作者 刘松良 广州数控设备有限公司(广东 广州 510165)
刘松良(1978-)，男，硕士，工程师，研讨方向：嵌入式。
摘要：滤纸式烟度计广泛应用于柴油车的年检、路检;它选用光电法确认清洁滤纸染黑的程度，然后丈量柴油车的烟度排放值。经过很多的试验数据剖析光电二极管、发光二极管、热敏电阻三者之间的线性相关函数，研宣布用于滤纸式烟度计的新式线性光电检测头;与传统硒光电池和白炽灯泡作为光电检测头比较，新式光电检测头更经济、更便利、更安稳。
0 导言
滤纸式烟度计中心元器件硒光电池价格昂贵，其次，硒光电池易受光、热、湿润和各种有害气体的危害，运用越久，越简略变老，灵敏度下降，以至于在紫色光中发生电流太小，无法作业，在无色的溶液中也无法将光密度调至零点，此刻有必要更新硒光电池。所以国内需有一种新技能替代传统的硒光电池。
光电二极管在发光二极管LED的光线照射下，所发生的电流如果在外电路上接上负载，负载上就取得了电压信号，而且这个电压信号跟着光的改变而相应改变，这就能够把光信号转换成电压信号，然后把光电二极管和LED做成整套光电检测设备。
光电二极管和LED的灵敏度与温度有负相关性，热敏电阻与温度也有负相关性。当温度上升且LED的供电电压不变时，热敏电阻阻值变小，LED输出光强增强。
依据以上要素，滤纸式烟度计新式检测头选用的计划为：光电二极管检测LED的光信号并转换成电信号，一起由热敏电阻补偿整个电信号受温度影响发生的电压漂移。
1 新式检测头原理和结构
如图1所示为新式检测头结构图，LED为绿色发光二极管，替代白炽灯;用光电二极管替代硒光电池;温度补偿用热敏电阻;结构上，光电二极管置于正中心，周边放3个LED，他们之间的间隔为2 mm;光电二极管、LED和热敏电阻悉数放置在滤纸式烟度计探头内。
如图2所示为新式检测头电路原理图。LED的功率在50 mW以内，功率与照度成正比，而且联系为3.95 Lx/mW;榜首级电流/电压变换器十分要害，选用运算放大器TL072，这样电压的输出起伏尽可能大，而失调电流的漂移和偏置电流都很小。
2 温度对新式检测头的影响
2.1 温度与检测头输出电压联系
滤纸式烟度计在运用的过程中，因为抽取的烟气温度很高，所以烟度计检测头的温度会逐步上升;而检测头输出电压受温度影响很大，如图3所示。
如图3，将检测器的温度补偿规模定为10～60 ℃，线性拟合方程 Y=c0+c1*X，式中：Y为输出电压，X为温度改变值;依据丈量数据能够得出：跟着温度改变，c0的改变不大，主要是灵敏度c1的改变。得出检测器的灵敏度c1与温度的系数如下：
(1)
2.2 温度补偿的办法
2.2.1 热敏电阻补偿
跟着烟度计检测头的温度上升，还需求坚持烟度卡值与检测头输出电压线性相关性，需求添加适宜的热敏电阻。
最简略的补偿办法是将图1中的R3用一个具有与检测头相同温度系数的NTC热敏电阻替代，则能够处理滤纸式烟度计温度漂移的问题。NTC热敏电阻温度系数算法如下：
(2)
β=3940的NTC热敏电阻温度系数(25℃时)按上式算，约为-3.8%。所以只选用一个NTC热敏电阻无法得到较好的温度补偿效果。
当没有适宜的热敏电阻时，可选用热敏电阻的组合办法：(1)两个相同温度系数的热敏电阻并联或串联;(2)热敏电阻与一般电阻的串联;(3)热敏电阻与一般电阻的并联。本文选用后两种办法组合，如图4所示。
2.2.2 滤纸式烟度计温度补偿办法
选用NTC热敏电阻替代图2中的R3后，因为LED光源功率的温度系数与NTC热敏电阻温度系数相反，所以热敏电阻正好起到温度补偿效果。从检测头的温度试验取得其灵敏度的温度系数α为-0.43%/℃，要补偿温度对检测器灵敏度的影响，能够用-0.43%/℃，200 Ω的热敏电阻替代图1中的R3。
因为没有适宜的NTC热敏电阻，依据热敏电阻组合办法，规划上用NTC电阻与热敏电阻并联的办法处理;一起为了到达LED功率与照度成正比，而且联系为3.95 Lx/mW，再串联一个一般的NTC电阻，如图4所示。
2.2.3 软件补偿的办法
因为检测头在高烟度值(8.5~10 Rb)和低烟度值(0~0.5 Rb)丈量时存在不同的温度漂移系数(为-0.43%/℃±10%)，此刻，能够选用热敏电阻丈量检测头检测室内的温度，然后经过软件的算法进行温度补偿。温度补偿的软件算法为：
(3)
即：
是一个有量纲的数;调校仪器时，有必要记载其时的环境温度T0，T0用摄氏温度标明。
2.3 温度补偿的成果
FQ仪器用的MF11-1 kΩ±10%(β=3900)热敏电阻并联220 Ω电阻，再与51 Ω的电阻串联，依据热敏电阻温度系数的算法得出温度补偿系数ξ为-0.44%/℃，能够抵消光电二极管和LED受温度影响的温度系数α(-0.43%/℃)，补偿后的检测头灵敏度根本不受温度改变的影响。一起选用软件补偿办法补偿低烟度值和高烟度值的非线性差错。
试验标明，选用上述光敏电阻硬件补偿和软件补偿后，检测头输出电压不受温度改变，并坚持很好的线性相关性，到达规划要求。
3 整机试验
如图5，烟度卡0值是指一层滤纸加聚四氟乙烯;光电二极管有两种：类型为MBC-3127CF(2K)的输出与烟度卡值的联系为根本线性联系，类型PG-3127CF(3B)差些，终究选用类型为MBC-3127CF(2K)的光电二极管。
经过试验验证：在恒温条件下，光电二极管输出电压与发光二极管照度之间成线性联系;新式检测头的电压输出(V)与烟度卡值(Rb)为线性联系。
4 定论
整机联调试验标明，烟度计丈量差错确保在±2%F.S.，满意了滤纸式烟度计的功能要求。因为新式光电检测头的运用寿命更长，功能更安稳，在推向市场十多年中，发生了杰出的社会效益和经济效益。
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本文来源于《电子产品世界》2018年第5期第49页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
