CN211697468U - 一种机动车尾气检测装置 - Google Patents

Abstract

本装置用于汽车的尾气检测，该装置主要包括过滤装置、气路气孔、转化装置、显示模块和控制电路板等，尾气经过滤装置后进入转化装置的加热室，气体经加热后通过化学反应管，所述化学反应管内填有纤维炭，气体经过化学反应管之后从出气口进入到气体分析仪进行气体分析，通过气体分析仪可分析氮氧化物的含量和二氧化氮转化为一氧化氮转化效率，转化率为95％左右，本装置中的显示模块为数码管，用于显示加热管加热的温度，通过控制电路板可以调节加热温度。本装置选用的器件全是耐高温器件，可耐800℃高温。

Description

一种机动车尾气检测装置

技术领域

本实用新型涉及汽车尾气检测领域，具体涉及应用于汽车和柴油车的尾气检测装置。

背景技术

氮氧化物是由氮和氧两种元素组成的化合物，常见的氮氧化物有一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮等，以二氧化氮为主。一氧化氮是无色、无刺激气味的气体，可被氧化成二氧化氮，二氧化氮是棕红色有刺激性臭气的气体。二氧化氮在形成臭氧的过程中起着十分关键的作用，工业活动中产生的二氧化氮气体，主要是来自高温燃烧过程中气体的释放，比如机动车产生的尾气、锅炉所排放的废气等。这种气体是常见的大气污染物其中之一，在众多的废气治理中属于治理难度很大的一种，同时是污染大气环境的主要元凶之一。如果得不到及时有效的治理净化，不仅会对操作人员的身体健康造成影响，对厂区内部以及周边环境危害极大。而且，氮氧化物可刺激肺部，使人较难抵抗呼吸系统疾病。研究指出，长时间吸入氮氧化物可能会导致肺部构造变化。

以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物还是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应可形成有毒烟雾。因此，对机动车尾气的监测十分必要。

市场上常见的污染源检测设备所测量的氮氧化物主要为NO成份，而实际上尾气排放中的氮氧化物包括了NO和NO2，为了准确测量尾气中的氮氧化物浓度，需要在不改变原有污染物组分的基础上将氮氧化物中的NO2转换为NO。

NOx由NO和NO2组成，因此NO/NO2的同步测量技术依托于NO和NO2各自的测量技术，当前测量方法可分为两类，一种是基于NO2的直接测量方法，比如：湿化学法，光谱法和NO至NO2的氧化技术。另一种是基于NO的直接测量技术，即化学发光法和NO2至NO的转化技术。属于前者的方法有：盐酸萘乙二胺分光光度法、鲁米诺法、可调二极管激光吸收光谱、差分吸收光谱法、光腔衰荡光谱法、激光诱导荧光法。属于后者的范畴有钼转化炉化学法和光解化学发光法。其中钼转化炉化学法是美国和欧洲环保署推荐的方法，也是本装置使用的原理，但是由于钼在化学反应中很容易消耗，氧化后的MoO3粉末极容易堵塞住气路，需要定期检查更换，维护成本高，设备无法长期稳定运行。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种机动车尾气检测装置，所用的催化剂为纤维炭，使用过程中不消耗催化剂，并且在转换的过程中不能引入新的污染物，转化效率达到95％以上，尾气检测的精准度更高。

本实用新型的技术方案如下：

一种机动车尾气检测装置，包括转化装置、控制电路板和显示电路板，所述转化装置是由加热室和反应室组成，所述加热室内设有进气口、加热部件、导热丝和聚风口，所述进气口外侧连接有两位三通电磁阀和过滤器，所述反应室设有出气口、化学反应管和密封端，所述出气口连接光学检测平台，对转化后的气体进行分析；采样气体自汽油尾气采样口或柴油尾气采样口进入，其出口连接有电磁阀进行选择是柴油样气或者是汽油样气，然后采样气体进入过滤器除去气体杂质，之后通过进气三通阀进入进气口，然后气体依次通过转化装置的加热室、反应室的内部化学反应管和密封端，气体通过密封端的导气孔进入出气口，气体再从出气口经过第一单向导通阀和出气三通阀进入气体分析仪进行气体分析，在进气三通阀和出气三通阀之间还设有一条直连管道，所述直连管道上设有第二单向导通阀。

如上所述的机动车尾气检测装置，所述加热部件为加热管，所述加热管内设有热电偶，能够进行温度检测，所述加热管上套有金属导热丝，能够让气体加热均匀。

如上所述的机动车尾气检测装置，所述加热室、反应室和加热管之间分别螺栓连接有石墨复合垫片，保证气密性，所述加热室和反应室内部连接处设有一个聚气口，通过所述聚风口能够固定住整个加热室部分。

如上所述的机动车尾气检测装置，气体通过聚风口后进入化学反应管，所述化学反应管内部设有纤维炭催化剂，使用过程中不消耗催化剂，并且在转换的过程中不会引入新的污染物。所述化学反应管和密封端连接，所述密封端外侧设有外部把手，通过外部把手能够拿出密封端和化学反应管，所述密封端和化学反应管连接部位还设有导气孔，所述导气孔能够使转化后的气体通过出气口排出，并流向光学检测平台。

如上所述的机动车尾气检测装置，所述加热室和反应室外部还套有保温罩。所述保温罩可耐800℃以上高温。

如上所述的机动车尾气检测装置，所述进气三通阀和出气三通阀之间设有一条直连管道，所述直连管道上设有第二单向导通阀，只允许气体从出气三通阀流向进气三通阀；在所述出气三通阀和出气口之间设有单向导通阀，只允许气体从出气口流向出气三通阀。

如上所述的机动车尾气检测装置，所述显示电路板包括数码显示管。

如上所述的机动车尾气检测装置，所述控制电路板部分的控制芯片采用STM32F103C8T6做为本系统的主控芯片，外部接口为1路DC24V电源接口，1路电磁阀控制接口，1路CAN总线接口，1路RS485通信接口，2路热电偶读温接口，2路加热接口和1路AC220V加热管供电接口、1路数码管显示接口。

本机动车尾气检测装置的核心在温度控制上，因此在软件设计上，本装置的温控系统采用PID算法。PID控制是最常的控制方式，也是历史最久，应用最广，适应性最强的一种基本控制方式。在工业生产过程中，PID控制算法占85％到90％，在20世纪40年代以前，除去最简单的情况下可采用开关控制外，PID控制是唯一的控制方式。即使在计算机控制已经得到广泛应用的现在，PID控制仍是最主要的控制算法，采用PID算法可实现对加热管温度的稳定控制。可使温度稳定控制在设定温度范围(温度误差≤±1℃)，其基本原理为：通过热电偶作为反馈元件，检测出当前实时温度，进行和设定温度比较，计算出误差值，然后通过处理器进行相关处理，计算出应该输出脉冲的脉宽，通过脉宽来控制加热元件，以达到控制目的。

PID算法的数学模型：OUT＝kp(Ek+((1/Ti)Exdt))+(Td(de/dt)))+OUT

本装置整体的工作原理为，通过电磁阀选择是通汽油或者柴油样气，机动车尾气通过气泵作用在气路中以一定流量流动，通过进气口进入到特殊的加热室，当气体要流出加热室时温度已经被加热到需求的高度，然后继续流动，气体经过导热丝、聚风口进入化学反应管，含有二氧化氮的高温气体与催化剂接触然后反应，二氧化氮按照一定的转换率转换成一氧化氮，高温尾气中的其他组份不受影响，转换后的气体通过密封端的导气孔进入出气口，然后进行气体检测。通过热电偶和加热元件可实现温度控制，温度实时显示在数码管显示器上，RS485通信接口可实现和气体分析仪数据交互，分为该系统的上传数据和下发命令，上传温度，下发命令控制电磁阀选择柴油样气或者汽油样气、设置该装置加热温度。通过上述设计可使二氧化氮转化为一氧化氮转化率达到95％。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型公开的机动车尾气检测装置，所用的催化剂为纤维炭，使用过程中不消耗催化剂，并且在转换的过程中不能引入新的污染物，转化效率达到95％以上，尾气检测的精准度更高；采用PID算法控制加热室内温度，可使温度稳定控制在设定温度范围内。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本申请的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。

在附图中：

图1为本实施例1的一种机动车尾气检测装置的整体结构图；

图2为加热室和反应室内各结构件的连接关系图；

图3为图2的左视图；

图4为加热室和反应室连接处的结构示意图；

图5为本实施例温度控制系统的控制原理图；

图中各附图标记所代表的组件为：

1、加热管，2、第一石墨复合垫片，3、加热室，4、进气口，5、导热丝，6、聚风口，7、第二石墨复合垫片，8、反应室，9、化学反应管，10、催化剂，11、密封端，12、第一密封端O型垫片，13、第二密封端O型垫片，14、出气口，15、第三密封端O型垫片，16、密封端螺纹，17、把手，18、第一保温罩，19、第一固定螺丝，20、热电偶，21、第二保温罩，22、第二固定螺丝，23、挡片，24、透气盖，25、汽油尾气采样口，26、柴油尾气采样口，27、二位三通电磁阀，28、过滤器，29、第一单向导通阀，30、气体分析仪，31、出气三通阀，32、第二单向导通阀，33、进气三通阀。

具体实施方式

下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。

实施例1

参见图1，图1为机动车尾气检测装置的整体结构图，本图详细介绍了该装置每个元件的位置和具体功能，本装置可分为加热室3和反应室8，在加热室3和反应室8之间配有第二石墨复合垫片7(可耐800℃高温)，通过第一固定螺丝19把加热室3和反应室8两部分紧密固定在一起。

下面结合图2和图3，所述加热室3包括加热管1、进气口4、导热丝5、聚风口6和第二保温罩21，所述加热管1内设有热电偶20。所述加热管1和进气口4设在加热室3的左侧位置，且加热室3内设有圆孔，供加热管3插入。所述加热管1和加热室3外壁连接处设有第一石墨复合垫片2，通过第二固定螺丝22固定。所述加热室3内腔装填导热丝5，所述导热丝5中间位置设有内孔，便于加热管1穿过此内孔。所述加热室3的右侧装有带螺纹的聚风口6，所述加热室3外侧套有第二保温罩21。

进一步的，所述反应室8包括化学反应管9、催化剂10、密封端11、第一密封端O型垫片12、第二密封端O型垫片13、第三密封端O型垫片15、出气口14、密封端螺纹16、把手17、第一保温罩18、第一固定螺丝19、挡片23和透气盖24。所述化学反应管9的两端分别设置有一组挡片23和透气盖24，参见图4。所述催化剂10设在化学反应管9的内部，所述加热室3右侧的聚风口6紧靠化学反应管9左侧，所述化学反应管9右侧和密封端11相连，所述密封端11内设有气孔，所述气孔的出口与出气口14相连，所述化学反应管9和密封端11之间套有第一密封端O型垫片12，所述密封端11与反应室8之间，在密封端11气孔的左侧和右侧，分别套有第二密封端O型垫片13和第三密封端O型垫片15。所述密封端11右侧设有密封端螺纹16，所述密封端螺纹16和反应室8右侧螺纹连接，形成密闭空间。在所述化学反应管9套入密封端11后，所述密封端11是留有空隙的，且空隙和出气口是连通的。所述把手17和密封端11右端焊接到一起，可通过把手17把化学反应管9拿出。所述反应室8外侧套有第一保温罩18。

参见图1，所述加热室3和反应室8外部设有完整的气路流动系统，在气体进入进气口4之前，和出出气口14之后，对气体进行处理。采样气体自汽油尾气采样口25或柴油尾气采样口26进入，其出口连接有两位三通电磁阀21进行选择是柴油样气或者是汽油样气，然后采样气体进入过滤器28，气体出过滤器28后，经过进气三通阀33进入加热室3的进气口4，然后自反应室8的出气口14流出，经过单向导通阀32和出气三通阀31进入气体分析仪30进行气体分析。

在本实施例中，所述进气三通阀33和出气三通阀31之间设有一条直连管道，直连管道上设有一单向导通阀29，在气体反吹时导通方向从出气口14到进气口4方向，所述单向导通阀32的作用为防止气体分析仪30在反吹时，气体流经反应室8，防止内部高温烧坏内部管路。

在本实施例中，通过第二固定螺钉22与第一石墨复合垫片2将加热管1固定在加热室3预先设计好的孔位内，通过第一固定螺丝19将第二石墨复合垫片7固定在加热室3和反应室8之间。由于本实用新型的反应介质是机动车尾气，外界空气的进入会稀释气体浓度，因此要可靠密封、并且需求的转换温度较高，所以各部件之间的密封垫片既要能密封还要能耐高温。本实施例中的密封垫片采用石墨复合材料制作，可耐温800℃且有较好的气密性。经测试，在600℃高温下不会破坏本装置。

在本实施例中，加热后的气体从聚风口6进入化学反应管9，所述聚风口6口径小于加热室口径，有汇聚气体的作用，能使加热后的气体最大限度的进入化学反应管9，所述聚风口6通过螺旋纹的方式和加热室3连接，可以把加热室3和反应室8完全分离，使装置更稳定。所述化学反应管9两边都有透气盖24，所述化学反应管9内放有催化剂10，这里是进行转化的反应处，市面上之前所用的催化剂为钼，因为钼在化学反应中很容易消耗，氧化后的MoO3粉末极容易堵塞住气路，需要定期检查更换，维护成本高，设备无法长期稳定运行。为解决这一问题，本实施例将催化剂10更改为纤维炭，当二氧化氮在高温和催化剂的作用下转化为一氧化氮后，不会引入杂质，易于维护，成本更低，经反复对比和测试转化效率在95％左右。

在本实施例中，所述把手17可以通过旋转密封端螺纹16而将化学反应管9拿出，维护方便。

下面结合图5，所述控制电路板部分的控制芯片采用STM32F103C8T6，外部接口为1路DC24V电源接口，1路电磁阀控制接口，1路CAN总线接口，1路RS485通信接口，2路热电偶读温接口，2路加热接口和1路AC220V加热管供电接口、1路数码管显示接口。

本机动车尾气检测装置的核心在温度控制上，因此在软件设计上，本装置的温控系统采用PID算法。PID控制是最常的控制方式，也是历史最久，应用最广，适应性最强的一种基本控制方式。在工业生产过程中，PID控制算法占85％到90％，在20世纪40年代以前，除去最简单的情况下可采用开关控制外，PID控制是唯一的控制方式。即使在计算机控制已经得到广泛应用的现在，PID控制仍是最主要的控制算法，采用PID算法可实现对加热管温度的稳定控制。可使温度稳定控制在设定温度范围(温度误差≤±1℃)，其基本原理为：通过热电偶作为反馈元件，检测出当前实时温度，进行和设定温度比较，计算出误差值，然后通过处理器进行相关处理，计算出应该输出脉冲的脉宽，通过脉宽来控制加热元件，以达到控制目的。

PID算法的数学模型：OUT＝kp(Ek+((1/Ti)Exdt))+(Td(de/dt)))+OUT

本装置整体的工作原理为，通过两位三通电磁阀27选择是通汽油或者柴油样气，机动车尾气通过气泵作用在气路中以一定流量流动，通过进气口4进入到特殊的加热室3，当气体要流出加热室3时温度已经被加热到需求的高度，然后继续流动，气体经过导热丝5、聚风口6进入化学反应管9，含有二氧化氮的高温气体与催化剂10接触然后反应，二氧化氮按照一定的转换率转换成一氧化氮，高温尾气中的其他组份不受影响，转化后的气体通过密封端11的导气孔进入出气口14，然后进行气体检测。通过热电偶20和加热元件可实现温度控制，温度实时显示在数码管显示器上，RS485通信接口可实现和气体分析仪30数据交互，分为该系统的上传数据和下发命令，上传温度，下发命令控制两位三通电磁阀27选择柴油样气或者汽油样气、设置该装置加热温度。通过上述设计可使二氧化氮转化为一氧化氮转化率达到95％。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种机动车尾气检测装置，其特征在于：包括转化装置、控制电路板和显示电路板，所述转化装置是由加热室(3)和反应室(8)组成，所述加热室(3)内设有进气口(4)、加热部件、导热丝(5)和聚风口(6)，所述进气口(4)外侧连接有电磁阀和过滤器(28)，所述反应室(8)设有出气口(14)、化学反应管(9)和密封端(11)，所述出气口(14)连接光学检测平台，对转化后的气体进行分析；采样气体自汽油尾气采样口(25)或柴油尾气采样口(26)进入，其出口连接有电磁阀进行选择是柴油样气或者是汽油样气，然后采样气体进入过滤器(28)除去气体杂质，之后通过进气三通阀(33)进入进气口(4)，然后气体依次通过转化装置的加热室(3)、反应室(8)的内部化学反应管(9)和密封端(11)，气体通过密封端(11)的导气孔进入出气口(14)，气体再从出气口(14)经过第一单向导通阀(32)和出气三通阀(31)进入气体分析仪(30)进行气体分析；在进气三通阀(33)和出气三通阀(31)之间还设有一条直连管道，所述直连管道上设有第二单向导通阀(29)。

2.根据权利要求1所述的一种机动车尾气检测装置，其特征在于：所述加热部件为加热管(1)，所述加热管(1)内设有热电偶(20)，能够进行温度检测，所述加热管(1)上套有金属导热丝(5)，能够让气体加热均匀。

3.根据权利要求2所述的一种机动车尾气检测装置，其特征在于：所述加热室(3)、反应室(8)和加热管(1)之间分别螺栓连接有石墨复合垫片(2、7)，保证气密性，所述加热室(3)和反应室(8)内部连接处设有一个聚风口(6)，通过所述聚风口(6)能够固定住整个加热室部分。

4.根据权利要求3所述的一种机动车尾气检测装置，其特征在于：气体通过聚风口(6)后进入化学反应管(9)，所述化学反应管(9)内部设有纤维炭催化剂(10)，所述化学反应管(9)和密封端(11)连接，所述密封端(11)外侧设有外部把手(17)，通过外部把手(17)能够拿出密封端(11)和化学反应管(9)，所述密封端(11)和化学反应管(9)连接部位还设有导气孔，所述导气孔能够使转化后的气体通过出气口(14)排出，并流向光学检测平台。

5.根据权利要求1所述的一种机动车尾气检测装置，其特征在于：所述加热室(3)和反应室(8)外部还套有保温罩(18、21)。

6.根据权利要求1所述的一种机动车尾气检测装置，其特征在于：在所述出气三通阀(31)和出气口(14)之间设有单向导通阀(32)，只允许气体从出气口(14)流向出气三通阀(31)。

7.根据权利要求1所述的一种机动车尾气检测装置，其特征在于：所述显示电路板包括数码显示管。

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