CN107438712A - 流量计 - Google Patents

Abstract

正线性位移流速计和使用方法，该计包括：第一室，该第一室用于容纳诸如来自燃料喷射器的柴油的物质并向活塞的一端施加物质力，其中，在第二室中诸如由空气压力向另一个活塞端施加反向力；和比较器，该比较器用于向控制单元指示丢弃无效活塞位移测量结果，直到物质力大致等于反向力为止，这允许独立于计的使用之间的条件变化的精确流速测量。

Description

流量计

技术领域

本发明涉及流速测量，并且具体涉及适于用于测量燃料喷射系统(诸如，柴油喷射系统)的流速的线性正位移流量计(linear positive displacement flow meter)的稳定检测。

背景技术

线性正位移流量计通常利用气缸内部的活塞。要被测量的物质被引导到气缸中，并且物质的流动使得活塞沿着气缸位移。测量活塞位移，并且因为已知活塞面积，所以位移可以被数学地转换成流速。被测量的物质的流动可以线性的，或者在柴油喷射系统的情况下为脉动的。

通常向活塞施加“反向力”(即，阻碍物质的力)。反向力的施加具有三个主要效果：

-防止活塞在气缸的端部处过冲(overshoot)；

-在测量脉动流时防止活塞的振荡；

-将被测量的物质维持在压缩下，从而在物质是流体时防止由于空气从溶液出来而引起的读数的误差；

-在已达到全行程时或在需要从气缸排出被测量物质时朝向活塞的基点(datum)返回活塞。

为了使物质移动活塞，“物质力(substance force)”(即，由物质施加于活塞的力)必须克服被施加于活塞的反向力。从计的启动起，物质力增大，直到它达到它等于反向力的阈值点为止。阈值点达到的点在图1上由“X”指示，图1是物质力(牛顿)相对于来自柴油燃料喷射器的燃料的喷射次数的图形例示。随着物质所施加的力增大至阈值点以上，活塞将开始抵抗反向力而移动。

达到阈值点之前采取的任意流速测量结果将不正确且需要被丢弃。

体积的增加或活塞测量气缸侧上的力的减小将需要丢弃测量结果，直到物质力再次克服反向活塞力为止。这通常发生在从气缸排空物质之后。体积的变化还可能由于将来自多个喷射器的流转到计量单元中的上游液压阀引起。可能值得提及这一点。

如图1中例示的，物质力增大，直到点达到阈值的第十六次喷射为止。因此，计所采取的前16个测量结果无效，并且应被丢弃。

已知线性正位移流量计通常使用以下内容的组合丢弃在物质力减小之后的测量结果：

持续时间；

活塞位移；

流脉冲的数量。

用于丢弃无效测量结果的算法通常在一系列流动条件下借助实验导出。然而，算法本身易受由于系统动力学的变化而引起的测试条件的误差影响，这些变化例如由于以下内容而引起：

活塞上反向力的误差；

物质的粘度和密度；

物质和计的温度；

湿度；

海拔；

摩擦；

部件的磨损。

发明内容

本发明的目的是提供一种至少减轻已知实施方式遭遇的问题的线性正位移流量计。

因此，本发明在第一方面提供了根据权利要求1的、一种用于流速计中的设备。

反向力可以包括空气压力。

比较器装置可以将从第一压力传感器接收的物质压力测量结果(substancepressure measurement)和从第二压力传感器接收的空气压力测量结果分别转换成物质力读数和反向力读数。

在另选实施方式中，反向力由位于第二室内的弹簧来提供。

在另外的方面中，本发明包括一种流量计量设备，该流量计量设备包括：如上的计；控制单元，该控制单元用于接收来自测量装置的测量结果和来自比较器装置的信号；以及物质源，该物质源经由物质入口向第一室供应物质。

物质源可以包括柴油燃料喷射器。

本发明还包括一种使用根据本发明的设备测量物质的流速的方法，该方法包括以下步骤：

-从物质源向第一室供应物质；

-测量装置向控制单元中继活塞沿着孔的线性位移的测量结果；

-比较器装置将物质力与反向力进行比较；以及

-如果物质力小于反向力，则比较器向控制单元中继忽视从测量装置接收的测量结果的信号；

-如果物质力等于反向力或低于反向力在预定容限内或大于反向力，则比较器向控制单元中继记录从测量装置接收的测量结果的信号。

附图说明

现在将参照附图通过示例的方式描述本发明，在附图中：

图2是根据本发明的线性正位移流量计设备的部分剖面和部分示意图；以及

图3是物质压力相对于来自柴油燃料喷射器的燃料的喷射次数的图形表示。

具体实施方式

如图2例示，本发明包括用于线性正位移流量计4中的发信号装置。本发明的范围还包括流量计量设备2，该流量计量设备2包括线性正位移流量计4。

计2包括具有空间的主体6，该主体6包括设置在主体6内的主孔8。主孔8包括朝向主孔8的第一端50的第一孔部60、朝向主孔8的第二端52(远离第一端60)的第二孔部62以及第一孔部60与第二孔部62之间的中间部12。

第一室14被限定在第一孔部60内，并且第二室16被限定在第二孔部62内。

活塞30由活塞导承(piston guide)支撑在主孔8内，该活塞导承由位于中间部12任一端部处的轴承40来设置。活塞30被设置为如图2中指示的沿着主孔8(即，轴向地沿着活塞导承)在X轴上线性移动。

活塞具有第一端，该第一端包括在第一孔部60内的第一端面32；和第二端，该第二端包括远离第一端面32且在第二孔部62内的第二端面34。

计2还包括位移和时间测量装置，该位移和时间测量装置包括位移测量装置90。位移测量装置90包括引导块64、线性传感器和编码器66以及臂68。臂68通过第一固定螺丝56附接到活塞30，并且线性传感器和编码器66通过第二固定螺丝58附接到臂68。因此，活塞30在主孔8内轴向上的任意线性位移(即，从初始位置开始的移动)将引起臂68和引导块64的对应线性移动。任意这种线性移动由线性传感器和编码器66来检测，并且表示线性位移的信号被中继到控制单元92(图2中示意性地示出)。

计2还包括计时装置，该计时装置包括用于测量活塞30的预定线性移动发生所花费的时间(即，活塞30从初始位置移动预定距离所花费的时间)的计时设备。表示活塞30沿着孔8的预定位移所花费的时间的测量结果被中继到控制单元92。

一旦启动计2，要测量流速的物质经由物质入口46和填充/排放阀54被馈入第一室14中。物质入口46由物质源80(图2中示意性示出)来供应。

第一室14由第一室主密封物20和第一室备用密封物22密封，以防止任意物质泄露到主孔8的中间部12中。

随着第一室14内的物质力增大，物质对活塞30的第一端面32施加增大的力。第一压力传感器(未示出)被设置为测量物质压力，并且经由链路72(图2中示意性示出)向包括比较器70的比较器装置转发物质压力测量结果。

反向力被施加到活塞30的第二端面。在本实施方式中，反向力因空气压力而产生。空气经由进气口48被供应给第二室16；从而，第二室16内的空气压力对活塞30的第二端面34施加反向力。一旦在第二室16内达到预定(即，已调节)空气压力，则在对计2通电的同时维持该预定水平的空气压力。

第二室16由第二室密封物24密封，以防止空气泄露到主孔8的中间部12中。

第二压力传感器(未示出)被设置为测量第二室16内的空气压力，并且经由链路74(图2中示意性示出)向比较器70转发测量结果。

在计2操作时但在物质力小于反向力时(例如如果第一室14中的任意物质之前已经被排放)，由位移测量装置90进行的活塞30从初始位置的线性位移的任意测量结果和由计时装置进行的时间测量结果不表示物质到第一室14中的流速。

在计2继续操作时，随着另外的物质经由物质入口46被馈入第一室14中，第一室14内的物质的压力增大。

比较器70基于活塞30的端面32、34的已知面积将第一室14中的物质压力和第二室16中的空气压力的测量结果分别转换成物质力和反向力。比较器70然后将物质力与反向力进行比较，并且基于比较将命令中继到控制单元92。特别地，如果物质力小于反向力，则比较器70向控制单元发忽视从位移测量装置90接收的活塞位移测量结果和从计时装置接收的时间测量结果的信号。

第一室14内的物质压力增大，这引起物质力的对应增大，直到达到阈值点为止。阈值点在物质力等于反向力或低于反向力在给定容限内时达到。在阈值点处和以上(即，在物质力等于反向力或低于反向力在给定容限内时和在物质力增大至反向力以上时)，比较器70向控制单元92发记录由位移测量装置90提供的位移测量结果和由计时装置提供的时间测量结果的信号。

在阈值点之后，导致与作用在第二端面34上的反向力相比作用在第一端面32上的增大物质力的净力使得活塞30远离主孔8的第一端50且朝向主孔8的第二端52沿着主孔8轴向移动。因为臂66附接到活塞30，所以也使得臂沿与活塞30相同的方向移动。

在阈值点之后(即，在由第一室14中的物质压力施加的活塞30上的物质力已经克服由第二室16中的空气压力施加的反向力之后)，活塞30的线性移动表示被供应到第一室14的物质的流速。在接收到来自比较器70的、已经达到阈值点的信号之后，控制单元92开始记录从位移测量装置90接收的线性活塞位移测量结果和从计时装置接收的时间测量结果。这些测量结果随后使用活塞30的第一端面32的已知面积被数学地转换成流速读数。

流速由方程来计算：

其中，

活塞位移是如由位移测量装置90测量的、活塞30在主孔8内轴向的线性位移；

物质活塞面积是活塞30的第一端面32的面积；以及

时间是如由计时装置测量的、活塞位移发生所花费的时间。

在计2的使用期间，物质力随后可以减小至阈值以下的点(即，物质力在使用期间可以减小至小于反向力)。物质力在计2的使用期间的降低可能由于例如物质源80与计2之间的体积由于流量阀改变状态而引起的变化而引起。流量阀例如可以与包括多个燃料喷射器的物质源80一起用于将燃料喷射器的流引导到计2的第一室14中。

比较器70继续测量物质力，因此，如果这种减小发生，则比较器70将向控制单元92发再次忽视从测量装置90接收的位移和来自计时装置的时间测量结果的信号。随后，当比较器70指示物质力再次等于反向力或低于反向力在预定容限内或大于反向力时(即，在物质力再次到达并超过阈值点时)，它将向控制器92发再次记录来自位移测量装置90的位移测量结果和来自计时装置的时间测量结果的信号。

图3是物质压力(Bar)相对于来自柴油燃料喷射器的燃料的喷射次数的图形表示。阈值点在点X处第一次达到。(与图3对应但示出物质力(牛顿)相对于喷射次数的曲线将示出相同轨迹)。

在图3的示例中，将看到，在启动计2之后，在燃料喷射器的16次喷射之后第一次达到阈值点。在30次喷射之后，物质压力降至阈值线以下。在40次喷射之后，物质压力再次达到阈值点。因此，在该示例中，比较器70将向控制单元92指示记录16次喷射至30次喷射之间的位移测量结果，并且在40个测量结果之后再次记录。将丢弃16次喷射之前以及30次喷射至40次喷射之间的测量结果。

在本发明中，例如如果物质是燃料且物质源80是燃料喷射器，则物质将以连续方式或以脉动方式被馈入第一室14中。

如果物质以连续方式被馈入第一室14中，则与图3类似的曲线图将指示物质压力或物质力相对于从启动起的时间，而不是相对于喷射的次数。控制单元92在比较器70指示尚未达到阈值点的初始时间段期间而且在期间比较器70指示物质力已降至阈值点以下的任意随后时间段期间将忽视从测量装置90接收的位移测量结果和从计时装置接收的时间测量结果。

在使用计2之后且必要时，可以经由填充/排放阀54将任意物质从第一室14排出物质入口46。

在上述实施方式中，比较器70将物质压力和空气压力转换成物质力和反向力，并且比较力值。然而，如果活塞30的第一端面32和第二端面34具有相等的面积，则比较器70可以在不转换为力的情况下直接比较物质压力和空气压力。因此，到控制单元92的输出信号将基于物质压力是等于空气压力(或低于空气压力在预定容限内)还是大于空气压力。

本发明测量由所喷射物质(诸如，来自喷射器的柴油)在活塞30的一个端面32上施加的力和在活塞的相对端面34上的反向力，其中，反向力由空气压力来提供。然而，在另选实施方式中，反向力可以由另一种手段来提供。例如，来自入口48的空气的供应可以用位于第二室16内的弹簧代替，该弹簧被设置为向活塞30的第二端(具体是向活塞30的第二端面34)提供恒定的反向力。在该另选实施方式中，比较器70将根据从压力传感器接收的物质压力计算的物质力与从设置在弹簧与活塞30的第二端面34之间的力传感器接收的反向力进行比较。另选地，反向力可以为已知弹簧力常数。

在本发明中，控制单元92接收来自比较器70的物质压力与空气压力的所比较测量结果、来自位移测量装置90的线性活塞位移测量结果以及来自计时装置的时间测量结果。通过比较器70向控制单元92发丢弃在比较器70指示物质力和反向力大致相等(即，物质力等于反向力或低于反向力在预定容差内)之前从测量装置90和计时装置接收的测量结果的信号。当物质力大致等于或大于反向力时，控制单元92记录位移和时间测量结果。

本发明基于特定于计的每一次使用的反向力的测量结果丢弃该使用的活塞位移和时间的无效读数。因此，计的使用之间的条件(诸如，物质的粘度和密度、物质和部件的温度、湿度、海拔、摩擦或部件磨损)的任意变化不影响稳定检测和随后的活塞位移读数的精度。

附图标记

设备 2

计 4

主体 6

主孔 8

孔中间部 12

第一室 14

第二室 16

第一室主密封物 20

第一室备用密封物 22

第二室密封物 24

活塞 30

活塞第一端面 32

活塞第二端面 34

轴承 40

物质入口 46

孔第一端 50

孔第二端 52

填充/排放阀 54

第一固定螺丝 56

第二固定螺丝 58

孔第一部 60

孔第二部 62

引导块 64

线性传感器和编码器 66

臂 68

比较器 70

链路 72

链路 74

物质源 80

位移测量装置 90

控制单元 92

X 轴

T 阈值线

Claims (8)

1.一种用于向流速计(4)的控制单元(92)发信号的发信号装置，

所述计(4)包括：活塞(30)，该活塞(30)位于主孔(8)内；第一室(14)，该第一室(14)朝向所述活塞(30)的第一端(50)，用于容纳物质；以及第二室(16)，该第二室(16)在所述主孔(8)的远离所述第一端(50)的第二端(52)处；

所述发信号装置包括比较器装置(70)和设置在所述第一室(14)中的至少一个第一压力传感器；

其中，在所述计(4)的使用中，包括所述第一室(14)内的所述物质的压力的物质压力向所述活塞(30)的第一端(32)施加物质力；

并且其中，反向力被施加到所述活塞(30)的远离所述第一端(32)的第二端(34)；

并且其中，所述物质力与所述反向力之间的差引起所述活塞(30)从初始位置在所述主孔(8)内且沿着所述主孔(8)的轴向轴线(X)的线性位移；

其中，由所述控制单元接收到的测量结果包括从位移测量装置(90)接收的、所述活塞(30)从初始位置的线性位移的测量结果，以及从计时装置接收的、所述活塞(30)从所述初始位置的预定位移所花费的时间的测量结果；

其中，在所述计(4)的使用中，所述比较器装置(70)接收来自所述第一压力传感器的物质压力的测量结果，并且使用所述活塞的所述第一端(32)的预定面积计算物质力；

并且其中，所述比较器装置(70)将所述物质力与所述反向力进行比较，其中，所述反向力是预定的恒定力或由所述比较器装置(70)根据从第二压力传感器接收的反向压力的测量结果和所述活塞(30)的所述第二端(34)的预定面积来计算；

并且其中，基于所述物质力与所述反向力的所述比较，所述比较器装置(70)向所述控制装置(92)提供关于所述控制装置(92)应记录还是应忽视从测量装置(90)和所述计时装置接收的测量结果的信号。

2.根据权利要求1所述的发信号装置，其中，所述反向力包括空气压力。

3.根据权利要求2所述的发信号装置，其中，所述比较器(70)装置将从第一压力传感器接收的物质压力测量结果和从第二压力传感器接收的空气压力测量结果分别转换成物质力读数和反向力读数。

4.根据权利要求1所述的发信号装置，其中，所述反向力由位于所述第二室(16)内的弹簧来提供。

5.一种流量计量设备(2)，该流量计量设备(2)包括：

根据前述权利要求中任一项所述的发信号装置；

流速计(4)，该流速计(4)包括：活塞(30)，该活塞(30)位于主孔(8)内；第一室(14)，该第一室(14)朝向所述活塞(30)的第一端(50)，用于容纳物质；以及第二室(16)，该第二室(16)在所述主孔(8)的远离所述第一端(50)的第二端(52)处；以及

物质源(80)，该物质源(80)经由物质入口(46)向所述第一室(14)供应所述物质。

6.根据权利要求5所述的流量计量设备(2)，其中，所述物质源(80)包括柴油燃料喷射器。

7.一种使用根据权利要求5或6所述的设备(2)测量物质的流速的方法，该方法包括以下步骤：

-从所述物质源(80)向所述第一室(14)供应物质；

-所述位移测量装置(90)向所述控制单元(92)中继表示所述活塞(30)沿着所述主孔(8)的线性位移的测量结果；

-所述计时装置向所述控制单元(92)中继表示所述活塞(30)沿着所述主孔(8)的预定线性位移所花费的时间的测量结果；

-所述比较器装置(70)接收来自第一压力传感器的物质压力读数，并且根据物质压力读数和所述活塞(30)的所述第一端(32)的已知面积计算物质力读数；

-将所述物质力与所述反向力进行比较，其中，所述反向力是已知常数或根据由第二压力传感器提供的反向压力读数和所述活塞(30)的所述第二端(34)的已知面积来计算；以及

-如果所述物质力小于所述反向力，则所述比较器装置(70)向所述控制单元(92)中继忽视从所述位移测量装置(90)和所述计时装置接收的测量结果的信号；

-如果所述物质力等于所述反向力或低于所述反向力在预定容限内或大于所述反向力，则所述比较器装置(70)向所述控制单元(92)中继记录从所述测量装置(90)和所述计时装置接收的测量结果的信号；

-所述控制单元(92)计算正被供应给所述第一室(14)的所述物质的流速。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，为了计算正被供应给所述第一室(14)的所述物质的流速，所述控制单元(92)使用方程：

其中，

活塞位移是如由所述位移测量装置90测量的、所述活塞30在所述主孔8内轴向的线性位移；

物质活塞面积是所述活塞30的第一端面32的面积；以及

时间是如由所述计时装置测量的、所述活塞位移发生所花费的时间。