專利名稱：全流式消光煙度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測量儀，更確切地說是涉及一種用于測量柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣煙度的儀器。
測量柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣煙度通常采用消光法或稱透光法，即一種測量不能透過煙縷的光通量的方法，以消光度作為煙度單位，表示光源在射向受光元件過程中被煙氣阻擋的光線量，用百分率％表示，當(dāng)煙氣阻擋全部光線時(shí)消光度為100％，當(dāng)光線透過潔凈空氣時(shí)消光度為0％。
目前國內(nèi)普遍采用濾紙式煙度計(jì)來測量柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣煙度，即先從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管中取出一定體積的煙氣，將其噴到濾紙上，再將濾紙放置在光電測量裝置中，根據(jù)光通量確定煙氣大小。該濾紙式煙度計(jì)存在的問題是只能檢測到炭煙，不能檢測到煙氣中的水蒸汽或液滴；由于采用分流式測量，人為制定時(shí)間取樣，取樣的時(shí)間、頻率完全由人工控制，因此測量數(shù)據(jù)不連續(xù)，也不能反映發(fā)動(dòng)機(jī)的連續(xù)工作狀況；操作人員長期工作在煙氣、噪音、油氣味的環(huán)境中，既不衛(wèi)生也有礙健康。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種全流式消光煙度計(jì)，測量發(fā)動(dòng)機(jī)排放的全部氣流且直接在排氣管中進(jìn)行取樣測量，從而使測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、快速，可不間斷地測量發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)工況下的排煙情況。
本實(shí)用新型的全流式消光煙度計(jì)遵循比耳一蘭勃特(Beer-Lambert)定律設(shè)計(jì)，N＝100×(1-eKL)，N為消光度，L為煙管有效直徑，K為吸收系數(shù)。
本實(shí)用新型的全流式消光煙度計(jì)，由傳感器和二次儀表連接構(gòu)成，所述的二次儀表包括含有發(fā)光源的光發(fā)射電路，順序連接的光接收放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)電路，和與單片機(jī)電路連接的顯示電路、存貯器電路、擴(kuò)展接口電路及鍵盤電路，其特征在于所述的傳感器是傳感器架，包括環(huán)置在煙管上且與煙管的徑向通孔貫通的傳感器固定裝置，分置于煙管兩側(cè)的兩測量接頭，測量接頭的中心管孔與傳感器固定裝置連結(jié)、貫通，設(shè)置于測量接頭管孔內(nèi)的鏡片和設(shè)置于測量接頭管孔內(nèi)且分別位于一鏡片外側(cè)的光發(fā)射裝置及光探測裝置；所述二次儀表的光接收放大電路由結(jié)構(gòu)完全相同的兩套電路分別組成主信號(hào)電路及參考信號(hào)電路，所述的主信號(hào)電路或參考信號(hào)電路由光探測器和放大電路連接構(gòu)成；所述光發(fā)射電路的發(fā)光源設(shè)置在所述傳感器架的光發(fā)射裝置內(nèi)，所述主信號(hào)電路中的光探測器設(shè)置在所述傳感器架的光探測裝置內(nèi)，所述參考信號(hào)電路中的光探測器設(shè)置于傳感器架的光發(fā)射裝置內(nèi)。
所述測量接頭的管壁內(nèi)設(shè)有由環(huán)狀通道構(gòu)成的環(huán)形氣套，測量接頭管壁上開設(shè)有潔凈空氣進(jìn)口與環(huán)形氣套貫通，環(huán)形氣套上開設(shè)有一個(gè)以上的潔凈空氣出口與測量接頭的管孔貫通。
所述測量接頭的管壁內(nèi)設(shè)有由環(huán)狀槽構(gòu)成的環(huán)形水套，測量接頭管壁上開設(shè)有冷卻水進(jìn)口及冷卻水出口，分別與環(huán)形水套貫通。
所述主信號(hào)電路或參考信號(hào)電路的放大電路由前置放大器、第一放大器、第二放大器、采樣/保持電路及濾波器順序連接構(gòu)成；所述的二次儀表還包括有同步脈沖電路，連接于光發(fā)射電路與所述采樣/保持電路之間。
所述光發(fā)射電路的發(fā)光源有兩個(gè)，背靠背設(shè)置，分別對準(zhǔn)于所述主信號(hào)電路中的光探測器和參考信號(hào)電路中的光探測器。
所述的二次儀表還包括有光發(fā)射控制電路，由光電耦合電路構(gòu)成，設(shè)置于所述單片機(jī)電路一輸出端與所述光發(fā)射電路的發(fā)射控制端間。
所述的測量接頭上還設(shè)置有散熱片。
本全流式消光煙度計(jì)集光電技術(shù)、電子模擬技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，大大提高了整機(jī)的智能化程度，由傳感器架實(shí)現(xiàn)煙管中測試光信號(hào)的發(fā)與收，當(dāng)煙管中有煙流時(shí)，光探測器將所接收到的連續(xù)的隨煙度變化的動(dòng)態(tài)光信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)變化的電信號(hào)，由二次儀表對接收的電信號(hào)進(jìn)行分析、處理、計(jì)算，顯示消光度N及吸收系數(shù)K等。
由環(huán)形氣套及潔凈空氣進(jìn)、出口構(gòu)成的空氣清掃結(jié)構(gòu)，在通入潔凈空氣后于鏡片前形成了一個(gè)氣簾，可有效地阻擋從煙管中傳來的煙塵，使鏡片保持清潔，確保測量精度。所設(shè)置的與主信號(hào)電路結(jié)構(gòu)相同的參考信號(hào)電路可有效解決溫度漂移對測試帶來的影響。
下面結(jié)合實(shí)施例附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)

圖1.傳感器架結(jié)構(gòu)示意圖圖2.圖1中測量接頭的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖圖3.二次儀表原理框圖圖4.圖3中光發(fā)射電路、光接收放大電路的實(shí)施電路圖圖5.圖3中前置放大電路的實(shí)施電路圖圖6.圖3中A/D、D/A變換電路的實(shí)施電路圖圖7.圖3中單片機(jī)電路及其外圍電路的實(shí)施電路圖參見圖1、圖2，傳感器架環(huán)置在煙管101上，主要包括傳感器固定裝置102和與傳感器固定裝置螺接且分設(shè)于煙管101兩側(cè)的測量接頭103、103′。
煙管101上設(shè)有徑向通孔1011，傳感器固定裝置102為環(huán)形體，套置并固定在通孔1011外的煙管101上，傳感器固定裝置102上也設(shè)有徑向通孔1021；該通孔1021與煙管101的通孔1011對正。測量接頭103、103′為縱截面呈T型的中空管狀體，一端通過螺紋1038(見圖2)與傳感器固定裝置102的通孔內(nèi)螺紋螺接固定，保持彈性接觸，使測量接頭103、103′的管孔1039、1039′與傳感器固定裝置102的徑向通孔1021、煙管的徑向通孔1011及煙管101貫通。
測量接頭103或103′的大頭部管壁中設(shè)有圍繞管孔1039、1039′的環(huán)形水套1034、1034′及環(huán)形氣套1031、1031′，開設(shè)在管壁上的冷卻水進(jìn)口1036、1036′及冷卻水出口1035、1035′分別與環(huán)形水套1034、1034′貫通，與水泵連結(jié)后用于水冷傳感器架。開設(shè)在管壁上的潔凈空氣進(jìn)口1032、1032′與環(huán)形氣套1031、1031′貫通，開設(shè)在環(huán)形氣套1031上的多個(gè)潔凈空氣出口1033、1033′與測量接頭103、103′的管孔1039、1039′貫通。當(dāng)由氣泵、空氣過濾器、油水分離器送出的潔凈空氣從潔凈空氣進(jìn)口1032、1032′送入時(shí)，經(jīng)環(huán)形氣套1031、1031′從多個(gè)潔凈空氣出口1033、1033′噴出，于管孔1039、1039′內(nèi)形成氣簾并進(jìn)入煙管101中，如圖1中虛線箭頭所示，圖1中實(shí)線箭頭表示煙流。圖2中冷卻水進(jìn)、出口1035、1036與潔凈空氣進(jìn)口1032成垂直設(shè)置。
測量接頭103、103′的管孔1039、1039′內(nèi)，于氣簾后設(shè)置透鏡片104、104′，于透鏡片104、104′后分別設(shè)置光發(fā)射裝置105及光探測裝置106，透鏡片及發(fā)射、探測裝置均螺接固定在管孔內(nèi)(見圖2)。
光發(fā)射裝置105內(nèi)裝設(shè)有固體發(fā)光源，通過前端的透鏡片104發(fā)出一束平行調(diào)制光，穿過煙縷的光被光探測裝置106中的光敏元件接收，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、放大等，由二次儀表作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。
為了確保光探測器能及時(shí)地將連續(xù)不斷的動(dòng)態(tài)信號(hào)傳送給二次儀表，在測量接頭上設(shè)置了環(huán)狀空氣通道，氣泵的空氣經(jīng)過濾和油水分離后變成潔凈空氣引入環(huán)狀通道，通過分布在環(huán)狀通道上的潔凈空氣出口噴射入管孔中，從而在鏡片前形成氣簾，清掃鏡片，有效地阻擋從煙管傳來的煙塵，避免因鏡片污染而影響測量。
冷卻水從冷卻水進(jìn)口1036進(jìn)入環(huán)形水套1034，繞經(jīng)環(huán)形水套后從冷卻水出口1035流出，防止產(chǎn)生過熱的水蒸汽，該水冷系統(tǒng)及測量接頭103、103′外的散熱片1037，保證了傳感器的正常工作。
參見圖3、圖中301為光發(fā)射電路。302為主信號(hào)電路，包括光接收器3021、前置放大器3022、第一放大器3023、第二放大器3024、采樣/保持電路3025和濾波器3026。參考信號(hào)電路303具有與主信號(hào)電路相同的電路結(jié)構(gòu)。304為A/D模數(shù)變換器，305為擴(kuò)展接口電路，306為單片機(jī)電路，307為只讀存貯器ROM，308為隨機(jī)存貯器RAM，309為擴(kuò)展接口電路，供與打印機(jī)或記錄儀連接，打印測量數(shù)據(jù)。310為D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于輸出模擬量。311為鍵盤輸入/數(shù)字顯示輸出電路，312為顯示驅(qū)動(dòng)電路，313為數(shù)碼顯示器，314為鍵盤輸入。315為光發(fā)射控制電路，在單片機(jī)電路306的控制下進(jìn)行光發(fā)射，316為同步脈沖發(fā)生電路，向采樣/保持電路3025提供同步脈沖。
二次儀表放大光接收器接收的信號(hào)，經(jīng)解調(diào)、濾波、運(yùn)算后送顯示器，顯示消光度N及吸收系數(shù)K等。
參見圖4，時(shí)基片IC14(NE556)、光電耦合器IC1(4N25)、晶體三極管V17、發(fā)光二極管L7(通過接插件X23與圖5中發(fā)光二極管L7連接)及其外圍元件連接構(gòu)成光發(fā)射電路301，其中IC14連接構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生一定頻率的脈沖波，該脈沖信號(hào)經(jīng)IC1光電隔離、三極管V17增流后驅(qū)動(dòng)二極管L7發(fā)光。選用無燈絲的固體光源，不存在震動(dòng)及燈絲老化問題，且開關(guān)頻率高便于進(jìn)行脈沖調(diào)制。
晶體三極管V19、光電耦合器IC16連接構(gòu)成光發(fā)射控制電路315，使光發(fā)射電路的工作受單片機(jī)電路程序的控制，指令信號(hào)經(jīng)接插件X20送V19放大，再經(jīng)IC16光電隔離后送IC14的控制端，控制時(shí)基片振蕩器的脈沖輸出，從而起到控制發(fā)光二極管的開關(guān)作用。
時(shí)基片IC15(NE556)、光電隔離器IC2(4N25)、運(yùn)放器IC3及其外圍元件連接構(gòu)成同步脈沖發(fā)生電路316，將IC14輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)一步增強(qiáng)后，再經(jīng)IC2光電隔離、IC3解調(diào)后產(chǎn)生后續(xù)計(jì)算機(jī)采樣/保持器(主信號(hào)電路中的IC7及參考信號(hào)電路中的IC10)的同步脈沖。
圖中0X6-1、0X6-2端外接電源，接插件X18外接電源，接插件X23外接電源及設(shè)置在傳感器架光發(fā)射裝置中的發(fā)光源。
運(yùn)放器IC5(0P07)、IC6(0P07)及其外圍元件分別連接構(gòu)成第一、第二放大器3023、3024，運(yùn)放器IC7(LF398M)及其外圍元件連接構(gòu)成采樣/保持電路3025，運(yùn)放器IC4(0P07)及其外圍元件連接構(gòu)成濾波器3026，它們順序連接構(gòu)成了主信號(hào)電路302，將測量信號(hào)轉(zhuǎn)換為利于計(jì)算機(jī)接受的模擬信號(hào)，同時(shí)在IC3的控制下與發(fā)光頻率保持同步。
運(yùn)放器IC12、IC11、IC10、IC13等連接構(gòu)成參考信號(hào)電路303，具有與主信號(hào)電路302相同的電路結(jié)構(gòu)及作用。
結(jié)合參見圖5，為主信號(hào)電路的前置放大電路3022的實(shí)施電路，設(shè)置在傳感器架內(nèi)，由運(yùn)放器13及其外圍元件連接構(gòu)成。V21為設(shè)置在傳感器架光探測裝置中的光敏二極管，將由L7發(fā)射過來并通過煙流的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后再放大，經(jīng)接插件X4送主信號(hào)電路的第一放大器IC5。參考信號(hào)電路的前置放大電路亦采用同于圖5的電路結(jié)構(gòu)，只是其光敏二極管設(shè)置在傳感器架光發(fā)射裝置內(nèi)，接收的光信號(hào)不隨煙管中煙流變化。
參考信號(hào)電路是專為消除本煙度計(jì)的溫度漂移而設(shè)置的輔助電路，由于傳感器所處的環(huán)境溫度變化范圍太大，僅依靠補(bǔ)償電路還不足以有效抑制信號(hào)隨溫度的漂移，故在二次儀表的放大電路網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置一套與傳感器信號(hào)聯(lián)立消除溫度飄移的參考電路，由于參考電路完全模擬了主信號(hào)電路的工作過程，所選器件參數(shù)也盡可能一一對應(yīng)，參考信號(hào)電路的發(fā)光源、光電接收及前置放大器均與主接收信號(hào)同處一個(gè)工作環(huán)境中，當(dāng)外界環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，兩路的溫漂是相同的，因此在將它們的差值送入單片機(jī)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化時(shí)就能有效地抑制溫漂。
接插件X17用于接入兩前置放大器的輸出信號(hào)。接插件X21連接外部電位器，用于調(diào)節(jié)主信號(hào)電路輸出電壓，接插件X22用于輸出兩路模擬信號(hào)，送圖6的A/D變換器進(jìn)行模數(shù)變換。
參見圖6，接插件X1接入主信號(hào)電路及參考信號(hào)電路的模擬輸出信號(hào)，分別經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器IC3、IC4(MC14433，圖3中304)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送擴(kuò)展接口電路IC1(8255，圖3中305)，再經(jīng)總線PE送圖7的單片機(jī)電路部分。圖中集成片IC8、IC9用于電平變換。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器IC2(DAC1210)、電流電壓變換器IC5、放大器IC6、IC7連接構(gòu)成數(shù)模轉(zhuǎn)換電路310，將單片機(jī)電路輸出的數(shù)字測量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出，用戶可通過接插件X2取用。
參見圖7，單片機(jī)11(8031)及低位地址鎖存器15(74LS373)連接構(gòu)成單片機(jī)電路306。12(2764)為ROM存貯器307，13(6264)為RAM存貯器308，14(8155)為擴(kuò)展接口電路309，用戶可通過接插件X10、X11連接打印機(jī)，打印測量數(shù)據(jù)。
集成片(311)17(8279)用于鍵盤輸入及數(shù)字顯示輸出，該集成片既可接收鍵盤輸入，在工作的任意狀態(tài)下通過鍵盤輸入改變工作狀態(tài)，也可在需要數(shù)字顯示時(shí)，將數(shù)據(jù)信號(hào)送顯示驅(qū)動(dòng)電路。接插件X15接鍵盤，接插件X14接復(fù)位鍵。18(74LS154)、19(74LS244)及110-115(74LS04、75492)連接構(gòu)成顯示驅(qū)動(dòng)電路312，由接插件X12、X13、X16連接數(shù)碼顯示器。圖中接插件X3與圖6總線PE連接，16(74LS138)用于產(chǎn)生片選信號(hào)。
單片機(jī)電路在主程序控制下完成本煙度計(jì)各個(gè)工況狀態(tài)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對接收放大電路送出的測量信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、修正、誤差及完成數(shù)字顯示及其他監(jiān)控功能。
本實(shí)用新型的全流式消光煙度計(jì)，測量發(fā)動(dòng)機(jī)排放的全部煙流，而且直接在排氣管中進(jìn)行取樣、測量，可以不間斷地測量發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)工況下的排煙情況，利用自身的傳感器將測量信號(hào)傳輸給二次儀表進(jìn)行分析計(jì)算，從而確定出排煙的大小，且可直接讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)還可將測試數(shù)據(jù)分別模擬、數(shù)字打印輸出，其測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、快速，操作方便是現(xiàn)有濾紙式煙度計(jì)無法比擬的。
權(quán)利要求1.一種全流式消光煙度計(jì)，由傳感器和二次儀表連接構(gòu)成，所述的二次儀表包括含有發(fā)光源的光發(fā)射電路，順序連接的光接收放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)電路，和與單片機(jī)電路連接的顯示電路、存貯器電路、擴(kuò)展接口電路及鍵盤電路，其特征在于所述的傳感器是傳感器架，包括環(huán)置在煙管上且與煙管的徑向通孔貫通的傳感器固定裝置，分置于煙管兩側(cè)的兩測量接頭，測量接頭的中心管孔與傳感器固定裝置連結(jié)、貫通，設(shè)置于測量接頭管孔內(nèi)的鏡片和設(shè)置于測量接頭管孔內(nèi)且分別位于一鏡片外側(cè)的光發(fā)射裝置及光探測裝置；所述二次儀表的光接收放大電路由結(jié)構(gòu)完全相同的兩套電路分別組成主信號(hào)電路及參考信號(hào)電路，所述的主信號(hào)電路或參考信號(hào)電路由光探測器和放大電路連接構(gòu)成；所述光發(fā)射電路的發(fā)光源設(shè)置在所述傳感器架的光發(fā)射裝置內(nèi)，所述主信號(hào)電路中的光探測器設(shè)置在所述傳感器架的光探測裝置內(nèi)，所述參考信號(hào)電路中的光探測器設(shè)置于傳感器架的光發(fā)射裝置內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全流式消光煙度計(jì)，其特征在于所述測量接頭的管壁內(nèi)設(shè)有由環(huán)狀通道構(gòu)成的環(huán)形氣套，測量接頭管壁上開設(shè)有潔凈空氣進(jìn)口與環(huán)形氣套貫通，環(huán)形氣套上開設(shè)有一個(gè)以上的潔凈空氣出口與測量接頭的管孔貫通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全流式消光煙度計(jì)，其特征在于所述測量接頭的管壁內(nèi)設(shè)有由環(huán)狀槽構(gòu)成的環(huán)形水套，測量接頭管壁上開設(shè)有冷卻水進(jìn)口及冷卻水出口，分別與環(huán)形水套貫通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全流式消光煙度計(jì)，其特征在于所述主信號(hào)電路或參考信號(hào)電路的放大電路由前置放大器、第一放大器、第二放大器、采樣/保持電路及濾波器順序連接構(gòu)成；所述的二次儀表還包括有同步脈沖電路，連接于光發(fā)射電路與所述采樣/保持電路之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全流式消光煙度計(jì)，其特征在于所述光發(fā)射電路的發(fā)光源有兩個(gè)，背靠背設(shè)置，分別對準(zhǔn)于所述主信號(hào)電路中的光探測器和參考信號(hào)電路中的光探測器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全流式消光煙度計(jì)，其特征在于所述的二次儀表還包括有光發(fā)射控制電路，由光電耦合電路構(gòu)成，設(shè)置于所述單片機(jī)電路一輸出端與所述光發(fā)射電路的發(fā)射控制端間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的全流式消光煙度計(jì)，其特征在于所述的測量接頭上還設(shè)置有散熱片。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于測量柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣煙度的儀器,由傳感器和二次儀表連接構(gòu)成。傳感器是設(shè)置在煙管上的傳感器架,由固定裝置及兩側(cè)的測量接頭組成。測量接頭的管孔與煙管貫通,管孔內(nèi)設(shè)有鏡片及光發(fā)射、探測裝置,穿過煙流的發(fā)射光被探測器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),形成連續(xù)式測試。再由二次儀表作放大分析計(jì)算,最終顯示消光度等。測量接頭內(nèi)設(shè)置環(huán)形氣套、環(huán)形水套等,和設(shè)置兩套光發(fā)射、接收、放大器等,可確保測試精度。
文檔編號(hào)G01N21/59GK2280290SQ9624128
公開日1998年4月29日 申請日期1996年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月13日
發(fā)明者沈泓, 周秋生 申請人:北京醫(yī)用天平廠