本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)車檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置。

背景技術(shù)：

隨著中國城市化水平的不斷提高，大氣污染由傳統(tǒng)的煤煙型污染轉(zhuǎn)為煤煙與機(jī)動(dòng)車尾氣復(fù)合型污染，并且頻繁發(fā)生以二次生成物質(zhì)為主因的重污染過程。

機(jī)動(dòng)車尾氣中的碳?xì)浠衔?、炭黑等多種污染物最終轉(zhuǎn)化為PM2.5和臭氧，在保有量飛速增長的背景下，機(jī)動(dòng)車排放已經(jīng)成為我國大氣污染的主要來源。據(jù)估算，2010年我國機(jī)動(dòng)車排放的No_x、VOC、CO三種污染物分別占全國排放總量的24％、29％和20％。2015年4月公布的我國9個(gè)城市源解析結(jié)果顯示，北京、廣州、深圳、杭州PM2.5的首要污染源均來自于機(jī)動(dòng)車。2012年環(huán)境保護(hù)部發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車污染防治工作推進(jìn)大氣PM2.5治理進(jìn)程的指導(dǎo)意見》中明確了建立環(huán)保信息管理系統(tǒng)和推進(jìn)環(huán)保監(jiān)管能力建設(shè)。2013年國務(wù)院頒布的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中明確了“強(qiáng)化移動(dòng)源污染防治”，“加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車環(huán)保管理”，機(jī)動(dòng)車污染治理已逐步成為城市治霾的關(guān)鍵。中國從2000年起開始實(shí)施輕型汽油車的國I排放標(biāo)準(zhǔn)開始，逐步經(jīng)歷了國I、國II、國III、國IV和國V排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。

然而，發(fā)明人在實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的機(jī)動(dòng)車排放測試主要采取的是實(shí)驗(yàn)室工況測試方法，即將被測車輛固定在實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)鼓上，按規(guī)定的測試循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，以測量整個(gè)測試循環(huán)的排放尾氣流量。而由于車輛在實(shí)際行駛過程中的工況變化較實(shí)驗(yàn)室法規(guī)測試工況要復(fù)雜很多，所以實(shí)驗(yàn)室工況測試方法無法準(zhǔn)確測量出車輛的實(shí)際排放水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室工況測試方法無法準(zhǔn)確測量出車輛的實(shí)際排放水平的缺陷，本發(fā)明提出一種車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置，其特征在于，包括壓力采集單元以及數(shù)據(jù)處理單元；

所述壓力采集單元用于采集待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓；

所述數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量；

所述壓力采集單元通過壓力傳輸管線與所述數(shù)據(jù)處理單元相連。

可選地，所述數(shù)據(jù)處理單元包括多個(gè)壓差傳感器；

每個(gè)所述壓差傳感器具有和其他傳感器不同的兩個(gè)量程。

可選地，所述壓力采集單元包括低壓腔，以及位于所述低壓腔外部的壓力輸出裝置。

可選地，所述裝置還包括尾氣溫度采集單元，用于采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的溫度，以使所述數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所述溫度對確定的所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量進(jìn)行補(bǔ)償處理；

所述尾氣溫度采集單元與所述低壓腔相連。

可選地，所述壓力采集單元包括：

總壓采集器，用于通過總壓采樣孔采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的動(dòng)壓；

靜壓采集器，用于通過靜壓采樣孔采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的靜壓。

可選地，所述總壓采集器包括皮托管；

所述皮托管位于所述低壓腔內(nèi)部，且所述皮托管的一端通過所述壓力輸出裝置與所述多個(gè)壓差傳感器相連

所述皮托管上設(shè)有用于采集所述總壓的多個(gè)所述總壓采樣孔。

可選地，所述靜壓采集器的一端連于所述低壓腔。

可選地，所述裝置還包括調(diào)零及吹洗裝置；

所述調(diào)零及吹洗裝置用于對所述壓差傳感器的初始測量數(shù)值進(jìn)行調(diào)零，和/或，分別對所述靜壓采樣孔和所述動(dòng)壓采樣孔進(jìn)行顆粒物吹洗。

可選地，所述調(diào)零及吹洗裝置包括反吹泵以及與所述反吹泵對應(yīng)的第一閥門和第二閥門；

所述反吹泵經(jīng)由所述第一閥門通向所述壓差傳感器；

所述反吹泵經(jīng)由所述第二閥門分別通向所述靜壓采樣孔和所述動(dòng)壓采樣孔。

可選地，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括微處理單元MCU。

本發(fā)明的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置，包括壓力采集單元以及數(shù)據(jù)處理單元，通過所述壓力采集單元采集待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓，所述數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量，所述壓力采集單元通過壓力傳輸管線與所述數(shù)據(jù)處理單元相連，可以消除實(shí)驗(yàn)室工況測試方法無法準(zhǔn)確測量出車輛的實(shí)際排放水平的弊端，實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量，提高車輛尾氣流量測量的準(zhǔn)確度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的原理示意圖；

圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)測量盒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的尾氣流量測量比對結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該裝置包括壓力采集單元10以及數(shù)據(jù)處理單元20，其中：

壓力采集單元10用于采集待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓；

具體地，壓力采集單元10可以在所述待測車輛在實(shí)際駕駛過程中，采集該車輛所排放的尾氣的總壓P_T和靜壓P_S；

數(shù)據(jù)處理單元20用于根據(jù)所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量；

具體來說，數(shù)據(jù)處理單元20用于根據(jù)下述公式確定所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量：

其中，c為量綱常數(shù)，ρ為流體密度。

壓力采集單元10通過壓力傳輸管線30與所述數(shù)據(jù)處理單元20相連。

本實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置，包括壓力采集單元以及數(shù)據(jù)處理單元，通過所述壓力采集單元采集待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓，所述數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量，所述壓力采集單元通過壓力傳輸管線與所述數(shù)據(jù)處理單元相連，可以消除實(shí)驗(yàn)室工況測試方法無法準(zhǔn)確測量出車輛的實(shí)際排放水平的弊端，實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量，提高車輛尾氣流量測量的準(zhǔn)確度。

進(jìn)一步地，作為上述實(shí)施例的優(yōu)選，數(shù)據(jù)處理單元20可以包括多個(gè)壓差傳感器；

所述多個(gè)壓差傳感器分別具有各自對應(yīng)的兩個(gè)量程。

具體來說，因此本實(shí)施例可采用4個(gè)壓差傳感器，每個(gè)傳感器有兩個(gè)量程(二級放大)，從而可以得到8個(gè)測量區(qū)間。其中，壓差傳感器的最小壓差范圍為25Pa，最大壓差范圍為16.5kPa，采用4個(gè)不同測量范圍的壓差傳感器，準(zhǔn)確獲得不同壓力值，因此能夠準(zhǔn)確測量車輛從怠速到最大排氣流速的尾氣流量。

關(guān)于本實(shí)施例的壓差傳感器的采樣率，可以理解的是：一般壓差傳感器出來的信號是電壓信號，通過AD模塊進(jìn)入數(shù)據(jù)處理裝置，采樣率一般要大于2f(尼奎斯)才滿足需求。機(jī)動(dòng)車尾氣流量測量中，流速信號變化比較大，尤其是低轉(zhuǎn)速時(shí)，因此壓差傳感器的采樣率應(yīng)足夠大才可以看到變化過程，進(jìn)而更能反映出真實(shí)情況。因而，作為本實(shí)施例的優(yōu)選，上述壓差傳感器采用2500Hz的采樣率，數(shù)據(jù)輸出率最大為500Hz。

在此基礎(chǔ)上，由上式(1)可知，2500Hz的原始壓差數(shù)據(jù)，通過計(jì)算均方根可以得到2500Hz流速數(shù)據(jù)，進(jìn)而由該流速數(shù)據(jù)計(jì)算平均值可得到期望的數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，作為上述實(shí)施例的優(yōu)選，所述裝置還可以包括調(diào)零及吹洗裝置；

所述調(diào)零及吹洗裝置用于對所述壓差傳感器的初始測量數(shù)值進(jìn)行調(diào)零，和/或，分別對所述靜壓采樣孔和所述動(dòng)壓采樣孔進(jìn)行顆粒物吹洗。

可以理解的是，采用自動(dòng)清零的方法可以克服壓差傳感器的零點(diǎn)漂移的問題。舉例來說，本實(shí)施例的自動(dòng)清零的方法可以為：在傳感器的數(shù)據(jù)開始記錄前，每隔5分鐘控制調(diào)零及吹洗裝置自動(dòng)開啟，氣體同時(shí)接入總壓和靜壓，以使此時(shí)的壓差為零，壓差傳感器自動(dòng)標(biāo)零，在數(shù)據(jù)開始記錄時(shí)，即不再進(jìn)行自動(dòng)清零。

具體來說，上述調(diào)零及吹洗裝置包括反吹泵，以及所述反吹泵對應(yīng)的第一閥門和第二閥門；

所述反吹泵經(jīng)由所述第一閥門通向所述壓差傳感器；

所述反吹泵經(jīng)由所述第二閥門分別通向所述靜壓采樣孔和所述動(dòng)壓采樣孔。

具體來說，通過測量反吹泵和閥門的開關(guān)實(shí)現(xiàn)顆粒反吹。例如，當(dāng)反吹泵開啟時(shí)，通向壓差傳感器的閥門關(guān)閉，通向所述靜壓采樣孔和所述動(dòng)壓采樣孔方向的閥門開啟，以實(shí)現(xiàn)對采樣點(diǎn)的顆粒物反吹清洗的功能。

進(jìn)一步地，作為上述實(shí)施例的優(yōu)選，所述壓力采集單元包括低壓腔，以及位于所述低壓腔外部的壓力輸出裝置；

進(jìn)一步地，作為上述實(shí)施例的優(yōu)選，所述裝置還可以包括尾氣溫度采集單元，用于采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的溫度，以使所述數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所述溫度對確定的所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量進(jìn)行補(bǔ)償處理；

所述尾氣溫度采集單元與所述低壓腔相連。

具體來講，本實(shí)施例通過尾氣溫度采集單元(例如溫度傳感器)采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的溫度，以進(jìn)行氣體溫度、壓力、熱膨脹的補(bǔ)償校正。具體地，可通過測量的溫度及靜壓數(shù)據(jù)選擇上式(1)中的量綱常數(shù)c來對溫度和壓力產(chǎn)生的偏差進(jìn)行補(bǔ)償校正，提高尾氣流量測量的準(zhǔn)確度。

進(jìn)一步地，作為上述各個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選，所述壓力采集單元包括：

總壓采集器，用于通過總壓采樣孔采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的動(dòng)壓；

靜壓采集器，用于通過靜壓采樣孔采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的靜壓。

進(jìn)一步地，作為上述各個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選，所述總壓采集器包括皮托管；

所述皮托管上設(shè)有用于采集所述總壓的多個(gè)所述總壓采樣孔。

具體來說，所述皮托管可以設(shè)置于所述低壓腔內(nèi)部，且所述皮托管的一端通過所述壓力輸出裝置與所述多個(gè)壓差傳感器相連。

進(jìn)一步地，作為上述實(shí)施例的優(yōu)選，所述靜壓采集器的一端連于所述低壓腔。

可以理解的是，上述皮托管，又名“空速管”，“風(fēng)速管”，英文是Pitot tube，是測量氣流總壓和靜壓以確定氣流速度的一種管狀裝置。嚴(yán)格地說，皮托管僅測量氣流總壓，又名總壓管；同時(shí)測量總壓、靜壓的才稱風(fēng)速管，但習(xí)慣上多把風(fēng)速管稱作皮托管。

特別說明的是，本實(shí)施例的皮托管和壓力管線部分在測量過程中可處于保溫狀態(tài)，以避免在寒冷天氣條件下發(fā)生冷凝和冷凍，其中，壓力管線的作用是將采樣點(diǎn)的氣體壓力傳導(dǎo)到壓差傳感器。

進(jìn)一步地，作為上述各個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括微處理單元MCU，用于對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

下面以一具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明，但不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖2為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，該裝置包括按照氣流方向依次設(shè)置的壓力采集單元100、壓力管線200以及測量數(shù)據(jù)盒300，其中：

壓力采集單元100用于采集待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓；

其中壓力采集單元100包括皮托管110(參見圖3)

壓力采集單元100通過壓力傳輸管線200與測量數(shù)據(jù)盒300相連；

測量數(shù)據(jù)盒300中設(shè)置有4個(gè)不同測量范圍的壓差傳感器、反吹泵以及該反吹泵對應(yīng)的閥門(參見圖4)。

具體地，本實(shí)施例可采用伯努利公式來計(jì)算流體流速，采用皮托管的方法獲得動(dòng)壓和靜壓通過以下公式計(jì)算流體流速：

其中，P_T為總壓，P_S為靜壓，c為量綱常數(shù)，ρ為流體密度。

參見圖3所示的測量流量原理圖，動(dòng)壓部分開有5個(gè)孔(圖3中標(biāo)號5和6的位置)用于測量均壓(動(dòng)壓)，裝置的背部(圖3中標(biāo)號1的位置)設(shè)有用于測量靜壓的一個(gè)孔，進(jìn)而根據(jù)上述伯努利方程可以得到管道內(nèi)的流量。可知，壓差的均方根與流速成正比，可以根據(jù)測量到的壓差，從而可以計(jì)算出流速大小，并通過采用可更換橫截面大小的管道，可以計(jì)算出體積流量。

進(jìn)一步地，壓差的均方根與流速成正比，這同時(shí)也限值了流速的動(dòng)態(tài)測量范圍。因此本實(shí)施例采用了4個(gè)壓差傳感器，且每個(gè)傳感器均具有兩個(gè)量程(二級放大)，從而可以得到8個(gè)測量區(qū)間。其中，最小壓差范圍25Pa，最大壓差范圍16.5kPa。每個(gè)壓差傳感器的量程分別為25～1250Pa；1250～5000Pa；5000～11500Pa；11500～16500Pa，采用這4個(gè)壓差傳感器能夠覆蓋25～16500Pa的測量范圍，使測量的流量在100℃時(shí)范圍達(dá)到15.8-535kg/hr，在400℃時(shí)范圍達(dá)到23.9～402kg/hr，因此采用4個(gè)壓差傳感器，壓差傳感器及反吹顆粒系統(tǒng)均在數(shù)據(jù)測量及控制盒中。

需要說明的是，一般壓差傳感器測量出來的信號是電壓信號，通過AD模塊進(jìn)入MCU，采樣率一般要大于2f(尼奎斯)才滿足需求。在機(jī)動(dòng)車尾氣流量測量過程中，流速信號變化比較大(尤其是低轉(zhuǎn)速時(shí))，因此采樣率應(yīng)足夠大才可以看到變化過程，進(jìn)而更能反映出真實(shí)情況，因而本實(shí)施例采用了2500Hz的采樣率，數(shù)據(jù)輸出率最大為500Hz。

進(jìn)一步地，2500Hz的原始壓差數(shù)據(jù)，均方根可得到2500Hz流速數(shù)據(jù)，由該流速數(shù)據(jù)計(jì)算平均值即可得到所期望的數(shù)據(jù)。

圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的尾氣流量測量比對結(jié)果示意圖，如圖5所示，本發(fā)明測量的流量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)流量值線性相關(guān)性R²達(dá)到0.9999，說明測量結(jié)果能夠反映出真實(shí)的流量結(jié)果，達(dá)到相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置，還能夠快速捕捉到高速變化的機(jī)動(dòng)車尾氣流量信息，能夠?yàn)闇?zhǔn)確測量機(jī)動(dòng)車尾氣排放數(shù)據(jù)提供流量信息，整個(gè)裝置的量程范圍內(nèi)準(zhǔn)確度優(yōu)于±2.5％、線性優(yōu)于1％，多傳感器的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)儀器測量范圍涵蓋怠速至最高速度，并可實(shí)現(xiàn)氣體溫度、壓力、熱膨脹的補(bǔ)償校正，通過溫度(如圖3中標(biāo)號4的位置的溫度)及靜壓數(shù)據(jù)選擇公式(1)中的量綱常數(shù)，可對溫度和壓力產(chǎn)生的偏差進(jìn)行補(bǔ)償校正，進(jìn)而，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零及顆粒反吹清洗功能(顆粒反吹主要通過測量數(shù)據(jù)盒300中的反吹泵和閥門的開關(guān)實(shí)現(xiàn)。具體地，當(dāng)反吹泵開啟時(shí)，通向壓差傳感器的閥門關(guān)閉，通向圖3中1、5、6位置方向的閥門開啟，實(shí)現(xiàn)對采樣點(diǎn)的顆粒物反吹清洗的功能。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例的流量采樣管道可以采用不銹鋼材質(zhì)，實(shí)現(xiàn)車載測試及實(shí)驗(yàn)室測試。

在此基礎(chǔ)上，本實(shí)施例的裝置具有獨(dú)立的控制軟件，可單獨(dú)測量流量或者同其他的儀器(例如機(jī)動(dòng)車排放的氣態(tài)污染物及顆粒物分析儀)聯(lián)用。

作為上述實(shí)施例的優(yōu)選，皮托管和壓力管線部分處于保溫狀態(tài)，可以避免在寒冷天氣條件下發(fā)生冷凝和冷凍。其中，壓力管線的作用是將采樣點(diǎn)的氣體壓力傳導(dǎo)到壓差傳感器。

以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。