一种基于LSTM网络的车载NO_(x)化学传感器温湿度补偿方法研究

氮氧化物是汽车尾气中的重要污染物。采用氮氧化物(NO_(x))化学传感器进行污染物检测是监控汽车尾气污染物排放量的一种重要措施,但由于传感器是基于电化学反应的原理,温度和湿度会对化学反应有很大影响,从而导致测量结果不准确。为此,提出一种基于长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络的车载NO_(x)化学传感器温湿度补偿方法。LSTM网络利用传感器测量值和真实NO_(x)浓度值以及测试气体的温度和相对湿度进行训练,从而得到NO_(x)浓度的测量模型。测试结果表明,该方法具有良好的温度和湿度补偿性能,可以有效提高车载NO_(x)化学传感器的精度。

借助数字传感器研究压强对化学平衡影响的不合理性——以2NO_(2)■N_(2)O_(4)为例

目前许多高中化学课堂教学和文献以2NO_(2)■N_(2)O_(4)平衡体系为例研究压强对化学平衡的影响并设计相关实验,存在不合理之处。因为压强改变时,体系的温度也会发生变化,而且动力学实验证明,2NO_(2)■N_(2)O_(4)的反应速率是很快的,在气体压缩的同时就达到新的平衡,不存在由旧平衡到新平衡的“过渡态”。在实验过程中观察到的现象很可能是温度变化对平衡产生了影响。通过数字化压强传感器分别测定压缩;NO■;N;O;平衡体系和空气过程中气压的变化,并进行了3次平行实验,发现二者变化趋势一致,由此证实了猜想。

NO_(x)传感器的氧补偿及其标定策略

针对氧化锆基氮氧化物传感器信号受汽车尾气氧含量影响,导致精度不佳问题,提出一种氧补偿算法和标定策略。根据NO_(x)传感器工作原理进行模拟试验,分析不同氧含量下泵电流I_(P2)与NO_(x)浓度的关系,得出氧补偿算法,并分析了氧含量与补偿系数的关系,设计出一种实时对I_(P2)误差补偿的方案,使I_(P2)在氧含量为0%~20%,NO_(x)为0~3 000×10^(-6)范围内的误差减小到23 nA,对应NO_(x)浓度误差降低到15×10^(-6)以内。为进一步提高传感器测量的准确度,设计了一套标定方案,并与国外NO_(x)传感器进行对比测试。结果表明,该传感器在发动机瞬态工况下,NO_(x)浓度为0~2 000×10^(-6)的环境中,测量误差为0~25×10^(-6),验证了该方案的可行性,满足尾气中NO_(x)浓度的监测要求,为提高氧化锆基NO_(x)传感器精度提供了可靠的解决方法。

基于NO_(x)传感器偏差的SCR自适应功能研究

选择性催化还原(SCR)尿素喷射控制和SCR自适应修正都依赖于氮氧化物(NO_(x))传感器的测量精度,如果NO_(x)传感器测量发生偏差,就会导致尿素喷射量出现偏差,进而影响NO_(x)排放。将5组不同偏差的NO_(x)传感器进行组合,测量并分析NO_(x)传感器偏差对NO_(x)排放及SCR自适应后尿素喷射的影响。结果表明,当后处理器上下游NO_(x)传感器都是高精度传感器时,SCR自适应不修正尿素喷射;当后处理器上下游NO_(x)传感器均为上偏差或者下偏差的NO_(x)传感器时,SCR自适应可以将尿素喷射偏差减小;当后处理器上下游NO_(x)传感器分别为上偏差和下偏差传感器或者下偏差和上偏差传感器时,SCR自适应将尿素喷射量偏差往上游NO_(x)传感器偏差的相反方向进行修正,从而减小尿素喷射偏差。

NO_(x)传感器测量天然气发动机NO_(x)排放的试验研究

基于一台满足国六标准的当量比天然气发动机和一款氧化锆氮氧传感器,在发动机排放测试台架上采用稳态和瞬态循环,进行了使用氮氧传感器测量当量空燃比天然气发动机三元催化器后NO_(x)浓度的试验研究。结果表明,当发动机尾气中的NO_(x)浓度低于50×10^(-6)时,氮氧传感器测得的NO_(x)浓度结果偏高,可信度差。由于氮氧传感器测得的低浓度(特别是10×10^(-6)以下)NO_(x)占比明显偏低,在整个测试过程中,氮氧传感器测得的平均浓度高于分析仪测量平均浓度24.3%。当NO_(x)浓度高于50×10^(-6)时,氮氧传感器和分析仪测量的NO_(x)浓度值分组频率分布情况几乎一致,而且分组平均浓度偏差在±4.5%以内,可信度提高。

基于蜣螂优化-集成加权融合的NO_(x)浓度动态预测

针对SCR入口NO_(x)浓度单一预测模型无法满足在不同工况下保持预测精度的问题,提出了一种基于蜣螂优化(dung beetle optimizer,DBO)集成模型加权融合的预测SCR入口NO_(x)浓度的动态模型。首先使用CatBoost与LightGBM的混合模型在筛选辅助变量的同时,求取辅助变量的迟延时间和阶次信息,并根据以上信息确定预测模型的输入变量;然后建立由LightGBM,XGBoost与CatBoost组成的集成模型,并使用蜣螂优化算法对预测结果进行加权融合;最后将DBO-集成加权融合动态预测模型与3种单模型和蜣螂算法优化2种模型加权融合的预测模型进行对比。结果证明DBO综合加权融合动态预测模型的评价指标优于其他模型,具有更高的预测精度、实时性和适应性,能够更好地满足不同工况下的NO_(x)浓度预测要求。

一种基于LabVIEW的车用NO_(x)传感器测试系统设计

应用图形化编程语言LabVIEW设计一种NO_(x)传感器测试系统,能够实现NO_(x)传感器陶瓷芯片加热性能和电极材料浓差电势与极限电流灵敏度的自动化测试,并通过CAN总线将测试数据传送给计算机测控及数据分析平台,完成数据的自动化处理、分析、存储、显示、记录和统计。该系统结构简单,操作方便,稳定性好,数据处理快速方便,能够准确测试NO_(x)传感器各氧泵的工作性能,从而判断NO_(x)传感器陶瓷芯片的实际性能,特别适合研发阶段传感器的测试用途。

NO_(x)传感器布置位置对测量准确度影响的试验研究

为提高NO_(x)传感器的测量准确性,采用不同工况的正交试验和排气均匀性仿真建模,分析不同布置位置下NO_(x)传感器的测量偏差及原因,研究不同位置下的NO_(x)传感器的测量准确度。结果表明:NO_(x)传感器应布置在混合气流较均匀的位置且在涡后自氧化催化器前至尾管后的排气管路上;沿尾管随气流方向越靠后的位置,测量准确度越高;气流分布不均匀是影响NO_(x)传感器测量准确度的主要因素。

浅谈瓦克夏16V275GL+燃气发动机NO_(X)传感器

16V275GL+燃气发动机标配NO_(X)传感器.NO_(X)传感器属于消耗件,为了提高NO_(X)传感器的使用寿命,降低发动机维护成本,本文介绍了NO_(X)的工作原理和作用,以及通过对NO_(X)的安装方式进行整改来提高NO_(X)传感器的使用寿命.经试验验证,通过此整改可有效延长NO_(X)传感器使用寿命.

基于硫掺杂的钨酸铋缺陷型纳米材料Bi_(2)WO_(6-X)S_(X)的光致电化学生物传感器

以掺硫的钨酸铋(Bi_(2)WO_(6-x)S_(x))为底物材料,利用目标物诱导酶辅助双信号扩增策略,构建了一种用于检测肿瘤标志物microRNA-141的光电化学(PEC)生物传感器。结果表明,S掺杂引入的缺陷可以改变Bi2WO6的能带结构,有效地提高电荷分离效率,从而提高光电性能。有缺陷的Bi_(2)WO_(6-x)S_(x)产生了显著增强的PEC信号,用于构建超灵敏的传感平台。此外,在目标物诱导双信号放大策略的帮助下,可以将少量目标物转化为多重产物DNA,进而将二氧化硅纳米颗粒固定在光电极上形成SiO_(2)-DNA纳米簇,从而降低光电流。构建的PEC生物传感器在1 fmol/L~10 nmol/L范围内表现出对于microRNA-141的优异检测性能,检测下限(LOD)为0.3 fmol/L。

两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流燃烧过程的NO_(x)排放特性

为了掌握燃气轮机两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流火焰的NO_(x)排放特性和影响NO_(x)生成的动力学机制,对氨-氢-空气预混旋流燃烧过程进行了三维反应流数值模拟并开展了燃烧反应动力学特性研究.结果表明:在掺氢比为35%、压力为0.5 MPa且当量比为1.20的绝热燃烧工况下,NO_(x)排放可降至54×10^(-6)(15%O_(2)).H+O_(2)(+M)=HO_(2)(+M)是燃烧压力影响氨-氢燃料燃烧过程中NO_(x)排放的关键反应.燃烧压力的升高会促进NO与HO_(2)反应并转化为NO_(2).对于氨-氢混合燃料而言,过高的掺氢比(60%~80%)会导致NO_(x)排放显著升高,而根据壁面热损失程度的不同,适当的掺氢比(35%~55%)则有利于实现较低的NO_(x)排放(54×10^(-6)~86×10^(-6)(15%O_(2))).

氢发动机SCR催化器的NO_(x)转化效率模拟

建立一维选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化器模型,采用稳态、瞬态小样试验标定SCR化学反应动力学机理,并分析SCR催化器对氢发动机排气中NO_(x)的催化还原过程。结果表明:入口O2体积分数对NO_(x)催化还原有抑制作用,但入口H2O体积分数对NO_(x)转化效率没有明显影响;当温度为250~400℃时,线性温升工况NO_(x)转化效率高于稳态工况且超过98%;氢发动机排气温度和原排NO_(x)体积分数随功率增大而增大,当功率大于60 kW且氨氮比等于1时,SCR催化器转化效率小于95%;增加氨氮比对NO_(x)转化效率的提高作用较小,这是由于在高温条件下增加的NH3倾向与O2反应。

基于三菱燃机机组满负荷状态下NO_(x)排放量的计算方法研究

为了准确、快速地预测燃气轮机燃烧室稳定运行时污染物的排放情况,提出了一个采用数值模拟的计算方法预估NO_(x)排放的设计流程。首先,根据燃气轮机燃烧室的类型和控制部件确定相关设计参数;其次,采取拉丁超立方方法优化燃烧室进口压力P、燃烧室出口温度T、主空气质量流量q和当量比φ的取值,形成主要参数样本空间;再次,根据计算流体力学的数值模拟结果为燃烧室化学分区提供依据,并通过化学反应器网络方法计算污染物的排放值;最后,在影响污染物排放的参数中选择主要参数,拟合出多参数影响的NO_(x)预估公式并分析4个显著参数对NO_(x)排放的影响关系。结果表明:在满负荷状态时,燃烧室压力增大,NO_(x)排放量增多;燃烧室温度上升,NO_(x)排放量增多;当主空气质量流量变大时,NO_(x)排放量呈减小的趋势;当量比增加时,NO_(x)排放量减少;模拟情况和经典模型在所研究的范围内的相关关系一致,说明了预估公式的适用性。

基于La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)/Ag双相复合敏感电极的NO_(2)传感器研究

为了提高NO_(2)传感器的敏感性能,采用自分相法制备La_(0.8)Sr_(0.2)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(LSCF)和LSCF+0.050Ag,LSCF+0.075Ag,LSCF+0.100Ag双相敏感电极,并以YSZ为固体电解质,制备阻抗谱型NO_(2)传感器,研究Ag的掺杂量对传感器性能的影响。结果表明,与Z',Z″,|Z|相比,θ作为响应信号时传感器的响应恢复时间更短、响应信号更稳定;以θ为响应信号,基于LSCF,LSCF+0.050Ag,LSCF+0.075Ag和LSCF+0.100Ag敏感电极的传感器在450℃最佳工作温度下的灵敏度分别为11.12°,11.28°,13.62°和9.56°/10,其中LSCF+0.075Ag表现出更高的灵敏度,表现出优异的重现性和长期稳定性;此外,传感器对CH_(4),CO_(2),H_(2),CO和NH_(3)表现出优异的抗干扰性能。因此,采用自分相法制备第二相分布均匀、催化活性优异的双相敏感电极材料,有效提升了传感器的灵敏度及选择性,可为高性能NO_(2)传感器的制备提供新思路。

传感器在现代医学科技领域中的应用特点及发展趋势

生物医学传感器是将医学生理参数转换成电学量的装置,在现代医学仪器设备中是必不可少的一个关键部件,涉及到医学科技领域的方方面面,对提高医学仪器设备的质量将起到决定性作用,而传感器技术的发展将势必推动和促进现代医学科技的发展,应用前景十分广阔。

氨煤混燃气相中NO生成的化学反应动力学分析

氨煤混燃涉及复杂的化学反应过程,是否会加剧氮氧化物的生成是倍受关注的问题。通过化学反应动力学计算方法,研究了氨煤混合燃烧的气相反应中NO生成和还原的反应路径,以及不同因素对NO生成的影响。结果表明:温度T=1300℃、过量空气系数α=0.84时,相较于纯煤燃烧,掺氨比例为0.3时能够降低反应器出口NO体积分数96.5%,原因是此工况下氨分解产生大量的NH_(2)和NH等自由基,其还原反应的反应速率更快,从而使含N基元向N_(2)转化;T=1300℃下,掺氨比例为0.3时较为合适,此时反应器出口的NO和NH_(3)体积分数均较低;小比例掺氨燃烧会增大NO的生成速率和NH_(3)的分解速率,导致反应器出口NO体积分数增大,且温度越高,该现象越明显;α<1的还原性气氛和较低的温度(T≤1300℃)能够有效降低NO的排放。

氧浓度对调节NO_(x)氧化度协同CABR法脱硝性能及菌群结构的影响

针对调节NO_(x)氧化度协同化学吸收-生物还原法在不同氧气体积分数下的NO_(x)去除性能及微生物群落结构的动态变化,研究了氧气体积分数对该体系的影响机制。结果表明,调节模拟烟气中NO_(x)氧化度为50%时,烟气中包含的氧气体积分数在0~8%的范围内,化学吸收-生物还原(CABR)体系的脱硝效率稳定在99%以上;当氧气体积分数达到10%时,系统脱硝效率仍可超过94%。EPS含量检测显示,氧体积分数从0增加至5%,导致LBEPS中PN/PS值由1.72上升到2.18,TB-EPS中PN/PS值从1.21降至0.706。高通量测序结果表明,不同氧气体积分数下微生物的优势菌门均为Proteobacteria,其相对丰度达到55.0%~85.7%,它是典型的具有好氧反硝化能力的菌门,这保证了该系统脱硝性能的稳定。综上所述,氧体积分数对调节NO_(x)氧化度协同CABR集成系统的脱硝效果影响较小,为烟气中NO_(x)的去除提供了新的思路。

基于化学反应器网络方法的燃气轮机燃烧室NOx排放研究

为准确预测某重型燃气轮机燃烧室NO_(x)排放浓度并确定其内部各燃烧区的“贡献”,探明此类低排放燃烧室的设计准则,该文基于化学反应器网络(chemical reactor network,CRN)方法,首先通过敏感性分析研究各反应器体积、初始温度、燃料/空气掺混不均匀度等参数对计算准确性的影响,并分析CRN的负荷适用范围。通过CRN方法研究燃烧室负荷、燃烧模式和掺混孔径对NO_(x)排放的影响。结果表明,该低排放燃烧室中心区是NO_(x)的主要贡献者,其设计准则为:将环形区喷嘴和中心喷嘴按照“等功率”设计;通过计算可得满负荷下的NO_(x)排放低于限值20ppm(@15%O_(2))的掺混孔径为44.45mm。结果可为改进CRN方法的应用、优化低污染燃烧室的设计提供一定依据。

基于电化学传感器的大气NO_(2)与O_(3)监测研究

利用四电极电化学传感器开展大气NO_(2)和O_(3)监测研究.为解决温度和湿度对传感器响应的影响问题,提出了一种具有温湿度补偿与零点校正功能的大气NO_(2)和O_(3)测量结果校准模型,通过活性炭吸附特性获得干净的背景气体,实现传感器准确的零点校正,并利用实验系统实测数据结合多元线性回归方法获得校准模型参数.首先对传感器线性响应特性进行了测试,发现O_(2)和O_(3)的测量灵敏度分别为3.889 ppbv·mV^(-1)和4.107 ppbv·mV^(-1).同时,在合肥西郊科学岛开展了为期2 d的大气NO_(2)和O_(3)连续观测,发现两者的浓度分别为0~30 ppbv和2~100 ppbv.最后将传感器观测结果与NO_(x)/O_(3)分析仪测量结果进行了回归分析,发现两者测得的NO_(2)线性拟合斜率为0.9701±0.0182,R^(2)为0.8378,测得的O_(3)线性拟合斜率为0.9850±0.0101,R^(2)为0.9431.研究表明,校准后的电化学传感器可用于大气NO_(2)和O_(3)的长期监测,可为推动大气环境监测技术发展提供新的思路.

烟煤氧解耦化学链气化及氮氧化物生成机理

通过机械混合与挤压法制备铜基载氧体CuO/MgAl,采用批量给料式流化床研究烟煤及其半焦在化学链气化过程中含碳气体和NO_(x)的逸出特性,并讨论不同反应条件对含碳气体和NO_(x)逸出的影响.结果表明:煤氧解耦化学链气化过程中产生的主要含碳气体为CO、CO_(2)和CH_(4),氮污染物含有NO和N_(2)O;降低气化温度、减小水蒸气流量以及增大流化气体流量有利于削弱载氧体的烧结影响并减少NO_(x)排放.所得结果可为煤氧解耦化学链气化的应用和NO_(x)的控制提供有益参考.