车辆燃油测试装置设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 车辆燃油测试装置设计 摘要 随着油价的上涨，一些不法分子对加油机进行改装来控制加油量，使得给消费者所加的燃油量减少，导致经济损失。而目前我国大多采用装有铰接式浮子的燃油箱，该装置只能粗略的测出燃油量。 本文将通过分析油枪和油箱的结构，以及加油的过程，来设计一种精确测量燃油量的装置。首先，选出 V 型锥流量计作为最佳的燃油测试装置；然后对 V 型锥流量计的原理和特点进行详细地分析，并根据加油管相关尺寸的要求对测试装置进行尺寸的确定，接着采用 片进行实时数据采集和显示系统的软、硬件设计；最 后，将 V 型锥流量计采用法兰型方式安装在加油管处。 关键词： V 型锥流量计，燃油测试装置，测量，数据采集和显示 买文档 就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of in of to of So to in At of of of a of is as of in to of of it SP to of in in 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 I 页 共 I 页 目 录 1 引言 . 1 研究的背景及意义 . 1 国外发展现状 . 2 国内发展现状 . 3 2 燃油供给系统 . 4 燃油系统的功用 . 4 燃油系统的组成 . 4 燃油箱 . 6 3 汽车电子控制系统 . 9 4 加油机简介 . 11 加油机结构 . 11 加油机工作原理 . 11 加油枪 . 12 5 流量计的选择 . 14 6 V 型锥流量计概述 . 19 V 型锥流量计的工作原理及特点 . 19 V 型锥流量计的基本原理 . 19 V 型锥流量计的特点 . 21 V 型锥流量计结构及组成 . 25 V 型锥流 量计尺寸的确定 . 27 7 流量计二次仪表软件、硬件设计 . 30 硬件设计 . 30 软件设计 . 31 8 V 型锥流量计的安装 . 33 9 结束语 . 36 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 共 I 页 参考文献 . 37 致谢 . 39 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 共 39 页 1 引言 研究的背景及意义 汽车自 19 世纪末诞生至今 100 余年期间，汽车工业从无到有，以惊人的速度发展，成为了数量最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的现代化交通工具。目前，全世界汽车保有量已超过 6 亿辆，在许多发达国家，轿车已普及到千家万户。 从 2002 年以后，中国汽车行业开始进入爆发式增长阶段，特别是随着私人消费的兴起，轿车需求量开始迅速攀升，并成为推动中国汽车发展的一股重要力量。与此同 时，中国在全球汽车产业中的地位也逐渐上升。到 2009 年，中国取代美国成为世界上最大的汽车销售市场。 2010 年，在国家扩内需、调结构、促转变等一系列政策措施的积极作用下，我国汽车工业延续 2009 年的发展态势，保持平稳较快发展。到 2011 年 6 月底，全国机动车总保有量达 辆。 2011 年上半年，全国新增机动车 1005 万辆。其中，汽车保有量增加 760 万辆，高于去年上半年688 万辆的增量。数据显示，北京、深圳、上海、成都、天津等 11 个城市汽车保有量超过 100 万辆。 但是，汽车产业的迅猛发展也给社会带来了许 多问题，如：交通安全、环境污染、石油资源短缺等，尤其是石油资源的短缺给人们在经济上带来了困难。 2005年以来，国内外油价持续飙升，我国的汽、柴油价格已数次上调，这样，油费将成为家用汽车最大的一项支出。随着国际国内成品油市场价格的不断攀升和供求矛盾日益突出，一些加油站在利益的驱使下乘油价上涨这一“大好时机” ,在加油机计量装置上作弊，利用修改参数、芯片焊脚短接或更换加油机主板芯片、增加遥控作弊装置等手段，达到控制加油数量、偷油、谋取非法利益的目的，坑害消费者，这一现象已逐渐成为一大“公害”，给顾客带来了很大的利 益损失。然而目前我国汽车基本采用装有铰接式浮子的燃油箱，当浮子随着液位的变化改变其位置时，传感器单元的电阻也发生变化，然后电阻改变电流并变化仪表板仪表指针的位置。仪表板多数有 3 5 个刻度，分别粗略地指示满、（ 3/4）、 1/2、（ 1/4）、空，只能显示燃油箱内的燃油量占燃油箱容积的大致比例，不能精确的得知燃油箱存油的量。鉴于这一社会现象，国内外有许学者也在研究这一问题，通过在油箱附近增加装置或改变燃油箱的形状来提高测量燃油量的精度，但所设计的装置都不太完善。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 共 39 页 国外发展现状 目前在国外主要有三种确定内 燃机车燃油箱中燃油量的方法 , 这三种方法分别采用 : 1）电容式液面计和燃油密度测量器； 2）超声波液面计和燃油密度测量器； 3）静液压式液面计。 电容式液面计的作用原理是随着传感器伸入燃油中的长度的增加而改变传感器的电容。传感器是一种圆柱形同轴电容器 , 其内层是绝缘的金属探针，它沿金属管的中心线布置。该金属管起外层的功能。随着两层之间空间（工作间隙）内充油（燃油）量的变化，电容器的电容也发生相应地变化。根据这一电容（对传感器作适当校正）即可知道燃油的液面。 超声波液面计是利用当通过具有不同物理性能的两种介质 （燃油和空气）的边界时超声波会反射的这种性能。超声波液面计的敏感元件由辐射器和接收器组成，一般辐射器和接收器从结构上是合在一起的。测出辐射开始和反射信号通过之间的时间，并知道一定频率的超声波在已知介质（燃油或空气，要根据敏感元件的布置而定）中的传播速度，就可以算出从敏感元件到介质边界的距离。在液面计经相应校正时，这一距离即相当于燃油的液面。 静液压液面计是一个差示压力计，它用来测量压力计安装处液体（燃油）的静压和液体表面大气压力之间的压差。这一压差即是液柱（燃油）的静压，液体的静压与其高度（液面）呈比例。 根据作用原理，前两种液面计实际上是测量燃油箱中燃油的液面，这一液面就相当于燃油箱中燃油的体积，所以对于确定燃油箱中燃油数量来说，必须知道其密度，正由于这一原因，这种液面计必须配上燃油密度传感器。用这种系统测量燃油数量的误差是由下述误差组成的：液面测量误差、密度测量误差、密度测量器本身的误差以及燃油箱内介质的不均质性造成的误差。因此，这两种液面计所测量的结果误差很大。 对于静液压液面计，它的测量不仅取决于液柱的高度，同时还取决于这一液柱中液体的密度。由于现代汽车上的油箱是不规则的，油箱的截面在沿油箱高度方向上 或多或少是有变化的，这就导致测量误差，而且燃油箱中燃油的实际密度偏离校买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 共 39 页 正的密度越大，所测量的误差就越大。 国内发展现状 目前国内对燃油容积测量的方法主要有以下四种： 1） 采用浮子随液面位置改变而指示燃油容积的测量方法。预先将燃油箱容量划为若干区段，逐段加入等量燃油，由微控制器和存储器记录保存该当前油量以及燃油表传感器在所处液面探测到的当前液面值，进入实时燃油量检测状态，由微控制器将燃油表传感器的数值与记录保存的数值进行比较，判断数值最接近的某一区段，并计算出燃油箱的当前实时燃油量。该方法可以消除 燃油箱和传感器非线性计算的累积误差，显著地提高了车辆数字燃油表精度。 2）采用附加定容积油箱测量燃油容积的方法。在油箱的旁边安装一个设定容积的小容器，先将燃油加入到小容器中，加满后，将小容器的燃油注入到油箱中，通过计算给小容器加油的次数，最后得到所加燃油的量。 3）利用电磁感应原理测量燃油量。它由一个计量显示器和一个燃油加量传感器组成。燃油加量传感器为一个圆筒形的壳体，壳体内设有两个导流器，导流器分别用两个固定螺套固定在壳体内，两个导流器之间设有一个带有芯轴的叶片蜗轮。在壳体的两端通过螺杆分别连接一个过渡接 头。燕尾形锁块安装在壳体上的燕尾槽内，电磁感应器安装在壳体上的电磁感应器安装孔内，并通过压板和螺钉固定。电磁感应器与安装在壳体内的叶片蜗轮相对应，以便检拾叶片蜗轮旋转时的感应信号，感应信号通过信号线传送到计量显示器，得到燃油量。 4）采用磁敏油位传感器及以单片机为核心的汽车燃油量测量系统。该设计的燃油量测量系统，是用无触点磁敏油位传感器，替代原来的有机械触点的电位器式油位传感器，从而获取反映油位的电信号，通过信号放大器，将微弱的信号进行放大，然后送入 A/D 转换器中，将模拟信号转换为单片机可以处理的数字信号 ，再通过软件编程对信号进行处理，将燃油量输出到 示屏上，对油箱中的油量进行精确指示。采用此方法设计的燃油表的显示精度，可以达到 以上几种测燃油量的方法，所测量的精度，都只能精确到 加油机的精度能精确到 此，用这些测量装置所测的燃油量还是不精确的。本文要研究一种测量装置，其精度高、长期稳定性好、安装方便，能更精确的测出加油机给燃油箱加油的量。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 共 39 页 2 燃油供给系统 原始数据 选用车型：奥拓 动 豪华型 2012 款 参数配置：排量： 最 高车速： 160km/h 轴距： 2360 最小离地间隙： 150轮距： 1405 后轮距： 1400油箱容积： 35L 燃油类型：汽油 93# 燃油系统的功用 燃油供给系统的功用是根据发动机运转工况的需要，用电动燃油泵向喷油器提供一定压力的、清洁的、雾化良好的燃油，燃油由喷油器喷入进气门附近（多点喷射）或节气门附近（单点喷射）的进气歧管内，或直接喷入发动机气缸内与一定数量的空气混合形成可燃混合气，喷油器受电控单元（ 制， 过控制 每次喷油持续时间的长短来控制喷油量，喷油持续时间一般为 2 12油持续时间越长，喷油量就越大。同时，燃油供给系统还需要储存相当数量的燃油，以保证汽车有相当远的续驶里程。 燃油系统的组成 燃油供给系统一般由燃油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、油压脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器、冷起动喷油器及供油总管等组成，燃油供给系统的组成和流程分别如图 图 示。 电动燃油泵的功用是将燃油从燃油箱中吸出，经油管和汽油滤清器，然后泵入喷油器，保证汽车在行驶过程中连续不断地供油。 燃油滤清器安 装在燃油泵之后的高压油路中，其功用是滤除燃油中的杂质和水分，防止燃油系统堵塞，减小机械磨损，以保证发动机正常工作。 喷油器安装在进气管中，其功用是按照电控单元的指令将一定数量的汽油适时地喷入进气管内，并与其中的空气混合形成可燃混合器。 燃油压力调节器的功用是使燃油供给系统的压力与进气管压力之差即喷油压力保持恒定。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 共 39 页 油压脉动阻尼器的功用是减小燃油管路中油压的脉动和脉动噪声，并能在发动机停机后保持油路中有一定的压力，以利于发动机重新启动。 1235器 68910图 油供给系统组成示意图 图 油供给系统流程 低压回油管 油箱 电动燃油泵 燃油滤清器 压力调节器 喷油器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页 共 39 页 燃油箱 燃油箱的功用用来储备汽车运行所需的额外燃油。油箱通常位于汽车后部，油箱的形状取决于汽车的结构设计，油箱必须安装在车架旁边并且还要避免受到撞击。汽油箱的容量应使汽车的续驶里程达 300 600箱由薄钢板或塑料制成。油箱的各个部分被焊接在一起，形成一个完整的总成。汽车燃油箱的结构和外部结构分别如图 图 示。 1 23456789图 油箱的结构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 共 39 页 123456图 油箱外观图 燃油箱是密封的，加油口盖内有空气阀和蒸气阀。随着汽油的不断消耗，汽油箱内的油面将逐渐下降，汽油箱内将出现一定的真空度，若真空度过大，汽油不可能被汽油泵吸出。这时，空气阀开启，使汽油箱与大气相通以消除汽油箱内的真空度。如果气温很高，汽油蒸发太快，将使汽油箱内压力过 大。这时蒸气阀开启，使汽油蒸气逸出以保持汽油箱内的压力基本稳定。如今，市面上只有无铅汽油，故在专门使用无铅汽油的汽车上都用了加油管限流部，此结构如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页 共 39 页 图 限流部只允许无铅汽油加油嘴装入加油管 在专门使用无铅汽油的汽车上，汽油箱加油口的上部还装有弹簧压力阀，在向汽油箱内加油时，只能使无铅汽油的加油嘴插入。图 从汽车外部观察加油管的图例。 图 油管上的小门连有弹簧，当加油嘴取下时，可使小门关闭 除了以上部件外，在燃油箱上还装有油面指示表传感器、出油开关和放油螺栓等。燃油 箱内通常有挡油板，为的是减轻汽车行驶时燃油的震荡。 小结：本章节的主要内容是基于所选车型的相关原始参数，结合燃油供给系统的功用及其组成结构等相关理论知识，对该车型的燃油供给系统的工作原理及基本组成进行了具体的分析和研究，并着重分析和研究了燃油箱的构造及其工作原理。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 共 39 页 3 汽车电子控制系统 随着电子技术和数控技术的发展，电控技术在现代汽车上的应用越来越广泛了，使汽车的各种性能有了很大的改善。 电子控制系统的基本单元是电子控制单元（ 由微型计算机、输入、输出及控制电路等组成，如图 示。 图 基本组成框图 微型计算机是 核心部分，主要有中央处理器（ 存储器及输入 /输出（ I/O）接口等组成。 计算机中运算器与控制器的总称，其功用是对输入的各种信号进行运算处理、逻辑判断，并确定最佳控制量，对执行器进行实时控制。存储器具有保存和存取数据的功能。存储器分为随机存储器（ 只读存储器（ 种。 于数据的暂时保存以及不断变化的实时数据的存储。当电源断开时，所存储的数据立即消失。 于存储固定不变的数据，如控制程序软件、喷油量脉谱图和点火定时脉谱图 等。这些数据在制造电控单元时就被固化在 集成电路中，是不会丢失的，即使切断电源， 所存储的信息也不会消失。 I/传感器、控制器进行正常通信的控制电路，是微机不可缺少的部分。 输入电路的作用是将各传感器检测到的信号进行滤波、整形、放大等处理后经传感器 模拟信号 数字信号 入回路 转换器 输入电路 输出回路 执行器 I/O 存储器 （ ， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 共 39 页 过 I/O 接口送至 于 能识别数字信号，因此，当传感器输出的是数字信号时，可直接送至 当传感器输出的是模拟信号时，则必须经 A/D 转换器将其转换成数字信号后，才能送至 行运算处理。 输出电路的作用是将微机输出的控 制指令转变为控制信号以驱动执行器（喷油器、电动汽油泵等）进行工作。一般微机输出的是数字信号，且其输出功率较小，通常难以直接驱动执行器动作，为此需用输出电路将微机输出的弱信号进行功率放大。 小结：本章的主要内容是考虑到本课题的设计需要，首先对汽车电子控制系统的工作原理进行了分析，然后基于该理论选用一款能采集与燃油量相关的模拟信号，并将其转化成数字信号，送入 行计算处理，最终得到燃油量的电子控制系统。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 共 39 页 4 加油机简介 加油机结构 电脑加油机是在电动加油机结构的基础上用微型计算机（目前大多使 用单片计算机）来代替机械式计数器，计算机部件主要有电源部件、 板和 示板、脉冲发生器、扩展接口电路、键盘等组成。 加油机工作原理 提起油枪，开关信号送入电脑装置启动电动机同时打开电磁阀，油泵在动力的作用下高速旋转，将输油管线及泵腔内的油液和空气排出，当输油管线和泵腔内的压力低于大气压时，储油罐内的油液在大气压的作用下推开输油管进油口处的底阀进入输油管，经输油管线到达加油机过滤器，经过滤器滤除油液内的杂质后，纯净的油液进入油气分离器的低压泵腔，低压油经过油泵，在叶片的作用下由低压油转换 成高压油，经出油口进入油气分离器高压腔。如果此时油枪还没有打开或油机内的输油管线发生障碍，油泵出口处的油压不断升高，当达到一定的压力时，油泵内的溢流阀打开，高压油经溢流阀进入油泵的低压腔，在油泵泵腔内循环，降低油压，保护加油机内的输油管线和部件；当油枪打开后，油泵出油口的压力突然降低，溢流阀关闭，高压油进入油气分离器高压腔，在高压腔内，油液中夹杂的气体浮在高压腔上部，经高压腔上部的排气阀进入常压腔，气体经排气管排出，油液则经过常压腔内的锥形阀和平行阀进入油气分离器低压腔，再进行循环利用，高压腔内的高压油则经 高压腔下部的出油口，推开出口阀进入流量计，推动活塞作往复运动。流量计带动传感器中的分度盘，产生脉冲电信号，送入电脑装置。流量计活塞每结束一个循环即通过了一定固定体积的油，传感器输出一定数量的脉冲电信号，送入电脑装置进行运算显示，实现输油量的计量和控制。流量计不断将计量后的油液排出，经电磁阀、视油器、油枪送入受油器供油。加油机加油结束挂枪后，加油机电机、电磁阀关闭，油气分离器出口阀、底阀在油液的反作用力下关闭，防止加油机液压系统及输油管线内的油液回流回到油罐。加油机工作原理图如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页 共 39 页 图 加油机工作原理图 加油枪 加油枪的作用：在加油过程中，当受油器的油液注满到油枪枪口位置时，自封油枪自动关闭油枪主副阀，防止油液溢出。且在加油机供油中断后，立即通过油枪的副阀关闭油枪出油口，防止油枪内的油液继续流出。加油枪的结构如图 示。 计控主板 指示装置 编码器 流量测量变换器 控制阀 视油器 油枪 油气分离器 油泵 电机 储油罐 潜油泵 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 共 39 页 图 油枪的结构 小结：考虑到本课题的设计思路是采用一种流量计代替加油管的一段，来测量燃油量，然后将所测燃油量的信号送至 行处理显示到液晶显示屏上。本章节主要对加油机和加油枪的具体结构及工作原理进行了分析和阐述。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 共 39 页 5 流量计的选择 1、涡 街流量计 涡街流量计是在流体中安放一个非流线型旋涡发生体，使流体在发生体两侧交替地分离，释放出两串规则地交错排列的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，如图 涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，且在一定范围内旋涡分离频率与流量成正比的流量计。 图 曼涡街 涡街流量计的特点： 1）输出为脉冲频率信号，易于处理； 2）属于低压损仪表，但不适合低流速测量； 3）仪表系数小，影响流量测量分辨率。 涡街流量计由于计量原理的限制，仪表系数（脉冲数 /升）较小，分辨率低，且口径越大，仪表系数越低。涡街流量计的测 量原理决定了它对被测介质的流 速有较高的要求，流体在低流速状态下，很难生成旋涡，即使有微弱旋涡生成，其产生的应力也不足以压过管道震动、工频噪声产生的干扰，引起涡街流量计在流速低于下限后杂乱计量显示的结果，这样涡街流量计很难达到 1%的精度。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 共 39 页 涡街流量计在旋涡分离时，它的稳定性受流速分布畸变和旋转流的影响，应根据上游侧不同形式的阻流件配置足够长的直管段或安装流动调整器（整流器），这样会增加流量计的长度以及复杂度，不便于在空间范围小的地方安装。 2、孔板流量计 孔板流量计是将标准孔板与多参数差压变送器（或差压变 送器、温度变送器及压力变送器）配套组成的高量程比差压流量装置，结构如图 示，它是通过流体在流经管道内的节流装置时，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。 在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而得到流量。 1、 4 2、 3 5、 9 62、 7 8 9图 板流量计结构原理图 标准孔板由于其发展技术成熟、标准化程度高、结构简单等特点在过热蒸汽流量计量中得 到非常广泛的应用。由于孔板的形状以及各部分尺寸的关系，当流体流过孔板时会形成流体的局部收缩，在孔板下游形成幅度较大的漩涡，它会使孔板的量程比缩小，差压信号中的噪声增大，流量计的测量精度降低，压损增大。另外，孔板的这种中心突然收缩的节流方式还会带来其它不良影响：要求的上游直管过长（一般 20D 50D），孔板前极易积污，孔板人口边缘极易磨损从而丧失精度，流出系数不稳定，线性差。 3、文丘里管流量计 流向 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页 共 39 页 文丘里管流量计是通过流体在流经管道内的节流件时，流体将在文丘里管喉颈处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是 在文丘里管喉颈前后产生了压差，流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可以依据压差的大小来确定流量的大小，这种流量计也是根据能量守恒定律 伯努力方程和流动连续性方程为基础进行流量测量的。结构如图 示。 图 丘里管结构图 文丘里管压力损失小、结构简单、耐用、性能稳定，节约流体输送所需的能源。经典文丘里管在通径 50 1200 范围内，不需要实流标定。超出这个范围，可以参比设计制造。当需要较高精确度时，可进行实流标定。但这种测量计仅仅适用于洁净的气体和液体测量，这是由于它的取压结构所决定的，文丘里管 的负压取压侧是经过一个均压环取压，容易堵塞，流体对喉管的冲刷和磨损严重，无法保证长期测量精度。还有文丘里管流量计的体安装尺寸较长，对大口径仪表，不便于运输安装。 4、 V 型锥流量计 V 型锥流量计也称塔形流量计，是以一个同轴安装在测量管内的尖圆锥体为节流件的新型差压式流量测量装置。它是一种基于文丘里管测量原理，并集文丘里管、环形孔板和耐磨孔板优点于一体的新型节流装置。与其它节流装置相比，它改变了节流布局，从中心孔节流改为环状节流。也是一种通过节流取差压以反映流量大小的节流装置。节流件为一个在管道中央的锥形体。高 压 自锥体前流体未扰动（即未形成节流，流体未加速）的管壁，低压 自锥体后，其差压 P 的平方根与流量成正比。计算与孔板、喷嘴流量计等类似，只需要将环形通道面积折合为孔板内孔面积。实践使用证明， V 型锥流量计与其他流量仪表相比，具有长期精度高、稳定性好，受安装条件局限小、耐磨损、测量范围宽、压损小、适合赃污介质等优点。而且 V 型锥体本身作为流场的整流器而成为一种具有独特性能的优异的新流向 高压 低压 入口部分 渐缩部分 喉部 渐扩部分 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 共 39 页 型流量计。结构如图 示。 1 2 3 4 5锥体 图 V 型锥流量计结构图 V 型锥流量计的特点： 1）具有“自整流”和“自清洁”功能，锥体及管道上无杂物滞留。前后直管段要求较短，一般上游只需 0 至 3D，下游只需 0 至 1D； 2）精度高，长期使用稳定可靠，是一种接近理想状态的节流装置； 3）压损大小及流量测量范围由设计者掌握，对工况条件的适应性非常好，选用时可用流量计去适配使用现场工况条件。 V 型锥流量计具有较优的测量精度，是由于产生差压的锥形节流体位于管道的中心，流体与其分离产生的漩涡对差压的影响很小，因此它的初始元件能达到高精度。 经过以上对各种流 量计原理及结构的分析，现将其归入表 进行对比。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 18 页 共 39 页 表 种流量计所适用的流体范围一览表 流体 流量计 洁净气/液体 脏污气/液体 腐蚀性液体 粘性液体 磨蚀浆液 含纤维浆液 低流速流体 蒸汽 高温流体 低温流体 非牛顿流体 V 型锥流量计 涡街流量计 孔板流量计 文丘里管流量计 注： 条件下可用； 综上所述， V 型锥流量计相比其他流量计具有精度高、寿命长、直管段要求低、量程宽、长期使用稳定可靠等优点。涡街流量计存在下限流速高、直管段要求高、易受电磁和振动干扰等不足。孔板和文丘 里管流量计存在着一些固有的缺陷，如流出系数不稳定、线形差、重复性不高、准确度受客观因素制约而无法达到设计要求、量程比小、压损大等。 V 型锥流量计特别适合以下场所：各种气体和液体、煤气、各种脏污气体介质、直管段不足的场所和对精度要求高的地方。由于汽车油箱加油管布置的空间位置有限，因此，本文将采用 V 型锥流量计，将其安装在汽车油箱管处，进行燃油量的测量，会得到更准确的数值。 小结：通过对比几种流量计的工作原理及特点，结合设计需要，最终选定 V 型锥流量计应用到本课题所要设计的车辆燃油测试装置中。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19 页 共 39 页 6 V 型锥流量计 概述 V 型锥流量计的工作原理及特点 V 型锥流量计的基本原理 当流体流经锥体时，流体将被加速，这使它的动能增加，按照能量守恒定律，在流体被加速处它的静压力一定会降低一个相对应的值。能量守恒定律告诉我们；在一个封闭的系统中，流体的总能量是一个常数。为了进一步进行定量分析，请参见图 图 型锥流量计原理图 理论推导如下： 在横截面 1 处，流体的平均流速是，其密度是，管道在横截面 1 处的横截面积是；当流体流过横截面 2 时，相应的平均流速是，密度是，管道在横截面积是，根据流体流动连 续性原理有如下关系式： (如果流体是液体，可认为在收缩前、后其密度不变，即 ， ， 横截面 1 横截面 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 20 页 共 39 页 (所以液体的体积流量为： (根据伯努利方程（能量守恒定律），在水平管道上，则有如下关系式： (应用伯努利方程和流动连续性原理，在两个横截面上则有如下关系式： (由（ 得： (将（ 入（ ，并整理得： ，则 式中 ； 根据直径比的定义： 由（ ，这样可推导出以下的理论流量公式： 又由于流出系数 C 的定义是：，最后得出节流式差压流量计普遍适用的实际流量公式： (质量流量： 从而得到实际质量流量公式： (式中： 被测介质的可膨胀性系数，对于液体；对气体、蒸气等可压缩流体； 流体的体积流量，； (工况下流体的体积流量 )； 流体的质量流量， d 工作状况下节流件的等效开孔直径， m（ 对于孔板是孔径，对于文丘里管是喉径，对于 V 型锥流量计是等效开孔直径）； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 21 页 共 39 页 差压，； 工作状况下，节流件 (前 )上游处流体的密度， ； C 流出系数， 无量纲，一般取 直径比， 无量纲。 以上推导出来的流量公式（ （ 所有各种节流式差压流量计中都适用， V 型锥流量计也利用这些公式计算工况下的实际流量。只是在确定尺寸和具体实现流量测量方面，各种节流式流量计有某些微小的差别。对于 V 型锥式节流装置，在公式（ 公式（ 流量计算公式中，应采用 等效的开孔直径和等效的值。例如，在公式（ （ ，应该用等效值取代 ,其中是工况下尖圆锥体最大横截面处圆的直径。同时对于 V 型锥流量计应该用一个等效的值（即）代入以上的公式（ （ 代公式中原有的值。这个工况下等效的值（即），可按下式求出： (式中： D 工况下测量管的内径， m； 工况下 尖圆锥体最大横截面处圆的直径， m； V 型锥流量计节流装置的等效直径比， 无量纲。 可按下式计算： (式中和 D 皆指在工况条件下的尺寸。 V 型锥流量计的特点 虽然 V 型锥流量计的流量测量公式与其它节流式差压流量计相似，但实际上其几何结构则全然不同，悬挂在管道中心的 V 型锥体，迫使流体中心部分的流体包围着 V 型锥体流过，这种几何上的设计形成了许多传统式差压流量计所没有的优点。 1）测量精度高，重复性好 V 型锥流量计的测量精度可达 差压流量变送器精度应高于 ，），重复性在 间，贸易计量型精度高达 2）对流体的均速作用 流体在管道中流动实际上是这样一种状态，当流体流动不受任何阻碍和干扰达买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 22 页 共 39 页 到充公发展状态时，其速度分布为：越靠近管道中心流速越快，在中心处达到最快；越靠近管壁流速越慢，在管壁处接近零。大多数流量计测量流量涉及到流速时，由于无法改变这种快慢不均的状态，只能忽略管道中流速有快慢之分的实际情况而假设流速是均等的。而 V 型锥流量计由于锥形体处在管道中心，它直接把流体从高速流动的中心部位分开，使流速快的流体分别向四周流速慢的流体靠拢，并拉 动它们混合在一起流动，这种快慢混合的结果就是：原本流速快慢的差别消失了，流体变成了真正的均匀流动。流体流速被均匀化所带来的好处就是：测量信号真实反映了被测流体的实际值，并使得在低流速时 V 型锥流量计前后仍能产生足够准确的差压，随着流速的降低，这种作用更加显著，而这种情况对于传统的差压式仪可能早已不能测量了。 3）量程比宽，相对压损小 V 型锥流量计的结构特点是流线型节流件，采用“逐渐节流方式”工作，完全不同于孔板等传统差压式仪表“突然节流”的工作方式，所以它的压力损失小，约是孔板的 1/5 1/10。 V 型锥流量 计可以采用下式计算： V 型锥流量计因其负压稳定，所以正常情况下可通过选择较大的值（较小的 其对应的差压设计在较低的范围内（ V 型锥流量计的值可以大于 因此对于那些“低压力、大流量”流体测量来讲，比传统差压式仪表有很大的优越性。 4）自清洗功能，耐脏污，不易堵 如前所述，由于流体在靠近管壁处的流速变慢极容易使脏污物等沉淀或附着在管壁上，对于孔板等传统差压仪表还会在前面堆积。当流体进入 V 型锥流量计测量管并流过节流件四周的通道时，由于该通道是管壁与节流件间形成的由宽逐渐变窄的通道，它迫使流体流 动速度高于管道其他部位并逐渐加快，在到达节流件测量的关键部位时流速最快，从而对管壁、节流件表面附近形成了吹扫、冲刷作用，使得所有脏污杂物不可能在这里停留或附着，所以不会产生脏污的积垢，更不存在积垢死角。 V 型锥流量计这一独特的吹扫式设计，决定了它用在含有脏污物的流体测量中，不会使那些脏污物在节流件和管壁附近堆积，附着及堵塞取压孔。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 23 页 共 39 页 V 型锥流量计的量程范围远远超过了传统的差压式流量计，量程比可达 10： l。 5）无苛刻直管段要求 绝大多数流量仪表要求足够长的前后直管段，目的就是为了使流体流动状态成为充分发展管流 以复现实验条件下的流动状态。然而这种苛刻的要求常常由于复杂的现场（如各种阀门、弯头、缩径、扩径、泵等）而不能满足，所带来的结果必然是测量误差的增大。因此，绝大多数流量仪表很难在不满足直管段条件下取得准确的测量值。而 V 型锥流量计却不同，由于它边避节流的特殊结构，使得流体在遇到V 形节流件时，被强迫按照“管壁与节流件之间由宽逐渐变窄的狭长通道”内流动，该通道可以等效为一个管式整流器，经过这个通道后，各种干扰流的变化为：不规范流动 被迫在规定的通道流动 变成规范流动。因此它能够对上游处因各种外界因素引起的不规则 的流动畸变自动进行矫正整流，从而使达到测量区的流动形成了规则的流动，使其相对于其他差压式流量计能大大减少对上游直管段的安装要求，其中上游直管段 0 3D，下游直管段 0 1D，如图 示。这样就可以克服由于空间小而难以解决直管段长的难题，减少了在直管段上的安装费用和限制，获得较好的测量精度和重复性。 图 型锥流量计直管段分布图 6）具有很强的抗干扰（旋涡流）能力 流体在流动时遇到阻挡物就会产生“旋涡流”，这就是著名的“卡曼旋涡”现象，涡街流量计就是基于这个原理工作的。同样道理像孔板、锥形体等节 流件在管道中也是阻挡物，在节流件后部除了产生静压力外，必然也会产生旋涡流。然而，这个旋涡流对于涡街流量计来讲是有用的信号，对于差压式仪表来讲却是有很大的干扰，如图 示。这个干扰在节流件下游（负压端）会产生“信号跳动 ” 现象，它会严重干扰正常信号的测量。塔形的结构是边壁节流，节流件后部产生干扰流的分布是等量相反（对称分布）而相互抵消，因此使干扰程度大大减轻。而孔板等传买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 24 页 共 39 页 统节流件是中心节流，产生的干扰流方向直接指向取压口，严重干扰了测量信号，特别是小流量时干扰甚至大于测量信号而无法正常工作。而 V 形锥体的独特廓 形以及其在管道中心轴线的位置，使得锥形节流装置具有极低的信号背景噪声，所产生的是高频、低幅脉动信号，对差压取值的稳定性影响很小。如图 示，显示出了孔板负压端产生的是“高幅度低频率跳动” ,而锥形体负压端产生的是“低幅度高频率跳动”。 图 过节流件后流体