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）℃范圍內優于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，該傳感器內部集成了雙極運算放大器電路和薄膜電阻網絡電路，內部結構見圖6。

圖6 MPXA6115A的內部結構

　　經測試，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范圍內變化時，其最大相對誤差不大于1%。

　　4.5 數據處理系統

　　采用C8051F021單片機作為數據處理核心，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，采用內部電壓基準發生器產生2.4V高精度基準電壓，溫度系數為15×10-6/℃。溫度、壓力、氧濃度傳感器的輸出，經過零點調節和增益調節，調節成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。選擇計數器TIME0 用來計數，進行周期測量。采用22.1184MHz主頻的十二分之一作為計數脈沖，16位的計數器，計數誤差為±1，周期測量的不確定度約為萬分之二。

　　單片機將三路AD轉換后的數據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據交換，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℃，壓力測量精度優于1%，氧濃度測量精度優于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據。

　　將氣體流量分析儀安裝在直徑為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，選取5個標定點，實驗數據見表1。

1 流量標定實驗數據

從表1中看出，流量分析儀的平均儀表系統為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公司生產的同類產品的5%相比，精度有較大提高，并且成本大大降低，適合在國內大規模推廣使用。