[摘 要]设计一款基于热式气体流量计的汽车尾气检测仪，用于对汽车尾气排量的检测和控制。监测器检测头采用桥式环路结构，检测部分主要由两热敏电阻完成。一个用于测量汽车尾气的温度，另一个维持高于汽車尾气的恒温度。通过检测恒电阻消耗的热量来确定尾气的排放速度，从而得到排放量。检测信号经过中体质量流量进行准确测量，仪器具有体积小、数字化程度高、安装简便、测量精准等优点。
　　[关键词]Pt10 Pt20 STC15F2K6052
　　中图分类号：U467.48 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0321-01
　　引言
　　系统拟采用Pt10和Pt200铂电阻一体式传感器作为检测器件，利用热传导原理测量流体流量。该仪表用恒温差法对气体质量流量进行准确测量，可安装于汽车尾气排气管内。抗干扰能力强，价格低点的优势，具有体积小、数字化程度高、安装简便、测量精准等优点。
　　一、关键技术
　　热式气体质量流量仪是利用热传导原理来测量流体流量。设计中将传感探头直接插入气体中，传感探头主要有两个铂电阻组成，一个测量汽车尾气的温度，称为测温电阻。另一个加热电阻，用于保持高于汽車尾气的恒温度，称为测速电阻。当气体流动时，会带走测速电阻上的热量，通过检测热损耗，就可以判定汽车尾气的速度，即排放量。
　　二、硬件设计
　　1.桥式电路设计
　　电路如上图所示，检测头采用桥式环路结构，测速铂电阻R11与R4组成电桥的一臂，测温电阻R10与R2、R5组成电桥的另一臂。测温电阻PT200是用于测量汽车尾气当前温度，为确保检测温度即为汽车尾气的温度，PT200流过电流必须很小，不能使其发热，故需要选择阻值较大电阻，阻值大则测量的热惯性也增大，仪表的响应速度减慢，故这里选择PT200，同时串联阻值较大的高精密度电阻R5来限流。
　　测速电阻R10必须流过较大的电流使其受热，在工作室要保证流过的电流高于PT200在15摄氏度。并保持温差恒定，故选择阻值小的铂电阻PT20。
　　2.反馈电路设计
　　LM317和OP117构成闭环式反馈电路，增强测速端的电流驱动能力。C2、C3R6、C5、C4均为滤波，增加系统稳定性，减少系统波动。D4为TVS管为减少瞬时脉冲对原件的损害。R12为采样电阻，为采样当前风速下铂电阻失去的热量。R7、R9为运放的平衡电阻。D1 为减少U1对U2的影响，减少U2输出电流。R8、R3、R1、U1为LM317的配置电路。D2、D3把LM317ADJ脚钳位在6.3V，防止LM317输出过高。D5、D6把V0的电压钳位在8.1V防止V0电压过高。
　　3.主控单元设计（图2）
　　检测信号通过放大器LMV822M放大通过P1.3/ADC3/MOSI送入单片机进行A/D转换和处理，最后显示和存储。设计中选用MB85RC64（FRAM，铁电随机存取存储器）作为存储芯片，用于存储热式气体质量流量计测量过程中的许多重要参数，比如累积流量值、实时流量值等，都需要做到一定时间间隔保存一次，并且掉电后不能丢失。与E2PROM相比，引脚兼容，但FRAM具有更快的写入、更高耐久力和更低功耗等优势。
　　三、总结
　　通过实验验证，热式流量计在检测车子转速3000转以内，检测的数据非常精确，可实时检测尾气排放量。该仪器可用于汽车检测中心对汽车尾气排放量的检测和监控。整个测量系统结构简单，无可动部件，抗震性能好，采用直插式检测法，检测数据精确，汽车的震动和高温压对测量不影响。检测仪还可以将检测的数据可动态保存，历史数据可查，可随时检测汽车尾气排放量的历史数据。
　　参考文献
　　[1] 罗晶，陈平；热式质量流量计测量电路设计.仪表技术与传感器[J].2007[10]，128-130.
　　[2] 唐明，赵志龙；热式气体流量计信号采集电路的设计与研究.测试技术学报[J].2014[2]，154-155.
　　[3] 何凡帆；热式质量流量计在AP1000中应用.中国高新技术企业[J].2014[15]，35-37.