汽车排放气体流量分析仪设计
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图3 三角柱的结构(单位:mm)
根据雷诺数计算公式
，式中：ν-空气的运动粘度，在标准压力下20℃时，流量范围140m3/h~930m3/h对应的雷诺数为3.3~21.9 ×104，满足涡街测量的上下限要求，且具有理想的仪表系数。理论计算仪表系数K为：
（3）S1、S2分别为管道的横截面积和三角柱的迎风面积，最终的仪表系数应以标定实验的结果为准。
4、流量分析仪的电路设计
流量分析仪的电路设计包括流量传感器、氧浓度传感器、温度传感器、压力传感器四种传感器的选型及测量电路设计，电路结构框图如图4所示。
图4流量分析仪的电路框图
3.1 流量传感器
采用压电式检测漩涡的方式，当气体流经管道时，三角柱产生的涡街周期性的对探头的压电陶瓷产生作用力，使之产生周期性变化的电荷，通过电荷放大电路，再经过逐级滤波、整形转化成相应的方波电压脉冲，频率为44Hz至297Hz，幅值约为8.8V。该信号通过光电隔离，一方面可抑制来自测试现场的干扰，一方面将幅值将到5V以下，送入单片机进行周期测量。由于涡街的频率与气体流量成正比，通过测量电压脉冲的频率（周期）来测量气体体积流量。
涡街流量传感器的电路结构如图5。
图5 涡街流量计电路原理框图
3.2 氧传感器
采用A-02/T型氧浓度传感器，该产品依据PTB 18.10设计，主要针对汽车尾气测量。在干燥环境中，氧浓度在0~100%范围内变化时，输出模拟电压信号7 ~ 13.5 mV，响应时间不超过5秒，线性误差0.5%，工作压力范围75~125kPa，有NTC温度补偿。通过测量电路进行信号放大，并进行零点调节和增益调节，使其电路输出电压0~2.40V，对应的氧气浓度为 0~22.5%。
3.3 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℃。
3.4 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。
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