油耗表,油耗儀,油耗流量表
橢圓齒輪流量計(jì)可選用機(jī)械顯示表頭和電子顯示表頭兩種計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域的液體流量控制，適用于各種類型的液體測量，如原油、柴油、汽油等，具有量程大，精度高，使用和維修方便等特點(diǎn)，選用不同的制造材料，可滿足石油、化工、醫(yī)藥、食品、冶金、電力、交通等各領(lǐng)域的液體流量計(jì)量。
工作原理
橢圓齒輪流量計(jì)是由計(jì)量箱和裝在計(jì)量箱內(nèi)的一對橢圓齒輪，與上下蓋板構(gòu)成一個密封的初月形空腔（由于齒輪的轉(zhuǎn)動，所以不是優(yōu)良密封的）作為一次排量的計(jì)算單位。當(dāng)被測液體經(jīng)管道進(jìn)入流量計(jì)時，由于進(jìn)出口處產(chǎn)生的壓力差推動一對齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，不斷地把經(jīng)初月形空腔計(jì)量后的液體輸送到出口處，橢圓齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)與每次排量四倍的乘積即為被測液體流量的總量。
技術(shù)參數(shù)
1）基本誤差：±0.5％，±0.2％
2）被測液體粘度：2～200mpa.s，可定制高粘度
3）被測液體溫度：-20～+80℃，可定制高溫
4）*大工作壓力：鑄鐵、不銹鋼1.6Mpa；鑄鋼2.5Mpa，6.4Mpa，可定制高壓
5）材質(zhì)：鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼
6）信號輸出（遠(yuǎn)傳型、智能數(shù)顯型）：
a、供電：24Vdc
b、脈沖，4-20mA
7）防爆（可選）
8）保溫夾套（可選）
測量范圍
外形尺寸（單位：mm）
1.鑄鐵型、鑄鐵高粘型、鑄鐵高溫型、鑄鐵變形型
公稱通徑 | L | H | A | B | D | D1 | N（個） | Φ |
10 | 150 | 100 | 165 | 210 | 90 | 60 | 4 | 14 |
15 | 170 | 118 | 172 | 226 | 95 | 65 | 4 | 14 |
20 | 200 | 150 | 225 | 238 | 105 | 75 | 4 | 14 |
25 | 260 | 180 | 232 | 246 | 115 | 85 | 4 | 14 |
40 | 245 | 180 | 249 | 271 | 145 | 110 | 4 | 18 |
50 | 340 | 250 | 230 | 372 | 160 | 125 | 4 | 18 |
65 | 420 | 325 | 270 | 386 | 180 | 145 | 4 | 18 |
80 | 420 | 325 | 315 | 433 | 195 | 160 | 8 | 18 |
100 | 515 | 418 | 370 | 458 | 215 | 180 | 8 | 18 |
150 | 540 | 515 | 347 | 557 | 280 | 240 | 8 | 23 |
200 | 650 | 650 | 476 | 720 | 335 | 295 | 12 | 23 |
2.鑄鋼型、鑄鋼高粘型、鑄鋼高溫型
公稱通徑 | L | H | B | A | D | D1 | N（個） | Φ |
20 | 250 | 164 | 220 | 160 | 125 | 90 | 4 | 18 |
25 | 300 | 202 | 252 | 185 | 135 | 100 | 4 | 18 |
40 | 300 | 202 | 293 | 208 | 165 | 125 | 4 | 23 |
50 | 384 | 262 | 394 | 312 | 175 | 135 | 4 | 23 |
80 | 450 | 337 | 452 | 332 | 210 | 170 | 8 | 23 |
100 | 555 | 442 | 478 | 310 | 250 | 200 | 8 | 25 |
150 | 540 | 510 | 557 | 347 | 300 | 250 | 8 | 26 |
200 | 650 | 650 | 720 | 476 | 36 | 310 | 12 | 26 |
注：鑄鐵、鑄鋼高溫型橢圓齒輪流量計(jì)外形尺寸：DN15~DN25，A、B尺寸按上表數(shù)據(jù)加160mm熱延伸管：DN40~DN80，A、B尺寸按上表尺寸加300mm熱延伸管，其余尺寸同上表相應(yīng)尺寸。
3.不銹鋼型
公稱通徑 | L | H | B | A | D | D1 | N（個） | Φ |
15 | 208 | 120 | 228 | 172 | 95 | 65 | 4 | 14 |
20 | 236 | 150 | 238 | 225 | 105 | 75 | 4 | 14 |
25 | 287 | 195 | 246 | 232 | 115 | 85 | 4 | 14 |
40 | 265 | 178 | 349 | 265 | 145 | 110 | 4 | 18 |
50 | 265 | 178 | 349 | 265 | 160 | 125 | 4 | 18 |
65 | 365 | 260 | 436 | 319 | 180 | 145 | 4 | 18 |
80 | 420 | 305 | 459 | 324 | 200 | 160 | 8 | 18 |
100 | 515 | 400 | 554 | 373 | 220 | 180 | 8 | 18 |
150 | 540 | 515 | 607 | 397 | 280 | 240 | 8 | 23 |
安裝注意：
1.流量計(jì)可水平安裝或垂直安裝，但橢圓齒輪軸應(yīng)安裝成水平位置。
2.流量計(jì)本體材料有鑄鐵（普通型，主要用于油類介質(zhì)測量），不銹鋼（防腐型）。
3.為防止被測介質(zhì)中雜物卡死流量計(jì)，必須在表前安裝過濾器配套使用。
車輛發(fā)動機(jī)油耗測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
為解決現(xiàn)有車輛發(fā)動機(jī)油耗儀測量操作繁瑣、效率低、需拆解車輛等問題, 利用液位壓力變化與燃油消耗體積變化量之間的關(guān)系, 設(shè)計(jì)了車輛發(fā)動機(jī)燃油消耗量測量系統(tǒng)。系統(tǒng)采用hualu/華陸渦輪流量計(jì)、液位變送器等高精度傳感器采集試驗(yàn)數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)處理程序采用LabVIEW軟件編寫, 實(shí)現(xiàn)了車輛發(fā)動機(jī)燃油消耗量的不解體測量。系統(tǒng)試驗(yàn)表明, 測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡便、測量效率較高, 燃油消耗量測量精度符合要求。
近年來, 我國汽車保有量逐年增加, 能源消耗總量也在不斷增長。加強(qiáng)汽車油耗方面的研究, 提高燃油消耗測量精度, 具有重要意義。國外學(xué)者采用傳感技術(shù)、微電腦技術(shù)以及虛擬儀器技術(shù)研制的智能型油耗檢測裝置, 在功能、測試項(xiàng)目、精度等方面都得到了改善。相較之下, 國內(nèi)車輛油耗測量還是沿用傳統(tǒng)的油耗儀測試方法和臺架試驗(yàn)方法。常用的油耗測量儀存在操作過程繁雜、費(fèi)時、需要拆解車輛燃油管路破壞車輛原有結(jié)構(gòu)等缺點(diǎn)。實(shí)際使用中, 國內(nèi)研究的車輛燃油消耗量檢測裝置在功能和性能上與實(shí)際要求還有差距, 甚至差距較大。
本研究以液位測量作為切入點(diǎn), 通過系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與軟件程序編寫, 設(shè)計(jì)開發(fā)了車輛燃油消耗量測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)從油箱充油口將探測頭放入即可進(jìn)行測量, 無需拆開油路, 具有方便、省時等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)可對在用車輛發(fā)動機(jī)燃油消耗量進(jìn)行測試評價, 亦可用于車輛發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)工作規(guī)律研究。
1 油耗測量系統(tǒng)概述
1.1 油耗測量系統(tǒng)的組成
發(fā)動機(jī)油耗測量系統(tǒng)主要由電動油泵、量筒、油箱、hualu/華陸渦輪流量計(jì)、液位變送器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
1.2 系統(tǒng)工作過程描述
試驗(yàn)開始前先啟動油泵, 使油路充滿燃油。油箱液位變送器探測頭位置固定不變, 其與燃油液面之間的距離h0記為初始深度, 對應(yīng)示數(shù)p0記為初始輸出。測量系統(tǒng)工作分為兩個過程:燃油消耗過程和燃油回補(bǔ)過程。
(1) 燃油消耗過程:啟動發(fā)動機(jī), 使其按一定工況運(yùn)行一段時間, 使得油箱內(nèi)油料液面下降, 此刻變送器輸出降為p1, 對應(yīng)的探測頭與液面相對位置記為h1。
(2) 燃油回補(bǔ)過程:啟動油泵, 對油箱充油。當(dāng)液位變送器輸出回升至p0時, 停止充油。流量計(jì)記錄整個燃油回補(bǔ)過程流量信號, 流量信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分析處理輸出結(jié)果。輸出的結(jié)果即為在燃油回補(bǔ)過程中對車輛油箱的補(bǔ)油總量。通過補(bǔ)油量即可求得發(fā)動機(jī)燃油消耗量。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
硬件系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)油路、數(shù)據(jù)采集電路、信號調(diào)理電路等部分。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。
2.1 系統(tǒng)油路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)油路由油泵、渦輪流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥、單向閥等構(gòu)成。在供油過程中, 燃油經(jīng)過渦輪流量計(jì)產(chǎn)生流量信號, 并由上位機(jī)采集與處理。流量調(diào)節(jié)閥是為了保護(hù)渦輪流量計(jì)而設(shè)定的。
根據(jù)流量計(jì)使用說明, 先以較小流量運(yùn)行一段時間, 然后逐漸調(diào)節(jié)到正常流量, 避免流體對葉輪突然沖撞, 影響葉輪使用壽命。單向閥的作用在于防止油液回流, 造成測量誤差。
2.2 數(shù)據(jù)采集電路
數(shù)據(jù)采集采用美國MCC公司生產(chǎn)的PMD-1208LS數(shù)據(jù)采集儀, 通過USB接口與計(jì)算機(jī)完成連接。PMD-1208LS具有8個模擬輸入通道、2個模擬輸出、16個數(shù)字輸入輸出通道和1個32位外部計(jì)數(shù)器, 由USB提供+5 V工作電壓。
信息采集流程框圖如圖3所示。
燃油經(jīng)油管流過葉輪, 渦輪流量計(jì)輸出電流模擬信號。油箱內(nèi)液面同步發(fā)生變化, 液位變送器輸出電流模擬信號。傳感器產(chǎn)生的兩路模擬信號經(jīng)過信號調(diào)理模塊進(jìn)一步轉(zhuǎn)換、放大, 到個人測量裝置 (personal measure device, PMD) , PMD采樣頻率為100 Hz。由PMD處理后輸出數(shù)字信號, 經(jīng)USB送入計(jì)算機(jī)處理顯示。后存儲于PC機(jī)硬盤, 供后期分析。
2.3 信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)
2.3.1 I-U轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)
測量系統(tǒng)中的PMD-1208LS數(shù)據(jù)采集儀接口只能接收識別電壓信號, 故需將傳感器產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。本試驗(yàn)應(yīng)用電阻分壓的原理, 將電阻串聯(lián)入測量電路中, 測量其兩端電壓值。電阻值的選擇較為關(guān)鍵。若選取阻值過大, 則根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt, 電路將產(chǎn)生現(xiàn)象, 對信號測量精度產(chǎn)生影響。若分壓電阻過小, 則測量到的電壓信號過于微弱, 容易被噪聲所淹沒, 而未被有效采集。綜合考慮后選用分壓電阻值為100Ω。
2.3.2 信號放大電路的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)所采集到的信號較為微弱, 均為毫伏級信號, 需對信號進(jìn)行放大處理?？紤]到電流的失調(diào), 以及零點(diǎn)漂移、自激, 系統(tǒng)選用高輸入阻抗的集成運(yùn)算放大器LM358。
運(yùn)算放大器LM358的特點(diǎn)為:成本低、電源電壓范圍寬、功耗電流低, 適合電池供電;共模抑制比為80 d B、輸入失調(diào)電壓較小, 為2.9~5 m V;輸入偏置電流非常小, 一般為幾皮安到幾十皮安。
LM358組成的信號放大電路圖如圖4所示。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 標(biāo)度變換
對于不同的物理量, 不同的傳感器測量得到的信號為相同的電流信號。例如, 本試驗(yàn)中兩個不同物理量:油液流量、液位壓力, 分別經(jīng)流量計(jì)、液位變送器測量, 輸出均為4~20 m A的電流信號。為了顯示正確的物理量, 就需要進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)換。由于被測對象的各種數(shù)據(jù)的量綱與A/D轉(zhuǎn)換的輸入值是不同的, 壓力單位為Pa, 流量單位為m3/h, 而電流單位為m A, 因此必須把它轉(zhuǎn)化成帶有量綱的數(shù)值后才能計(jì)算。
試驗(yàn)測試顯示, 渦輪流量計(jì)瞬時流量與對應(yīng)電流信號關(guān)系如表1所示。
運(yùn)用SPSS建模, 得到瞬時流量Q與對應(yīng)電流信號I的線性回歸方程為:
式中:Q為流量計(jì)瞬時流量, m L/s;I為瞬時流量對應(yīng)的電流信號, m A。
由式 (1) 可知, 流量計(jì)瞬時流量與其對應(yīng)電流信號呈線性關(guān)系。模型的相關(guān)系數(shù)r=0.940, sig值p=0.005, 經(jīng)查表r0.01=0.917, 滿足r≥r0.01且p≤0.01。因此, 相關(guān)系數(shù)r極顯著, 所建立的模型具有良好的線性度。
試驗(yàn)測試顯示, 液位變送器輸出液位壓力與對應(yīng)電壓信號關(guān)系如表2所示。
同上, 運(yùn)用SPSS建模, 得到液位壓力值P與對應(yīng)電壓信號U的線性回歸方程為:
式中:P為液位變送器顯示壓力值, k Pa;U為瞬時流量對應(yīng)的電壓信號, V。
由式 (2) 可知, 液位壓力值與其對應(yīng)的電壓信號呈線性關(guān)系。模型的相關(guān)系數(shù)r=0.998, sig值p=0.005, 滿足r≥r0.01且p≤0.01。因此, 相關(guān)系數(shù)r極顯著, 所建立的模型具有良好的線性度。
3.2 Lab VIEW編寫數(shù)據(jù)采集程序
數(shù)據(jù)采集程序采用Lab VIEW圖形化編程軟件G語言編寫, 主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù) (包括采樣數(shù)、采樣率、低通濾波器截止頻率、通道選擇) 設(shè)定、軟件濾波、數(shù)據(jù)采集處理等功能。
4 系統(tǒng)的標(biāo)定試驗(yàn)
本文采用標(biāo)定設(shè)備量筒對測試系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定設(shè)備包括量程為2 L的量筒、渦輪流量計(jì)、液位變送器、電動油泵。為模擬車輛發(fā)動機(jī)燃油消耗過程, 標(biāo)定試驗(yàn)中增設(shè)一條油路, 將油箱內(nèi)燃油抽入量筒內(nèi), 使得油箱內(nèi)油料液面下降, 達(dá)到模擬發(fā)動機(jī)耗油的效果;標(biāo)定時, 將回歸方程 (1) 、 (2) 寫入數(shù)據(jù)采集程序中, 系統(tǒng)直接輸出在整個過程流量計(jì)的累計(jì)流量值即燃油消耗量測量值。標(biāo)定前, 先設(shè)定一個基準(zhǔn)液面深度, 利用每個液位變送器示數(shù)變化值代表不同的液面變化情況。標(biāo)定時, 以10個不同的液位變送器示數(shù)變化值, 開展標(biāo)定試驗(yàn), 通過采集流量計(jì)測量信號, 獲取10組系統(tǒng)油耗測量值。標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。
系統(tǒng)精度標(biāo)定試驗(yàn)表明, 油耗測試系統(tǒng)的相對誤差在±2.0%內(nèi)。
經(jīng)分析, 誤差可能來源于以下幾個方面。
(1) 人工讀取量筒刻度引起的誤差。
(2) 試驗(yàn)平臺的裝配誤差、傳感器固有誤差引起的系統(tǒng)誤差。
(3) 所擬合數(shù)學(xué)模型引起的誤差。
5 結(jié)束語
針對目前油耗儀測量存在的問題, 利用傳感技術(shù)與虛擬儀器技術(shù), 以液位變送器、hualu/華陸渦輪流量計(jì)作為硬件基礎(chǔ), 采用Lab VIEW編寫數(shù)據(jù)采集程序, 設(shè)計(jì)了車輛發(fā)動機(jī)燃油消耗量測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)標(biāo)定測試測量精度相對誤差在±2.0%內(nèi), 可滿足車輛燃油消耗量檢測的需要。系統(tǒng)測試時車輛無需解體, 提升了操作的安全性。后期試驗(yàn)表明, 該系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好、易于維護(hù), 對未來油耗研究具有一定的參考意義。
