容積式齒輪流量計

容積式流量計是直接根據(jù)排出流體體積進行流量累計的儀表，容積式流量計按其測量元件分類，可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、液封轉(zhuǎn)筒式流量計、濕式流量計和膜式流量計等，容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計并列為三類使用量*大的流量計，常應用于昂貴介質(zhì)（油品、天然氣等）的總量測量。

橢圓齒輪流量計可選用機械顯示表頭和電子顯示表頭兩種計數(shù)機構(gòu)，廣泛應用于各工業(yè)領域的液體流量控制，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，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、交通等各領域的液體流量計量。

工作原理：

橢圓齒輪流量計是由計量箱和裝在計量箱內(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）作為一次排量的計算單位。當被測液體經(jīng)管道進入流量計時，由于進出口處產(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

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尺寸。

3.不銹鋼型

安裝注意：

容積式流量計在農(nóng)業(yè)機械油耗測量中的應用

隨著農(nóng)業(yè)機械 （ 簡稱農(nóng)機 ） 的高速發(fā)展和普及，農(nóng)機油耗測試是農(nóng)機研制企業(yè)開展節(jié)能工作及能量平衡工作、進行農(nóng)機技術(shù)改造和改進設計中必*的一項基礎研究。

然而，除少數(shù)大型農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)或?qū)I(yè)研究單位有精度較高、設備齊全的油耗測試手段和設備外，絕大多數(shù)企業(yè)采用天平砝碼稱重法進行油耗測試。該方法操作復雜，容易加量過多，測量精度不高，并易受到環(huán)境濕度、柴油易揮發(fā)等因素的干擾從而產(chǎn)生較大的測量誤差。

也有部分企業(yè)采用液體渦輪流量計采集油耗。該方法成本較低，安裝方便，但由于渦輪流量計的口徑普遍較小，柴油含雜質(zhì)過多，在工作中常發(fā)生流量計內(nèi)部油道被雜質(zhì)堵塞的現(xiàn)象，故障率較高。針對上述問題，在研究容積式流量計的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎上，提出一種選用旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計安裝在農(nóng)機油路上的方法來測量農(nóng)機的油耗，并搭建實驗平臺測試和分析該款流量計的檢測精度及可靠性。

容積式流量計結(jié)構(gòu)及分類

容積式流量計又稱為定排量流量計 （ positive displacement flowmeter ）。它主要由計量本體和測量部分組成，計量本體由殼體、活動體 （轉(zhuǎn)子流量計的轉(zhuǎn)子 ） 組成。其中，核心部件是活動體，它是測量過程中的運動部件?；顒芋w和殼體構(gòu)成的每個測量腔就是一個標準容積單元，用來測量被測流體的體積，測量部分實際上是一個轉(zhuǎn)速或計數(shù)傳感器，螺桿流量計上的其中一只螺桿伸出的小齒輪上嵌有磁材料，螺桿轉(zhuǎn)動時傳感器可以通過磁效應識別螺桿的轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)化為標準脈沖信號或電流信號，方便測量人員使用二次儀表顯示油耗數(shù)值或被計算機采集信號并進行進一步的分析和應用。

容積式流量計種類繁多，可以根據(jù)不同的原則來分類，通常按照測量元件的結(jié)構(gòu)分為轉(zhuǎn)子式、刮板式、旋轉(zhuǎn)活塞式、往復活塞式及膜片式等，基于旋轉(zhuǎn)活塞流量計具有工作可靠、測量精度高、壓力損失小的特點，且當介質(zhì)黏度大于 50 cp 時，黏度的變化對精度無影響，特別適用于不含固體顆粒介質(zhì)的液體的瞬時流量和累計流量的測量。因此，本文采用由上?？祬R公司制作的流量計傳感器油耗采集設備做油耗測量實驗，主要由 2 個旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量傳感器和一個顯示屏組成。

旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計工作原理及安裝方法

1、流量計工作原理

如圖 1 （ a ） 所示，被測液體從進口端進入流量傳感器內(nèi)腔，在進、出口端形成壓差，迫使活塞按圖中箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)。隨著液體的繼續(xù)流入，活塞轉(zhuǎn)到如圖 1 （ b ） 所示位置，形成封閉的新月形截面的容腔 V1。在差壓的作用下，活塞繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，之前才形成的封閉的新月形截面 V1 與出口端連通而開始排液，如圖 1 （ c ） 所示位置。當活塞旋轉(zhuǎn)到如圖 1 （ d ）所示的位置時，又形成另一封閉的新月形截面容腔 V2，再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，則容腔 V2 與出口端連通而開始排液，然后轉(zhuǎn)子又回復到如圖 1 （ a ） 所示的位置。這樣，活塞每旋轉(zhuǎn)一周，從進、出口端流過的液體等于容積 V1 和 V2 的總和。

圖1 流量計內(nèi)部工作示意圖

正常工作下，流量計內(nèi)部相當于一個按鍵開關的作用，在有液體流入的過程中反復關斷吸合，在輸出端口形成連續(xù)的脈沖信號，通過檢測該口的電平變化并對其計數(shù)，可知一定時間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)，根據(jù)公式（ 1 ） 可流過某上等量傳感器的液體體積：

V ＝n*K （ 1 ）

公式（ 1 ） 中，n 為某一時間段內(nèi)從流量傳感器采集到的脈沖數(shù)，K 為傳感器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周所排出的流體體積。

2、流量計安裝方式

柴油發(fā)動機的燃油消耗量的計量采用差分測量法。由于柴油發(fā)動機有進油管和回油端，柴油發(fā)動機工作時，柴油從油箱被吸入進油管，經(jīng)過油水分離器過濾后，進入供油泵然后從供油泵壓出，經(jīng)過精濾過濾后進入噴油嘴噴射，沒有噴

射的柴油經(jīng)過回油管回到油箱。柴油發(fā)動機的油耗計量是進油管流過的燃料體積與回油管流過的燃油體積的差值，因此需要在進油管和回油管上各安裝一個流量傳感器 （ 如圖 2 所示 ）。有部分農(nóng)機的柴油發(fā)動機并無回油端或回油量極少，則可不接回油傳感器。

圖2 流量計傳感器安裝示意圖

實驗測試結(jié)果與分析

實驗平臺采用的是廣西某企業(yè)生產(chǎn)的方拖 （ 如圖 3 所示 ），其發(fā)動機為“時風歐”**代的單缸發(fā)動機，功率為 14.7 kW，怠速空載運行情況下每小時消耗柴油約 0.52L，方拖空載載行駛一百公里所用柴油為 9～11L。按圖 4 所示安裝流量計傳感器，因為該款發(fā)動機的回油管并不回到油箱而是直接回到濾清器上，所以無需裝回油傳感器。進油傳感器把流過的柴油體積轉(zhuǎn)換成脈沖信號發(fā)送給顯示屏進行處理，發(fā)動機消耗的油量數(shù)值會實時顯示在顯示屏上。

圖3 實驗測試所用方拖

圖4 單缸柴油機安裝法

1、怠速工況下油耗測試

點燃發(fā)動機，待其穩(wěn)定運行后每隔 10 min 讀取并記錄顯示屏上的油耗數(shù)值 （ 見表 1 ）。

由圖 5 可知，怠速情況下，發(fā)動機油耗以平均 9.965 mL/min的數(shù)值平穩(wěn)遞增，200 min 內(nèi)共消耗了 1 993 mL 柴油，平均每小時所耗油量約 598 mL，這與發(fā)動機廠家提供的怠速油耗數(shù)值基本符合，誤差為 13.04%。由于柴油機是怠速運行，單位時間內(nèi)流過傳感器的液體流速較低，與傳感器的液體流速*小量程 1L/h 相差較大，因此發(fā)動機帶載工作時，傳感器所測得的油耗與實際發(fā)動機油耗的誤差范圍會有所降低，油耗傳感器的測量精度也會隨著發(fā)動機功率的增大而提高。

2、方拖行駛工況下油耗測試實驗

方拖在空載情況下進行實車行駛油耗測試，出車前加滿油箱，然后從加油站開始沿路線行駛 4.3 km 后沿原路返回至加油站并把油箱加滿，所加油量即為方拖行駛 8.6 km 實際油耗，并記錄此時油耗設備顯示屏上的數(shù)值。重復上述實驗，得到的數(shù)據(jù)見 2。

由表 2 可知，方拖共行駛 77.4 km，實際所用總油量為 8.2L，折算為百公里油耗約 10.59L，符合廠家提供的方拖百公里油耗數(shù)值，而油耗設備上顯示方拖行駛 77.4 km 所用總油量為9.134L，與實際方拖所用油量相差 0.934L，誤差為 10.22%，低于傳統(tǒng)的油耗測量方法所算得的誤差值。

隨著我國對農(nóng)機生產(chǎn)行業(yè)項目的重視，適用于測量農(nóng)機油耗的流量計市場巨大，積極研究和發(fā)展新型流量計產(chǎn)品，結(jié)合應用*的微電子控制技術(shù)來測量農(nóng)機油耗有著重要的發(fā)展意義。本文提出的農(nóng)機油耗測量方法具有簡單實用、可靠性高等特點，對今后研究更高精度的油耗測試儀具有重要的借鑒意義。