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，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，與上下蓋板構成一個密封的初月形空腔（由于齒輪的轉動，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，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：

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

橢圓齒輪流量計應用于內(nèi)燃機油耗測量系統(tǒng)

介紹一種用于測量內(nèi)燃機耗油的流量計，以實現(xiàn)對動力機械的燃油控制，達到節(jié)能減排的目的。采用橢圓齒輪的測量形式，開發(fā)了二次儀表。利用一臺噴油泵試驗臺進行了系統(tǒng)性能驗證實驗，根據(jù)內(nèi)燃機的實際工作狀況，在內(nèi)燃機三種工況下進行了實驗，即*大扭矩轉速、*大功率轉速以及起動轉速。實驗結果表明，該測量系統(tǒng)工作穩(wěn)定，在*大扭矩轉速和*大功率轉速下測量誤差相對小，分別為0. 9%和0. 8%，但在起動轉速工況下誤差大，為32. 3%。同時，進油管和回油管的表頭均有一定的內(nèi)泄漏，且隨著內(nèi)燃機轉速的增大而減小。*后，通過分析測量數(shù)據(jù)，提出了從表頭工藝參數(shù)和軟件補償兩個方面提高測量精度。

內(nèi)燃機一般有進油管和回油管，通過油泵進行循環(huán)，兩管流量之差即為實際耗油量。內(nèi)燃機有三種極限工況，*大扭矩轉速、*大功率轉速、起動轉速。所設計的橢圓齒輪流量計要求必須在三種極限工況下均能正常工作。同時，機器運轉時可能會產(chǎn)生脈動流，則所選傳感器應對脈動流不敏感。另外，燃油粘度也是一個需要考慮的因素。綜合以上因素，采用容積式流量測量法，選取橢圓齒輪的測量形式。橢圓齒輪流量計具有精度高[6]( 一般為0. 5%，特殊達到0. 2%) 、對安裝要求低，在旋轉流和管道阻流件流速場突變時對計量**度沒有影響，沒有前置直管段要求，安裝簡單，占據(jù)空間較小。測量范圍寬，對流體粘度不敏感，適于對燃油的測量。量程比寬，一般達到10 ∶1，特殊達到30 ∶1或更高[6]，理論上適合于內(nèi)燃機三種工況的測量要求。在橢圓齒輪上裝有磁鋼，利用霍爾效應[7，9]對橢圓齒輪的旋轉進行檢測，根據(jù)傳感器輸出信號的特點設計二次儀表，包括信號調(diào)理電路與顯示部分。

本文根據(jù)內(nèi)燃機實際工作狀況設計了實驗，模擬其在三種極限工況下工作。實驗結果表明，該系統(tǒng)在*大扭矩轉速和*大功率轉速下測量誤差相對較小，但在起動轉速下誤差大。*后，通過分析實驗數(shù)據(jù)和系統(tǒng)在低轉速下誤差大的原因，提出了進一步改進的措施。

1 傳感器原理及結構

1. 1 測量原理

測量原理如圖1 所示。測量部分由兩個相互嚙合的橢圓齒輪及其外殼( 計量室) 所構成。在一個橢圓齒輪上對等各安裝一磁鋼，流體通過時，會引起橢圓齒輪的轉動，這種轉動相當于對空間磁場進行了調(diào)制。然后，利用磁敏檢測原理，將周期性磁場變化信號轉換為電信號，*終通過信號轉換電路將流量值顯示出來。

橢圓齒輪流量計在被測介質(zhì)的壓差ΔP = P1 -P2 的作用下，產(chǎn)生作用力矩使其轉動。在Ⅰ位置時，A 為主動輪，B 為從動輪，這是由于P1>P2，兩者的合力矩使輪A 順時針轉動，把輪A 和殼體間的半月形容積內(nèi)的介質(zhì)排至出口，并帶動輪B 作逆時針方向轉動; Ⅱ為中間位置，A 和B 均為主動輪; 而在Ⅲ位置時，P1 和P2 作用在A 輪上的合力矩為零，作用在B輪上的合力矩使B 輪逆時針轉動，并把已吸入半月形容積內(nèi)的介質(zhì)排至出口，這時B 為主動輪，A 為從動輪。如此往復循環(huán)，輪A 和輪B 互相交替地由一個帶動另一個轉動，將被測介質(zhì)以半月形容積為單位一次次地由進口排至出口。

顯然，橢圓齒輪每轉一周所排出的被測介質(zhì)量理論值為半月形容積V0的4 倍。圖1 中，半月形的截面積S 為計量室殼體半徑對應的半圓面積與半橢圓齒輪面積之差，即

上述兩式中，a 為橢圓齒輪長半軸，b 為橢圓齒輪短半軸，R 為計量室殼體半徑，L 為橢圓齒輪軸向高度。實際使用時，由于加工、裝配誤差等原因，必須對每個表頭進行標定。

1. 2 傳感器結構

檢測系統(tǒng)傳感器也稱為表頭，主要包括計量室、轉軸、橢圓齒輪副、墊圈、霍爾開關、磁鋼以及螺栓。三維機械結構示意圖如圖2 所示。其中，計量室由上下端蓋組成，用密封圈封好。轉軸與下端蓋加工為一體。齒輪副安裝在下端蓋，其中一個橢圓齒輪安裝兩枚磁鋼( 位于長軸上，成180°布置) ，霍爾開關安裝在上端蓋。油液推動以各自齒輪軸為中心的橢圓齒輪副嚙合轉動后從另一油口流出。

上下端蓋組成的計量室由高強度鋼材料組成，橢圓齒輪副是耐磨的銅材料。油液從左右兩側進出，且以油液不直接沖擊齒輪為好，把進出入計量室的通道有傾斜一定角度，同時，也可提高表頭耐壓性能。

密封裝置保證油液不向傳感器殼體外泄漏，簡稱外泄漏，外泄漏會造成浪費和環(huán)境污染。與之對應的還有內(nèi)泄漏，內(nèi)泄漏是指液壓系統(tǒng)內(nèi)部有少量液體從高壓腔流向低壓腔的泄露。內(nèi)泄漏會造成效率下降，測量精度降低。通過合理的尺寸參數(shù)選擇以及加工精度，盡量減少內(nèi)泄漏。

2 二次儀表開發(fā)

2. 1 信號處理電路設計

二次儀表將傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)過處理，*終顯示在液晶屏幕( LCD) 上，其模塊圖如圖3二次儀表應該具有工作響應快、量程比滿足需要以及外表美觀等特點。另外，數(shù)據(jù)存儲功能也是*的，一方面將油耗數(shù)據(jù)存儲起來，另一方面，通過固化程序?qū)崿F(xiàn)誤差的補償及修正功能。作為一個人機接口，設置友好的操作方法至關重要。達到便于讀數(shù)、查詢、設置以及管理的目地。

二次儀表所用液晶屏為OCMJ4X8C，采用SPI串行通信方式與單片機進行數(shù)據(jù)交換。時鐘芯片選用SD2400EEPROM 型，該芯片內(nèi)置晶振，且自身帶有ROM，用來存儲測量數(shù)據(jù)。

2. 2 軟件設計

軟件主程序流程圖見圖5。系統(tǒng)上電時，首*行液晶屏初始化程序、中斷設置以及軟件看門狗設置等初始化操作。由于所用單片機與LCD 液晶屏通信數(shù)據(jù)量大，需要一定時間，所以必須設置一個刷新顯示標志位，通過定時器每隔一段時間顯示一次測量數(shù)據(jù)，刷新一次系統(tǒng)時鐘，保證單片機不會丟失流量脈沖計數(shù)。實際使用時，當油耗增加一定量時，需要將耗油量和時間儲存到外部ROM 中，通過設置數(shù)據(jù)儲存標志位實現(xiàn)這一目的，便于以后查閱和管理。

3 實驗系統(tǒng)及結果討論

3. 1 實驗系統(tǒng)

在油泵試驗臺上完成*終的功能驗證實驗，如圖7 所示，采用一個柴油機油泵，模擬實際柴油機的工況運行。

所用油泵試驗臺是泰安泰山金石機械有限責任公司的DB2000-ⅡA 型噴油泵試驗臺，其主軸轉速范圍為0 ～ 4 000 r /min，可試噴油泵缸數(shù)為12，主軸*大輸出功率為11 kW，氣路壓力為-0. 1 MPa ～ 1. 0MPa。利用油泵試驗臺可實現(xiàn)對其上玻璃量杯卸油次數(shù)的控制，卸油總量作為模擬耗油量，與二次儀表顯示值比較。通過試驗臺可實現(xiàn)對進油管和回油管壓力的控制，使其與柴油機運行時相配。試驗臺回油管有一個轉子流量計( 精度: 1. 5 級) ，可將回油管流速顯示出來。

實驗設計是基于內(nèi)燃機三種工況，*大扭矩轉速、*大功率轉速和起動轉速。所選用北京天偉油泵廠的六缸PB 型噴油泵，適合在180 kW 柴油機上使用。將油泵安裝在油泵試驗臺上，實驗時保證進油管和回油管的壓力分別為0. 1 MPa、0. 05 MPa，符合實際的工作壓力，油溫設定為25 ℃。

實驗系統(tǒng)框圖如圖8 所示，分流功能由油泵試驗臺實現(xiàn)，玻璃量筒示數(shù)即為實際耗油量，可**讀出，精度為1 mL，與樣機示數(shù)相比較，可以對樣機進行簡單標定。轉子流量計為油泵試驗臺所固有，將其連在回油管上，可提供回油管通過的實際流量，加上玻璃量筒示數(shù)即可得到進油管流量，與二次儀表測得值進行對比。

3. 2 實驗結果及討論

油泵在*大功率轉速、*大扭矩轉速、起動轉速三種工況下進行實驗，記錄每個狀態(tài)二次儀表進油、回油、耗油讀數(shù)以及試驗臺玻璃量筒讀數(shù)、壓力、油泵轉速、玻璃量筒卸油次數(shù)，還有轉子流量計讀數(shù)。通過試驗臺的卸油操作實現(xiàn)對玻璃量筒耗油的控制。每個狀態(tài)重復進行三次，實驗數(shù)據(jù)見表1。

在三種工況下，系統(tǒng)三次重復測量得到的三組數(shù)據(jù)曲線吻合的較好( 圖9) ，說明系統(tǒng)工作穩(wěn)定，有一定的測量重復性。

本文研究了針對內(nèi)燃機耗油量的橢圓齒輪流量計，選用橢圓齒輪的測量形式，設計了表頭機械結構，開發(fā)了二次儀表。建立了實驗測試平臺，在內(nèi)燃機*大功率轉速、*大扭矩轉速和起動轉速下進行測試，測試結果為進一步改進流量計提供科學依據(jù)。實驗表明，兩個表頭都存在內(nèi)泄漏，并且隨著轉速增大而減小。盡管存在內(nèi)泄漏，但利用進油量與回油量之差計算實際耗油量時，一部分泄漏量相互抵消，使得測量結果接近于參考值，由圖10 計算得知在*大功率轉速、*大扭矩轉速和起動轉速下相對誤差分別為0. 8%、0. 9% 和32. 3%，說明油泵轉速越大時，測得值與參考值越接近。

通過分析實驗數(shù)據(jù)，提出了從兩個方面提高測量精度，一是改進表頭工藝參數(shù)，在不影響表頭壽命的情況下，盡量減小計量室，即降低每個脈沖對應的油量，使得內(nèi)燃機轉速一定時，橢圓齒輪旋轉速度加大，減小泄漏。同時，控制好間隙，從根本上減小泄漏。二是采用軟件補償?shù)姆椒?，通過測得測量值與參考值偏差規(guī)律，軟件上進行實時補償和修正。