農(nóng)業(yè)的規(guī)?；s化生產(chǎn)方式，已經(jīng)被確認(rèn)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必由之路，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的大幅度提高。而農(nóng)業(yè)機(jī)械現(xiàn)今已成為了集約化生產(chǎn)方式的主要生產(chǎn)力。如何加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)機(jī)械的科學(xué)管理，也同時成為了提高生產(chǎn)效率，增加農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要手段了。

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的高速發(fā)展和普及，農(nóng)機(jī)油耗測試是農(nóng)機(jī)研制企業(yè)開展節(jié)能工作及能量平衡工作、進(jìn)行農(nóng)機(jī)技術(shù)改造和改進(jìn)設(shè)計中必不可缺少的一項基礎(chǔ)研究。

然而，除少數(shù)大型農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)或?qū)I(yè)研究單位有精度較高、設(shè)備齊全的油耗測試手段和設(shè)備外，絕大多數(shù)企業(yè)采用天平砝碼稱重法進(jìn)行油耗測試。該方法操作復(fù)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(chǔ)上，提出一種選用旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計安裝在農(nóng)機(jī)油路上的方法來測量農(nóng)機(jī)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 displacementflowmeter ）。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(yùn)動部件。活動體和殼體構(gòu)成的每個測量腔就是一個標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)識別螺桿的轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)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(jī)采集信號并進(jìn)行進(jìn)一步的分析和應(yīng)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(fù)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(dāng)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(shè)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

流量計工作原理

如圖 1 （ a ） 所示，被測液體從進(jìn)口端進(jìn)入流量傳感器內(nèi)腔，在進(jìn)、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(dāng)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(fù)到如圖 1 （ a ） 所示的位置。這樣，活塞每旋轉(zhuǎn)一周，從進(jìn)、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(dāng)于一個按鍵開關(guān)的作用，在有液體流入的過程中反復(fù)關(guān)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 ） 可流過某一流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。

流量計安裝方式

柴油發(fā)動機(jī)的燃油消耗量的計量采用差分測量法。由于柴油發(fā)動機(jī)有進(jìn)油管和回油端，柴油發(fā)動機(jī)工作時，柴油從油箱被吸入進(jìn)油管，經(jīng)過油水分離器過濾后，進(jìn)入供油泵然后從供油泵壓出，經(jīng)過精濾過濾后進(jìn)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(jī)的油耗計量是進(jìn)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(jìn)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(jī)的柴油發(fā)動機(jī)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

一款精準(zhǔn)的油耗計量流量計

U-How?康匯流量計是上?？祬R實業(yè)發(fā)展有限公司，根據(jù)旋轉(zhuǎn)活塞式工作原理自主研發(fā)生產(chǎn)的，具有測量流速低、量程寬、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠等特點的高精度流量傳感器。

流量計爆炸圖

產(chǎn)品參數(shù)

1、機(jī)械部分：

2、電子部分：

測量介質(zhì)

可測量輕質(zhì)和中質(zhì)油料，如：汽油、柴油、煤油、石腦油、潤滑油

產(chǎn)品資質(zhì)

1. 發(fā)明專利：ZL201020504169.8流量傳感器

2. 國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心車輛檢測報告

3. 交通部委托北京計量院精度檢測報告

油耗監(jiān)控解決方案

應(yīng)用對象

1.發(fā)動機(jī)：

火車、汽車、工程車、拖拉機(jī)、發(fā)電機(jī)組及內(nèi)河或近海航行的船舶中測量各類動力機(jī)器的燃油消耗量，及各種較重液體的裝卸計量和管道過液計量。

2.燃燒器：

車載鍋爐、移動鍋爐等設(shè)備的燃油消耗計量。

數(shù)據(jù)采集方式

通過采集流量計脈沖數(shù)據(jù)的方式，以RS485/RS232對接設(shè)備單位的系統(tǒng)集成

解決方案

油耗計量測試結(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(jī)為“時風(fēng)歐”第二代的單缸發(fā)動機(jī)，功率為 14.7 kW，怠速空載運(yùn)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(jī)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(jìn)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(jìn)行處理，發(fā)動機(jī)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(jī)安裝法

1、怠速工況下油耗測試

點燃發(fā)動機(jī)，待其穩(wěn)定運(yùn)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(jī)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(jī)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(jī)是怠速運(yùn)行，單位時間內(nèi)流過傳感器的液體流速較低，與傳感器的指定液體流速最小量程 1L/h 相差較大，因此發(fā)動機(jī)帶載工作時，傳感器所測得的油耗與實際發(fā)動機(jī)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(jī)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(jìn)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指定路線行駛 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(shè)備顯示屏上的數(shù)值。重復(fù)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(shè)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(jī)生產(chǎn)行業(yè)項目的重視，適用于測量農(nóng)機(jī)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(yīng)用先進(jìn)的微電子控制技術(shù)來測量農(nóng)機(jī)油耗有著重要的發(fā)展意義。本文提出的農(nóng)機(jī)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。