專利名稱：微機(jī)控制的高精度內(nèi)燃機(jī)油耗測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及由微型計(jì)算機(jī)控制的采用重量法自動(dòng)測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)燃油耗的測(cè)量?jī)x器(簡(jiǎn)稱“油耗儀”)，特別是一種其稱重機(jī)構(gòu)采用傳感器的油耗儀。
內(nèi)燃機(jī)油耗儀是一種高精度測(cè)量一定時(shí)間里內(nèi)燃機(jī)消耗的燃油質(zhì)量的克數(shù)，或者測(cè)量消耗一定質(zhì)量燃油所需要的時(shí)間秒數(shù)的儀器。油耗儀要求的時(shí)間和質(zhì)量測(cè)量精度比普通的液體流量計(jì)高得多?，F(xiàn)有的技術(shù)情況如下國(guó)內(nèi)目前使用最多的油耗儀是無(wú)錫縣電子器材廠生產(chǎn)的SYZZ型油耗轉(zhuǎn)速自動(dòng)測(cè)量?jī)x，采用杠桿砝碼式自動(dòng)天平，測(cè)量精度為±0.6％。南通市啟東測(cè)功設(shè)備廠研制的無(wú)浮力影響的高精度燃油消耗計(jì)采用單片微機(jī)控制，稱重機(jī)構(gòu)采用應(yīng)變測(cè)力傳感器，取消測(cè)量油杯內(nèi)所有插入管，消除了插入管的燃油浮力對(duì)測(cè)量精度的影響(實(shí)用新型專利公告號(hào)GG86203743)，油耗測(cè)量精度為±0.5％。奧地利AVL公司730型態(tài)燃油耗測(cè)量?jī)x是當(dāng)前國(guó)外的代表性產(chǎn)品。根據(jù)AVL公司1984年4月出版的油耗儀使用說(shuō)明書(shū)介紹，該油耗儀采用專用微機(jī)控制，稱重機(jī)構(gòu)采用電容式位移傳感器，油耗測(cè)量精度為±0.15％，具有動(dòng)態(tài)油耗測(cè)量，油管浮力補(bǔ)償修正，高精度砝碼自動(dòng)校正等多種功能。
本實(shí)用新型的目的是提供一種測(cè)量精度更高的由微型計(jì)算機(jī)控制的油耗儀，它可以測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)穩(wěn)定工況的油耗，也可以測(cè)量過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)瞬時(shí)油耗。
本實(shí)用新型的主要技術(shù)內(nèi)容是油耗儀稱重機(jī)構(gòu)所用的傳感器采用了高精度的電磁力平衡傳感器，該傳感器運(yùn)用閉環(huán)式電磁力平衡原理，使驅(qū)動(dòng)線圈在磁場(chǎng)中上升的電磁力和秤盤(pán)上的負(fù)荷相平衡，通過(guò)測(cè)量線圈中的電流就可以精確地知道負(fù)荷的大小。由電磁力平衡傳感器組成的高精度智能稱重機(jī)構(gòu)在稱重0～300g范圍內(nèi)誤差≤0.1mg，足以保證油耗儀的測(cè)量精度達(dá)到±0.1％。由于測(cè)量精度高，所以不但可用于測(cè)穩(wěn)定工況油耗，也可以正確地測(cè)出過(guò)渡過(guò)程中很短時(shí)間內(nèi)的動(dòng)態(tài)瞬時(shí)油耗。
本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精高度，測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、重復(fù)性好，使用壽命長(zhǎng)，并且具有動(dòng)態(tài)油耗測(cè)量，油管浮力補(bǔ)償修正，高精度砝碼自動(dòng)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(zhuǎn)換器電路圖。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的具體技術(shù)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(pán)(1)和驅(qū)動(dòng)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(chǎng)中產(chǎn)生一個(gè)向上的電磁力。電磁力和秤盤(pán)上的負(fù)荷相平衡，測(cè)量線圈中的電流就可以精確地知道負(fù)荷的大小。
圖2中電磁力平衡傳感器(11)(以下簡(jiǎn)稱“傳感器”)的秤盤(pán)上放著測(cè)量油杯(10)。燃油由箱(6)經(jīng)三通電磁閥(7)進(jìn)入油杯。開(kāi)始測(cè)油耗時(shí)電磁閥(7)關(guān)閥，燃油由油杯中出來(lái)經(jīng)三通電磁閥(8)流向發(fā)動(dòng)機(jī)(13)。三通電磁閥(7)和(8)的通斷位置由微機(jī)控制。不測(cè)量油耗時(shí)燃油從油箱(6)經(jīng)電磁閥(7)和(8)直接流向發(fā)動(dòng)機(jī)，不經(jīng)過(guò)測(cè)量油杯。油杯(10)上面有一個(gè)質(zhì)量為100g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，精度等級(jí)達(dá)到國(guó)際E級(jí)(高于GB4167－84的一等砝碼)，誤差為±0.05mg。砝碼位置由校正機(jī)構(gòu)(12)控制。通過(guò)鍵盤(pán)向微型計(jì)算機(jī)發(fā)出校正命令后，微機(jī)控制校正機(jī)構(gòu)使砝碼落下，進(jìn)行校正。校正結(jié)束后校正機(jī)構(gòu)自動(dòng)將砝碼提起。通過(guò)校正可以消除由于緯度不同，重力加速度不同而帶來(lái)的稱量誤差。油耗測(cè)量的結(jié)果由微機(jī)輸出，用一組數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示油耗數(shù)據(jù)。另外還設(shè)有打印機(jī)接口，可根據(jù)需要連接打印機(jī)，打印并保存試驗(yàn)結(jié)果。油耗測(cè)量的精度可以達(dá)到±0.1％。測(cè)量油杯(10)中插有向發(fā)動(dòng)機(jī)供油的出油管，根據(jù)燃油的密度和消耗一定質(zhì)量的燃油后油杯內(nèi)液面高度的變化可以計(jì)算出油管燃油浮力的影響，并用計(jì)算機(jī)程序軟件進(jìn)行補(bǔ)償修正，該軟件存入微機(jī)的內(nèi)存中。
油耗儀的電原理圖如圖3所示。傳感器秤盤(pán)加上負(fù)荷后秤盤(pán)下降，產(chǎn)生位置偏差。位置檢測(cè)器將位置偏差轉(zhuǎn)換成偏差電壓信號(hào)，再經(jīng)PID調(diào)節(jié)器(比例、積分、微分調(diào)節(jié)器)和放大器轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)線圈的電流。只要偏差電壓不等于零，電流將繼續(xù)增大產(chǎn)生電磁力使秤盤(pán)上升，直到電磁力和負(fù)荷平衡，位置偏差和偏差電壓均等于零為止。位置檢測(cè)機(jī)構(gòu)由高靈敏度的遠(yuǎn)紅外發(fā)光管和對(duì)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(huán)境中高頻干擾信號(hào)對(duì)儀器的影響，減少稱重機(jī)構(gòu)的誤差。為了提高輸入阻抗選用高輸入電阻的運(yùn)算放大器A，同時(shí)后面采用一級(jí)射極跟隨器T以提高負(fù)載能力，減少輸出電阻。
模／數(shù)轉(zhuǎn)換器采用如圖5所示的4 1/2 位A／D轉(zhuǎn)換器。A／D轉(zhuǎn)換精度精度0.01％。由于所要求的油耗測(cè)量精度為±0.1％，相當(dāng)于100g時(shí)允許差±0.1g。所以采用十進(jìn)制4 1/2 位的A／D轉(zhuǎn)換器完全可以滿足測(cè)量要求。
油耗儀采用微型計(jì)算機(jī)控制。本實(shí)用新型采用定時(shí)測(cè)重法，定時(shí)誤差在0.05ms以內(nèi)。測(cè)量穩(wěn)定工況的油耗時(shí)，時(shí)間間隔有10，20，30，50，60，80，100秒七種可供選擇。測(cè)量油耗時(shí)由鍵盤(pán)輸入測(cè)量命令并選定時(shí)間間隔T。在微機(jī)控制下儀器進(jìn)入測(cè)量準(zhǔn)備狀態(tài)，先使油杯內(nèi)注滿燃油。穩(wěn)定時(shí)間結(jié)束后自動(dòng)測(cè)得第一個(gè)質(zhì)量值M1，經(jīng)過(guò)時(shí)間T后測(cè)量得第2個(gè)質(zhì)量值M2。由微機(jī)算出油耗M1－M2／T并實(shí)時(shí)顯示。這時(shí)判斷油杯內(nèi)存油是否還夠再完成一次測(cè)量，如果油量足夠則繼續(xù)重復(fù)測(cè)量。如果油杯內(nèi)油量不足，則在計(jì)算機(jī)控制下從油箱向油杯注油。測(cè)量結(jié)束后進(jìn)入由油箱直接向發(fā)動(dòng)機(jī)供油的工作狀態(tài)。
測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)瞬時(shí)油耗時(shí)，油耗儀以1Hz的更新頻率重復(fù)測(cè)量，即每秒鐘測(cè)一次，并且顯示已測(cè)過(guò)的最后10次測(cè)量的平均值，顯示頻率為2Hz。瞬時(shí)油耗測(cè)量值可用打印機(jī)記錄。
本實(shí)用新型所述的油耗儀也可以和轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器等儀器共同組成內(nèi)燃機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)，用于測(cè)量和顯示燃油消耗率(單位為克／千瓦小時(shí)或克／馬力小時(shí))。
權(quán)利要求1.一種由微型計(jì)算機(jī)控制的采用重量法自動(dòng)測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)燃油耗的測(cè)量?jī)x器，它包括采用傳感器的稱重機(jī)構(gòu)，測(cè)量油杯，微機(jī)控制部分和打印顯示部分，其特征是測(cè)量油杯直接放在一個(gè)由稱盤(pán)，驅(qū)動(dòng)線圈，磁鋼，極靴和外殼組成的電磁力平衡傳感器的稱盤(pán)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃油耗測(cè)量?jī)x，其特征是其中稱重機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼直接放在測(cè)量油杯上。
專利摘要由微型計(jì)算機(jī)控制的采用重量法自動(dòng)測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)燃油耗的測(cè)量?jī)x器，其特征是測(cè)量油杯直接放在電磁力平衡傳感器的稱盤(pán)上，可以測(cè)量穩(wěn)定工況和過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)油耗。測(cè)量精度達(dá)到±0.1％，并裝有采用高精度標(biāo)準(zhǔn)砝碼的自動(dòng)校正機(jī)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)砝碼直接放在測(cè)量油杯上。
文檔編號(hào)G01F13/00GK2071329SQ8921506
公開(kāi)日1991年2月13日 申請(qǐng)日期1989年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月7日
發(fā)明者殷松森, 黃浩東, 彭德平 申請(qǐng)人:機(jī)械電子工業(yè)部無(wú)錫油泵油嘴研究所