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如何使用容积式流量传感器对农机油耗进行计量

  农业的规模化集约化生产方式,已经被确认为现代农业发展的必由之路,促进了农业生产效率的大幅度提高。而农业现今已成为了集约化生产方式的主要生产力。如何加强对农业机械的科学管理,也同时成为了提高生产效率,增加农业经济效益的重要手段了。

  随着农业机械的高速发展和普及,农机油耗测试是农机研制企业开展节能工作及能量平衡工作、进行农机技术改造和改进设计中必不可缺少的一项基础研究。

  然而,除少数大型农机生产企业或专业研究单位有精度较高、设备齐全的油耗测试手段和设备外,绝大多数企业采用天平砝码称重法进行油耗测试。该方法操作复杂,容易加量过多,测量精度不高,并易受到环境湿度、柴油易挥发等因素的干扰从而产生较大的测量误差。

  也有部分企业采用液体涡轮流量计采集油耗。该方法成本较低,安装方便,但由于涡轮流量计的口径普遍较小,柴油含杂质过多,在工作中常发生流量计内部油道被杂质堵塞的现象,故障率较高。针对上述问题,在研究容积式流量计的结构和工作原理的基础上,提出一种选用旋转活塞式容积流量计安装在农机油路上的方法来测量农机的油耗,并搭建实验平台测试和分析该款流量计的检测精度及可靠性。

  容积式流量计又称为定排量流量计 ( positive displacement flowmeter )。它主要由计量本体和测量部分组成,计量本体由壳体、活动体 (转子流量计的转子 ) 组成。其中,核心部件是活动体,它是测量过程中的运动部件。活动体和壳体构成的每个测量腔就是一个标准容积单元,用来测量被测流体的体积,测量部分实际上是一个转速或计数传感器,螺杆流量计上的其中一只螺杆伸出的小齿轮上嵌有磁材料,螺杆转动时传感器可以通过磁效应识别螺杆的转速,并转化为标准脉冲信号或电流信号,方便测量人员使用二次仪表显示油耗数值或被计算机采集信号并进行进一步的分析和应用。

  容积式流量计种类繁多,可以根据不同的原则来分类,通常按照测量元件的结构分为转子式、刮板式、旋转活塞式、往复活塞式及膜片式等,基于旋转活塞流量计具有工作可靠、测量精度高、压力损失小的特点,且当介质黏度大于 50 cp 时,黏度的变化对精度无影响,特别适用于不含固体颗粒介质的液体的瞬时流量和累计流量的测量。因此,本文采用由上海康汇公司制作的流量计传感器油耗采集设备做油耗测量实验,主要由 2 个旋转活塞式容积流量传感器和一个显示屏组成。

  如图 1 ( a ) 所示,被测液体从进口端进入流量传感器内腔,在进、出口端形成压差,迫使活塞按图中箭头所示的方向旋转。随着液体的继续流入,活塞转到如图 1 ( b ) 所示位置,形成封闭的新月形截面的容腔 V1。在差压的作用下,活塞继续旋转,之前才形成的封闭的新月形截面 V1 与出口端连通而开始排液,如图 1 ( c ) 所示位置。当活塞旋转到如图 1 ( d )所示的位置时,又形成另一封闭的新月形截面容腔 V2,再继续旋转,则容腔 V2 与出口端连通而开始排液,然后转子又回复到如图 1 ( a ) 所示的位置。这样,活塞每旋转一周,从进、出口端流过的液体等于容积 V1 和 V2 的总和。

  正常工作下,流量计内部相当于一个按键开关的作用,在有液体流入的过程中反复关断吸合,在输出端口形成连续的脉冲信号,通过检测该口的电平变化并对其计数,可知一定时间内输出的脉冲数,根据公式( 1 ) 可流过某一流量传感器的液体体积:

  公式( 1 ) 中,n 为某一时间段内从流量传感器采集到的脉冲数,K 为传感器转子旋转一周所排出的流体体积。

  柴油发动机的燃油消耗量的计量采用差分测量法。由于柴油发动机有进油管和回油端,柴油发动机工作时,柴油从油箱被吸入进油管,经过油水分离器过滤后,进入供油泵然后从供油泵压出,经过精滤过滤后进入喷油嘴喷射,没有喷

  射的柴油经过回油管回到油箱。柴油发动机的油耗计量是进油管流过的燃料体积与回油管流过的燃油体积的差值,因此需要在进油管和回油管上各安装一个流量传感器 ( 如图 2 所示 )。有部分农机的柴油发动机并无回油端或回油量极少,则可不接回油传感器。

  实验平台采用的是广西某企业生产的方拖 ( 如图 3 所示 ),其发动机为“时风欧”第二代的单缸发动机,功率为 14.7 kW,怠速空载运行情况下每小时消耗柴油约 0.52L,方拖空载载行驶一百公里所用柴油为 9~11L。按图 4 所示安装流量计传感器,因为该款发动机的回油管并不回到油箱而是直接回到滤清器上,所以无需装回油传感器。进油传感器把流过的柴油体积转换成脉冲信号发送给显示屏进行处理,发动机消耗的油量数值会实时显示在显示屏上。

  点燃发动机,待其稳定运行后每隔 10min 读取并记录显示屏上的油耗数值 ( 见表 1 )。

  由图 5 可知,怠速情况下,发动机油耗以平均 9.965 mL/min的数值平稳递增,200 min 内共消耗了 1 993 mL 柴油,平均每小时所耗油量约 598 mL,这与发动机厂家提供的怠速油耗数值基本符合,误差为 13.04%。由于柴油机是怠速运行,单位时间内流过传感器的液体流速较低,与传感器的指定液体流速最小量程 1L/h 相差较大,因此发动机带载工作时,传感器所测得的油耗与实际发动机油耗的误差范围会有所降低,油耗传感器的测量精度也会随着发动机功率的增大而提高。

  方拖在空载情况下进行实车行驶油耗测试,出车前加满油箱,然后从加油站开始沿指定路线 km 后沿原路返回至加油站并把油箱加满,所加油量即为方拖行驶 8.6 km 实际油耗,并记录此时油耗设备显示屏上的数值。重复上述实验,得到的数据见 2。

  由表 2 可知,方拖共行驶 77.4 km,实际所用总油量为 8.2L,折算为百公里油耗约 10.59L,符合厂家提供的方拖百公里油耗数值,而油耗设备上显示方拖行驶 77.4 km 所用总油量为9.134L,与实际方拖所用油量相差 0.934L,误差为 10.22%,低于传统的油耗测量方法所算得的误差值。

  随着我国对农机生产行业项目的重视,适用于测量农机油耗的流量计市场巨大,积极研究和发展新型流量计产品,结合应用先进的微电子控制技术来测量农机油耗有着重要的发展意义。本文提出的农机油耗测量方法具有简单实用、可靠性高等特点,对今后研究更高精度的油耗测试仪具有重要的借鉴意义。

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  HFBR-2555AFZ 用于SERCOS应用的金属外壳16MBd光接收器

  HFBR-2555AFZ是用于SERCOS应用的金属外壳光接收器,其数据速率为4,8和16 MBd。金属外壳提供坚固的设计,可防止恶劣环境中的光学端口损坏,并具有出色的ESD性能。光学数据通过光纤环在数字控制和驱动之间传输,具有电压隔离和抗噪声能力。 HFBR-2555AFZ设计用于与变送器HFBR-1505AFZ一起工作。该部分的特点是200微米的HCS®和1mm POF电缆适用于-40°C至+ 85°C的宽工作温度 特性 符合工业SERCOS标准 SMA端口 650 nm波长技术 金属外壳和端口 特别适用于1 mm塑料光纤和200微米硬包层硅石 可自动插入和波形焊接 支持SERCOS 4,8和16 MBd 符合RoHS标准 应用 工业控制数据链接 工厂自动化数据链接 电压隔离应用 PLCs 电机驱动 传感器,仪表和执行器接口...

  ACPL-790B / 790A / 7900精密微型隔离放大器设计用于电子驱动器等电子功率转换器应用中的电流检测和电压检测和可再生能源系统。在典型的电动机驱动实现中,电流流过外部电阻器,并且由隔离放大器感测所产生的模拟电压降。在光隔离屏障的另一侧产生与电流成比例的差分输出电压。 对于一般应用,ACPL-790A(±1%增益容差)和ACPL-建议使用7900(+±3%增益容差)。对于高精度应用,可以使用ACPL-790B(±0.5%增益容差)。电流传感器采用5 V单电源供电,具有出色的线 dB SNR的动态性能。凭借200 kHz带宽,1.6微秒的快速响应时间,该电流传感器可捕获短路和过载情况下的瞬态。 ACPL-790B / 790A / 7900的高共模瞬变抗扰度(15 kV /μs)提供了在高噪声电机控制环境中精确监控电机电流所需的精度和稳定性,提供更平稳的控制(更少的“扭矩”) ripple”)用于各种类型的电机控制应用。 结合卓越的光耦合技术,ACPL-790B / 790A / 7900精密微型隔离放大器实现sigma-delta模拟数字转换器,斩波稳定放大器和全差分电路拓扑,提供无与伦比的隔离模式噪声抑制,低失调,高增益精度和稳定性。该性能采用紧凑,可自动插入的D...

  HCPL-7860 / HCPL-786J光隔离调制器和HCPL-0872数字接口集成电路或数字滤波器共同组成一个光耦隔离可编程双芯片模数转换器。隔离式调制器允许直接测量功率逆变器和汽车应用中的电机相电流。 在运行中,HCPL-7860 / HCPL-786J隔离式调制器(具有5000 VRMS介电耐压额定值的光耦合器)可转换低带宽通过Sigma-Delta(Δ)过采样调制器将模拟输入到高速一位数据流中。 这种调制提供高噪声容限和出色的隔离抗扰度 - 模式瞬变。调制器数据和片上采样时钟经过隔离边界编码和传输,在那里被恢复并解码为单独的高速时钟和数据通道。 功能 12位线 ns转换时间(预触发模式2) 5种分辨率/速度权衡的转换模式;具有20 us信号延迟的12位有效分辨率(14位,103 us) 快速3 us超范围检测 串行I / O(SPI,QSPI和Microwire兼容) ) / - 单电源电压为200 mV输入范围 1%内部参考电压匹配 偏移校准 -40 o C...

  ACNT-H870-000E 采用15mm拉伸SO8封装的精密光隔离电压传感器

  ACNT-H87B / H87A / H870电压传感器是专为电压检测而设计的光隔离放大器。其2V输入范围和高1G输入阻抗,使其非常适合电子功率转换器和电机驱动器和可再生能源系统等应用中的隔离电压检测要求。在典型的电压感测实现中,电阻分压器用于缩放DC链路电压以适应电压传感器的输入范围。在光隔离屏障的另一侧产生与输入电压成比例的差分输出电压。 对于一般应用,ACNT-H87A(±1%增益容差)和ACNT建议使用-H870(±3%增益容差)。对于高精度要求,可以使用ACNT-H87B(±0.5%增益公差)。 ACNT-H87B / H87A / H870 光隔离放大器系列采用5V单电源供电,具有出色的线性度。提供高电平有效关断引脚,可将Idd1电流降至仅15 uA,适用于电池供电和其他功耗敏感应用。 高共模瞬态抗扰度(15kV /我们的ACNT-H87B / H87A / H870提供精确监控高噪声环境中直流母线电压所需的精度和稳定性。结合卓越的光耦合技术,ACNT-H87B / H87A / H870采用Σ-Δ调制,斩波稳定放大器和差分输出,提供无与伦比的隔离模式噪声抑制,低失调,高增益精度和稳定性。该性能采用紧凑型,可自动插入的15 mm拉伸SO-8(SSO-8...

  ACPL-C79B / C79A / C790隔离放大器设计用于电子功率转换器中的电流检测和电压检测,包括电机驱动和可再生能源系统。在典型的电动机驱动实现中,电流流过外部电阻器,并且由隔离放大器感测所产生的模拟电压降。在光隔离屏障的另一侧产生与电流成比例的差分输出电压。 对于一般应用,ACPL-C79A(±1%增益容差)和ACPL-建议使用C790(±3%增益公差)。对于高精度应用,可以使用ACPL-C79B(±0.5%增益容差)。电流传感器采用5 V单电源供电,具有出色的线 dB SNR的动态性能。凭借200 kHz带宽,1.6微秒的快速响应时间,电流传感器可捕获短路和过载情况下的瞬态。 ACPL-C79B / C79A / C790的高共模瞬变抗扰度(15 kV /μs)提供了在高噪声电机控制环境中精确监控电机电流所需的精度和稳定性,从而提供更平稳的控制(更少各种类型的电机控制应用中的扭矩纹波。 结合卓越的光耦合技术,ACPL-C79B / C79A / C790实现了sigma-delta模数转换器,斩波稳定放大器,和全差分电路拓扑结构,提供无与伦比的隔离模式噪声抑制,低失调,高增益精度和稳定性。该性能采用紧凑,可自动插入的拉伸SO-8封装,符合全球监...

  AFBR-2555ARZ是一款用于SERCOS应用的金属外壳光接收器,其数据速率为2,4,8和16 MBd。金属外壳提供坚固的设计,可防止恶劣环境中的光学端口断裂,并具有出色的ESD性能。光学数据通过光纤环在数字控制和驱动之间传输,具有电压隔离和抗噪声能力。 AFBR-2555ARZ设计用于与发射器AFBR-1555ARZ一起工作。该部分的特点是200微米的HCS®和1mm POF电缆,适用于-40°C至+ 85°C的工作温度。 特性 符合工业SERCOS标准 SMA端口 650 nm波长技术 增强金属外壳和端口 指定用于1 mm塑料光纤和200微米硬包层硅石 可自动插入和波形焊接 支持SERCOS 2,4,8和16 MBd 符合RoHS标准 应用 工业控制数据链接 工厂自动化数据链接 电压隔离应用 PLCs 电机驱动 传感器,仪表和执行器接口...

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