用气体流量分析仪测量汽车排放

　　4.3 温度传感器

　　采用Pt100铂电阻作为感温元件，将它与金属保护管、绝缘材料做成一体的铠装结构，以减小混合气中的有害气体和杂质影响铂电阻的性能。为提高测温精度，进行了多点标定，在软件中采用分段线性化的方法。同时，为提高传感器的抗干扰能力，采用三线制的电路结构。实际测试该传感器的测温精度在（5~150）℃范围内优于1.0℃。

　　4.4 压力传感器

　　压力测量采用MPXA6115A系列片上集成式硅压力传感器，该传感器内部集成了双极运算放大器电路和薄膜电阻网络电路，内部结构见图6。

图6 MPXA6115A的内部结构

　　经测试，传感器的输出电压信号与输入气体压力具有非常好的线性关系，输入气体绝对压力在15kPa~115kPa范围内变化时，其最大相对误差不大于1%。

　　4.5 数据处理系统

　　采用C8051F021单片机作为数据处理核心，完成温度、压力、流量、氧浓度信号的采集与处理。C8051F021单片机内部集成了多通道 12位逐次逼近型ADC转换器，转换速率达100kps，采用内部电压基准发生器产生2.4V高精度基准电压，温度系数为15×10-6/℃。温度、压力、氧浓度传感器的输出，经过零点调节和增益调节，调节成0~2.40V的电压信号，进入单片机进行AD转换，AD转换的精度为0.025%。

　　流量传感器的输出为44Hz至297Hz的方波电压脉冲，对于这一频率范围的信号，采用测量周期的方法，更方便、更准确。选择计数器TIME0 用来计数，进行周期测量。采用22.1184MHz主频的十二分之一作为计数脉冲，16位的计数器，计数误差为±1，周期测量的不确定度约为万分之二。

　　单片机将三路AD转换后的数据和周期测量值进行定标，转换成相应的温度、压力、氧浓度和流量值，通过串口传入主控计算机。在控计算机上采用VB 语言编写了计算机与单片机的通讯程序及人机界面程序，进行测量参数的显示和存盘，并留有接口，可与五气分析仪及底盘测功机的控制程序进行数据交换，完成汽车最终排放量的计算

　　5、实验与结论

　　为了验证流量分析仪的测量精度，将流量分析仪的流量、温度、压力、氧气浓度四个传感器分别进行标定，并进行综合精度评定。其中温度测量精度±1℃，压力测量精度优于1%，氧浓度测量精度优于0.5%，完全满足国家标准对测试仪器的要求。

　　由于实验项目较多，本文只给出了主要传感器涡街流量传感器的标定实验方法及数据。

　　将气体流量分析仪安装在直径为100mm的管道上进行了标定实验，以LXH系列临界流音速喷嘴气体流量标准装置作为流量标准，通过选择12个音速喷嘴的不同组合来调整气道中气体的流量，在测量范围140m3/h至930m3/h内，选取5个标定点，实验数据见表1。

1 流量标定实验数据

从表1中看出，流量分析仪的平均仪表系统为1159.91，基本误差为0.93%。通过对流量分析仪中的流量传感器的标定实验，我们可以看出，流量测量的偏差不超过1%，与美国sensors公司生产的同类产品的5%相比，精度有较大提高，并且成本大大降低，适合在国内大规模推广使用。