CN1013897B - 小流量流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小流量流量计，能测量各种内燃机的燃油的微小的瞬时流量，测量下限为每分钟2毫升。它是由筒状壳体、转子、光电发射管和光电接收管组成的普通的流量计中，增加一个光栅筒，转子每旋转一周能有多个脉冲输出，铝质转子上铣有螺旋槽，可以测量一秒钟时间内的流量，被测流量与输出脉冲频率间有良好线性关系。

Description

本发明涉及一种改进的流体的流量计，特别是一种能够测量各种内燃机的小流量的燃油的瞬时流量，即瞬时微小的油耗量。

目前在与内燃机专业有关的工厂、研究所和大专院校的内燃机实验室中，在对各种发动机进行试验、研究中，都有测量小流量的燃油的瞬时流量的需要。特别在对各种小型单缸发动机、轻型摩托车、模型发动机进行试验时，要求测量下限降为每分钟2毫升左右。另外近几年在研究应用计算机对发动机进行优化控制的工作中，为便于快速控制，要求对燃油流量进行快速测量，要求计算机的取样时间限制在200毫秒以内。

美国4428243号专利公开了一种流量计：一个装叶片的转子位于筒状壳体中，流动的流体推动装叶片的转子旋转。一个光源，通过一导光元件（例如玻璃细棒）把光导向转子上的叶片的外表面，从叶片上反射出的光经过另一导光元件导向一个光敏检测系统。于是光敏检测系统输出脉冲讯号，输出的脉冲讯号的频率正比于单位时间内流体的流量。

英国2083210号专利公开了类似的流量计：流动的流体推动装叶片的转子旋转，光敏检测系统也用以检测从转动中转子反射出的光。

以上两件专利存在的不足是：由于都利用转子转动中产生的反射光，所以亮暗不够分明，增加了光敏检测系统分辨亮暗的困难性。另 外当流体流量减小时，单位时间内光敏检测系统输出的脉冲讯号数显然减小很多，一次测量所需时间也得延长。在应用计算机对发动机进行优化控制中，把光敏检测系统的输出送入计算机时，得采用较长的取样时间，所以不便于快速的即时的测量和控制。

本发明的主要目的即在改善上述的不足，在转子上加装一个光栅筒，使转子每旋转一周，光敏检测系统输出的脉冲讯号数增加数倍，并且光敏检测系统检测的不是明暗差别不大的反射光，而是明暗差别很大的直射光。所以除了便于光敏检测系统的分辨外，在流通小流量流体时，光敏检测系统的单位时间内输出脉冲讯号数也足够多，一次测量所需时间也可不延长，易于满足计算机取样时间限制在较短的200毫秒以内的要求。

本发明的任务是以如下方式完成的：在转子上加装一个光栅筒，具有均匀分布的四、六、八或十二个等长方透光窄孔。光电发射管和光电接收管被安置在垂直于光栅筒中心线方向上。所以转子旋转一周即能相应分别产生四、六、八或十二等脉冲讯号。由于流体流量很小，如要求测量下限为每分钟2毫升，为使转子可靠旋转，转子直径限制在1.8毫米，得采用轻质的铝材，在铝棒上铣出螺旋槽，并且转子与容纳转子的筒状壳体的内径间的间隙也限制在0.1毫米左右。当被测流体从上流下时，经过筒状壳体，推动转子旋转，同时转子上的光栅筒控制了光电发射管所发射的光线，使光电接收管接收到一个个明暗间隔的讯号。一定的流量产生一定的每秒脉冲数。光电接收管输出讯号经放大、隔离、整形进入数显计数装置，数显计数装置所显示的数就是被测流体所产生的每秒脉冲数，相应于在一秒钟内被测流体一定的流量。

以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明的整体构成的方框图。

图2是本发明的一个实例的被测流体流量与脉冲讯号频率间关系曲线图。

图3a是本发明的传感器部分上半部纵向剖面图。

图3b是本发明的传感器部分下半部纵向剖面图。

图4是图3a的传感器部分上半部沿A-A线的剖视图。

图5是图3a的传感器部分上半部沿B-B线的剖视图。

参照图1，被测流体进入传感器〔13〕后，流量大小已被转换为脉冲讯号频率的大小，传感器〔13〕输出的脉冲讯号经放大级〔14〕、隔离级〔15〕、整形级〔16〕后，进入数显计数装置〔17〕。

图2是本发明的一个实例的被测汽油的流量与脉冲讯号频率间的关系曲线图。从图可知直至小流量线性良好。

图3a是本发明的传感器〔13〕上半部纵向剖面图;图3b是本发明的传感器〔13〕下半部纵向剖面图。图中在一筒状壳体〔1〕正中放置一个转子〔2〕，转子〔2〕的直径为1.8毫米，用铝棒铣出螺旋槽〔11〕，螺距为11毫米。转子〔2〕的外径与筒状壳体〔1〕内孔的内径的间隙为0.1毫米。转子〔2〕的上下两端各固定一只轴枢〔3〕。在转子〔2〕上部顶端与轴枢〔3〕之间固定一只光栅筒〔4〕，光栅筒〔4〕上具有均匀分布的透光的长方孔〔12〕六个。在垂直于光栅筒〔4〕中心线方向上安置一对光电发射管〔5〕和光电接收管〔6〕。光电发射管〔5〕的电源引入线和光电接收管〔6〕的讯号输出线由总的屏蔽套管〔10〕内引入 和引出。转子〔2〕的上下两个轴枢〔3〕各安放在上下两只轴承〔7〕内。上下两只轴承〔7〕安置在上下两只轴承架〔8〕上。上下两只轴承架〔8〕被上下两只紧固螺帽〔9〕固定在正确的位置上。

图4是图3a的传感器〔13〕上半部沿A-A线的剖视图。图中示出了相应截面的形状。轴承架〔8〕与这部分筒状壳体〔1〕内孔之间空余处〔18〕用以流通波测流体。从图中可看出轴承架〔8〕的最大外径要比这部分筒状壳体〔1〕的内孔的内径小，用以调整转子〔2〕与筒状壳体〔1〕的同轴度。

图5是图3a的传感器〔13〕上半部沿B-B线的剖视图。图中示出了转子〔2〕的截面的形状。

与现有技术相比，本发明具有以下特点或优点：

（1）测量下限为每分钟2毫升。这样的下限特别适用于各种小型单缸发动机、轻型摩托车和模型发动机的瞬时耗油量的测量。测量上限可以根据要求也较容易做到较高值，例如每分钟500毫升。并且从附图2看出，在整个流量量程范围内被测流量与脉冲讯号频率间线性良好，便于把数显计数装置〔17〕读数直接标定为被测流体的流量值（每分钟多少毫升）。

（2）测量时间短。一般测量可选用一秒钟。如进入计算机，取样时间可选用200毫秒。所以便于计算机对发动机进行快速控制。

（3）传感器〔13〕体积小巧，外观最大直径17毫米，最大长度80毫米。

由以上三点，本发明除了适于测量各种大中小型发动机、轻型摩托车和模型发动机等的瞬时耗油量和作节能研究的核心仪表外，只要适当选择传感器〔13〕各部分材料，还可应用于医学（例如输血、 输液、麻醉等等）、化学、化工等研究机构，以及其它有关小流量瞬时测量的场合。另外由于本发明的传感器〔13〕体积小巧，也可用于各种应用发动机的车、船等移动式运输工具上，作监控仪表用。

本发明的典型实例是：测量汽油流量下限为每分钟2毫升，上限为每分钟500毫升。转子〔2〕外径为1.8毫米。如再降低转子〔2〕外径和筒状壳体〔1〕的内径，测量下限可达每分钟1毫升。光栅筒〔4〕的外围是0.05毫米厚的黄铜片开出长2.5毫米、宽0.4毫米的长方孔〔12〕后卷制而成。长方孔〔12〕数目采用六个效果最好。轴承〔7〕最好内部再镶嵌宝石轴承。转子〔2〕在上下两只轴承〔7〕间间隙在0.05至0.1毫米之间。各固定零件相互之间的连接除螺纹连接外，其余均采用环氧树脂粘接，以防泄漏流体。附图2是本发明以上实例的被测汽油流量与脉冲讯号频率间的关系曲线图。本发明的隔离级〔15〕是一级射极跟随器，整形级是旋密特触发器。

Claims (3)

1、一个由筒状壳体[1]、转子[2]、光电发射管[5]、光电接收管[6]、上下两个轴枢[3]、上下两个轴承[7]、放大级[14]、隔离级[15]、整形级[16]和数显计数装置[17]组成的流体的小流量流量计，其特征是转子[2]上部顶端与轴枢[3]之间固定一个光栅筒[4]，光栅筒[4]具有均匀分布透光的长方孔[12]六个；光电发射管[5]、光电接收管[6]被相对地安置在筒状壳体[1]内垂直于光栅筒[4]中心线的方向上；光电发射管[5]、光电接收管[6]与筒状壳体[1]密接处采用环氧树脂粘接，以防泄漏流体；光电发射管[5]的电源引入线和光电接收管[6]的信号输出线由总的屏蔽套管[10]内引入和引出；光电接收管[6]的信号输出经放大级[14]、隔离级[15]、整形级[16]后进入数显计数装置[17]；转子[2]铣有螺旋槽[11]。

2、按权利要求1规定的小流量流量计，其特征是光栅筒〔4〕由黄铜制成，具有长2.5毫米、宽0.4毫米均匀分布透光的长方孔〔12〕六个。

3、按权利要求1或2规定的小流量流量计，其特征是转子〔2〕直径为1.8毫米，由铝棒铣出螺旋槽〔11〕，螺距为11毫米，转子〔2〕与筒状壳体〔1〕的内径间的间隙为0.1毫米，两个轴承〔7〕内镶嵌宝石轴承，两个轴承〔7〕安装在两个轴承架〔8〕上，两个轴承架〔8〕被两个紧固螺帽〔9〕固定在正确位置上，使转子〔2〕与筒状壳体〔1〕同轴，转子〔2〕在两个轴承〔7〕之间的间隙在0.05至0.1毫米之间。

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