汽車(chē)油耗流量表,油耗儀

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(lèi)型的液體測(cè)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(duì)橢圓齒輪，與上下蓋板構(gòu)成一個(gè)密封的初月形空腔（由于齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(cè)液體經(jīng)管道進(jìn)入流量計(jì)時(shí)，由于進(jìn)出口處產(chǎn)生的壓力差推動(dòng)一對(duì)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(cè)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(cè)液體粘度：2～200mpa.s，可定制高粘度

3）被測(cè)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(hào)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(cè)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

2.鑄鋼型、鑄鋼高粘型、鑄鋼高溫型

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

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(lèi)介質(zhì)測(cè)量），不銹鋼（防腐型）。

3.為防止被測(cè)介質(zhì)中雜物卡死流量計(jì)，必須在表前安裝過(guò)濾器配套使用。

車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)油耗測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

為解決現(xiàn)有車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)油耗儀測(cè)量操作繁瑣、效率低、需拆解車(chē)輛等問(wèn)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(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量測(cè)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(xiě), 實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量的不解體測(cè)量。系統(tǒng)試驗(yàn)表明, 測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、測(cè)量效率較高, 燃油消耗量測(cè)量精度符合要求。

近年來(lái), 我國(guó)汽車(chē)保有量逐年增加, 能源消耗總量也在不斷增長(zhǎng)。加強(qiáng)汽車(chē)油耗方面的研究, 提高燃油消耗測(cè)量精度, 具有重要意義。國(guó)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(cè)裝置, 在功能、測(cè)試項(xiàng)目、精度等方面都得到了改善。相較之下, 國(guó)內(nèi)車(chē)輛油耗測(cè)量還是沿用傳統(tǒng)的油耗儀測(cè)試方法和臺(tái)架試驗(yàn)方法。常用的油耗測(cè)量?jī)x存在操作過(guò)程繁雜、費(fèi)時(shí)、需要拆解車(chē)輛燃油管路破壞車(chē)輛原有結(jié)構(gòu)等缺點(diǎn)。實(shí)際使用中, 國(guó)內(nèi)研究的車(chē)輛燃油消耗量檢測(cè)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(cè)量作為切入點(diǎn), 通過(guò)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與軟件程序編寫(xiě), 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了車(chē)輛燃油消耗量測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)從油箱充油口將探測(cè)頭放入即可進(jìn)行測(cè)量, 無(wú)需拆開(kāi)油路, 具有方便、省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)可對(duì)在用車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià), 亦可用于車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)工作規(guī)律研究。

1 油耗測(cè)量系統(tǒng)概述

1.1 油耗測(cè)量系統(tǒng)的組成

發(fā)動(dòng)機(jī)油耗測(cè)量系統(tǒng)主要由電動(dòng)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(guò)程描述

試驗(yàn)開(kāi)始前先啟動(dòng)油泵, 使油路充滿燃油。油箱液位變送器探測(cè)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(duì)應(yīng)示數(shù)p0記為初始輸出。測(cè)量系統(tǒng)工作分為兩個(gè)過(guò)程:燃油消耗過(guò)程和燃油回補(bǔ)過(guò)程。

(1) 燃油消耗過(guò)程:啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī), 使其按一定工況運(yùn)行一段時(shí)間, 使得油箱內(nèi)油料液面下降, 此刻變送器輸出降為p1, 對(duì)應(yīng)的探測(cè)頭與液面相對(duì)位置記為h1。

(2) 燃油回補(bǔ)過(guò)程:啟動(dòng)油泵, 對(duì)油箱充油。當(dāng)液位變送器輸出回升至p0時(shí), 停止充油。流量計(jì)記錄整個(gè)燃油回補(bǔ)過(guò)程流量信號(hào), 流量信號(hào)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(guò)程中對(duì)車(chē)輛油箱的補(bǔ)油總量。通過(guò)補(bǔ)油量即可求得發(fā)動(dòng)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(hào)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(guò)程中, 燃油經(jīng)過(guò)渦輪流量計(jì)產(chǎn)生流量信號(hào), 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(shuō)明, 先以較小流量運(yùn)行一段時(shí)間, 然后逐漸調(diào)節(jié)到正常流量, 避免流體對(duì)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(cè)量誤差。

2.2 數(shù)據(jù)采集電路

數(shù)據(jù)采集采用美國(guó)MCC公司生產(chǎn)的PMD-1208LS數(shù)據(jù)采集儀, 通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)完成連接。PMD-1208LS具有8個(gè)模擬輸入通道、2個(gè)模擬輸出、16個(gè)數(shù)字輸入輸出通道和1個(gè)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(guò)葉輪, 渦輪流量計(jì)輸出電流模擬信號(hào)。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(hào)。傳感器產(chǎn)生的兩路模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)一步轉(zhuǎn)換、放大, 到個(gè)人測(cè)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(hào), 經(jīng)USB送入計(jì)算機(jī)處理顯示。后存儲(chǔ)于PC機(jī)硬盤(pán), 供后期分析。

2.3 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

2.3.1 I-U轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

測(cè)量系統(tǒng)中的PMD-1208LS數(shù)據(jù)采集儀接口只能接收識(shí)別電壓信號(hào), 故需將傳感器產(chǎn)生的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。本試驗(yàn)應(yīng)用電阻分壓的原理, 將電阻串聯(lián)入測(cè)量電路中, 測(cè)量其兩端電壓值。電阻值的選擇較為關(guān)鍵。若選取阻值過(guò)大, 則根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt, 電路將產(chǎn)生現(xiàn)象, 對(duì)信號(hào)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。若分壓電阻過(guò)小, 則測(cè)量到的電壓信號(hào)過(guò)于微弱, 容易被噪聲所淹沒(méi), 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(hào)放大電路的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)所采集到的信號(hào)較為微弱, 均為毫伏級(jí)信號(hào), 需對(duì)信號(hào)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(hào)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(duì)于不同的物理量, 不同的傳感器測(cè)量得到的信號(hào)為相同的電流信號(hào)。例如, 本試驗(yàn)中兩個(gè)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(cè)量, 輸出均為4~20 m A的電流信號(hào)。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(cè)對(duì)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(cè)試顯示, 渦輪流量計(jì)瞬時(shí)流量與對(duì)應(yīng)電流信號(hào)關(guān)系如表1所示。

運(yùn)用SPSS建模, 得到瞬時(shí)流量Q與對(duì)應(yīng)電流信號(hào)I的線性回歸方程為:

式中:Q為流量計(jì)瞬時(shí)流量, m L/s;I為瞬時(shí)流量對(duì)應(yīng)的電流信號(hào), m A。

由式 (1) 可知, 流量計(jì)瞬時(shí)流量與其對(duì)應(yīng)電流信號(hào)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(cè)試顯示, 液位變送器輸出液位壓力與對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)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(duì)應(yīng)電壓信號(hào)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(shí)流量對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào), V。

由式 (2) 可知, 液位壓力值與其對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)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(xiě)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(yǔ)言編寫(xiě), 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(duì)測(cè)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(dòng)油泵。為模擬車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗過(guò)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(dòng)機(jī)耗油的效果;標(biāo)定時(shí), 將回歸方程 (1) 、 (2) 寫(xiě)入數(shù)據(jù)采集程序中, 系統(tǒng)直接輸出在整個(gè)過(guò)程流量計(jì)的累計(jì)流量值即燃油消耗量測(cè)量值。標(biāo)定前, 先設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)液面深度, 利用每個(gè)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(shí), 以10個(gè)不同的液位變送器示數(shù)變化值, 開(kāi)展標(biāo)定試驗(yàn), 通過(guò)采集流量計(jì)測(cè)量信號(hào), 獲取10組系統(tǒng)油耗測(cè)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(cè)試系統(tǒng)的相對(duì)誤差在±2.0%內(nèi)。

經(jīng)分析, 誤差可能來(lái)源于以下幾個(gè)方面。

(1) 人工讀取量筒刻度引起的誤差。

(2) 試驗(yàn)平臺(tái)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(yǔ)

針對(duì)目前油耗儀測(cè)量存在的問(wèn)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(xiě)數(shù)據(jù)采集程序, 設(shè)計(jì)了車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)標(biāo)定測(cè)試測(cè)量精度相對(duì)誤差在±2.0%內(nèi), 可滿足車(chē)輛燃油消耗量檢測(cè)的需要。系統(tǒng)測(cè)試時(shí)車(chē)輛無(wú)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(duì)未來(lái)油耗研究具有一定的參考意義。