大范圍精確比例稀釋器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種大范圍精確比例稀釋器,包括：以接收樣品氣的樣品氣入口；以控制流量并接收稀釋氣的稀釋氣入口；連接稀釋氣入口以控制稀釋氣從其通過的第一電磁閥；連接樣品氣入口和稀釋氣入口以控制樣品氣和稀釋氣從其通過的球閥；連接第一電磁閥出口和文丘里流量計或針孔流量計入口用以標定該稀釋器的質量流流量計系統(tǒng)；連接至稀釋氣入口和樣品氣入口，接收稀釋氣和樣品氣并以精確的測量混合氣流量的文丘里流量計或針孔流量計；連接文丘里流量計或針孔流量計并向測量儀器提供均勻混合并具有精確稀釋比例的混合氣流出口；和連接至文丘里流量計或針孔流量計的流量控制系統(tǒng)；以及通過標定該稀釋器并經(jīng)流量控制系統(tǒng)調節(jié)而提供大范圍的精確稀釋比例。
【專利說明】大范圍精確比例稀釋器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及對含有小顆粒的發(fā)動機廢氣或其他氣體的稀釋。
【背景技術】
[0002]發(fā)動機廢氣中通常含有大量的顆粒物。美國環(huán)境保護局對發(fā)動機廢氣可見物進行了如下定義:高溫發(fā)動機廢氣在測量前需要稀釋到低于52° C的溫度，然后用過濾紙過濾廢氣，被收集于濾紙上的物質為發(fā)動機排放的可見物。在此定義下，許多不同的稀釋系統(tǒng)被開發(fā)和應用。
[0003]全流稀釋系統(tǒng)是其中的一種，它用于稀釋全部汽車發(fā)動機廢氣。此類稀釋系統(tǒng)價格昂貴，體積龐大，并受限于發(fā)動機的最大廢氣排量，因此此類稀釋器的應用受到了限制。部分流稀釋系統(tǒng)是另一類得以廣泛應用的稀釋系統(tǒng)，它具有體積小，不受發(fā)動機最大廢氣排放量的限制，便于移動，價格相對便宜等特點，此類稀釋系統(tǒng)已逐漸被許多國家環(huán)保機構所接納用于發(fā)動機廢氣的排放物的測量和官方認證。大多數(shù)部分流稀釋系統(tǒng)能夠保證在小范圍內準確的稀釋比例，比如稀釋比例4到40的范圍以內。一旦稀釋比例超出以上范圍，精確的稀釋比例則無法得以保障。就其原因，為傳統(tǒng)部分流稀釋系統(tǒng)的工作原理所至。
[0004]為了從根本上降低顆粒物排放，必須對顆粒物特性、顆粒物大小、數(shù)量進行研究，這要求稀釋比例往往大大高于40:1。因此有必要開發(fā)和研究一種稀釋系統(tǒng)能夠提供大范圍的稀釋比例，并且精確度不受稀釋比例大小影響。在2011年9月，歐洲汽車顆粒物排放標準正式實施，該標準要求所有柴油機驅動的家用小汽車固體顆粒物排放需要被檢測并不能超標。在此標準的推動下，具有高精度、大范圍的稀釋比并無顆粒物損失的稀釋器將擁有廣大的市場。
[0005]中國發(fā)明專利CN101180527B公布了一種大范圍連續(xù)稀釋器，通過對補充氣的流量的改變引起樣品氣流速的響應性變化，從而允許在需要時連續(xù)調節(jié)并控制稀釋比。
[0006]本發(fā)明擬采用不增加補充氣，且不需要單獨的混合器等更簡明的方式達到大范圍稀釋的目的，同時，需要保證精確的稀釋比。
[0007]基于以上的原因，需要有一種大范圍精確比例稀釋器。
[0008]
【發(fā)明內容】

本發(fā)明的一個目的在于提供一種對含有小顆粒的發(fā)動機廢氣和其他氣體具有大范圍精確比例的稀釋器；
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種對大范圍精確比例稀釋器的標定方法。
[0009]本發(fā)明提供了一種用于稀釋發(fā)動機廢氣的稀釋裝置，該稀釋器能夠提供大范圍的精確的稀釋比例，并且在稀釋的同時，幾乎不會引起發(fā)動機廢氣顆粒物的任向損失，從而為發(fā)動機顆粒物的測量提供了精確的稀釋氣體。
[0010]本發(fā)明的稀釋器包括:
以接收樣品氣的樣品氣入口；
以控制流量并接收稀釋氣的稀釋氣入口； 連接稀釋氣入口以控制稀釋氣從其通過的第一電磁閥；
連接樣品氣入口和稀釋氣入口以控制樣品氣和稀釋氣從其通過的球閥；
連接第一電磁閥出口和文丘里流量計或針孔流量計入口用以標定該稀釋器的質量流流量計系統(tǒng)；
連接至稀釋氣入口和樣品氣入口，接收稀釋氣和樣品氣并以精確的測量混合氣流量的文丘里流量計或針孔流量計；該文丘里流量計或針孔流量計具有混合氣流出口 ；和
連接文丘里流量計或針孔流量計并向測量儀器提供均勻混合并具有精確稀釋比例混合氣流出口；
連接至文丘里流量計或針孔流量計以控制混合氣流量并連接至質量流流量計系統(tǒng)以調節(jié)樣品氣流量的流量控制系統(tǒng)；該流量控制系統(tǒng)具有連通大氣的混合氣流出口 ；
實際操作中，首先確定稀釋比例和稀釋氣體質量流量；進而計算樣品流流量，并根據(jù)該流量選定質量流流量計和電磁閥組合；進而關閉球閥，并打開第一電磁閥，控制稀釋氣體到設定值；進而通過流量控制系統(tǒng)使質量流流量計讀數(shù)達到所期望的樣品流流量；進而保存并控制文丘里流量計或針孔流量計讀數(shù)到當前值；在標定時，通過流經(jīng)文丘里流量計或針孔流量計的混合氣體流量與流經(jīng)質量流流量計系統(tǒng)的樣品氣流量和稀釋氣體流量之和的比值確定修訂系數(shù)，以及通過修訂系數(shù)獲得實時稀釋比例并將其與預設的稀釋比例誤差控制在安全的誤差范圍內；再進而打開球閥，關閉第一電磁閥和質量流流量計系統(tǒng)內所有電磁閥；以使該稀釋器被控制在精確的稀釋比例。
[0011]此外，在優(yōu)選的技術方案中，可以通過比例/積分/微分(PID)控制器驅動流量控制系統(tǒng)追蹤恒定的稀釋比。
[0012]在一個方面，可以通過在流量控制系統(tǒng)中設置由一組或一組以上的質量流流量計和電磁閥；每一組流量計和電磁閥僅負責一定范圍的流體測量和標定，從而確保了大范圍的精確流體測量。
[0013]在一個方面,所述文丘里流量計或針孔流量計由于氣體流過流量計時產(chǎn)生一定的壓差，用以均勻混合氣體，以替代在現(xiàn)有技術里稀釋器之中專門設置的混合器。
[0014]在另一個方面，可以通過稀釋氣體質量流控制器來控制稀釋氣體的流量。
[0015]可以理解的是，本發(fā)明設想利用在文丘里流量計或針孔流量計上游的旁路流，大部分樣品氣通過旁路流出口流出稀釋器。該旁路流的作用是增加進入稀釋器的樣品氣量，從而降低顆粒物在連接稀釋器和發(fā)動機排氣管之間的輸送管道內的停留時間，并最終達到降低顆粒物在輸送管道內的損失。
[0016]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的大范圍精確比例稀釋器結構圖；
圖2是本發(fā)明的大范圍精確比例稀釋器正常工作時流體在稀釋器內氣體流程圖；
圖3是本發(fā)明的大范圍精確比例稀釋器標定時氣體流程圖；
圖4是本發(fā)明標定時的大范圍精確比例稀釋器的結構圖；以及 圖5是本發(fā)明的大范圍精確比例稀釋器操作原理框圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合試驗例及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發(fā)明內容】
所實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。
[0018]圖1展示此發(fā)動機廢氣稀釋器的工作原理。該稀釋器在正常工作時，第一電磁閥101和質量流流量計系統(tǒng)中的電磁閥102、103均關閉，球閥104開啟到最大位置。此球閥104可以采用自動控制，也可以采取手動控制，一旦它全部開啟，它幾乎對流體不會產(chǎn)生任向阻力。汽車或發(fā)動機廢氣從稀釋器上的樣品氣入口 105進入，大部分樣品氣通過旁路流106的出口流出稀釋器。該旁路流106的作用是增加進入稀釋器的廢氣量，從而降低顆粒物在連接稀釋器和發(fā)動機排氣管之間的輸送管道內的停留時間，并最終達到降低顆粒物在輸送管道內的損失。另一部分樣品氣進入稀釋器后和稀釋氣混合，通過球閥進入文丘里流量計或針孔流量計107，混合氣體在該流量計中得以充分的混合和精確的測量。
[0019]用于稀釋發(fā)動機廢氣的稀釋氣是一種清潔的不含任何顆粒物的氣體，它可以是通過過濾的不含顆粒物的空氣或氮氣，也可以是其它氣體。它的流量由一個精確的質量流控制器108所控制。在整過正常的運行過程中，稀釋氣流量被控制在一個預先設定的恒定值。文丘里流量計或針孔流量計107則通過精確的測量氣體進入流量計時的絕對氣壓和溫度，并測量氣體流過流量計時的壓差，從而精確地計算氣體的質量流量。該類流量計在測量質量流的同時，不會引起氣體中顆粒物的損失，并且由于氣體流過流量計時產(chǎn)生的一定的壓差，這將有助于氣體和顆粒物的均勻混合。因此在本發(fā)明的稀釋器里，文丘里流量計或針孔流量計不僅起著測量流量的作用，而且它具有幫助氣體及顆粒物均勻混合的作用，從而此新發(fā)明的稀釋器不需要象傳統(tǒng)的稀釋器一樣安裝額外混合器幫助氣體混合。
[0020]混合氣流出文丘里流量計或針孔流量計之后，一部分通過連通測量儀器的出口進入測量儀器110，另一部分則進入一個流量控制系統(tǒng)111。該流量控制系統(tǒng)能夠把流經(jīng)文丘里流量計或針孔流量計的混合氣控制在一個恒定值。為了把混合氣氣流精確地控制在設定值，一個比例/積分/微分控制器112被用來控制流量控制裝置。當文丘里流量計或針孔流量計測量的流量低于所設定 值，比例/積分/微分控制器驅動流量控制裝置增加通過流經(jīng)文丘里流量計或針孔流量計的流量，從而使之達到設定值。反之，當文丘里流量計或針孔流量計測量的流量高于所設定值，比例/積分/微分控制器驅動流量控制裝置降低通過流經(jīng)文丘里流量計或針孔流量計的流量，從而使之達到設定值。最后，混合氣通過流量控制裝置排入大氣或專用的廢氣管道。圖2展示了在稀釋器正常工作時氣體在稀釋器內的流動方向。
[0021]該稀釋器不同于傳統(tǒng)稀釋裝置的最大特點是它能提供大范圍的精確稀釋比例，稀釋比例可以定義為:流過文丘里流量計或針孔流量計的混合氣體質量流與流過球閥的廢氣質量流的比例。該定義可由等式I來表示:
【權利要求】
1.一種用于稀釋含有小顆粒的氣體以及對氣體進行測量的大范圍精確比例稀釋器，其特征在于，該稀釋器包括: 以接收樣品氣的樣品氣入口； 以控制流量并接收稀釋氣的稀釋氣入口； 連接稀釋氣入口以控制稀釋氣從其通過的第一電磁閥； 連接樣品氣入口和稀釋氣入口以控制樣品氣和稀釋氣從其通過的球閥； 連接第一電磁閥出口和文丘里流量計或針孔流量計入口用以標定該稀釋器的質量流流量計系統(tǒng)； 連接至稀釋氣入口和樣品氣入口，接收稀釋氣和樣品氣并以精確的測量混合氣流量的文丘里流量計或針孔流量計；該文丘里流量計或針孔流量計具有混合氣流出口 ；和 連接文丘里流量計或針孔流量計并向測量儀器提供均勻混合并具有精確稀釋比例混合氣流出口； 連接至文丘里流量計或針孔流量計以控制混合氣流量并連接至質量流流量計系統(tǒng)以調節(jié)樣品氣流量的流量控制系統(tǒng)；該流量控制系統(tǒng)具有連通大氣的混合氣流出口 ；以及 通過標定該稀釋器并經(jīng)流量控制系統(tǒng)調節(jié)從而提供大范圍的精確稀釋比例。
2.如權利要求1所述的稀釋器，其特征在于，所述稀釋氣入口進一步連接稀釋氣體質量流控制器，所述稀釋氣流量由稀釋氣體質量流量控制器控制。
3.如權利要求1所述的稀釋器，其特征在于，所述質量流流量計系統(tǒng)由一組或一組以上質量流流量計和電磁閥 組成。
4.如權利要求1所述的稀釋器，其特征在于，所述流量控制系統(tǒng)通過比例/積分/微分控制器驅動以控制混合氣的氣流。
5.如權利要求1所述的稀釋器，其特征在于，該稀釋氣進一步包括:在文丘里流量計或針孔流量計上游的旁路流，用以減少樣品氣在輸送管道中的停留時間。
6.如權利要求1所述的稀釋器，其特征在于，所述文丘里流量計或針孔流量計由于氣體流過流量計時產(chǎn)生一定的壓差，用以均勻混合氣體。
7.如權利要求3所述的稀釋器，其特征在于，所述電磁閥為常開電磁閥，以確保足夠的氣流流入測量儀器使其在預熱過程中不受損壞。
8.如權利要求1所述的稀釋器，其特征在于，所述流量控制系統(tǒng)設置為調節(jié)并追蹤恒定的稀釋比。
9.一種大范圍精確比例稀釋器的流量標定方法，其特征在于，包括如下步驟:A、在質量流流量計系統(tǒng)中設置一組或一組以上流量計和電磁閥，每一組流量計和電磁閥負責一定范圍的流體測量和標定、計算樣品流流量，并根據(jù)該流量選定質量流流量計和電磁閥組合；C、待流經(jīng)文丘里流量計或針孔流量計的混合氣體流量、流經(jīng)球閥的樣品氣流量和稀釋氣體流量穩(wěn)定；從而確保了大范圍的精確流體測量。
10.一種使用如權利要求1所述的稀釋器的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:A、確定稀釋比例和稀釋氣體質量流量；B、計算樣品流流量，并 根據(jù)該流量選定質量流流量計和電磁閥組合；C、關閉球閥，并打開第一電磁閥，控制稀釋氣體到設定值；D、通過流量控制系統(tǒng)使質量流流量計讀數(shù)達到所期望的樣品流流量；E、保存并控制文丘里流量計或針孔流量計讀數(shù)到當前值；F、在標定時，通過流經(jīng)文丘里流量計或針孔流量計的混合氣體流量與流經(jīng)質量流流量計系統(tǒng)的樣品氣流量和稀釋氣體流量之和的比值確定修訂系數(shù)，以及通過修訂系數(shù)獲得實時稀釋比例并將其與預設的稀釋比例誤差控制在安全的誤差范圍內；G、打開球閥，關閉第一電磁閥和質量流流量計系統(tǒng)內所有電磁閥；以使該稀釋器被控制在`精確的稀釋比例。
【文檔編號】G01N1/38GK103868781SQ201210543645
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月14日 優(yōu)先權日:2012年12月14日
【發(fā)明者】魏強 申請人:成都泰來騰達科技有限公司