容积式油耗仪测量精度影响因素的分析.pdfVIP

6 o 容积式油耗仪测量精度影响因素的分析 徐东 ( 无锡商业职业技术学院 机电工程学院， 江苏 无锡 2 1 4 1 5 3 ) 摘要： 针对传统容积式油耗仪测量精度低的问题， 分析 了容积式油耗仪测量精度的影响 因素， 并提 出了相应的解决方法， 为今后 开发 高精度 的油耗仪提供 了理论依据。 关键词 ： 发 动机油耗仪容积 法测 量精度 中图分类号： U 4 6 3 7+ 3 文献标识码： A 文章编号： l0 O 2- 6 8 8 6 ( 2 0 1 1 ) 0 5一 O O 6 O一 0 3 An a ly s is o f t h e I n f lu e n ce I nf a ct o r s of M e a s ur i n g Pr e ci s i o n Ab o u t Vo l u me t r ic Fu e l Co n s u mp t io n Me t e r XU Do n g Ab s t r a ct ：C o n ce r n in g o n t h e p r o b le m o f lo w me a s u r in g p r e cis io n of t r a d it io n a l v o lu me t ri c f u e l co n s u mp t io n me t e r ，t h e in fl u e n ce it ff a ct o r s o f me a s u r in g p r e cis io n w e r e a n a ly z e d T h e me t h o d s o f s o lv in g t h e s e p r o b le ms we r e s u g g e s t e d Th e t h e o r e t ical b a s is f o r f u r t h e r d e v e lo p me n t o n h Ji g h me a s u r in g p r e cis io n of f u e l co n s u mp t io n me t e r wa s p r o v id e d Ke y wo r d s ： e n g in e ； f u e l co n s u mp t io n me t e r ； v o lu me me t h o d； me a s u r in g p r e cis io n O 前言 近年来随着我 国汽车保有量 的逐 年增加， 石油消耗 日益增长。石油能源短缺迫使人们关注汽车的燃 油经济 性及检测手段的准确性。燃油消耗量是评价汽车发动机 燃油经济l 生 的重要指标 ， 是发动机试验研究 中重要的测量 参数之一。因此 ， 研究开 陛能好 、 可靠性高 、 测量精度高 的发动机油耗仪具有重要的理论和现实意义。在众 多类 型的油耗仪中容积式油耗仪因为其操作简便 、 测量直观得 到了广泛的应用。然而 ， 由于容积式油耗仪受到测量容器 的误差 、 比重误差 、 标定误差以及温度变化所引起 的误差 的影响 ， 测量精度较低。准确检测汽车 的燃油经济性 ， 可 以降低汽车的使用费用 、 节省石油资源 ， 达到节约能源的 目的。因此 ， 容积式油耗仪测量精度的影响因素及解决方 法具有重要的理论和现实意义。 l制造误差对测量精度的影响 制造误差是指由于仪器的零件 、 元件 、 部件和其它各 个环节在尺寸 、 形状 、 相对位置 以及 其它参量等方面的制 造及装调不完善所引起的误差。由于制造工艺的不完善 ， 容积式油耗仪的各个环节在制造过程中总是会产生许 多 误差 ， 由此影响油耗仪 的测量精度。 油耗仪 的制造误差是难 以避 免的， 除 了在制造过 程 中提高加工精度和装配精度外， 在设计过程中也应该采取 适 当的措施对其进行控制。具体方法有 ： 1 ) 合理的分配误差和确定制造公差。根据油耗仪总 的精度指标， 在油耗仪的测量与控制的各个大的组成环节 之间进行正确的误差分配， 在结构设计中合理地确定各个 环节 的制造公差以保证和提高油耗仪的精度。 2 ) 正确应用仪器设计原理和设计原则。如误差平均 原理 、 补偿原理 、 阿贝原则 、 变形最小原则等 ， 使制造误差 对油耗仪精度的影响达到最小。 3 ) 合理地确定油耗仪 的结构参数。在保证油耗仪功 能和性能的前提下以减少制造误差对油耗仪精度 的影响 为 目 标来选择油耗仪的结构参数。 4 ) 合理的结构工艺。好 的结构工艺可以为加工和装 配提供方便， 使制造精度易于保证。设计过程中所选择的 设计基准应该充分考虑到加工和装配的可行 与可靠性。 5 ) 设置适当的调整和补偿环节。适当的调整和补偿 环节可以有效地减小制造误差对油耗仪测量精度的影响。 通过以上几种方法 ， 可以尽 可能的减小浮球式油耗 仪的制造误差对其测量精度 的影响 ， 以保证对油耗仪测量 精度的要求 。 2 标定误差对测量精度的影响 燃油消耗量是评价发动机经济性 的重要指标 ， 如果 油耗仪本身缺乏严格的标定是极不科学的。容积油耗仪 可采用静态容积法 、 静态质量法和比较法三种标定方法对 其进行标定。然而， 在采用各种方法进行标定的过程 中， 由于燃油介质的密度 、 压力以及测量时问等参数对标定容 6 1 积的影响， 必然导致标定存在着误差， 从而影响容积式油 耗仪的测量精度。 为尽量减小标定误差 ， 应 注意以下几个方面： 1 ) 应在 适 合 的环 境 下进 行标 定。环 境 温度 ( 2 0 5 ) o c ； 相对湿度 4 5 7 5 ； 大气压力 8 6 k P a1 0 6 k P a 。 2 )仅考虑压力落差、 燃油密度( 或燃油黏度) 、 测量时 问的影响时， 实际标定的容积值( 被标定油耗仪测量容器 的上 、 下刻度位置) 应大于理论容积值。 3 ) 被标定油耗仪 应无应力地安装在标定 系统 中， 并 保证标定系统各接合部位无漏油现象。 4 ) 应考虑标定装置与实际使用油耗仪安装状态的差 异而引起 的误差 ， 如油箱高度 、 油管长度等将影响压力落 差。采用稳压装置， 可 以减小压力损失。 5 ) 应考虑标定用 油与实际使用燃油 品质不 同的影 响。标定用油应纯净 ， 其 品质( 密度 、 黏度等) 应尽量接近 实际使用的燃油， 在必须采用黏度差异较大的液体时， 应 通过计算进行黏度修正 ， 以免造成较大的标定误差。 6 ) 标定时间应控制在大 于 2 0 s ， 并保证计时精度 ， 以 减小标定用时与实际使用状态用时的差异 ， 保证标定容积 的精度。 7 )标定油耗仪时， 采用多次取样 、 称重质量取平均值 的方法 ， 以抵消部分偶然误差的影响 ， 提高标定精度。 采用以上方法和措施 ， 可 以大大减小 因标定 而引起 的系统误差 ， 保证浮球式油耗仪的测量精度 。 3 温度对测量精度的影响 容积式油耗仪的测 量对象主要是各种燃油 ， 其测 量 容器的制造材料多为玻璃 。油耗仪标定 时的温度与现场 使用时的温度常有不同。由于地理位置 的不 同及一年 四 季的气候变化 ， 使得油耗仪工作介质的温度和环境温度的 变化很大。由此可见， 容积式油耗仪的实际工作状态与标 定时的工作状态差别很大。 ( 1 ) 温度对测量精度的影响 温度的变化会使容积式油耗仪测量容器的基本容积 发生变化 ， 即 = f ( A t 1 的变化 ， 必然产生附加误差， 影响容积式油耗仪 的 测量精度 。 同时， 由于液体具有热胀冷缩 的特性 ， 被测燃 油的密 度是温度 的函数 ， 其密度变化符合式 ： P 2 0=P l1+ ( t一2 0) J 式中 ：p 一 被测燃油 2 0 时的密度 ， k g l； P 一 被测燃油 f 时的密度， k g l； ， 一 被测燃油的体积膨胀系数 ， 1 。 容积式油耗仪所测量的是燃用一定体积的燃油所需 要的时间， 一定量的燃 油在温度变化后， 燃油密度也发生 变化 。 导致其体积必然发生变化 ， 此时油耗仪测量的仅是 在此温度下的体积量。 当标定温度与使用温度相差较大 时， 若不将燃油体积转化到某特定温度时的体积， 将造成 较大的测量误差。 ( 2 )温度补偿 容积式油耗仪 在工作 温度 变化时， 其测量会产生附 加误差。 对测量精度要求较高时 ， 此附加误差不容忽视 ， 必 须进行温度补偿。 对于容积式油耗仪 的温度补偿有两种情况 ： 1 )只考虑由于温度变化引起油耗仪测量容器基本容 积的变化 ， 温度补偿仅对油耗 仪的测量容器本 身。 理论修 正公式为： n 一 ! 一 1 十 ( 一t 0 ) 式中 02 o c C或油耗仪标定时温度下的容积实际值， l； 一 时 ， 即在使用温度下测量容器容积为 Q 。时 的实际容积值 ， l； 一 油耗 仪测量 容器 制造材料 的温度 修正 系数 ， J ： 一 油耗仪工作时的实际温度 ， o C； “ 一2 ( 】 或油耗仪标定时的温度 ， 。 2 ) 考虑被测燃油体积受温度影响而改变 ， 当使用温 度与标定温度不同时 ， 浮球式油耗仪温度补偿为： 、 Q 式 中： Q 一2 0 或标定温度时被测燃油的容积 ， 1 ； Q 一 时， 即在使用温度下被测燃油的容积 ， l； 一 油耗仪 测量容 器制造 材料 的温度修 正系数 ， 1 o C： 一 油耗仪工作时的实际温度 ， ； 一 被测燃油的体积膨胀系数 ， 1 。 上式中的体积膨胀系数 为 ： 1 ( p z o p 一1 ) 式中： P 一 被测燃油 2 0 C时的密度 ， k g l； P ， 一 被测燃油工作状态下的密度 ， k g 1 ； 一 被测燃油工作温度 ， 。 经温度补偿后 ， 可有效 的降低 由于工作温度变化 而 产生的附加误差 ， 保证容积式油耗仪的测量精度。 4结束语 发动机燃油消耗量 的测量是发动机性能检验 的重要 组成部分 ， 是校验发动机产品生产和 ( 下转第6 5 页) 6 5 入 。由此可断定该故障的产生与轴选择信 号的公共接线 复正常生产 。为便于后期的维护维修 ， 在厂家交付的手摇 部分有关 ， 即故障点应介于 I O模块到手轮的 2 4 V公共输 脉冲发生器接线图上 ， 作了相应的更改记录。 入端之间， 如图 3 椭圆虚线框所示。 ， 4 ) 根据图 3 手摇脉冲发生器接线原理可知 ， I O模块 口 术 晒 通过一个 l5 针的中继插头将 I O模块与手轮连接 ， 手轮 机床维修时应根据现场实际情况 ， 结合相关维修经 的2 4 公共端通过中继插头的 1 4 号引脚输入。 验方法 ， 仔细观察 ， 大胆假设 ， 综合推理对故障进行排除。 5 ) 打开手轮盒， 对 2 4 V公共输入线路进行检查。用 由于过份信任机床厂家提供的技术资料 ， 延误 了本次机床 万用表电压档检测出手轮的 2 4 V公共端没有电压输入， 进 维修的进程 ， 增加了平均修复时间( M T I R) ， 直接影响了机 一 步对手轮电缆进行检查 ， 发现连接中继插头母头一侧 的 床利用率 ， 降低 了企业 的经济效益。 2 4 V线缆接头脱落。 又如某型号数控机床由于硬件损坏导致机床所有参 6 ) 根据机床厂家提供 的手摇脉 冲发生器接线 图， 如 数丢失， 而用户也没有做过参数的备份 ， 硬件修复后 ， 维修 图 3 所示 ， 将脱落的线缆接头重新焊接到中继插头母头一 人员按机床厂家提供的参数表重新录入参数时 ， 发现参数 侧的 1 4号引脚处。重新给机床上电测试 ， 却发现手轮故 有很多错误且不完整 ， 联 系厂家方 知厂家已倒 闭， 近 1 0 0 障依旧。 万的设备差点变成一堆废铁 ， 最后历经半年时间终于找到 7 ) 再次对照图纸 ， 反复检查 发现手轮盒 的整体接 线 同一型号的机床拷贝了一份参数才最终解决问题 ， 但这一 正确可靠， 但从 I O模块到手轮公共端的2 4 V却始终无输 维修过程浪费了大量的时间、 人力与财力。 入 ， 由此推断线缆存在断路。 随着数控设备市场竞争 日益激烈 ， 机床厂 家面对竞 8 ) 从 中继插头上拆 下线缆反复检查 ， 发现 1 4号引脚 争应积极树立品牌意识 ， 严格审察 、 校对交付给用户的技 的线缆( 2 4 v ) 在人为折叠 、 扭 曲、 拉伸等恶劣试验状态下 术资料 ， 保证资料的准确性 、 完整性 ， 以便用户后期维护维 均能正常导通。 修工作的顺利进行， 赢得良好的用户口碑， 提高自身竞争 9 ) 由于找不到原因， 所以尝试信号短接法 ， 即跳过 中 力 ， 从而抢 占市场先机。 继插头， 将 I 0模块 2 4 V输出端子直接短接到手轮的 2 4 V 参考文献 公共输入端子上 。经测试发现 ， 用短接法强行给手轮提供 1 F A N U C 0 i C系 统维修说 明书 z 2 4 V电压后 ， 手轮的轴选择 、 倍率选择等均能正常工作。 2 永久 数控扎柬 故障诊断与维修技 术 M 北京： 机械工 业出版 1 0 ) 为了进一步查 明故障原因 ， 又对 I 0模块 、 中继插 一 头 篓 路 琶 竺 之 誊 兰 作 者 简 介 ：韦 泰 敢 ( 19 83 一 ) ， 男 ， 大 学 本 科 ， 于 贵 州 航 天 职 业 技 术 学 一 侧 的 第15 号 引 脚 ，有 被 焊 接 过 的 痕 迹 ，且 该 引 脚 对 应 公 ” 焘 。 心 任 ； ，I ， 责 头一侧的 1 5 号引脚 电压也恰好 为 2 4 V， 而 1 4号引脚却一 床故障 诊断与维 修实 训 及 数控技术加工实 训 两门专 直为 0 V 。由此怀疑机床厂家图纸标注有误 ， 有可能 1 5号 业主干 课程的实 训教学工 作 ，曾于浙 江省亚龙科技 集 团 引脚才是实际机床接线中的2 4 v输入所对应的焊接引脚。