非道路移動機械透射式煙度計研究與實現(xiàn)

摘要：透射式煙度計因使用安全和高效，以及測量非道路移動機械顆粒排放準確度高等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。但非道路移動機械工作地點和環(huán)境特殊，因此，透光式煙度計的設(shè)計要求非?？量獭Ｍㄟ^分析非道路移動機械的工作機理，使用最優(yōu)化設(shè)計方法來研發(fā)透射式煙度計，從而使測量結(jié)果取得較好的精確度。

作者簡介：劉松良（1978—），男，電子高級工程師，研究方向：電子技術(shù)。

0   引言

非道路移動機械是社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的重要裝備，廣泛應(yīng)用在礦山開采、路橋建設(shè)和城市建筑中，如瀝青攤鋪機械、挖掘機械、鏟土運輸機械、起重機械、叉車、壓實機械、路面施工與養(yǎng)護機械、混凝土機械、掘進機械、樁工機械、高空作業(yè)機械、鑿巖機械等。近年來，隨著我國城市化進程加快，非道路移動機械總量猛增，加上非道路移動機械以柴油機為動力、工況復(fù)雜且排放控制技術(shù)水平較差，尾氣排放比道路車輛高許多。非道路移動機械排出的顆粒物大且含有多種有毒物質(zhì)，已成為大氣污染環(huán)境、危害人民身體健康的主要來源之一。2020 年，我國對新生產(chǎn)非道路移動機械實施國四排放標準；有鑒于此，本文主要采用最優(yōu)化設(shè)計方法來研發(fā)透射式煙度計，用于非道路移動機械顆粒排放的檢測，并以此來衡量非道路移動機械的顆粒排放水平。透射式煙度計具有操作簡便、響應(yīng)速度快、適應(yīng)性好、安全可靠等優(yōu)點。

1   非道路移動機械煙度檢測原理和方法

由于非道路移動機械的特殊性，自由加速工況排氣煙度測試更適合非道路移動機械的煙度測量。自由加速煙度測試要求在很短的時間內(nèi)迅速使柴油機的噴油量達到最大（油門踏板1 s 踩到底），使柴油機急劇加速至最高額定轉(zhuǎn)速并保持最高轉(zhuǎn)速3 s，然后立即松開油門踏板，使柴油機恢復(fù)至怠速狀態(tài)。在自由加速工況下，油量劇烈變化，系統(tǒng)控制進排氣的響應(yīng)時間最少，即工況最惡劣。所以，自由加速煙度測量的煙度值是非道路移動機械在實際使用過程中排出的最大煙度。使用自由加速煙度測量的方法可有效評價非道路移動機械的碳煙甚至顆粒污染物排放。

圖2 軟件控制結(jié)構(gòu)圖

2    非道路移動機械透射式煙度計設(shè)計

整個設(shè)備包括上位機和下位機。下位機主要是對機動車排放的煙氣進行連續(xù)測量，動態(tài)反映排氣污染物的變化，并且把測量結(jié)果傳給顯示部分進行人機交互。下位機設(shè)計主要分五大模塊：CPU 主從控制模塊、通信模塊、電池供電模塊、溫度測量控制模塊、煙氣透過率測量模塊。上位機設(shè)計主要是人機界面、測量數(shù)據(jù)串口輸出和打印等。根據(jù)非道路移動機械的特殊工作機理，本文主要論述非道路移動機械透射式煙度計的CPU 主從控制模塊、電池供電模塊、通信模塊的設(shè)計。

2.1 CPU主從控制模塊設(shè)計

如圖1 所示，主要解決上位機控制、下位機控制、上位機和下位機之間的通信等。

2.2 電池供電模塊設(shè)計

非道路移動機械工作地點一般無法提供市電供電電源，所有必須有獨立電源設(shè)計。本文選取的電源模塊為：多個新型磷酸鐵鋰動力電池串聯(lián)，單個電池電壓為3.0 V，串聯(lián)15 個電池后電源電壓為45 V，可以滿足整個儀器野外供電。

2.3 通信模塊設(shè)計

為保持測量數(shù)據(jù)的真實有效，測量數(shù)據(jù)必須實時發(fā)送給相關(guān)監(jiān)控部門，所以通信采用無線WiFi 實時發(fā)送測量數(shù)據(jù)，安全可靠。

2.4 軟件設(shè)計采用最優(yōu)化設(shè)計方法

主要包括溫度測量控制模塊、煙氣透過率測量模塊、CPU 主從控制模塊、通信模塊、電池供電管理模塊等。

2.4.1 溫度測量控制模塊

主要功能是控制、測量氣室的溫度以及煙氣的溫度。儀器上電時溫度量控制模塊給氣室加熱，當氣室溫度達到75 ℃時，煙度計的風扇開始工作，同時氣室溫度保持在75 ℃。

2.4.2 煙氣透過率測量原理

控制電路給黃綠色LED 燈泡供電（10 Hz 方波），LED 發(fā)出光線經(jīng)過有煙氣的光通道后照射在光電池上，通過采集光電池上的電信號，測出煙氣透過率。

3   試驗結(jié)果對比分析

研究對象為徐工RP903S 型瀝青攤鋪機，試驗用的一臺RP903S 相關(guān)技術(shù)參數(shù)為：生產(chǎn)年份2019 年，額定功率164 kW，額定轉(zhuǎn)速(2 000 r/min)。

本文設(shè)計的透射式煙度計為：佛山翰創(chuàng)檢測儀器有限公司MKT601B 型。試驗對比煙度測量設(shè)備使用日本HORIBA 公司生產(chǎn)的MEXA-600S 型便攜式不透光煙度計和另一款國產(chǎn)NHT-6P 型不透光煙度計。測量結(jié)果見表1。

4   結(jié)束語

1）本試驗的目的是檢驗佛山翰創(chuàng)MKT601B 型非道路移動機械透射式煙度計的設(shè)計性能，主要是測量精確度。通過與日本HORIBA 公司生產(chǎn)的MEXA-600S型便攜式不透光煙度計和另一款國產(chǎn)NHT-6P 型不透光煙度計在同樣測試環(huán)境和測試條件下的對比，佛山翰創(chuàng)MKT601B 型透射式煙度計不僅達到國家標準要求，而且性能比其他不透光煙度計好。

2）佛山翰創(chuàng)MKT601B 型非道路移動機械透射式煙度計打破國外壟斷，擁有完全知識產(chǎn)權(quán)，在環(huán)境監(jiān)測和環(huán)保方面具有一定的社會經(jīng)濟價值。

3）佛山翰創(chuàng)MKT601B 型非道路移動機械透射式煙度計在電池續(xù)航能力上還有待提升，目前電池支持6 h 續(xù)航。

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年6月期）