非道路移動(dòng)機械透射式煙度計研究與實(shí)現

摘要：透射式煙度計因使用安全和高效，以及測量非道路移動(dòng)機械顆粒排放準確度高等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應用。但非道路移動(dòng)機械工作地點(diǎn)和環(huán)境特殊，因此，透光式煙度計的設計要求非?？量?。通過(guò)分析非道路移動(dòng)機械的工作機理，使用最優(yōu)化設計方法來(lái)研發(fā)透射式煙度計，從而使測量結果取得較好的精確度。

作者簡(jiǎn)介：劉松良（1978—），男，電子高級工程師，研究方向：電子技術(shù)。

0   引言

非道路移動(dòng)機械是社會(huì )主義現代化建設的重要裝備，廣泛應用在礦山開(kāi)采、路橋建設和城市建筑中，如瀝青攤鋪機械、挖掘機械、鏟土運輸機械、起重機械、叉車(chē)、壓實(shí)機械、路面施工與養護機械、混凝土機械、掘進(jìn)機械、樁工機械、高空作業(yè)機械、鑿巖機械等。近年來(lái)，隨著(zhù)我國城市化進(jìn)程加快，非道路移動(dòng)機械總量猛增，加上非道路移動(dòng)機械以柴油機為動(dòng)力、工況復雜且排放控制技術(shù)水平較差，尾氣排放比道路車(chē)輛高許多。非道路移動(dòng)機械排出的顆粒物大且含有多種有毒物質(zhì)，已成為大氣污染環(huán)境、危害人民身體健康的主要來(lái)源之一。2020 年，我國對新生產(chǎn)非道路移動(dòng)機械實(shí)施國四排放標準；有鑒于此，本文主要采用最優(yōu)化設計方法來(lái)研發(fā)透射式煙度計，用于非道路移動(dòng)機械顆粒排放的檢測，并以此來(lái)衡量非道路移動(dòng)機械的顆粒排放水平。透射式煙度計具有操作簡(jiǎn)便、響應速度快、適應性好、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

1   非道路移動(dòng)機械煙度檢測原理和方法

由于非道路移動(dòng)機械的特殊性，自由加速工況排氣煙度測試更適合非道路移動(dòng)機械的煙度測量。自由加速煙度測試要求在很短的時(shí)間內迅速使柴油機的噴油量達到最大（油門(mén)踏板1 s 踩到底），使柴油機急劇加速至最高額定轉速并保持最高轉速3 s，然后立即松開(kāi)油門(mén)踏板，使柴油機恢復至怠速狀態(tài)。在自由加速工況下，油量劇烈變化，系統控制進(jìn)排氣的響應時(shí)間最少，即工況最?lèi)毫?。所以?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/自由加速煙度">自由加速煙度測量的煙度值是非道路移動(dòng)機械在實(shí)際使用過(guò)程中排出的最大煙度。使用自由加速煙度測量的方法可有效評價(jià)非道路移動(dòng)機械的碳煙甚至顆粒污染物排放。

圖2 軟件控制結構圖

2    非道路移動(dòng)機械透射式煙度計設計

整個(gè)設備包括上位機和下位機。下位機主要是對機動(dòng)車(chē)排放的煙氣進(jìn)行連續測量，動(dòng)態(tài)反映排氣污染物的變化，并且把測量結果傳給顯示部分進(jìn)行人機交互。下位機設計主要分五大模塊：CPU 主從控制模塊、通信模塊、電池供電模塊、溫度測量控制模塊、煙氣透過(guò)率測量模塊。上位機設計主要是人機界面、測量數據串口輸出和打印等。根據非道路移動(dòng)機械的特殊工作機理，本文主要論述非道路移動(dòng)機械透射式煙度計的CPU 主從控制模塊、電池供電模塊、通信模塊的設計。

2.1 CPU主從控制模塊設計

如圖1 所示，主要解決上位機控制、下位機控制、上位機和下位機之間的通信等。

2.2 電池供電模塊設計

非道路移動(dòng)機械工作地點(diǎn)一般無(wú)法提供市電供電電源，所有必須有獨立電源設計。本文選取的電源模塊為：多個(gè)新型磷酸鐵鋰動(dòng)力電池串聯(lián)，單個(gè)電池電壓為3.0 V，串聯(lián)15 個(gè)電池后電源電壓為45 V，可以滿(mǎn)足整個(gè)儀器野外供電。

2.3 通信模塊設計

為保持測量數據的真實(shí)有效，測量數據必須實(shí)時(shí)發(fā)送給相關(guān)監控部門(mén)，所以通信采用無(wú)線(xiàn)WiFi 實(shí)時(shí)發(fā)送測量數據，安全可靠。

2.4 軟件設計采用最優(yōu)化設計方法

主要包括溫度測量控制模塊、煙氣透過(guò)率測量模塊、CPU 主從控制模塊、通信模塊、電池供電管理模塊等。

2.4.1 溫度測量控制模塊

主要功能是控制、測量氣室的溫度以及煙氣的溫度。儀器上電時(shí)溫度量控制模塊給氣室加熱，當氣室溫度達到75 ℃時(shí)，煙度計的風(fēng)扇開(kāi)始工作，同時(shí)氣室溫度保持在75 ℃。

2.4.2 煙氣透過(guò)率測量原理

控制電路給黃綠色LED 燈泡供電（10 Hz 方波），LED 發(fā)出光線(xiàn)經(jīng)過(guò)有煙氣的光通道后照射在光電池上，通過(guò)采集光電池上的電信號，測出煙氣透過(guò)率。

3   試驗結果對比分析

研究對象為徐工RP903S 型瀝青攤鋪機，試驗用的一臺RP903S 相關(guān)技術(shù)參數為：生產(chǎn)年份2019 年，額定功率164 kW，額定轉速(2 000 r/min)。

本文設計的透射式煙度計為：佛山翰創(chuàng )檢測儀器有限公司MKT601B 型。試驗對比煙度測量設備使用日本HORIBA 公司生產(chǎn)的MEXA-600S 型便攜式不透光煙度計和另一款國產(chǎn)NHT-6P 型不透光煙度計。測量結果見(jiàn)表1。

4   結束語(yǔ)

1）本試驗的目的是檢驗佛山翰創(chuàng )MKT601B 型非道路移動(dòng)機械透射式煙度計的設計性能，主要是測量精確度。通過(guò)與日本HORIBA 公司生產(chǎn)的MEXA-600S型便攜式不透光煙度計和另一款國產(chǎn)NHT-6P 型不透光煙度計在同樣測試環(huán)境和測試條件下的對比，佛山翰創(chuàng )MKT601B 型透射式煙度計不僅達到國家標準要求，而且性能比其他不透光煙度計好。

2）佛山翰創(chuàng )MKT601B 型非道路移動(dòng)機械透射式煙度計打破國外壟斷，擁有完全知識產(chǎn)權，在環(huán)境監測和環(huán)保方面具有一定的社會(huì )經(jīng)濟價(jià)值。

3）佛山翰創(chuàng )MKT601B 型非道路移動(dòng)機械透射式煙度計在電池續航能力上還有待提升，目前電池支持6 h 續航。

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年6月期）