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三组分汽车尾气浓度传感器的研制

张一龙  
【摘要】:如今,随着机动车保有量的快速增长,给人们的生活带来便利的同时,也给我们的生存环境造成了严重的污染。机动车排放的尾气已成为大气污染的主要来源,已成为影响城市大气环境质量的最主要因素之一。对于机动车排放的污染控制,最好的办法就是对尾气排放进行检测和控制,限制排放不达标的车辆。为此,我国从1981年就着手制定机动车排放相关标准。此后随着一次比一次更加严格的新国家标准的颁布,对尾气排放限值的控制指标正逐步与国际先进指标接近。因此,对现有尾气检测仪器的精度和性能也提出了更高要求。本文研制的汽车尾气浓度传感器就是专门适用于测量汽车尾气排放中污染物气体的浓度。这将在一定程度上提高我国机动车尾气的分析检测技术,改善大气环境、改善人民居住环境,特别是对于促进高污染高排放车辆淘汰更新、保护日益紧张的石油资源、节能减排起到积极作用。 本文设计了一种基于不分光红外(NDIR)法原理分析机动车排放尾气浓度信息的尾气传感器,可以同时快速测量尾气中CO、CO2、HC化合物3组成分气体的浓度。 本文在分析了机动车尾气检测的发展现状和不分光红外检测技术的基础上,确定了完整的系统检测方案,通过选择合适的红外光源、窗口片、红外探测器、气室等作为光路、气路系统的部件,设计了新型检测系统的机械结构。根据红外光源的特性设计了光源恒压驱动电路,针对红外探测器的输出特性设计了微弱信号放大滤波电路。并设计了后续的A/D转换电路、单片机控制电路及其外围电路,编写下位机程序完成系统的控制过程,编写上位机程序方便数据的分析处理,继而完成整套尾气浓度传感器系统的设计。 本文设计了实验对传感器系统平台进行标定,通过对不同浓度范围的各组分的标准气体的实验测量,拟合得到探测器输出电压和相应气体浓度之间的对应关系。通过对实验数据分析和处理,拟合出了CO、CO2、HC三组分之间的相互干扰关系曲线,并对其进行修正,提高了传感器系统的精度。系统测量相对误差在±5%之内,重复性和稳定度均在±1%之内,响应时间在3秒之内。最后对影响系统因素进行了详细分析,并给出了影响系统的误差来源。


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