汽車排放氣體流量分析儀設(shè)計(jì)
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圖3 三角柱的結(jié)構(gòu)(單位:mm)
根據(jù)雷諾數(shù)計(jì)算公式
，式中：ν-空氣的運(yùn)動(dòng)粘度，在標(biāo)準(zhǔn)壓力下20℃時(shí)，流量范圍140m3/h~930m3/h對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)為3.3~21.9 ×104，滿足渦街測(cè)量的上下限要求，且具有理想的儀表系數(shù)。理論計(jì)算儀表系數(shù)K為：
（3）S1、S2分別為管道的橫截面積和三角柱的迎風(fēng)面積，最終的儀表系數(shù)應(yīng)以標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為準(zhǔn)。
4、流量分析儀的電路設(shè)計(jì)
流量分析儀的電路設(shè)計(jì)包括流量傳感器、氧濃度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器四種傳感器的選型及測(cè)量電路設(shè)計(jì)，電路結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。
圖4流量分析儀的電路框圖
3.1 流量傳感器
采用壓電式檢測(cè)漩渦的方式，當(dāng)氣體流經(jīng)管道時(shí)，三角柱產(chǎn)生的渦街周期性的對(duì)探頭的壓電陶瓷產(chǎn)生作用力，使之產(chǎn)生周期性變化的電荷，通過(guò)電荷放大電路，再經(jīng)過(guò)逐級(jí)濾波、整形轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的方波電壓脈沖，頻率為44Hz至297Hz，幅值約為8.8V。該信號(hào)通過(guò)光電隔離，一方面可抑制來(lái)自測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的干擾，一方面將幅值將到5V以下，送入單片機(jī)進(jìn)行周期測(cè)量。由于渦街的頻率與氣體流量成正比，通過(guò)測(cè)量電壓脈沖的頻率（周期）來(lái)測(cè)量氣體體積流量。
渦街流量傳感器的電路結(jié)構(gòu)如圖5。
圖5 渦街流量計(jì)電路原理框圖
3.2 氧傳感器
采用A-02/T型氧濃度傳感器，該產(chǎn)品依據(jù)PTB 18.10設(shè)計(jì)，主要針對(duì)汽車尾氣測(cè)量。在干燥環(huán)境中，氧濃度在0~100%范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出模擬電壓信號(hào)7 ~ 13.5 mV，響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)5秒，線性誤差0.5%，工作壓力范圍75~125kPa，有NTC溫度補(bǔ)償。通過(guò)測(cè)量電路進(jìn)行信號(hào)放大，并進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)和增益調(diào)節(jié)，使其電路輸出電壓0~2.40V，對(duì)應(yīng)的氧氣濃度為 0~22.5%。
3.3 溫度傳感器
采用Pt100鉑電阻作為感溫元件，將它與金屬保護(hù)管、絕緣材料做成一體的鎧裝結(jié)構(gòu)，以減小混合氣中的有害氣體和雜質(zhì)影響鉑電阻的性能。為提高測(cè)溫精度，進(jìn)行了多點(diǎn)標(biāo)定，在軟件中采用分段線性化的方法。同時(shí)，為提高傳感器的抗干擾能力，采用三線制的電路結(jié)構(gòu)。實(shí)際測(cè)試該傳感器的測(cè)溫精度在（5~150）℃范圍內(nèi)優(yōu)于1.0℃。
3.4 壓力傳感器
壓力測(cè)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(yùn)算放大器電路和薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)電路，內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖6。
評(píng)論