CN1236093A - 真一次平衡燃油耗测量方法及燃油耗仪的设计方案 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用砝码和测量电阻变化的称量仪器。本发明的天平上挂有测量砝码的主刀口二侧的辅助刀口下设置有电阻应变片,藉辅助刀口接触和使电阻应变片受力时的电阻变化经电桥测量,当电阻应变片的电阻变化到设定电阻值时电桥平衡,输出测量停止信号以测量出消耗定量燃油所需的时间进行计算耗油率。根据本发明的此方法设置的测量仪器在测量全程臂中天平始终保持静止状态,从而消除了刀口摩擦误差和位移误差,提高了测量精度。
Description
本发明涉及一种应用砝码和测量电阻变化的称量仪器。
燃料消耗量是内燃机车、轮船柴油机的重要性能参数之一，是评定其经济性能的一项主要指标，也是研究柴油机工作过程的重要参数。通常燃料消耗量指的是单位燃料消耗量，包括单位时间燃料消耗量和燃料消耗率。
燃油耗仪是测量柴油机燃油消耗量的一种高精度测量仪器，是柴油机试验室的主要测试设备之一。
测量燃料量的方法按其测量原理可分为：质量法、容积法和流量计法等，其中质量法和容积法仅适用于柴油机处于稳定工况下，燃料消耗量的测量，测量值目前仍沿用重量单位表示之。
质量法测量燃料消耗量的测量原理是通过直接测量柴油机消耗一定质量的燃油所经历的时间间隔，然后再经过计算以求得其单位时间燃料消耗量和燃料消耗率，其计算公式如下：
ge=G0*3600/(Ne*t) (1)
式中G0-所消耗的燃料定总量(g)
t-消耗定重为G0(kg)燃料所经历的时间间隔(s)
Ne-测量工况下柴油机的有效功率(kw)
ge-有效燃料消耗率(g/kwh)
质量法测量燃料消耗的装置原理简图如图1所示：
其中：1-燃料箱 2-阀 3-重量桶(置于天平的一端)
4-测量天平臂 41天平支点 W-平衡砝码 G0-测量砝码
5-柴油机
柴油机正常工作时，柴油机5由燃料箱1供油，测量前，燃料箱向柴油机5及重量桶3供油，当重量桶3内的燃油质量超过测量天平臂4另一端砝码(W与G0之和)时，测量天平臂4失去平衡，此时完成测量前的准备工作，燃料箱1只向柴油机5供油，使之继续工作并等待测量指令。
开始测量时，柴油机5由重量桶3供油，随着重量桶3内燃料逐渐减少，测量天平4臂渐趋平衡，在测量天平臂4达到平衡状态的瞬间，启动计时机构开始计时，与此同时，取下测量砝码G0，测量天平臂4又一次渐趋平衡，当测量天平臂4第二次达到平衡时，停止计时，完成测量工作，并以上述公式求得单位时间燃料消耗量Gt和有效燃料消耗率ge。上述方法是最基本的二次平衡方法，其主要靠人工操作、读数，其误差较大，其误差包括测量天平刀口的磨擦误差、时间测量误差(计时机构误差和操作人员的反应误差)，仅上述的误差即使二次平衡法难以提高精度。故发展到一次平衡的方法，如图2所示，测量天平4的臂中有天平支点41，测量砝码G0挂在主刀口43上并架在测量天平臂4上，测量天平4的右部有一固定支架42，主刀口43的二边有辅助刀口44，辅助刀口44的下部固定支架42，测量天平4臂的右端带有二个透光孔架6，每一透光孔架6均有一透光孔61，当测量天平4臂在平衡过程时其右端作上、下移动带动透光孔61作上、下活动，一束发光线就有可能被挡住或通过透光孔61，由此向燃油耗仪的电路发出测量开始或结束的脉冲信号，图中为了方便说明，以接触点表示。
奥地利埃威尔李斯特内燃机及测试设备研究所所研制的代表了当今一流水平的TYPE 722DG+700+6006燃油耗仪，它基于天平一次平衡砝码重量转移为基本原理即基本柴油机燃油消耗来自油耗仪燃油天平内量桶中的燃油重量G0，同时测出柴油机消耗定重量燃油G0所用的时间T，以此计算柴油机的油耗率ge。
当被测柴油机5在消耗完预备期燃油，重量桶3中燃油降低到某一高度液面时，即重量桶3中的燃油重量等于平衡砝码w和测量砝码G0的重量和，燃油天平臂4达到平衡状态。此时挡光架6下移，挡住透光孔61，通过光电控制系统给出“测量开始”信号MB。同时控制计时系统开始计时。与此同时，测量砝码G0的辅助刀口44开始接触固定支架42(此时主刀口43仍在天平臂4上)，因此天平臂4保持静止，燃油液面不断下降，右端不再下移。在测量过程中，重量桶3内的燃油不断减少，燃油液面不断下降，同时测量砝码G0在天平臂4主刀口43上的压力逐渐减少，而对辅助刀口44上的压力逐渐增加，测量砝码G0的重量作用点逐渐由测量天平臂4上的主刀口43转移到辅助刀口44上。当重量桶3中燃油液面下降到某一低液面时(即测量砝码G0的重量完全到辅助刀口44上时)，天平臂4右端便在平衡砝码W的作用下下移。挡光架6随之下移，挡住透光孔62，通过光电控制系统给出“测量结束”信号ME，同时控制计时系统停止计时。由于测量过程中，其天平臂4始终保持静止状态，从而消除了刀口磨擦误差，提高了测量精度。由人工计时改为自动计时，减少了人为因素。当重量桶3中的燃油下降到某一低液面时，即测量砝码G0的重量完全转移到辅助刀口44上时的这一瞬间，天平臂4仍处于平衡状态。此时：
G1”=W
燃油消耗量=G1′-G1”=G0+W-W=G0
但当天平臂4仍在平衡状态，挡光架位置不会改变，输出信号也不变。只有当重量桶3中燃油继续减少，液面再次下降，打破天平臂4的平衡状态，天平臂4右端在平衡砝码W的作用下下降，挡光架孔6的位置有了变化，才能给出“测量结束”信号ME。这种平衡不能算“真一次平衡”，只能称做“准一次平衡”。此时：
测量天平臂4带动的挡光架6在零水平线上下有0.5-0.6mm的位移，即测量开始信号MB在天平平衡位置(即刀口零水平线)以上0.25mm时发出，测量结束信号ME在天平平衡位置(即刀口零水平线)以下0.25mm时发出。实际燃油消耗量多于测量砝码G0的是天平臂4的右端上下行走0.5mm距离的燃油消耗量。
重量桶的重量＜平衡砝码W；
即实际燃油消耗量＞测量砝码G0。
在使用哈尔滨船舶工程学院设计制造的SYY型数字燃油耗仪，是根据对光门逻辑输出真值表在测量天平4平衡位置(刀口零水平线)调整挡光架6，输出测量开始信号，并固定MB挡光架6位置，测量天平臂4右端在刀口零水平线下移一光孔距离时输出测量结束信号，固定ME挡片。这种调整挡光架6，天平臂4右端少行走0.25mm距离，使实际燃油消耗量更接近测量砝码G0的重量。因此SYY型数字燃油耗仪的精度要比奥地利埃威尔李斯特内燃机及测试设备研究所所研制的燃油耗仪高。但它还不能称纯粹的一次平衡。
本发明的目的在于提供一种能克服上述缺点的，使天平臂在完全没有位移动作的条件下进行测量，尽可能减少测量误差，提高测量精度的测量方法和相应的仪器。
本发明的方法是采用质量法，测量消耗定量燃油所需的时间进行计算耗油率，其特征在于辅助刀口44下的固定支架42上设置有电阻应变片7，籍测量辅助刀口44开始接触电阻应变片7的瞬间MB和使电阻应变片7受力至其电阻变化至一设定值时ME的时间间隔，根据MB和ME的时间差计算出消耗定量燃油所需的时间。
测量辅助刀口44接触电阻应变片7的瞬间是指测量辅助刀口44开始接触电阻应变片7但尚未受力的瞬间，即被测试柴油机刚好消耗完准备期燃油，测量天平臂4开始达到平衡状态，当辅助刀口44接触电阻应变片7的瞬间籍测量天平臂4右端的接触敏感器件接受信号使测量电路发出测量开始信号MB，启动计时。测量天平臂4右端的接触敏感器件是指测量天平臂4右端的可调整的挡光架6和相应的透光孔61，即当测量辅助刀口44开始接触电阻应变片7但尚未受力的瞬间，挡光架随天平臂4下降正好挡住透光孔61的瞬间。
电阻应变片7受力至其电阻变化至一设定值时是指当柴油机5继续消耗重量桶3中的燃油，测量砝码G0对测量天平臂4上主刀口43的压力逐渐减小，而辅助刀口44对电阻应变片7的压力逐渐增加，测量砝码G0的重量作用点逐渐由测量天平4的主刀口43转移到辅助刀口44即当测量砝码G0的重量完全转移到电阻应变片7上时电阻应变片7的电阻值，发出测量结束信号ME。
电阻应变片7作为一个桥臂Rx接在一电桥电路中，电桥电路中有R1、R2和Rg，当Rx达一设定值使Rx*Rg=R1*R2，电桥达到平衡，采用过零指示输出测量结束信号ME。
本发明的真一次平衡燃油耗仪，由测量天平臂4、重量桶G、平衡砝码W、测量砝码G0及计时系统组成，测量天平臂4的右端带有接触敏感器件，测量天平臂4中有天平支点41，测量砝码G0挂在主刀口43上，主刀口43的两侧有辅助刀口44，辅助刀口44下有固定支架42，其特征在于固定支架42上的辅助刀口44下部固定有电阻应变片7，测量天平臂4的右端只带有一组接触敏感器件，该接触敏感器件为为光敏器件，由测量天平臂(4)右端透光孔架(6)上的透光孔(61)、光源和光敏接受器件组成，光敏接受器件接受光信号进行处理后发出测量开始MB启动计时信号。而测量结束信号ME则由电桥过零指示输出。
电阻应变片7作为一个桥臂Rx接在电桥电路中，电桥电路的桥臂中还有R1、R2和Rg,R1和R2为对角臂，Rx和Rg为对角臂，电桥电路中的三个桥臂R1、R2和Rg为可调整的精密电阻。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)．本发明做到了完全的真正的一次平衡，使测量开始信号MB和测量结束信号ME始终是在天平臂平衡状态下取得，使实际燃油消耗=测量砝码；
(2)．本发明由于采用电阻应变片，电信号反应速度远较机构动作迅速，故对时间t的测量更精确，从而大大提高了油耗仪的测量精度，减小了测量误差；
(3)．天平臂减少一次动作，减少了刀口磨损，延长了仪器的使用寿命，相应地保证了仪器的测量精度。
附图说明：
图1为已有技术二次平衡法的测量装置示意图；
图2为已有技术准一次平衡法的测量装置示意图；
图3为已有技术准一次平衡法的透光孔架和透光孔示意图；
图4为本发明的测量装置示意图。
结合附图说明实施例
本发明采用质量法，测量消耗定量燃油所需的时间进行计算耗油率，其特征在于辅助刀口44下的固定支架42上设置有电阻应变片7，籍测量辅助刀口44开始接触电阻应变片7的瞬间MB和使电阻应变片7受力至其电阻变化至一设定值时ME的时间间隔，根据MB和ME的时间差计算出消耗定量燃油所需的时间。在本方法的测量间隔即MB和ME间的时间内，天平臂4末端始终保持静止状态，从而实现了真正的一次平衡测量。测量辅助刀口44接触电阻应变片7的瞬间是指测量辅助刀口44开始接触电阻应变片7但尚未受力的瞬间，即被测试柴油机刚好消耗完准备期燃油，测量天平臂4开始达到平衡状态，当辅助刀口44接触电阻应变片7的瞬间籍测量天平臂4右端的接触敏感器件接受信号使测量电路发出测量开始信号MB，启动计时。测量天平臂4右端的接触敏感器件是指测量天平臂4右端的可调整的挡光架6和相应的透光孔61，即当测量辅助刀口44开始接触电阻应变片7但尚未受力的瞬间，挡光架随天平臂4下降正好挡住透光孔61的瞬间。
电阻应变片7受力至其电阻变化至一设定值时是指当柴油机5继续消耗重量桶3中的燃油，测量砝码G0对测量天平臂4上主刀口43的压力逐渐减小，而辅助刀口44对电阻应变片7的压力逐渐增加，测量砝码G0的重量作用点逐渐由测量天平4的主刀口43转移到辅助刀口44即当测量砝码G0的重量完全转移到电阻应变片7上时电阻应变片7的电阻值，发出测量结束信号ME。
电阻应变片7作为一个桥臂Rx接在一电桥电路中，电桥电路中有R1、R2和Rg，当Rx达一设定值使Rx*Rg=R1*R2，电桥达到平衡，采用过零指示输出测量结束信号ME。
本发明的真一次平衡燃油耗仪，由测量天平臂4、重量桶G、平衡砝码W、测量砝码G0及计时系统组成，测量天平臂4的右端带有接触敏感器件，测量天平臂4中有天平支点41，测量砝码G0挂在主刀口43上，主刀口43的两侧有辅助刀口44，辅助刀口44下有固定支架42，其特征在于固定支架42上的辅助刀口44下部固定有电阻应变片7，测量天平臂4的右端只带有一组接触敏感器件，该接触敏感器件为为光敏器件，由测量天平臂(4)右端透光孔架(6)上的透光孔(61)、光源和光敏接受器件组成，光敏接受器件接受光信号进行处理后发出测量开始MB信号并启动计时信号。而测量结束信号ME则由电桥过零指示输出。
电阻应变片7作为一个桥臂Rx接在电桥电路中，电桥电路的桥臂中还有R1、R2和Rg,R1和R2为对角臂，Rx和Rg为对角臂，电桥电路中的三个桥臂R1、R2和Rg为可调整的精密电阻。
本发明做到了完全的真正的一次平衡，使测量开始信号MB和测量结束信号ME始终是在天平臂平衡状态下取得，使实际燃油消耗=测量砝码；本发明由于采用电阻应变片，电信号反应速度远较机构动作迅速，故对时间t的测量更精确，从而大大提高了油耗仪的测量精度，减小了测量误差；天平臂减少一次动作，减少了刀口磨损，延长了仪器的使用寿命，相应地保证了仪器的测量精度。
Claims (9)
1．一种真一次平衡燃油耗测量方法，采用质量法，测量消耗定量燃油所需的时间进行计算耗油率，时间的计算以天平臂末端的挡光架6挡住透光孔(61和62)籍光电控制测量出其时间差，其特征在于辅助刀口(44)下的固定支架(42)上设置有电阻应变片(7)，籍测量辅助刀口(44)开始接触电阻应变片(7)的瞬间MB和使电阻应变片(7)受力至其电阻变化至一设定值时ME的时间间隔，根据MB和ME的时间差计算出消耗定量燃油所需的时间。
2．根据权利要求1所述的真一次平衡燃油耗测量方法，其特征在于测量辅助刀口(44)接触电阻应变片(7)的瞬间是指测量辅助刀口(44)开始接触电阻应变片(7)但尚未受力的瞬间，即被测试柴油机刚好消耗完准备期燃油，测量天平臂(4)开始达到平衡状态，当辅助刀口(44)接触电阻应变片(7)的瞬间籍测量天平臂(4)右端的接触敏感器件接受信号使测量电路发出测量开始信号MB，启动计时。
3．根据权利要求1或2所述的真一次平衡燃油耗测量方法，其特征在于测量天平臂(4)右端的接触敏感器件是指测量天平臂(4)右端的可调整的挡光架(6)和相应的透光孔(61)，即当测量辅助刀口(44)开始接触电阻应变片(7)但尚未受力的瞬间，挡光架随天平臂(4)下降正好挡住透光孔(61)的瞬间。
4．根据权利要求1所述的真一次平衡燃油耗测量方法，其特征在于电阻应变片(7)受力至其电阻变化至一设定值时是指当柴油机(5)继续消耗重量桶(3)中的燃油，测量砝码G0对测量天平臂(4)上主刀口(43)的压力逐渐减小，而辅助刀口(44)对电阻应变片(7)的压力逐渐增加，测量砝码G0的重量作用点逐渐由测量天平(4)的主刀口(43)转移到辅助刀口(44)即当测量砝码G0的重量完全转移到电阻应变片(7)上时电阻应变片(7)的电阻值，发出测量结束信号ME。
5．根据权利要求1所述的真一次平衡燃油耗测量方法，其特征在于电阻应变片(7)作为一个桥臂Rx接在一电桥电路中，电桥电路中有R1、R2和Rg，当Rx达一设定值使Rx*Rg=R1*R2，电桥达到平衡，采用过零指示输出测量结束信号ME。
6．一种真一次平衡燃油耗仪，由测量天平臂(4)、重量桶G、平衡砝码W、测量砝码G0及计时系统组成，测量天平臂(4)的右端带有接触敏感器件，测量天平臂(4)中有天平支点(41)，测量砝码G0挂在主刀口(43)上，主刀口(43)的两侧有辅助刀口(44)，辅助刀口(44)下有固定支架(42)，其特征在于固定支架(42)上的辅助刀口(44)下部固定有电阻应变片(7)，测量天平臂(4)的右端只带有一组接触敏感器件。
7．根据权利要求5所述的真一次平衡燃油耗仪，其特征在于带有一组接触敏感器件为光敏器件，由测量天平臂(4)右端透光孔架(6)和一个透光孔(61)、光源和光敏接受器件组成，光敏接受器件接受光信号进行处理后发出启动计时信号。
8．根据权利要求5所述的真一次平衡燃油耗仪，其特征在于电阻应变片(7)作为一个桥臂Rx接在电桥电路中，电桥电路的桥臂中还有R1、R2和Rg，R1和R2为对角臂，Rx和Rg为对角臂。
9．根据权利要求5或6所述的真一次平衡燃油耗仪，其特征在于电桥电路中的三个桥臂R1、R2和Rg为可调整的精密电组。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 98108511 CN1236093A (zh) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 真一次平衡燃油耗测量方法及燃油耗仪的设计方案 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN 98108511 CN1236093A (zh) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 真一次平衡燃油耗测量方法及燃油耗仪的设计方案 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1236093A true CN1236093A (zh) | 1999-11-24 |
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ID=5219629
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| CN 98108511 Pending CN1236093A (zh) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 真一次平衡燃油耗测量方法及燃油耗仪的设计方案 |
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| CN (1) | CN1236093A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102063561A (zh) * | 2010-12-10 | 2011-05-18 | 东风康明斯发动机有限公司 | 基于氮氧化物排放设计值模型的柴油机排放油耗平衡方法 |
-
1998
- 1998-05-15 CN CN 98108511 patent/CN1236093A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102063561A (zh) * | 2010-12-10 | 2011-05-18 | 东风康明斯发动机有限公司 | 基于氮氧化物排放设计值模型的柴油机排放油耗平衡方法 |
| CN102063561B (zh) * | 2010-12-10 | 2012-08-29 | 东风康明斯发动机有限公司 | 基于氮氧化物排放设计值模型的柴油机排放油耗平衡方法 |
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