用氣體流量分析儀測量汽車排放

　　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(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。為提高測溫精度，進(jìn)行了多點標(biāo)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(jié)構(gòu)。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(luò)電路，內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 MPXA6115A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　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(guān)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(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速率達(dá)100kps，采用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)發(fā)生器產(chǎn)生2.4V高精度基準(zhǔn)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(diào)節(jié)和增益調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)成0~2.40V的電壓信號，進(jìn)入單片機進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)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(zhǔn)確。選擇計數(shù)器TIME0 用來計數(shù)，進(jìn)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(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)和周期測量值進(jìn)行定標(biāo)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成汽車最終排放量的計算

　　5、實驗與結(jié)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(jìn)行標(biāo)定，并進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)定實驗方法及數(shù)據(jù)。

　　將氣體流量分析儀安裝在直徑為100mm的管道上進(jìn)行了標(biāo)定實驗，以LXH系列臨界流音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置作為流量標(biāo)準(zhǔn)，通過選擇12個音速噴嘴的不同組合來調(diào)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(biāo)定點，實驗數(shù)據(jù)見表1。

1 流量標(biāo)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(biāo)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。