程序及人機界面程序,進行測量參數(shù)的顯示和存盤,并留有接口,可與五氣分析儀及底盤測功機的控制程序進行數(shù)據(jù)交換,完成汽車最終排放量的計算

  5、實驗與結論

  為了驗證流量分析儀的測量精度,將流量分析儀的流量、溫度、壓力、氧氣濃度四個傳感器分別進行標定,并進行綜合精度評定。其中溫度測量精度±1℃,壓力測量精度優(yōu)于1%,氧濃度測量精度優(yōu)于0.5%,完全滿足國家標準對測試儀器的要求。

  由于實驗項目較多,本文只給出了主要傳感器渦街流量傳感器的標定實驗方法及數(shù)據(jù)。

  將安裝在直徑為100mm的管道上進行了標定實驗,以LXH系列臨界流音速噴嘴氣體流量標準裝置作為流量標準,通過選擇12個音速噴嘴的不同組合來調整氣道中氣體的流量,在測量范圍140m3/h至930m3/h內(nèi),選取5個標定點,實驗數(shù)據(jù)見表1。

1 流量標定實驗數(shù)據(jù)

流量標定實驗數(shù)據(jù)

從表1中看出,流量分析儀的平均儀表系統(tǒng)為1159.91,基本誤差為0.93%。通過對流量分析儀中的流量傳感器的標定實驗,我們可以看出,流量測量的偏差不超過1%,與美國sensors公司生產(chǎn)的同類產(chǎn)品的5%相比,精度有較大提高,并且成本大大降低,適合在國內(nèi)大規(guī)模推廣使用。


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