專利名稱：一種柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)排放測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)及控制方法。該系統(tǒng)采用帶動(dòng)態(tài)探頭和部分取樣的分流稀釋方式，通過設(shè)計(jì)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)控制流過分流稀釋管路和顆粒物取樣管路的分流流量，使得分流比總等于取樣探頭與排氣管(或稀釋風(fēng)道)截面積之比，實(shí)現(xiàn)等動(dòng)態(tài)取樣。由安放在濾紙保持架中的取樣濾紙收集排氣微粒，進(jìn)而可對柴油機(jī)的微粒排放水平及其組成成分進(jìn)行檢測。
背景技術(shù)：
開展柴油機(jī)排氣微粒的研究首先需要符合國際上排放測試法規(guī)的微粒稀釋取樣系統(tǒng)。目前，國際上流行的稀釋取樣系統(tǒng)有兩類。其中一類為全流式稀釋取樣系統(tǒng)，即將柴 油機(jī)的排氣全部引入稀釋風(fēng)道中，用干凈空氣將其稀釋到規(guī)定的程度后進(jìn)行微粒取樣和測量。另一類為分流式稀釋取樣系統(tǒng)，即將柴油機(jī)排氣的一部分引入稀釋風(fēng)道，稀釋到規(guī)定的程度后進(jìn)行微粒取樣和測量。此類測量系統(tǒng)與全流稀釋取樣系統(tǒng)相比具有尺寸小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在微粒檢測和研究中被廣泛地應(yīng)用，本發(fā)明即采用第二類系統(tǒng)方案。國內(nèi)目前還沒有此類產(chǎn)品推出，多是直接從國外購買。該系統(tǒng)價(jià)格昂貴，僅靠引進(jìn)難以滿足國內(nèi)需求。因此本人決定自行研制一套柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)，以供國內(nèi)廣大企業(yè)、院校、科研院所等選擇使用。整個(gè)系統(tǒng)本身無需質(zhì)量流量計(jì)和排氣濃度分析儀，具有控制精度高、測試和維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)及控制方法。其不僅可以完成每張濾紙用于單個(gè)工況的多濾紙實(shí)驗(yàn)，也能夠?qū)崿F(xiàn)ESC試驗(yàn)循環(huán)或任何穩(wěn)態(tài)工況循環(huán)下每張濾紙用于多個(gè)工況的單濾紙實(shí)驗(yàn)。通過合理的方案設(shè)計(jì)和控制方法，在滿足排放測試法規(guī)要求的基礎(chǔ)上，達(dá)到較高的測量精度并降低成本。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案利用微壓差傳感器117閉環(huán)反饋控制的分流稀釋管路，將恒定比例的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣分流通過排氣動(dòng)態(tài)取樣探頭及傳遞管2引入稀釋風(fēng)道3，并與干凈空氣混合形成均勻的稀釋排氣。利用微壓差傳感器Π18閉環(huán)反饋控制的顆粒物取樣管路，將恒定比例的稀釋排氣分流通過顆粒物動(dòng)態(tài)取樣探頭及輸送管6引入取樣通路濾紙保持架10，由安放在保持架中的取樣濾紙收集排氣微粒，進(jìn)而可對微粒的質(zhì)量和成分進(jìn)行測量分析。本發(fā)明的一種柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)，其連接示意圖如圖1所示，包括分流稀釋管路、顆粒物取樣管路和控制系統(tǒng)。上述用于實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣動(dòng)態(tài)取樣及稀釋的分流稀釋管路包含的部件有排氣管1、排氣動(dòng)態(tài)取樣探頭及傳遞管2、稀釋風(fēng)道3、稀釋空氣過濾器4、抽氣泵5、穩(wěn)壓箱14、比例閥115、微壓差傳感器117以及連接它們的管路。上述用于實(shí)現(xiàn)稀釋排氣動(dòng)態(tài)取樣及收集微粒的顆粒物取樣管路包含的部件有顆粒物動(dòng)態(tài)取樣探頭及輸送管6、三通接頭7、取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9、取樣通路濾紙保持架10、旁通通路濾紙保持架11、濾清器12、取樣泵13、穩(wěn)壓箱14、比例閥1116、微壓差傳感器1118以及連接它們的管路。上述用于調(diào)節(jié)分流稀釋管路和顆粒物取樣管路分流流量的控制系統(tǒng)包含的部件有電控單元20、溫度傳感器19、微壓差傳感器117、微壓差傳感器II18、比例閥115、比例閥II16、取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9、上位機(jī)21、外部電源以及連接這些部件的線束。取樣通路電磁閥8選為常開型，旁通通路電磁閥9選為常開型，比例閥115、比例閥1116均帶電壓反饋功能。分流稀釋管路各部件的連接關(guān)系是稀釋空氣過濾器4、稀釋風(fēng)道3和抽氣泵5依次通過法蘭連接。排氣動(dòng)態(tài)取樣探頭安裝在排氣管I中心線上，面向上游，且至少在排氣動(dòng)態(tài)取樣探頭頂端上游6倍管徑處和下游3倍管徑處，排氣管I應(yīng)無彎頭、彎管和管徑突變。穩(wěn)壓箱14出口端與比例閥115入口段相連，比例閥115出口端則與傳遞管末端相連，用以調(diào)節(jié)微壓差傳感器117測量值與目標(biāo)值一致。傳遞管末端面向下游，固定在稀釋風(fēng)道3中心線上；微壓差傳感器117兩端分別通過管路與排氣動(dòng)態(tài)取樣探頭和排氣管I相連。顆粒物取樣管路各部件的連接關(guān)系是顆粒物動(dòng)態(tài)取樣探頭面向上游，安裝在稀釋風(fēng)道3中心線上，距排氣進(jìn)入稀釋風(fēng)道3處大約10倍風(fēng)道管徑的下游。顆粒物動(dòng)態(tài)取樣探頭及輸送管6、三通接頭7、取樣通路電磁閥8、取樣通路濾紙保持架IO、濾清器12、取樣泵13、穩(wěn)壓箱14依次通過管道連接。旁通通路電磁閥9和旁通通路濾紙保持架11先串接，再通過三通接頭7與取樣通路電磁閥8、取樣通路濾紙保持架10并聯(lián)，從而能夠通過取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9任意控制微粒取樣的開始和停止時(shí)刻。比例閥1116與取樣泵13并聯(lián)，用以調(diào)節(jié)微壓差傳感器1118測量值與目標(biāo)值一致，微壓差傳感器1118兩端分別通過管路與顆粒物動(dòng)態(tài)取樣探頭和稀釋風(fēng)道3相連。用于控制分流稀釋管路和顆粒物取樣管路的控制系統(tǒng)各部件的連接關(guān)系如圖2所示溫度傳感器19、微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118、比例閥115、比例閥1116、取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9、上位機(jī)21、外部電源分別與電控單元20通過線速相連。溫度傳感器19安裝在稀釋風(fēng)道3上，靠近顆粒物動(dòng)態(tài)取樣探頭處，此處測得值認(rèn)為近似等于緊靠濾紙保持架上游處的溫度，從而判斷稀釋系統(tǒng)的流量能力是否滿足法規(guī)的要求。上述控制系統(tǒng)的電控單元20含有MC9S12XS128單片機(jī)、電源電路、串行接口電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、集成驅(qū)動(dòng)芯片1、集成驅(qū)動(dòng)芯片I1、繼電器1、繼電器II，以及模擬量輸入、PWM信號輸出和通用I/O接口針腳。溫度傳感器19、微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118、比例閥115、比例閥1116通過模擬量輸入針腳與單片機(jī)A/D功能模塊引腳連接。集成驅(qū)動(dòng)芯片1、集成驅(qū)動(dòng)芯片II的控制端通過PWM信號輸出針腳與單片機(jī)PWM功能模塊引腳連接。繼電器1、繼電器II的控制端通過通用I/O接口針腳與單片機(jī)通用I/O接口引腳連接。集成驅(qū)動(dòng)芯片1、集成驅(qū)動(dòng)芯片II的輸出端分別與比例閥115、比例閥1116的電子卡片連接。繼電器1、繼電器II的輸出端分別與取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9連接。單片機(jī)對溫度傳感器19、微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118、比例閥115和比例閥1116的輸入信號進(jìn)行逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)中的程序根據(jù)輸入的信號進(jìn)行處理和計(jì)算，從PWM功能模塊和通用I/O接口引腳輸出控制信號給集成驅(qū)動(dòng)芯片1、集成驅(qū)動(dòng)芯片I1、繼電器I和繼電器II，從而能夠調(diào)節(jié)比例閥115、比例閥1116的開度和取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9的開閉。串行接口電路一端與單片機(jī)中的SCI模塊引腳連接，另一端與上位機(jī)21 (計(jì)算機(jī))的SCI總線接口連接，實(shí)現(xiàn)電控單元20與上位機(jī)21的數(shù)據(jù)通信功能。利用Visual Basic自主開發(fā)上位機(jī)21的控制界面，如圖5所示。該界面按照功能不同被分成串口配置、單濾紙實(shí)驗(yàn)、多濾紙實(shí)驗(yàn)、系統(tǒng)示意圖、系統(tǒng)狀態(tài)顯示及壓差目標(biāo)值設(shè)定、狀態(tài)欄共6塊主要區(qū)域。串口配置區(qū)域可完成串口各項(xiàng)屬性(端口號、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位)的設(shè)置，并可自動(dòng)獲取計(jì)算機(jī)的可用串行端口供用戶選擇。多濾紙實(shí)驗(yàn)區(qū)域可選擇不同的工況并設(shè)置相應(yīng)的取樣時(shí)間、旁通時(shí)間，再通過串口將時(shí)間設(shè)定信息下傳給電控單元20，繼而由電控單元20控制取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9的開閉。單濾紙實(shí)驗(yàn)區(qū)域用于設(shè)定某個(gè)試驗(yàn)循環(huán)各工況對應(yīng)的取樣時(shí)間(與各工況加權(quán)系數(shù)成正比)、旁通時(shí)間以及循環(huán)次數(shù)，再通過串口將設(shè)定信息下傳給電控單元20，繼而由電控單元20控制取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9的開閉。系統(tǒng)示意圖顯示區(qū)域，顧名思義可以查看圖1所示的系統(tǒng)方案示意圖，供實(shí)驗(yàn)人員了解本稀釋取樣系統(tǒng)的測量原理。系統(tǒng)狀態(tài)顯示及壓差目標(biāo)值設(shè)定區(qū)域用于顯示溫度傳感器19、比例閥115開度、比例閥II16開度、微壓差傳感器117、微壓差傳感器II18的實(shí)際測得值，均由電控單元20采集并上傳，微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118的目標(biāo)值設(shè)定主要是為了應(yīng)對傳感器可能出現(xiàn)的零點(diǎn)漂移誤差，以提高系統(tǒng)的控制靈活性及精度。狀態(tài)欄區(qū)域用于顯示目前串口狀態(tài)、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度、系統(tǒng)時(shí)間、作者簡介和退出程序按鈕。通過該界面的通道清理/停止清理按鈕，可同時(shí)打開取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9，從而清理顆粒物取樣管路。通過開始/繼續(xù)、暫停、停止按鈕可隨時(shí)開始/繼續(xù)、暫?；蛲Ｖ鼓硞€(gè)實(shí)驗(yàn)過程。一種柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣控制方法，包括電控單元20接受上位機(jī)21下傳的微壓差傳感器117目標(biāo)值、微壓差傳感器1118目標(biāo)值、旁通時(shí)間、取樣時(shí)間、循環(huán)次數(shù)，以及開始/繼續(xù)、暫停、停止、通道清理/停止清理按鈕的不同指令信息。通過預(yù)存入電控單元20中的程序控制取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9的開閉和比例閥115、比例閥II16的開度。同時(shí)，電控單元20采集微壓差傳感器117、微壓差傳感器II18的信號，與上位機(jī)21預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)壓差值比較，利用數(shù)字PID控制子程序計(jì)算驅(qū)動(dòng)比例閥115、比例閥1116的PWM信號值，分別輸出到集成驅(qū)動(dòng)芯片1、集成驅(qū)動(dòng)芯片II的控制端，集成驅(qū)動(dòng)芯片1、集成驅(qū)動(dòng)芯片II將PWM信號轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出，其大小隨PWM信號占空比改變。比例閥115、比例閥1116的電子卡片接受直流控制訊號的輸入，提供比例式控制，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)比例閥115、比例閥1116的開度，使得微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118的測量值與目標(biāo)值始終保持一致。利用單片機(jī)中的PIT中斷服務(wù)例程，每隔Is向上位機(jī)21傳送溫度傳感器19、比例閥115開度、比例閥1116開度、微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118的測量數(shù)據(jù)，供實(shí)驗(yàn)人員隨時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。所述的數(shù)字PID控制子程序的比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd均設(shè)置為恒定值，保持穩(wěn)定的調(diào)節(jié)速率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有效增益1.通過設(shè)計(jì)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)控制流過分流稀釋管路和顆粒物取樣管路的分流流量，使得分流比總等于取樣探頭與排氣管(或稀釋風(fēng)道)截面積之比，能夠在不采用質(zhì)量流量計(jì)和排氣濃度分析儀的情況下，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)排氣微粒的收集測量功能，控制精度高、測試和維護(hù)成本低。2.顆粒物取樣管路中加設(shè)一旁通通路，選用與取樣通路相同尺寸的電磁閥和濾紙保持架，從而能夠保證在取樣和旁通切換時(shí)，顆粒物取樣管路中的流動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定，不致引起比例閥II16的超調(diào)和不必要的微粒測量誤差。3.將取樣泵13部分出口氣重新引入傳遞管末端和取樣泵13入口處，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)原始排氣和稀釋排氣的分流比恒定，無需外部空氣源輔助，結(jié)構(gòu)簡單緊湊。4.利用Visual Basic自主開發(fā)上位機(jī)21的控制界面，與電控單元20 (下位機(jī))實(shí)現(xiàn)監(jiān)控通訊和數(shù)據(jù)通訊功能，單界面顯示清晰，操作方便；實(shí)驗(yàn)過程中，通過上、下位間的協(xié)同工作，除更換濾紙外，實(shí)驗(yàn)人員無需多余操作，即可完成預(yù)設(shè)的單濾紙或多濾紙實(shí)驗(yàn)。


圖1為本發(fā)明的部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)連接示意圖。圖2為控制系統(tǒng)的硬件連接簡圖。圖3為比例閥PID控制方法原理圖。圖4為下位機(jī)控制程序總體流程圖。圖5為上位機(jī)控制程序界面。結(jié)合附圖1在其上標(biāo)記以下附圖標(biāo)記1-排氣管；2_排氣動(dòng)態(tài)取樣探頭及傳遞管；3_稀釋風(fēng)道；4_稀釋空氣過濾器；5-抽氣泵；6_顆粒物動(dòng)態(tài)取樣探頭及輸送管；7_三通接頭；8_取樣通路電磁閥；9_旁通通路電磁閥；10-取樣通路濾紙保持架；11-旁通通路濾紙保持架；12-濾清器；13-取樣泵；14-穩(wěn)壓箱；15_比例閥I ;16_比例閥II ; 17-微壓差傳感器I ; 18-微壓差傳感器II ;19_溫度傳感器；20_電控單元；21_上位機(jī)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明的工作原理如下電控單元20(下位機(jī))上電開始工作，且上位機(jī)21串口正確配置后，通過RS232串口通信協(xié)議及自定義的數(shù)據(jù)格式，上、下位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。預(yù)先存儲(chǔ)在電控單元20中的PIT中斷服務(wù)例程負(fù)責(zé)每隔IOms采集一次溫度傳感器19、比例閥115開度、比例閥1116開度、微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118的信號，并每隔Is向上位機(jī)21傳送一次采集數(shù)據(jù)，供用戶監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)。同時(shí)，上位機(jī)21亦可將設(shè)定的旁通時(shí)間、取樣時(shí)間、微壓差傳感器117目標(biāo)值、微壓差傳感器1118目標(biāo)值，以及開始/繼續(xù)、暫停、停止、通道清理/停止清理按鈕的不同指令信息下傳給電控單元20。電控單元20中的主函數(shù)根據(jù)接收到的時(shí)間設(shè)定和不同指令信息控制取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9的開閉。電控單元20中的RTI中斷服務(wù)例程每隔16ms將微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118的測量值與上位機(jī)21下傳的目標(biāo)值進(jìn)行一次比較，并計(jì)算輸出PffM控制信號，用于調(diào)節(jié)比例閥115、比例閥1116的開度，使得微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118的測量值始終等于或接近其目標(biāo)值，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)原始排氣和稀釋排氣的等動(dòng)態(tài)取樣。所述的PIT中斷服務(wù)例程如圖4所示，主要包括負(fù)責(zé)采集溫度傳感器19、比例閥115開度、比例閥1116開度、微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118信號的子程序，并對A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行30次數(shù)字濾波處理(中值濾波+均值濾波)，以及負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳功能的SCI串行通信子程序。所述的RTI中斷服務(wù)例程如圖4所示，主要包括用于閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)比例閥115、比例閥1116開度的數(shù)字PID控制子程序，以及輸出PWM控制信號的子程序。結(jié)合比例閥PID控制方法原理圖3，可以得到所述的數(shù)字PID控制子程序的計(jì)算式如下
權(quán)利要求
1.一種柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)，利用微壓差傳感器117閉環(huán)反饋控制的分流稀釋管路，將恒定比例的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣分流通過排氣動(dòng)態(tài)取樣探頭及傳遞管2引入稀釋風(fēng)道3，并與干凈空氣混合形成均勻的稀釋排氣；利用微壓差傳感器1118閉環(huán)反饋控制的顆粒物取樣管路，將恒定比例的稀釋排氣分流通過顆粒物動(dòng)態(tài)取樣探頭及輸送管6 引入取樣通路濾紙保持架10，由安放在保持架中的取樣濾紙收集排氣微粒；其特征在于所述的分流稀釋管路各部件的連接關(guān)系是稀釋空氣過濾器4、稀釋風(fēng)道3和抽氣泵5 依次通過法蘭連接；排氣動(dòng)態(tài)取樣探頭安裝在排氣管I中心線上，面向上游，且至少在排氣動(dòng)態(tài)取樣探頭頂端上游6倍管徑處和下游3倍管徑處，排氣管I應(yīng)無彎頭、彎管和管徑突變；穩(wěn)壓箱14出口端與比例閥115入口段相連，比例閥115出口端則與傳遞管末端相連，用以調(diào)節(jié)微壓差傳感器117測量值與目標(biāo)值一致；傳遞管末端面向下游，固定在稀釋風(fēng)道3中心線上；微壓差傳感器117兩端分別通過管路與排氣動(dòng)態(tài)取樣探頭和排氣管I相連；所述的顆粒物取樣管路各部件的連接關(guān)系是顆粒物動(dòng)態(tài)取樣探頭面向上游，安裝在稀釋風(fēng)道3中心線上，距排氣進(jìn)入稀釋風(fēng)道3處大約10倍風(fēng)道管徑的下游；顆粒物動(dòng)態(tài)取樣探頭及輸送管6、三通接頭7、取樣通路電磁閥8、取樣通路濾紙保持架IO、濾清器12、取樣泵13、穩(wěn)壓箱14依次通過管道連接；旁通通路電磁閥9和旁通通路濾紙保持架11先串接， 再通過三通接頭7與取樣通路電磁閥8、取樣通路濾紙保持架10并聯(lián)，從而能夠通過取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9任意控制微粒取樣的開始和停止時(shí)刻；比例閥1116與取樣泵13并聯(lián)，用以調(diào)節(jié)微壓差傳感器1118測量值與目標(biāo)值一致，微壓差傳感器1118兩端分別通過管路與顆粒物動(dòng)態(tài)取樣探頭和稀釋風(fēng)道3相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)，其特征在于所述的閉環(huán)反饋控制，由溫度傳感器19、微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118、比例閥 115、比例閥1116、取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9、上位機(jī)21、外部電源分別與電控單元20通過線速相連組成；其中，取樣通路電磁閥8選為常開型，旁通通路電磁閥9選為常開型，比例閥115、比例閥1116均帶電壓反饋功能；所述的電控單元20包括MC9S12XS128單片機(jī)、電源電路、串行接口電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、集成驅(qū)動(dòng)芯片1、集成驅(qū)動(dòng)芯片I1、繼電器1、繼電器II，以及模擬量輸入、PWM信號輸出和通用I/0接口針腳；串行接口電路一端與單片機(jī)中的SCI模塊引腳連接，另一端與上位機(jī)21 (計(jì)算機(jī))的SCI總線接口連接，實(shí)現(xiàn)電控單元20與上位機(jī)21的數(shù)據(jù)通信功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度傳感器19、微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118、比例閥115、比例閥1116 通過模擬量輸入針腳與單片機(jī)A/D功能模塊引腳連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片1、集成驅(qū)動(dòng)芯片II 的控制端通過PWM信號輸出針腳與單片機(jī)PWM功能模塊引腳連接；繼電器1、繼電器II的控制端通過通用I/O接口針腳與單片機(jī)通用I/O接口引腳連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片1、集成驅(qū)動(dòng)芯片II的輸出端分別與比例閥115、比例閥1116的電子卡片連接；繼電器1、繼電器II的輸出端分別與取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)，其特征在于所述的上位機(jī)21安裝有自主開發(fā)的控制程序，該控制程序界面按照功能不同被分成串口配置、單濾紙實(shí)驗(yàn)、多濾紙實(shí)驗(yàn)、系統(tǒng)示意圖、系統(tǒng)狀態(tài)顯示及壓差目標(biāo)值設(shè)定、狀態(tài)欄共 6塊主要區(qū)域；串口配置區(qū)域可完成串口各項(xiàng)屬性(端口號、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位)的設(shè)置，并可自動(dòng)獲取計(jì)算機(jī)的可用串行端口供用戶選擇；多濾紙實(shí)驗(yàn)區(qū)域可選擇不同的工況并設(shè)置相應(yīng)的取樣時(shí)間、旁通時(shí)間，再通過串口將時(shí)間設(shè)定信息下傳給電控單元 20，繼而由電控單元20控制取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9的開閉；單濾紙實(shí)驗(yàn)區(qū)域用于設(shè)定某個(gè)試驗(yàn)循環(huán)各工況對應(yīng)的取樣時(shí)間(與各工況加權(quán)系數(shù)成正比)、旁通時(shí)間以及循環(huán)次數(shù)，再通過串口將設(shè)定信息下傳給電控單元20，繼而由電控單元20控制取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9的開閉；系統(tǒng)示意圖顯示區(qū)域，顧名思義可以查看圖所示的系統(tǒng)方案示意圖，供實(shí)驗(yàn)人員了解本稀釋取樣系統(tǒng)的測量原理；系統(tǒng)狀態(tài)顯示及壓差目標(biāo)值設(shè)定區(qū)域用于顯示溫度傳感器19、比例閥115開度、比例閥1116開度、微壓差傳感器117、 微壓差傳感器II18的實(shí)際測得值，均由電控單元20采集并上傳，微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118的目標(biāo)值設(shè)定主要是為了應(yīng)對傳感器可能出現(xiàn)的零點(diǎn)漂移誤差，以提高系統(tǒng)的控制靈活性及精度；狀態(tài)欄區(qū)域用于顯示目前串口狀態(tài)、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度、系統(tǒng)時(shí)間、作者簡介和退出程序按鈕；通過該界面的通道清理/停止清理按鈕，可同時(shí)打開取樣通路電磁閥8、 旁通通路電磁閥9，從而清理顆粒物取樣管路；通過開始/繼續(xù)、暫停、停止按鈕可隨時(shí)開始 /繼續(xù)、暫?；蛲Ｖ鼓硞€(gè)實(shí)驗(yàn)過程。
5.一種柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣控制方法，其特征在于電控單元20接受上位機(jī)21下傳的微壓差傳感器117目標(biāo)值、微壓差傳感器1118目標(biāo)值、旁通時(shí)間、取樣時(shí)間、循環(huán)次數(shù)，以及開始/繼續(xù)、暫停、停止、通道清理/停止清理按鈕的不同指令信息；通過預(yù)存入電控單元20中的程序控制取樣通路電磁閥8、旁通通路電磁閥9的開閉和比例閥 115、比例閥1116的開度；同時(shí)，電控單元20采集微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118的信號，與上位機(jī)21預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)壓差值比較，利用數(shù)字PID控制子程序計(jì)算驅(qū)動(dòng)比例閥 115、比例閥1116的PWM信號值，分別輸出到集成驅(qū)動(dòng)芯片1、集成驅(qū)動(dòng)芯片II的控制端，集成驅(qū)動(dòng)芯片1、集成驅(qū)動(dòng)芯片II將PWM信號轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出，其大小隨PWM信號占空比改變；比例閥115、比例閥1116的電子卡片接受直流控制訊號的輸入，提供比例式控制，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)比例閥115、比例閥1116的開度，使得微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118的測量值與目標(biāo)值始終保持一致；利用單片機(jī)中的PIT中斷服務(wù)例程，每隔Is向上位機(jī)21傳送溫度傳感器19、比例閥115開度、比例閥1116開度、微壓差傳感器117、微壓差傳感器1118的測量數(shù)據(jù)，供實(shí)驗(yàn)人員隨時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)；所述的數(shù)字PID控制子程序的比例系數(shù) Kp、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd均設(shè)置為恒定值，保持穩(wěn)定的調(diào)節(jié)速率。
全文摘要
一種柴油機(jī)排氣微粒部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)及控制方法屬于發(fā)動(dòng)機(jī)排放測試技術(shù)領(lǐng)域，利用帶閉環(huán)反饋控制的分流稀釋管路將恒定比例的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣分流引入稀釋風(fēng)道，并與干凈空氣混合形成均勻的稀釋排氣，利用帶閉環(huán)反饋控制的顆粒物取樣管路將恒定比例的稀釋排氣引入取樣通路濾紙保持架，由安放在保持架中的取樣濾紙收集排氣微粒，進(jìn)而可對柴油機(jī)的微粒排放水平及其組成成分進(jìn)行檢測；該部分流等動(dòng)態(tài)稀釋取樣系統(tǒng)，通過RS232串口通信協(xié)議及自定義的數(shù)據(jù)格式，上、下位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸；與現(xiàn)有柴油機(jī)排氣微粒測試系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)本身無需質(zhì)量流量計(jì)和排氣濃度分析儀，具有控制精度高、測試和維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G05B19/042GK103018079SQ20121047402
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者韓永強(qiáng), 高朋, 許允, 田徑, 譚滿志, 解方喜, 李小平, 姜北平, 劉甲偉, 侯勇國 申請人:吉林大學(xué)