CN106525154A - 车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置 - Google Patents

车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置，包括压力采集单元以及数据处理单元；所述压力采集单元用于采集待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的总压和静压；所述数据处理单元用于根据所述总压和静压确定所述待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的流量；所述压力采集单元通过压力传输管线与所述数据处理单元相连。本发明的车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置，可以消除实验室工况测试方法无法准确测量出车辆在实际道路行驶条件下的排放水平的弊端，实现车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量，提高车辆尾气流量测量的准确度，为精准测量车辆实际排放污染物的量提供流量数据。

Description

车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置
技术领域
本发明涉及机动车检测技术领域，尤其涉及一种车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置。
背景技术
随着中国城市化水平的不断提高，大气污染由传统的煤烟型污染转为煤烟与机动车尾气复合型污染，并且频繁发生以二次生成物质为主因的重污染过程。
机动车尾气中的碳氢化合物、炭黑等多种污染物最终转化为PM2.5和臭氧，在保有量飞速增长的背景下，机动车排放已经成为我国大气污染的主要来源。据估算，2010年我国机动车排放的Nox、VOC、CO三种污染物分别占全国排放总量的24％、29％和20％。2015年4月公布的我国9个城市源解析结果显示，北京、广州、深圳、杭州PM2.5的首要污染源均来自于机动车。2012年环境保护部发布《关于加强机动车污染防治工作推进大气PM2.5治理进程的指导意见》中明确了建立环保信息管理系统和推进环保监管能力建设。2013年国务院颁布的《大气污染防治行动计划》中明确了“强化移动源污染防治”，“加强机动车环保管理”，机动车污染治理已逐步成为城市治霾的关键。中国从2000年起开始实施轻型汽油车的国I排放标准开始，逐步经历了国I、国II、国III、国IV和国V排放标准的实施。
然而，发明人在实施本发明的实施例的过程中发现，现有的机动车排放测试主要采取的是实验室工况测试方法，即将被测车辆固定在实验室转鼓上，按规定的测试循环运转，以测量整个测试循环的排放尾气流量。而由于车辆在实际行驶过程中的工况变化较实验室法规测试工况要复杂很多，所以实验室工况测试方法无法准确测量出车辆的实际排放水平。
发明内容
针对现有实验室工况测试方法无法准确测量出车辆的实际排放水平的缺陷，本发明提出一种车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置，其特征在于，包括压力采集单元以及数据处理单元；
所述压力采集单元用于采集待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的总压和静压；
所述数据处理单元用于根据所述总压和静压确定所述待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的流量；
所述压力采集单元通过压力传输管线与所述数据处理单元相连。
可选地，所述数据处理单元包括多个压差传感器；
每个所述压差传感器具有和其他传感器不同的两个量程。
可选地，所述压力采集单元包括低压腔，以及位于所述低压腔外部的压力输出装置。
可选地，所述装置还包括尾气温度采集单元，用于采集所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的温度，以使所述数据处理单元根据所述温度对确定的所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的流量进行补偿处理；
所述尾气温度采集单元与所述低压腔相连。
可选地，所述压力采集单元包括：
总压采集器，用于通过总压采样孔采集所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的动压；
静压采集器，用于通过静压采样孔采集所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的静压。
可选地，所述总压采集器包括皮托管；
所述皮托管位于所述低压腔内部，且所述皮托管的一端通过所述压力输出装置与所述多个压差传感器相连
所述皮托管上设有用于采集所述总压的多个所述总压采样孔。
可选地，所述静压采集器的一端连于所述低压腔。
可选地，所述装置还包括调零及吹洗装置；
所述调零及吹洗装置用于对所述压差传感器的初始测量数值进行调零，和/或，分别对所述静压采样孔和所述动压采样孔进行颗粒物吹洗。
可选地，所述调零及吹洗装置包括反吹泵以及与所述反吹泵对应的第一阀门和第二阀门；
所述反吹泵经由所述第一阀门通向所述压差传感器；
所述反吹泵经由所述第二阀门分别通向所述静压采样孔和所述动压采样孔。
可选地，所述数据处理装置包括微处理单元MCU。
本发明的车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置，包括压力采集单元以及数据处理单元，通过所述压力采集单元采集待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的总压和静压，所述数据处理单元用于根据所述总压和静压确定所述待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的流量，所述压力采集单元通过压力传输管线与所述数据处理单元相连，可以消除实验室工况测试方法无法准确测量出车辆的实际排放水平的弊端，实现车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量，提高车辆尾气流量测量的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例的车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例的车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置的结构示意图；
图3为本发明一个实施例的车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置的原理示意图；
图4为本发明一个实施例的数据测量盒的结构示意图；
图5为本发明一个实施例的尾气流量测量比对结果示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一个实施例的车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括压力采集单元10以及数据处理单元20，其中：
压力采集单元10用于采集待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的总压和静压；
具体地，压力采集单元10可以在所述待测车辆在实际驾驶过程中，采集该车辆所排放的尾气的总压PT和静压PS；
数据处理单元20用于根据所述总压和静压确定所述待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的流量；
具体来说，数据处理单元20用于根据下述公式确定所述待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的流量：
其中，c为量纲常数，ρ为流体密度。
压力采集单元10通过压力传输管线30与所述数据处理单元20相连。
本实施例的车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置，包括压力采集单元以及数据处理单元，通过所述压力采集单元采集待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的总压和静压，所述数据处理单元用于根据所述总压和静压确定所述待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的流量，所述压力采集单元通过压力传输管线与所述数据处理单元相连，可以消除实验室工况测试方法无法准确测量出车辆的实际排放水平的弊端，实现车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量，提高车辆尾气流量测量的准确度。
进一步地，作为上述实施例的优选，数据处理单元20可以包括多个压差传感器；
所述多个压差传感器分别具有各自对应的两个量程。
具体来说，因此本实施例可采用4个压差传感器，每个传感器有两个量程(二级放大)，从而可以得到8个测量区间。其中，压差传感器的最小压差范围为25Pa，最大压差范围为16.5kPa，采用4个不同测量范围的压差传感器，准确获得不同压力值，因此能够准确测量车辆从怠速到最大排气流速的尾气流量。
关于本实施例的压差传感器的采样率，可以理解的是：一般压差传感器出来的信号是电压信号，通过AD模块进入数据处理装置，采样率一般要大于2f(尼奎斯)才满足需求。机动车尾气流量测量中，流速信号变化比较大，尤其是低转速时，因此压差传感器的采样率应足够大才可以看到变化过程，进而更能反映出真实情况。因而，作为本实施例的优选，上述压差传感器采用2500Hz的采样率，数据输出率最大为500Hz。
在此基础上，由上式(1)可知，2500Hz的原始压差数据，通过计算均方根可以得到2500Hz流速数据，进而由该流速数据计算平均值可得到期望的数据。
进一步地，作为上述实施例的优选，所述装置还可以包括调零及吹洗装置；
所述调零及吹洗装置用于对所述压差传感器的初始测量数值进行调零，和/或，分别对所述静压采样孔和所述动压采样孔进行颗粒物吹洗。
可以理解的是，采用自动清零的方法可以克服压差传感器的零点漂移的问题。举例来说，本实施例的自动清零的方法可以为：在传感器的数据开始记录前，每隔5分钟控制调零及吹洗装置自动开启，气体同时接入总压和静压，以使此时的压差为零，压差传感器自动标零，在数据开始记录时，即不再进行自动清零。
具体来说，上述调零及吹洗装置包括反吹泵，以及所述反吹泵对应的第一阀门和第二阀门；
所述反吹泵经由所述第一阀门通向所述压差传感器；
所述反吹泵经由所述第二阀门分别通向所述静压采样孔和所述动压采样孔。
具体来说，通过测量反吹泵和阀门的开关实现颗粒反吹。例如，当反吹泵开启时，通向压差传感器的阀门关闭，通向所述静压采样孔和所述动压采样孔方向的阀门开启，以实现对采样点的颗粒物反吹清洗的功能。
进一步地，作为上述实施例的优选，所述压力采集单元包括低压腔，以及位于所述低压腔外部的压力输出装置；
进一步地，作为上述实施例的优选，所述装置还可以包括尾气温度采集单元，用于采集所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的温度，以使所述数据处理单元根据所述温度对确定的所述待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的流量进行补偿处理；
所述尾气温度采集单元与所述低压腔相连。
具体来讲，本实施例通过尾气温度采集单元(例如温度传感器)采集所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的温度，以进行气体温度、压力、热膨胀的补偿校正。具体地，可通过测量的温度及静压数据选择上式(1)中的量纲常数c来对温度和压力产生的偏差进行补偿校正，提高尾气流量测量的准确度。
进一步地，作为上述各个实施例的优选，所述压力采集单元包括：
总压采集器，用于通过总压采样孔采集所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的动压；
静压采集器，用于通过静压采样孔采集所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的静压。
进一步地，作为上述各个实施例的优选，所述总压采集器包括皮托管；
所述皮托管上设有用于采集所述总压的多个所述总压采样孔。
具体来说，所述皮托管可以设置于所述低压腔内部，且所述皮托管的一端通过所述压力输出装置与所述多个压差传感器相连。
进一步地，作为上述实施例的优选，所述静压采集器的一端连于所述低压腔。
可以理解的是，上述皮托管，又名“空速管”，“风速管”，英文是Pitot tube，是测量气流总压和静压以确定气流速度的一种管状装置。严格地说，皮托管仅测量气流总压，又名总压管；同时测量总压、静压的才称风速管，但习惯上多把风速管称作皮托管。
特别说明的是，本实施例的皮托管和压力管线部分在测量过程中可处于保温状态，以避免在寒冷天气条件下发生冷凝和冷冻，其中，压力管线的作用是将采样点的气体压力传导到压差传感器。
进一步地，作为上述各个实施例的优选，所述数据处理装置包括微处理单元MCU，用于对采集的数据进行处理。
下面以一具体的实施例来说明本发明，但不限定本发明的保护范围。
图2为本发明另一个实施例的车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括按照气流方向依次设置的压力采集单元100、压力管线200以及测量数据盒300，其中：
压力采集单元100用于采集待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的总压和静压；
其中压力采集单元100包括皮托管110(参见图3)
压力采集单元100通过压力传输管线200与测量数据盒300相连；
测量数据盒300中设置有4个不同测量范围的压差传感器、反吹泵以及该反吹泵对应的阀门(参见图4)。
具体地，本实施例可采用伯努利公式来计算流体流速，采用皮托管的方法获得动压和静压通过以下公式计算流体流速：
其中，PT为总压，PS为静压，c为量纲常数，ρ为流体密度。
参见图3所示的测量流量原理图，动压部分开有5个孔(图3中标号5和6的位置)用于测量均压(动压)，装置的背部(图3中标号1的位置)设有用于测量静压的一个孔，进而根据上述伯努利方程可以得到管道内的流量。可知，压差的均方根与流速成正比，可以根据测量到的压差，从而可以计算出流速大小，并通过采用可更换横截面大小的管道，可以计算出体积流量。
进一步地，压差的均方根与流速成正比，这同时也限值了流速的动态测量范围。因此本实施例采用了4个压差传感器，且每个传感器均具有两个量程(二级放大)，从而可以得到8个测量区间。其中，最小压差范围25Pa，最大压差范围16.5kPa。每个压差传感器的量程分别为25～1250Pa；1250～5000Pa；5000～11500Pa；11500～16500Pa，采用这4个压差传感器能够覆盖25～16500Pa的测量范围，使测量的流量在100℃时范围达到15.8-535kg/hr，在400℃时范围达到23.9～402kg/hr，因此采用4个压差传感器，压差传感器及反吹颗粒系统均在数据测量及控制盒中。
需要说明的是，一般压差传感器测量出来的信号是电压信号，通过AD模块进入MCU，采样率一般要大于2f(尼奎斯)才满足需求。在机动车尾气流量测量过程中，流速信号变化比较大(尤其是低转速时)，因此采样率应足够大才可以看到变化过程，进而更能反映出真实情况，因而本实施例采用了2500Hz的采样率，数据输出率最大为500Hz。
进一步地，2500Hz的原始压差数据，均方根可得到2500Hz流速数据，由该流速数据计算平均值即可得到所期望的数据。
图5为本发明一个实施例的尾气流量测量比对结果示意图，如图5所示，本发明测量的流量结果与标准流量值线性相关性R2达到0.9999，说明测量结果能够反映出真实的流量结果，达到相应的测试标准。
进一步地，本实施例的车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置，还能够快速捕捉到高速变化的机动车尾气流量信息，能够为准确测量机动车尾气排放数据提供流量信息，整个装置的量程范围内准确度优于±2.5％、线性优于1％，多传感器的设计可以实现单台仪器测量范围涵盖怠速至最高速度，并可实现气体温度、压力、热膨胀的补偿校正，通过温度(如图3中标号4的位置的温度)及静压数据选择公式(1)中的量纲常数，可对温度和压力产生的偏差进行补偿校正，进而，可以实现自动调零及颗粒反吹清洗功能(颗粒反吹主要通过测量数据盒300中的反吹泵和阀门的开关实现。具体地，当反吹泵开启时，通向压差传感器的阀门关闭，通向图3中1、5、6位置方向的阀门开启，实现对采样点的颗粒物反吹清洗的功能。
进一步地，本实施例的流量采样管道可以采用不锈钢材质，实现车载测试及实验室测试。
在此基础上，本实施例的装置具有独立的控制软件，可单独测量流量或者同其他的仪器(例如机动车排放的气态污染物及颗粒物分析仪)联用。
作为上述实施例的优选，皮托管和压力管线部分处于保温状态，可以避免在寒冷天气条件下发生冷凝和冷冻。其中，压力管线的作用是将采样点的气体压力传导到压差传感器。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.车辆实际驾驶条件下排放尾气流量的测量装置，其特征在于，包括压力采集单元以及数据处理单元；
所述压力采集单元用于采集待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的总压和静压；
所述数据处理单元用于根据所述总压和静压确定所述待测车辆在实际驾驶条件下所排放气体的流量；
所述压力采集单元通过压力传输管线与所述数据处理单元相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理单元包括多个压差传感器；
每个所述压差传感器具有和其他传感器不同的两个量程。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压力采集单元包括低压腔，以及位于所述低压腔外部的压力输出装置。
4.根据权利要求3述的装置，其特征在于，所述装置还包括尾气温度采集单元，用于采集所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的温度，以使所述数据处理单元根据所述温度对确定的所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的流量进行补偿处理；
所述尾气温度采集单元与所述低压腔相连。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述压力采集单元包括：
总压采集器，用于通过总压采样孔采集所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的动压；
静压采集器，用于通过静压采样孔采集所述待测车辆在所述实际驾驶条件下所排放气体的静压。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述总压采集器包括皮托管；
所述皮托管位于所述低压腔内部，且所述皮托管的一端通过所述压力输出装置与所述多个压差传感器相连
所述皮托管上设有用于采集所述总压的多个所述总压采样孔。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述静压采集器的一端连于所述低压腔。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括调零及吹洗装置；
所述调零及吹洗装置用于对所述压差传感器的初始测量数值进行调零，和/或，分别对所述静压采样孔和所述动压采样孔进行颗粒物吹洗。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述调零及吹洗装置包括反吹泵以及与所述反吹泵对应的第一阀门和第二阀门；
所述反吹泵经由所述第一阀门通向所述压差传感器；
所述反吹泵经由所述第二阀门分别通向所述静压采样孔和所述动压采样孔。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理装置包括微处理单元MCU。
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