CN108225446A - 差压式流量计、排气分析装置和流量测量方法 - Google Patents

差压式流量计、排气分析装置和流量测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种差压式流量计(2)，该差压式流量计(2)检测在流道内流动的流体的差压，根据所述差压来计算所述流体的流量，并且该差压式流量计(2)具有测量范围相互不同的至少两个差压检测部(22、23)，以便在大范围的流量中高精度地进行流量测量。

Description

差压式流量计、排气分析装置和流量测量方法
技术领域
本发明涉及差压式流量计、使用所述差压式流量计的排气分析装置和使用所述差压式流量计的流量测量方法。
背景技术
在车辆测试中具有一种道路行驶测试，在所述道路行驶测试中测量道路行驶时从车辆的排气尾管排出的排气。
在上述道路行驶测试中，如专利文献1所示，在车辆上安装各种排气分析仪，对从排气尾管排出的排气进行取样并分析包含在该排气中的各成分。此外，在排气尾管上设置有用于测量排气流量的例如皮托管式流量计，根据由该流量计得到的排气流量和由所述排气分析仪得到的各成分的浓度，计算各成分的排出质量。
在此，皮托管式流量计一体设置在安装于排气尾管上的安装配管(附加配管)上，相对于配管直径大的安装配管，设置流量的测量范围大的皮托管式流量计。并且，与排气尾管直径和实际排气流量配合来安装上述皮托管流量计。
但是，由于在安装配管上仅设置有一个皮托管式流量计，所以例如在道路行驶测试中不能改变皮托管式流量计。
此外，在例如怠速运转时等低排气时的排气流量与例如急加速时或高速运转时等高排气时的排气流量的差较大的车辆时，在一个皮托管式流量计中，有时在上述一种情况下不能使用，在低排气时的排气流量或高排气时的排气流量中的至少一方中流量范围不适合。
此外，近年的车辆为了外观美观等，存在排气尾管直径比实际的排气流量大的车辆。在这种情况下，如果与排气尾管直径配合来安装安装配管，则使用了相对于排气流量具有过大的测量范围的皮托管式流量计。
由此，排气流量的测量精度变差，其结果，包含在排气中的各成分的排出质量的测量结果的测量误差也变大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2004-144574号
发明内容
为了解决上述课题，本发明的主要课题在于在大范围的流量中高精度地进行流量测量。
即，本发明提供一种差压式流量计，检测在流道内流动的流体的差压，根据所述差压来计算所述流体的流量，所述差压式流量计的特征在于，具有测量范围相互不同的至少两个差压检测部。另外，测量范围相互不同不仅包括以两者的测量范围不重复的方式不同，还包括两者的测量范围一部分重复。
按照这种结构，由于具有测量范围相互不同的至少两个差压检测部，所以能够在大范围的流量范围内高精度地进行流量测量。
优选的是，所述至少两个差压检测部包括第一差压检测部和第二差压检测部，所述第一差压检测部与所述第二差压检测部相比具有低流量侧的测量范围。
按照这种结构，通过利用第一差压检测部进行低流量侧的测量，并且利用第二差压检测部进行高流量侧的测量，能够在大范围内高精度地进行流量测量。
作为第一差压检测部和第二差压检测部的具体结构，可以是如下结构：检测所述流体的全压与静压的差压，并具有包括用于检测所述全压的全压孔和用于检测所述静压的静压孔的皮托管。在上述结构中，优选的是，所述第一差压检测部的所述全压孔和所述静压孔大于所述第二差压检测部的所述全压孔和所述静压孔，以便使第一差压检测部的测量范围为低流量侧。
由于第一差压检测部可以在低流量侧的测量范围内进行高精度的流量测量，并且第二差压检测部可以在高流量侧的测量范围内进行高精度的流量测量，所以优选的是，所述差压式流量计具有流量计算部，所述流量计算部在利用所述第一差压检测部或所述第二差压检测部得到的所述流体的流量小于规定值时，将由所述第一差压检测部得到的所述流体的流量输出为测量值，在利用所述第一差压检测部或所述第二差压检测部得到的所述流体的流量在规定值以上时，将由所述第二差压检测部得到的所述流体的流量输出为测量值。
在低流量侧的测量范围内，在上游侧设置障碍物，容易受到压力变化的影响。因此，优选的是，所述第一差压检测部设置在流道上游侧，所述第二差压检测部设置在流道下游侧。
按照这种结构，由于在具有低流量侧的测量范围的第一差压检测部的上游侧未配置其他差压检测部，所以不会受到由其他差压检测部产生的压力变化的影响，能够高精度地测量例如怠速运转时等低流量时的流量。
优选的是，所述差压式流量计包括安装配管，所述安装配管安装在排气管的开口部上，形成从所述排气管排出的排气流动的流道，在所述安装配管上设置有所述至少两个差压检测部。
按照这种结构，仅将单一的安装配管安装在排气管上，就能够利用两个以上的差压检测部进行流量测量。
可以将本发明的差压式流量计组装在排气分析装置内。这种情况下，优选的是，排气分析装置包括上述差压式流量计和排气分析仪，所述排气分析仪测量包含在排气中的规定成分的浓度，在差压式流量计的安装配管上设置有对所述排气进行取样并向所述排气分析部引导的排气取样部。
此外，本发明提供一种流量测量方法，所述流量测量方法使用差压式流量计，所述差压式流量计检测在流道内流动的流体的差压，根据所述差压来计算所述流体的流量，具有测量范围相互不同的第一差压检测部和第二差压检测部，所述第一差压检测部与所述第二差压检测部相比具有低流量侧的测量范围，所述流量测量方法的特征在于，利用所述第一差压检测部或所述第二差压检测部得到的所述流体的流量小于规定值时，将由所述第一差压检测部得到的所述流体的流量输出为测量值，利用所述第一差压检测部或所述第二差压检测部得到的所述流体的流量在规定值以上时，将由所述第二差压检测部得到的所述流体的流量输出为测量值。
按照上述结构的本发明，由于具有测量范围相互不同的至少两个差压检测部，所以能够在大范围的流量范围内高精度地进行流量测量。
附图说明
图1是表示本实施方式的排气分析装置的结构的示意图。
图2是表示以同一实施方式的排气尾管的附加配管部分为主的放大断面图。
图3是表示同一实施方式的差压式流量计的位置关系的从流道方向上游侧观察的配置图。
图4是表示同一实施方式的流量测量方法的流程图。
图5是表示变形实施方式的差压式流量计的位置关系的从流道方向上游侧观察的配置图。
图6是表示变形实施方式的差压式流量计的结构的断面图。
附图标记说明
100 排气分析装置
2 差压式流量计
21 安装配管
22 第一差压检测部
23 第二差压检测部
2P 皮托管
2h1 全压孔
2h2 静压孔
24 流量计算部
3 排气分析仪
6 导入配管
7 排气取样部
8 计算装置
具体实施方式
下面，参照附图，说明使用本发明的差压式流量计的排气分析装置的一种实施方式。
<装置结构>
本实施方式的排气分析装置100是车辆安装型的排气分析装置，安装在例如车辆V上，在道路行驶中实时分析该车辆V在道路上行驶时从车辆的发动机E排出的排气。上述排气分析装置100采用直接取样方式，不对取样的排气进行稀释而直接进行浓度测量。另外，也可以在模拟行驶中实时分析从在底盘测功机上模拟行驶的车辆的发动机排出的排气。
具体地说，如图1所示，上述排气分析装置100包括：差压式流量计2，安装在与发动机E连接的排气管EH的开口部EH1上，测量从该排气管EH排出的排气的流量；以及气体分析仪3，用于测量包含在从排气管EH排出的排气中的测量对象成分的浓度。
差压式流量计2检测在流道内流动的排气的差压，根据上述差压来计算排气的流量，其包括：安装配管21，外置在排气管EH的开口部EH1上；以及第一差压检测部22和第二差压检测部23，用于检测在该安装配管21内流动的排气的差压。
安装配管21为直管形状，安装成覆盖排气管EH的开口部EH1的外侧周面。在本实施方式中是断面圆形的圆管。并且，安装配管21的一端开口部安装在排气管EH的开口部EH1上，另一端开口部敞开，排气从该另一端开口部向外部排出。
此外，在安装配管21上，除了设置有第一差压检测部22和第二差压检测部23以外，还设置有：排气温度计4，检测排气的温度Texh(t)；以及绝对压力计5，测量排气压力Pexh(t)。即，两个差压检测部22、23兼用一个排气温度计4和一个绝对压力计5。由此，可以使安装配管21的结构简单化。
第一差压检测部22和第二差压检测部23检测排气的全压与静压的差压ΔP，其具有：皮托管2P，包括用于检测全压的全压孔2h1和用于检测静压的静压孔2h2；以及差压传输器等差压传感器2S，通过该皮托管2P来检测排气的全压与静压的差压ΔP。
皮托管2P具有：全压导管部2P1，形成有全压孔h1，将全压导入差压传感器2S；以及静压导管部2P2，形成有静压孔2h2，将静压导入差压传感器2S。在本例中，全压孔2h1朝向流道上游侧开口，静压孔2h2朝向与全压孔2h1相反侧的流道下游侧开口。另外，在本实施方式中，第一差压检测部22和第二差压检测部23共用一个差压传感器2S，但是也可以分别具有单独的差压传感器2S。
然而，本实施方式的第一差压检测部22和第二差压检测部23的流量测量范围相互不同，具体地说，如图2所示，第一差压检测部22与第二差压检测部23相比具有低流量侧的测量范围。更具体地说，第一差压检测部22的全压孔2h1和静压孔2h2大于第二差压检测部23的全压孔2h1和静压孔2h2。由此，通过使第一差压检测部22的全压孔2h1和静压孔2h2变大，在第一差压检测部22中容易接收低压侧的压力，能够高精度地检测低差压。另外，第一差压检测部22的流量测量范围例如是0～3m3/min，第二差压检测部23的流量测量范围例如是0～10m3/min，在本实施方式中表示了一方的流量测量范围包含在另一方的测量范围的情况。
此外，在本实施方式中，第一差压检测部22设置在流道上游侧，第二差压检测部23设置在流道下游侧(参照图2)。具体地说，第一差压检测部22的皮托管2P的向安装配管21的插入位置比第二差压检测部23的皮托管2P的向安装配管21的插入位置靠向上游侧。此时，优选的是，第一差压检测部22的全压孔2h1和静压孔2h2、第二差压检测部23的全压孔2h1和静压孔2h2配置成从流道方向观察相互不重合，例如，如图3所示，可以考虑通过垂直配置第一差压检测部22的皮托管2P和第二差压检测部23的皮托管2P，使上述全压孔2h1和静压孔2h2相互不重合。
并且，利用由上述第一差压检测部22和第二差压检测部23得到的差压ΔP，差压式流量计2的流量计算部24计算排气的流量。
具体地说，流量计算部24根据从第一差压检测部22或第二差压检测部23的至少一方得到的来自差压传感器2S的差压ΔP、来自排气温度计4的排气温度Texh(t)[K]、以及来自绝对压力计5的排气压力Pexh(t)[kPa]，并且利用以下的公式，计算标准状态下的排气的体积流量Qexh(t)[m3/min]。
[数1]
其中，k：比例系数
P0：标准压力(101.3[kPa])
T0：标准温度(293.15[K])
ρexh：标准状态下的排气密度[g/m3]
另外，预先输入比例系数K、标准压力P0、标准温度T0和排气密度ρexh。
在此，如图4所示，流量计算部24例如按照以下的步骤来输出排气的流量。
流量计算部24判断利用第一差压检测部22或第二差压检测部23得到的排气的流量Qexh(t)是否小于规定值(步骤S1)，小于规定值时，将由第一差压检测部22得到的排气的流量Qexh(t)输出为测量值(步骤S2)。另一方面，流量计算部24在上述步骤S1中的判断的结果为在规定值以上时，将由第二差压检测部23得到的排气的流量Qexh(t)输出为测量值(步骤S3)。直到流量测量结束时为止，流量计算部24定期或连续地进行上述步骤(步骤S4)。
另外，可以根据排气的流量Qexh(t)和流量测量范围的比较来切换使用的差压检测部22。即，例如，可以对排气的流量Qexh(t)与第一差压检测部22的流量测量范围进行比较，如果该流量Qexh(t)是流量测量范围的上限值或在上限值附近的设定值以上，则切换为第二差压检测部23。此外，可以对排气的流量Qexh(t)与第二差压检测部23的流量测量范围进行比较，如果该流量Qexh(t)是流量测量范围的下限值或在下限值附近的第二设定值以下，则切换为第一差压检测部22。所述上限值附近的设定值和所述下限值附近的设定值是用户能够任意设定的值。
此外，气体分析仪3连续测量包含在排气中的测量对象成分(例如CO、CO2、NOX、THC等)的浓度。另外，气体分析仪3在测量CO，CO2的浓度时可以使用利用非分散型红外吸收法(NDIR法)的NDIR检测器，在测量NOX的浓度时可以使用利用化学发光分析法(CLD)的CLD检测器，在测量THC的浓度时可以使用利用氢火焰离子化分析法(FID)的FID检测器。气体分析仪3可以具有上述任意一种检测器，也可以具有上述中的多种检测器。此外，气体分析仪3可以作为根据测量对象成分利用各种分析法的检测器。
并且，上述气体分析仪3与导入配管6连接，上述导入配管6用于导入取样的排气。导入配管6的一端部与气体分析仪3连接，在导入配管6的另一端部上设置有对排气进行取样的排气取样部7。排气取样部7设置在上述差压式流量计的安装配管21上。上述排气取样部7由取样管构成，上述取样管对在安装配管21内流动的排气的一部分进行取样。另外，排气取样部7在安装配管21中与第一、第二差压检测部22、23相比设置在下游侧，不会给第一、第二差压检测部22、23的差压检测带来压力变化等影响。
由上述气体分析仪3得到的各成分的浓度信号向上位的计算装置8发送，与从所述差压式流量计2的流量计算部24输出的流量信号一起，用于各成分的排出质量的计算。
<本实施方式的效果>
按照上述结构的本实施方式的排气分析装置100，由于具有流量测量范围相互不同的两个差压检测部22、23，所以能够在大范围的流量范围内高精度地进行流量测量。特别是通过利用第一差压检测部22进行低流量侧的测量，并且利用第二差压检测部23进行高流量侧的测量，能够在大范围内高精度地进行流量测量。
此外，由于不在具有低流量侧的测量范围的第一差压检测部22的上游侧配置另外的差压检测部23，所以不会受到由另外的差压检测部23产生的压力变化的影响，能够高精度地测量例如怠速运转时等低流量时的流量。
此外，由于在单一的安装配管21上设置有两个差压检测部22、23，所以仅通过将该安装配管21安装在排气管EH上，就能够进行利用两个以上的差压检测部22、23的流量测量。在此，由于在安装配管21上设置有排气取样部7，所以能够容易安装排气取样部7。
<其他实施方式>
另外，本发明并不限于所述实施方式。
例如，在所述实施方式中，两个差压检测部22、23从流道方向观察交叉配置，但是也可以如图5所示，从流道方向观察两者以不交叉的方式例如并列配置。在这种情况下，没有特别限定第一差压检测部22和第二差压检测部23的沿流道方向的位置，两个差压检测部22、23可以横向排列，第一差压检测部也可以与第二差压检测部23相比位于下游侧。
此外，在所述实施方式中，对具有两个差压检测部22、23的结构进行了说明，但是也可以具有三个以上的差压检测部。
此外，在所述实施方式中，两个差压检测部22、23具有不同的皮托管，但是也可以如图6所示，在一个皮托管2P上设置第一差压检测部22的全压导管部2P1和静压导管部2P2、以及第二差压检测部23的全压导管部2P1和静压导管部2P2。由此，可以使安装配管21的内部结构简单，抑制压力变化，并且可以提高测量精度。
在所述实施方式中，在一个安装配管上至少设置两个差压检测部，但是在串联多个安装配管时，也可以在各安装配管上设置一个差压检测部。即，差压式流量计可以具有相互串联的两个以上的安装配管，在各安装配管上设置一个差压检测部。
此外，在所述实施方式中，说明了将差压式流量计应用于排气分析装置的情况，但是也可以应用于其他分析装置，还可以单独使用差压式流量计。
另外，本发明并不限于所述实施方式，能够在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种变形。

Claims (9)

1.一种差压式流量计，检测在流道内流动的流体的差压，根据所述差压来计算所述流体的流量，
所述差压式流量计的特征在于，具有测量范围相互不同的至少两个差压检测部。
2.根据权利要求1所述的差压式流量计，其特征在于，
所述至少两个差压检测部包括第一差压检测部和第二差压检测部，
所述第一差压检测部与所述第二差压检测部相比具有低流量侧的测量范围。
3.根据权利要求2所述的差压式流量计，其特征在于，
所述第一差压检测部和所述第二差压检测部检测所述流体的全压与静压的差压，并具有包括用于检测所述全压的全压孔和用于检测所述静压的静压孔的皮托管，
所述第一差压检测部的所述全压孔和所述静压孔大于所述第二差压检测部的所述全压孔和所述静压孔。
4.根据权利要求2所述的差压式流量计，其特征在于，所述差压式流量计具有流量计算部，所述流量计算部在利用所述第一差压检测部或所述第二差压检测部得到的所述流体的流量小于规定值时，将由所述第一差压检测部得到的所述流体的流量输出为测量值，在利用所述第一差压检测部或所述第二差压检测部得到的所述流体的流量在规定值以上时，将由所述第二差压检测部得到的所述流体的流量输出为测量值。
5.根据权利要求2所述的差压式流量计，其特征在于，所述第一差压检测部设置在流道上游侧，所述第二差压检测部设置在流道下游侧。
6.根据权利要求1所述的差压式流量计，其特征在于，
所述差压式流量计包括安装配管，所述安装配管安装在排气管的开口部上，形成从所述排气管排出的排气流动的流道，
在所述安装配管上设置有所述至少两个差压检测部。
7.一种排气分析装置，其特征在于包括：
权利要求6所述的差压式流量计；以及
排气分析仪，测量包含在所述排气中的规定成分的浓度，
在所述安装配管上设置有对所述排气进行取样并向所述排气分析仪引导的排气取样部。
8.根据权利要求7所述的排气分析装置，其特征在于，所述排气分析装置是车辆安装型排气分析装置。
9.一种流量测量方法，所述流量测量方法使用差压式流量计，所述差压式流量计检测在流道内流动的流体的差压，根据所述差压来计算所述流体的流量，具有测量范围相互不同的第一差压检测部和第二差压检测部，所述第一差压检测部与所述第二差压检测部相比具有低流量侧的测量范围，
所述流量测量方法的特征在于，
利用所述第一差压检测部或所述第二差压检测部得到的所述流体的流量小于规定值时，将由所述第一差压检测部得到的所述流体的流量输出为测量值，利用所述第一差压检测部或所述第二差压检测部得到的所述流体的流量在规定值以上时，将由所述第二差压检测部得到的所述流体的流量输出为测量值。
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