一種顆粒物傳感器標(biāo)定系統(tǒng)及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛尾氣排放控制的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種顆粒物傳感器的標(biāo)定系統(tǒng)及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，柴油機(jī)排放中含有大量的顆粒物，尤其是PM2.5占顆粒物排放的80%，會對環(huán)境和人體健康造成很大的危害，因此，國內(nèi)外很多研宄人員都對柴油機(jī)排放顆粒物展開深入的探索和研宄，在美國，車載診斷法規(guī)中已經(jīng)明確申請使用顆粒物傳感器，主要是用來監(jiān)測顆粒物捕集器(DPF)工作情況。
[0003]目前，美國加州制定了2013年開始執(zhí)行的車載診斷系統(tǒng)(OBD)排放法規(guī)，乘用車和輕型車的顆粒物限值將下降為17.5 mg/mile (約10.8 mg/km);歐盟也已經(jīng)擬定了關(guān)于乘用車法規(guī)的草案，該方案分三步實施，2014年達(dá)到OBD第一階段的排放閾值20 mg/km,2016年達(dá)到OBD第二階段排放閾值9 mg/km，第三階段達(dá)到最終的4.5 mg/km，在不久將來，中國也極有可能將柴油車排出尾氣中顆粒物的濃度實時監(jiān)測列入到車載診斷系統(tǒng)OBD排放法規(guī)之內(nèi)。
[0004]隨著不斷嚴(yán)格的法規(guī)被制定以減少柴油機(jī)顆粒的排放，排放法規(guī)中要求對排氣中的顆粒物進(jìn)行實時監(jiān)測。但由于目前的顆粒物傳感技術(shù)研宄尚不成熟，因此，國內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了顆粒物傳感器的深入研宄，并根據(jù)不同顆粒物濃度檢測原理提出了多種類型的顆粒物傳感器:電阻式、電容式、電化學(xué)式、催化燃燒式、漏電流式，他們均以傳感器輸出的電信號來確定碳的含量，現(xiàn)在缺乏準(zhǔn)確有效的顆粒物傳感器標(biāo)定裝置及測量方法，尚未見任何報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)對不同顆粒物濃度及傳感器輸出電壓的瞬態(tài)標(biāo)定，通過繪制標(biāo)定曲線，就可得到實際電壓值下對應(yīng)的準(zhǔn)確顆粒物濃度，利用該類型傳感器對排氣中碳煙濃度進(jìn)行實時監(jiān)測。
[0006]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種顆粒物傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，包括反擴(kuò)散火焰燃燒器、排氣管、壓氣機(jī)、調(diào)壓閥、加熱器、流量計、溫度傳感器、顆粒物傳感器、放大顆粒物傳感器電壓信號的電路板、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)和瞬態(tài)煙度計；壓氣機(jī)出口與調(diào)壓閥連接，調(diào)壓閥右接加熱器，加熱器連接排氣管進(jìn)口 ；排氣管從左到右依次開有5個孔，反擴(kuò)散火焰燃燒器與排氣管第一個下孔連接；流量計與排氣管第二個下孔相連；溫度傳感器與顆粒物傳感器分別與排氣管上端的兩個開孔依次連接，顆粒物傳感器依次連接電路板、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)；瞬態(tài)煙度計通過吸氣管與排氣管第三個下孔連接。
[0007]所述的反擴(kuò)散火焰燃燒器由內(nèi)中外三根同心金屬管組成:內(nèi)管提供空氣；中管，燃料乙烯在里面流動；外管用以提供氮氣，保持火焰穩(wěn)定燃燒；實驗中保持氮氣的流量為25.74 L/min，空氣壓力為 8.3 kPa。
[0008]利用本發(fā)明顆粒物傳感器標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行測量的方法:將燃料通入反擴(kuò)散火焰燃燒器內(nèi)，燃燒器上口與排氣管相通，點燃混合氣燃燒產(chǎn)生穩(wěn)定的碳煙；開啟壓氣機(jī)，鼓入穩(wěn)定的空氣量；通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，再經(jīng)過加熱器升溫，可模擬發(fā)動機(jī)排氣溫度，加熱后空氣進(jìn)入排氣管用于稀釋燃燒產(chǎn)生的碳煙；通過流量計讀出調(diào)壓閥調(diào)節(jié)所產(chǎn)生不同的進(jìn)氣流量；溫度傳感器輸出稀釋后的顆粒物溫度；碳煙進(jìn)入顆粒物傳感器，輸出電流信號，經(jīng)電路板放大轉(zhuǎn)換后輸出電壓信號，再由A/D轉(zhuǎn)換器采集信號值，通過計算機(jī)讀出電壓值；碳煙進(jìn)入顆粒物傳感器的同時開啟瞬態(tài)煙度計，測量輸出瞬態(tài)碳煙濃度；記錄不同碳煙濃度下顆粒物傳感器所輸出的電壓值，繪制出不同碳煙濃度下電壓值變化的標(biāo)定曲線。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:本發(fā)明以乙烯為燃料，碳煙發(fā)生器選用反擴(kuò)散火焰燃燒器，相較于早期研宄碳煙生成的燃燒器，本發(fā)明選用新型火焰燃燒器一一反擴(kuò)散火焰燃燒器，可減少常規(guī)燃燒器碳煙顆粒的氧化和碳化，能生成較多的碳煙顆粒，而且，碳煙顆粒產(chǎn)生于火焰的外緣，通過調(diào)節(jié)氮氣流量，能形成穩(wěn)定的反擴(kuò)散火焰。
[0010]本發(fā)明采用的稀釋裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，成本低；通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)不同的進(jìn)氣流量，經(jīng)過加熱器模擬發(fā)動機(jī)排氣溫度從而進(jìn)行不同稀釋比下的顆粒物濃度研宄；本發(fā)明的稀釋系統(tǒng)裝置主要的耗能部件為壓氣機(jī)和加熱器，相較于發(fā)動機(jī)臺架試驗?zāi)芎拇蟠蠼档?，?jīng)濟(jì)實用，有利于顆粒物傳感器標(biāo)定系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。
[0011]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊，能耗低，便于使用和維護(hù)，應(yīng)用性強(qiáng)，同時采用瞬態(tài)煙度計，使記錄瞬時碳煙濃度更加方便可靠，從而進(jìn)一步提高標(biāo)定精度；通過標(biāo)定傳感器輸出電壓與實際測量得到的碳煙濃度的關(guān)系，就可以得到準(zhǔn)確的瞬時顆粒物濃度，利用該類型傳感器對排氣中碳煙濃度的進(jìn)行實時監(jiān)測。
【附圖說明】
[0012]圖1是用于實現(xiàn)本發(fā)明采用的一種顆粒物傳感器標(biāo)定系統(tǒng)示意圖。
[0013]圖2是利用碳煙濃度隨電壓值變化繪制的3條標(biāo)定曲線。
[0014]圖1中:反擴(kuò)散火焰燃燒器101、排氣管102、壓氣機(jī)103、調(diào)壓閥104、加熱器105、流量計106、溫度傳感器107、顆粒物傳感器108、電路板109、A/D轉(zhuǎn)換器110、計算機(jī)111、吸氣管112、瞬態(tài)煙度計113。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0016]所述顆粒物傳感器108采用漏電流式顆粒物傳感器，具體可參考專利CN102536406A。
[0017]所述電路板109為微電流放大及轉(zhuǎn)換電路，具體可參考論文:徐亞超，湯東，鄭榮良。柴油車用顆粒物傳感器的控制系統(tǒng)設(shè)計，中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會燃燒凈化節(jié)能分會。
[0018]實施例1
本發(fā)明的顆粒物傳感器標(biāo)定系統(tǒng)及測量方法，將燃料通入反擴(kuò)散火焰燃燒器101內(nèi)，燃燒器上口與排氣管102第一個下孔連接，點燃混合氣燃燒產(chǎn)生穩(wěn)定的碳煙；開啟壓氣機(jī)103，鼓入穩(wěn)定的空氣量，通過調(diào)壓閥104調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，再經(jīng)加熱器105升溫，設(shè)定升溫速率為20°C /min，直至溫度傳感器107輸出加熱終溫至300°C時并維持，加熱后的空氣進(jìn)入排氣管用于稀釋燃燒產(chǎn)生的碳煙；調(diào)節(jié)調(diào)壓閥104，使流量計106的進(jìn)氣流量為3kg/min ;碳煙進(jìn)入顆粒物傳感器108，經(jīng)電路板109處理轉(zhuǎn)換后輸出電壓信號，由A/D轉(zhuǎn)換器110采集信號值，用計算機(jī)111讀出電壓值為1.7 V，同時記錄此時瞬態(tài)煙度計測得的碳煙濃度為15 mg/m3 ;在相同情況下，減少通入燃燒器的乙烯量產(chǎn)生不同濃度的碳煙，經(jīng)發(fā)明的標(biāo)定系統(tǒng)測量后，最終計算機(jī)讀出電壓值為0.5 V，對應(yīng)的顆粒物濃度為5 mg/m3 ;相同情況下，增加調(diào)節(jié)通入燃燒器的乙烯量，經(jīng)標(biāo)定系統(tǒng)測量后，計算機(jī)輸出電壓值為3.5 V，對應(yīng)的顆粒物濃度為30 mg/m3 ;記錄相同情況下改變不同碳煙濃度對應(yīng)顆粒物傳感器輸出的電壓值，繪制出標(biāo)定曲線1，具體見圖2的正方形曲線。
[0019]實施例2
在實施例1方法的基礎(chǔ)上，改變升溫速率為10°C /min，溫度傳感器輸出加熱終溫至2001，測得電壓值為0.4 V時對應(yīng)的顆粒物濃度為4 mg/m3 ;改變升溫速率為30°C/min，溫度傳感器輸出加熱終溫至400°C，測得電壓值3.8 V時對應(yīng)的顆粒物濃度為35 mg/m3 ;記錄在相同情況下，改變溫度，不同顆粒物濃度對應(yīng)的電壓值，繪制標(biāo)定曲線2，可得到了一條不同的標(biāo)定曲線，具體見圖2的三角形曲線。
[0020]實施例3
在實施例1方法的基礎(chǔ)上，相同情況下，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥改變不同的進(jìn)氣流量，調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量為2kg/min時，測得電壓值為0.6 V時對應(yīng)的顆粒物濃度為6mg/m3 ;調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量為4kg/min時，測得電壓值為3.2 V時對應(yīng)的顆粒物濃度為28 mg/m3。記錄在相同情況下，改變進(jìn)氣流量，不同顆粒物濃度對應(yīng)的電壓值，繪制標(biāo)定曲線3，可得到另一條不同的標(biāo)定曲線，具體見圖2的圓形曲線。
【主權(quán)項】
1.一種顆粒物傳感器的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括反擴(kuò)散火焰燃燒器、排氣管、空氣調(diào)節(jié)輸送加熱裝置，流量計、溫度傳感器、顆粒物傳感器、放大顆粒物傳感器電壓信號的電路板、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)和瞬態(tài)煙度計；空氣輸送加熱裝置連接排氣管進(jìn)口 ；排氣管從左到右依次開有5個孔，反擴(kuò)散火焰燃燒器與排氣管第一個下孔連接；流量計與排氣管第二個下孔相連；溫度傳感器與顆粒物傳感器分別與排氣管上端的兩個開孔依次連接，顆粒物傳感器依次連接電路板、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機(jī)；瞬態(tài)煙度計通過吸氣管與排氣管第三個下孔連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種顆粒物傳感器的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于:所述空氣調(diào)節(jié)輸送加熱裝置由壓氣機(jī)、調(diào)壓閥和加熱器組成，壓氣機(jī)出口與調(diào)壓閥連接，調(diào)壓閥右接加熱器，加熱器連接排氣管進(jìn)口。
3.如權(quán)利要求1所述的一種顆粒物傳感器的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于:所述的反擴(kuò)散火焰燃燒器由內(nèi)中外三根同心金屬管組成:內(nèi)管提供空氣；中管，燃料乙烯在里面流動；外管用以提供氮氣，保持火焰穩(wěn)定燃燒。
4.如權(quán)利要求3所述的一種顆粒物傳感器的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于:氮氣的流量為25.74 L/min，空氣壓力為 8.3 kPa。
5.利用如權(quán)利要求1所述的一種顆粒物傳感器的標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行測量的方法，其特征在于:將燃料通入反擴(kuò)散火焰燃燒器內(nèi)，燃燒器上口與排氣管相通，點燃混合氣燃燒產(chǎn)生穩(wěn)定的碳煙；開啟空氣調(diào)節(jié)輸送加熱裝置的壓氣機(jī)，鼓入穩(wěn)定的空氣量；通過空氣調(diào)節(jié)輸送加熱裝置的調(diào)壓閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，再經(jīng)過空氣調(diào)節(jié)輸送加熱裝置的加熱器升溫，可模擬發(fā)動機(jī)排氣溫度，加熱后空氣進(jìn)入排氣管用于稀釋燃燒產(chǎn)生的碳煙；通過流量計讀出調(diào)壓閥調(diào)節(jié)所產(chǎn)生不同的進(jìn)氣流量；溫度傳感器輸出稀釋后的顆粒物溫度；碳煙進(jìn)入顆粒物傳感器，輸出電流信號，經(jīng)電路板放大轉(zhuǎn)換后輸出電壓信號，再由A/D轉(zhuǎn)換器采集信號值，通過計算機(jī)讀出電壓值；碳煙進(jìn)入顆粒物傳感器的同時開啟瞬態(tài)煙度計，測量輸出瞬態(tài)碳煙濃度；記錄不同碳煙濃度下顆粒物傳感器所輸出的電壓值，繪制出不同碳煙濃度下電壓值變化的標(biāo)定曲線，從而得到準(zhǔn)確的顆粒物濃度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種顆粒物傳感器標(biāo)定系統(tǒng)及測量方法。將燃料通入反擴(kuò)散火焰燃燒器內(nèi)，燃燒器上口與排氣管相通，點燃混合氣燃燒產(chǎn)生穩(wěn)定的碳煙；開啟壓氣機(jī)，鼓入穩(wěn)定的空氣量；通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，再經(jīng)過加熱器升溫后進(jìn)入排氣管用于稀釋燃燒產(chǎn)生的碳煙；通過流量計讀出經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)的進(jìn)氣流量；溫度傳感器輸出稀釋后的顆粒物溫度；碳煙進(jìn)入顆粒物傳感器，輸出電流信號，經(jīng)電路板放大轉(zhuǎn)換后輸出電壓信號，再由A/D轉(zhuǎn)換器采集信號值，通過計算機(jī)讀出電壓值；碳煙進(jìn)入顆粒物傳感器的同時開啟瞬態(tài)煙度計，測量輸出瞬態(tài)碳煙濃度；記錄不同碳煙濃度下顆粒物傳感器所輸出的電壓值，繪制出不同碳煙濃度下電壓值變化的標(biāo)定曲線，得到準(zhǔn)確的顆粒物濃度。
【IPC分類】G01N15-06
【公開號】CN104849186
【申請?zhí)枴緾N201510048905
【發(fā)明人】湯東, 朱澤洪, 王松華, 王希凡, 趙岑, 未建飛
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年1月30日