微機控制的高精度內燃機油耗測量儀的製作方法

2023-10-05 00:04:14

專利名稱：微機控制的高精度內燃機油耗測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及由微型計算機控制的採用重量法自動測量內燃機燃油耗的測量儀器(簡稱「油耗儀」)，特別是一種其稱重機構採用傳感器的油耗儀。
內燃機油耗儀是一種高精度測量一定時間裡內燃機消耗的燃油質量的克數，或者測量消耗一定質量燃油所需要的時間秒數的儀器。油耗儀要求的時間和質量測量精度比普通的液體流量計高得多。現有的技術情況如下國內目前使用最多的油耗儀是無錫縣電子器材廠生產的SYZZ型油耗轉速自動測量儀，採用槓桿砝碼式自動天平，測量精度為±0.6％。南通市啟東測功設備廠研製的無浮力影響的高精度燃油消耗計採用單片微機控制，稱重機構採用應變測力傳感器，取消測量油杯內所有插入管，消除了插入管的燃油浮力對測量精度的影響(實用新型專利公告號GG86203743)，油耗測量精度為±0.5％。奧地利AVL公司730型態燃油耗測量儀是當前國外的代表性產品。根據AVL公司1984年4月出版的油耗儀使用說明書介紹，該油耗儀採用專用微機控制，稱重機構採用電容式位移傳感器，油耗測量精度為±0.15％，具有動態油耗測量，油管浮力補償修正，高精度砝碼自動校正等多種功能。
本實用新型的目的是提供一種測量精度更高的由微型計算機控制的油耗儀，它可以測量內燃機穩定工況的油耗，也可以測量過渡過程的動態瞬時油耗。
本實用新型的主要技術內容是油耗儀稱重機構所用的傳感器採用了高精度的電磁力平衡傳感器，該傳感器運用閉環式電磁力平衡原理，使驅動線圈在磁場中上升的電磁力和秤盤上的負荷相平衡，通過測量線圈中的電流就可以精確地知道負荷的大小。由電磁力平衡傳感器組成的高精度智能稱重機構在稱重0～300g範圍內誤差≤0.1mg，足以保證油耗儀的測量精度達到±0.1％。由於測量精度高，所以不但可用於測穩定工況油耗，也可以正確地測出過渡過程中很短時間內的動態瞬時油耗。
本實用新型和現有技術相比所具有的優點是測量精高度，測量數據的穩定性、重複性好，使用壽命長，並且具有動態油耗測量，油管浮力補償修正，高精度砝碼自動校正等功能。


圖1是電磁力平衡傳感器。
圖2是油耗儀原理圖。
圖3是油耗儀的電原理框圖。
圖4是低通濾波器電路圖。
圖5是A／D轉換器電路圖。
以下結合附圖詳細說明本實用新型的具體技術方案和工作原理。
圖1中所示的電磁力平衡傳感器是一種高靈敏度傳感器。圖中秤盤(1)和驅動線圈(5)相連，線圈(5)在由外殼(2)磁鋼(3)和極靴(4)組成的磁場中產生一個向上的電磁力。電磁力和秤盤上的負荷相平衡，測量線圈中的電流就可以精確地知道負荷的大小。
圖2中電磁力平衡傳感器(11)(以下簡稱「傳感器」)的秤盤上放著測量油杯(10)。燃油由箱(6)經三通電磁閥(7)進入油杯。開始測油耗時電磁閥(7)關閥，燃油由油杯中出來經三通電磁閥(8)流向發動機(13)。三通電磁閥(7)和(8)的通斷位置由微機控制。不測量油耗時燃油從油箱(6)經電磁閥(7)和(8)直接流向發動機，不經過測量油杯。油杯(10)上面有一個質量為100g的標準砝碼，精度等級達到國際E級(高於GB4167－84的一等砝碼)，誤差為±0.05mg。砝碼位置由校正機構(12)控制。通過鍵盤向微型計算機發出校正命令後，微機控制校正機構使砝碼落下，進行校正。校正結束後校正機構自動將砝碼提起。通過校正可以消除由於緯度不同，重力加速度不同而帶來的稱量誤差。油耗測量的結果由微機輸出，用一組數碼管實時顯示油耗數據。另外還設有印表機接口，可根據需要連接印表機，列印並保存試驗結果。油耗測量的精度可以達到±0.1％。測量油杯(10)中插有向發動機供油的出油管，根據燃油的密度和消耗一定質量的燃油後油杯內液面高度的變化可以計算出油管燃油浮力的影響，並用電腦程式軟體進行補償修正，該軟體存入微機的內存中。
油耗儀的電原理圖如圖3所示。傳感器秤盤加上負荷後秤盤下降，產生位置偏差。位置檢測器將位置偏差轉換成偏差電壓信號，再經PID調節器(比例、積分、微分調節器)和放大器轉換成驅動線圈的電流。只要偏差電壓不等於零，電流將繼續增大產生電磁力使秤盤上升，直到電磁力和負荷平衡，位置偏差和偏差電壓均等於零為止。位置檢測機構由高靈敏度的遠紅外發光管和對稱式光敏電池組成。
低通濾波器的電路如圖4所示。低通濾波器的作用是清除環境中高頻幹擾信號對儀器的影響，減少稱重機構的誤差。為了提高輸入阻抗選用高輸入電阻的運算放大器A，同時後面採用一級射極跟隨器T以提高負載能力，減少輸出電阻。
模／數轉換器採用如圖5所示的4 1/2 位A／D轉換器。A／D轉換精度精度0.01％。由於所要求的油耗測量精度為±0.1％，相當於100g時允許差±0.1g。所以採用十進位4 1/2 位的A／D轉換器完全可以滿足測量要求。
油耗儀採用微型計算機控制。本實用新型採用定時測重法，定時誤差在0.05ms以內。測量穩定工況的油耗時，時間間隔有10，20，30，50，60，80，100秒七種可供選擇。測量油耗時由鍵盤輸入測量命令並選定時間間隔T。在微機控制下儀器進入測量準備狀態，先使油杯內注滿燃油。穩定時間結束後自動測得第一個質量值M1，經過時間T後測量得第2個質量值M2。由微機算出油耗M1－M2／T並實時顯示。這時判斷油杯內存油是否還夠再完成一次測量，如果油量足夠則繼續重複測量。如果油杯內油量不足，則在計算機控制下從油箱向油杯注油。測量結束後進入由油箱直接向發動機供油的工作狀態。
測量內燃機過渡過程的動態瞬時油耗時，油耗儀以1Hz的更新頻率重複測量，即每秒鐘測一次，並且顯示已測過的最後10次測量的平均值，顯示頻率為2Hz。瞬時油耗測量值可用印表機記錄。
本實用新型所述的油耗儀也可以和轉速傳感器、扭矩傳感器等儀器共同組成內燃機性能測試系統，用於測量和顯示燃油消耗率(單位為克／千瓦小時或克／馬力小時)。
權利要求1.一種由微型計算機控制的採用重量法自動測量內燃機燃油耗的測量儀器，它包括採用傳感器的稱重機構，測量油杯，微機控制部分和列印顯示部分，其特徵是測量油杯直接放在一個由稱盤，驅動線圈，磁鋼，極靴和外殼組成的電磁力平衡傳感器的稱盤上。
2.根據權利要求1所述的燃油耗測量儀，其特徵是其中稱重機構的標準砝碼直接放在測量油杯上。
專利摘要由微型計算機控制的採用重量法自動測量內燃機燃油耗的測量儀器，其特徵是測量油杯直接放在電磁力平衡傳感器的稱盤上，可以測量穩定工況和過渡過程的動態油耗。測量精度達到±0.1％，並裝有採用高精度標準砝碼的自動校正機構。標準砝碼直接放在測量油杯上。
文檔編號G01F13/00GK2071329SQ8921506
公開日1991年2月13日 申請日期1989年8月7日 優先權日1989年8月7日
發明者殷松森, 黃浩東, 彭德平 申請人:機械電子工業部無錫油泵油嘴研究所