提高容積式油耗儀校準(zhǔn)準(zhǔn)確度的方法

馮曉楓 / 上海機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司

提高容積式油耗儀校準(zhǔn)準(zhǔn)確度的方法

馮曉楓 / 上海機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司

為了提高容積式油耗儀的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，供油法優(yōu)于稱量法。在具體校準(zhǔn)實(shí)踐中，研究采用同步啟停法及存壓法對(duì)供油法進(jìn)行彌補(bǔ)，則可以大大提高校準(zhǔn)準(zhǔn)確度。

容積式油耗儀；校準(zhǔn)；稱量法；供油法；同步啟停法；存壓法

0 引言

目前在機(jī)動(dòng)車(chē)道路試驗(yàn)中，為測(cè)量燃油消耗量，普遍采用的是容積式油耗儀。此時(shí)，油耗儀安裝在待測(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)上進(jìn)行道路試驗(yàn)，車(chē)輛始終處于變速、變（方）向等不規(guī)則運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中。與在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)靜止不動(dòng)狀態(tài)下使用的油耗儀測(cè)量油耗的試驗(yàn)客觀條件大不相同。此類油耗儀的測(cè)量原理一般是利用封閉定容積原理：通過(guò)被測(cè)液體（燃油）的流動(dòng)，密閉的環(huán)形腔室容積在壓力差作用下交替變換，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子做擺線運(yùn)動(dòng)，磁偶極組將轉(zhuǎn)子的規(guī)律擺動(dòng)轉(zhuǎn)換為圓周運(yùn)動(dòng)，磁力傳感器在非接觸式的感應(yīng)中產(chǎn)生脈沖信號(hào)，測(cè)出流過(guò)燃油的容積。故稱為容積式油耗儀，此類油耗儀的測(cè)量參數(shù)為燃油流過(guò)的體積總量。

1 校準(zhǔn)方法

校準(zhǔn)此類油耗儀的方法有兩種：被動(dòng)稱量法與主動(dòng)供油法。

1.1 稱量法

稱量法的校準(zhǔn)原理，如圖1所示，直接測(cè)量油耗儀出口端流出的燃油。采用高精度電子天平稱量“流出燃油”的質(zhì)量，并由高精度密度計(jì)測(cè)出燃油密度，從而計(jì)算出體積量。此類方法的優(yōu)點(diǎn)是操作方便，但是缺點(diǎn)亦十分明顯，首先此種方法是把燃油直接放入量筒或者天平上的盛器中，燃油液面表層暴露在空氣當(dāng)中。因?yàn)槿加徒橘|(zhì)有極大的揮發(fā)性，不但會(huì)影響到測(cè)量準(zhǔn)確度，并且有一定的操作安全隱患。其次，由于燃油是液體，流動(dòng)需要外力推送，設(shè)備自帶增壓泵或者另外附加增壓設(shè)備，從而造成液體流速較大，與實(shí)際機(jī)動(dòng)車(chē)行駛時(shí)燃油流速差別較大。第三，此過(guò)程中極容易發(fā)生漏氣、漏油等情況，造成檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

圖1 稱量法的校準(zhǔn)原理框圖

1.2 供油法

供油法的校準(zhǔn)原理，如圖2所示。將待測(cè)設(shè)備直接連接到油耗儀的閉環(huán)油路通道中，從而可以避免燃油的泄漏、進(jìn)氣等情況發(fā)生，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與檢測(cè)工作的安全性。此類方法需要由校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)裝置主動(dòng)供油。以上海機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)中心的標(biāo)準(zhǔn)器為例：供油管為等直徑圓柱形結(jié)構(gòu)，一端為可推進(jìn)式活塞。供油時(shí)，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿副傳動(dòng)，使缸體活塞直線推進(jìn)，并可通過(guò)直線導(dǎo)軌上的光柵位移傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)活塞行進(jìn)距離。通過(guò)管徑面積的計(jì)算，得出推送出的燃油體積量V：

圖2 供油法的校準(zhǔn)原理框圖

此類方法可通過(guò)對(duì)電機(jī)的控制，調(diào)節(jié)液體的流速，校準(zhǔn)的流速范圍接近于車(chē)輛實(shí)際情況（如汽油車(chē)5～30 L/h，柴油車(chē)10～60 L/h），多點(diǎn)流速的測(cè)量，使測(cè)量數(shù)據(jù)更具可信度。供油法的缺點(diǎn)在于油路必須處于封閉狀態(tài)，為保證油管接口之間的密閉性，連接工作較繁瑣，所以每次測(cè)量前的裝配工作比較費(fèi)時(shí)。由于整個(gè)校準(zhǔn)工作的連接管路較長(zhǎng)，在燃油介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)開(kāi)始與結(jié)束時(shí)容易發(fā)生液體的來(lái)回波動(dòng)，從而造成檢測(cè)數(shù)據(jù)的不穩(wěn)。

總的來(lái)說(shuō)，供油法優(yōu)于稱量法。

2 方法改進(jìn)

為了進(jìn)一步提高油耗儀的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度，在校準(zhǔn)油耗儀的供油法基礎(chǔ)上，采用同步啟停法彌補(bǔ)供油法的不足。

2.1 同步啟停法

同步啟停法的原理是在保證流速穩(wěn)定的情況下，將油耗儀的啟停信號(hào)接入標(biāo)準(zhǔn)器系統(tǒng)內(nèi)，由系統(tǒng)對(duì)被檢油耗儀發(fā)出“開(kāi)始測(cè)量”信號(hào)、與標(biāo)準(zhǔn)器的燃油量測(cè)量同步開(kāi)始；待體積參量到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)器再發(fā)出“停止測(cè)量”信號(hào)、被檢油耗儀同步停止計(jì)數(shù)。它的優(yōu)點(diǎn)在于準(zhǔn)確度高，在流速穩(wěn)定的情況下，可進(jìn)行多次小量程測(cè)量。

2.2 存壓法

存壓法則是對(duì)同步啟停法的一個(gè)補(bǔ)充，因?yàn)闊o(wú)法做到啟停的絕對(duì)同步，所以原本采用的控制方法為“停止-啟動(dòng)-停止”。即油路狀態(tài)為靜止時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，然后讓管路內(nèi)油介質(zhì)開(kāi)始流動(dòng)，流速提升到設(shè)定值一段時(shí)間后，再降速至靜止?fàn)顟B(tài)。由于標(biāo)準(zhǔn)器的計(jì)數(shù)方式是采集等直徑主油管的位移信號(hào)，但標(biāo)準(zhǔn)油管與待測(cè)油耗儀之間連接管路較長(zhǎng)，且高速狀態(tài)下的液體慣性關(guān)系，極容易造成油管內(nèi)推動(dòng)活塞停止后，后續(xù)管路內(nèi)的燃油介質(zhì)由于慣性繼續(xù)往前推進(jìn)，造成待測(cè)油耗儀的重復(fù)計(jì)數(shù)，顯示值均大于標(biāo)準(zhǔn)器的設(shè)定值。

針對(duì)這種情況，改進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)器的檢測(cè)工藝。在待測(cè)油耗儀的進(jìn)油管路前，加裝了可控閥門(mén)，并對(duì)該閥門(mén)進(jìn)行程序設(shè)定（待標(biāo)準(zhǔn)器推動(dòng)工作停止后，馬上發(fā)出關(guān)閉指令）。從而保證了標(biāo)準(zhǔn)器停止后，待測(cè)設(shè)備也不再進(jìn)油。因?yàn)榇朔椒ǖ慕橘|(zhì)推動(dòng)方法，采用的是活塞端壓縮體積，造成液體介質(zhì)壓力增加，從而推動(dòng)液體流動(dòng)。閥門(mén)關(guān)閉后會(huì)造成閥門(mén)前端的液體介質(zhì)因?yàn)橥蝗环忾]，造成壓力加大的狀況。主油管推出的液體體積會(huì)略大于待測(cè)設(shè)備的測(cè)量體積量。所以采用的存壓法即為先讓管路內(nèi)介質(zhì)運(yùn)行一段過(guò)程（經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)算，50 L/h狀態(tài)下，需要800 mL；20 L/h狀態(tài)下，需要200 mL）。這樣可保證兩次存壓狀態(tài)大體一致，從而保證了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

以小野燃油流量計(jì)FP-2140為例，按校準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn)。由于整個(gè)檢定過(guò)程由專用應(yīng)用程序自動(dòng)完成，故不存在讀數(shù)誤差。在流量檢定范圍內(nèi)選取5個(gè)流速檢測(cè)點(diǎn)，每個(gè)檢定點(diǎn)做10次重復(fù)測(cè)定，進(jìn)行比對(duì)，見(jiàn)表1、表2。

表1 改進(jìn)前供油法的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

表2 改進(jìn)后供油法的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)語(yǔ)

校準(zhǔn)方法經(jīng)上述改進(jìn)后，對(duì)于狀態(tài)完好的高精度油耗儀，校準(zhǔn)測(cè)量重復(fù)性大大提高，因此，其校準(zhǔn)準(zhǔn)確度肯定也會(huì)大大提高。據(jù)實(shí)踐證明，校準(zhǔn)不確定度可達(dá)到0.5%，重復(fù)性0.2%。

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Method for improving calibration accuracy of positive displacement fuel consumption meter

Feng Xiaofeng
（Shanghai Motor Vehicle Inspection Certi fi cation & Tech Innovation Center Co., LTD）

In order to improve the calibration accuracy of displacement type fuel consumption meter, after repeated tests, the oil supply method is better than weighing method. In the specific calibration practice, the synchronous start stop method or storage pressure method will be used to further improve and supplement the oil supply method, which can greatly improve the calibration accuracy.

volumetric fuel consumption meter; calibration; weighing method; oil supply method; synchronous start and stop method; pressure storage method