高灵敏度车用涡轮流量计制造技术

本发明专利技术是一种高灵敏度车用涡轮流量计，用于计算公共汽车的累计油耗和瞬时油耗。本发明专利技术包括涡轮机械部分和电路部分。机械部分包括外壳、设置在外壳内部的两个导向体和设置在两个导向体之间的叶轮。两个导向体的外端面固定在外壳内，内端面上设置有９０度的圆锥孔，导向轮的９０度圆锥孔与叶轮的６０度圆锥轴配合安装，霍尔检出器安装在壳体的外壁上。电路部分包括控制器、按键模块、汽车电源和时钟芯片。霍尔检出器检测叶轮转动时的脉冲信号，并将其传送给控制器，控制器根据该脉冲信号计算出瞬时流速、分段流量和总流量值，以便驾驶员更好的把握汽车的油耗，尽量减少不必要的高油耗操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种测定汽车日常耗油的流量计量装置，应用于公共汽车的累计油耗和瞬时油耗的精确计量，属于机电一体化领域。
技术介绍
公共汽车运营的生产成本相当大部分来源于每日消耗在公共汽车上的汽车燃油。 燃油是消耗量大、价值高的原材料，节约燃油对降低生产的成本效果可观。汽车燃油的消耗 已引起了相关管理部门的重视，但因汽车燃油没有较准确的计量装置而无法落实管理。因 此采取安装燃油计量装置的方案实现对公共汽车的实时监测，便于对汽车的经济指标考核 和杜绝燃油的浪费现象。节约燃油不仅有直接的经济效益，对减少汽车尾气污染、保护环境 也起到积极的作用。涡轮流量计是叶轮式流量计的主要品种，它是目前流量仪表中比较成熟的高精度 仪表，适用于轻质成品油、石化产品等液体和空气、天然气等低粘度流体介质，可实现瞬时 流量和累积流量的计量。在涡轮流量计的相关技术方面，国内的涡轮流量计其主要的特点在于测量精度 高，液体的相对测量误差可达到0. 2% 0. 5% ；测量范围宽，适用于流量大幅度变化的场 合；结构简单，安装使用方便，无滞流部分，如果发生故障，并不影响管道内液体的输送；涡 轮流量计的输出是与流量成正比的脉冲信号，所以通过传输线路不会降低其精度，容易进 行累计显示，便于远距离传送和积算仪的处理，抗干扰能力强。尽管国内公共汽车具备燃油总量的近似测量装置，但精确度差，无法实现瞬时油 速的测量，并易受使用环境影响，总的来说，目前传统的涡轮流量计主要存在以下几点不 足第一，在一般原理上传统涡轮流量计无法适用该应用场合传统的涡轮流量计大部分 使用的是变磁阻式的传感器原理，它利用了金属叶片切割磁力线的方式输出波形，然后整 形放大进行计数；该方法并不适用于小口径低流速的使用环境，如果采用这种原理，该变磁 阻式传感器会对金属叶片产生很大的吸引力，进而产生较大的阻力，对于小型叶轮来说，足 以使该叶轮无法轻易转动，经过实验测试证明，小型的变磁阻式涡轮流量计在低流速的情 形下，其计量灵敏性和精确度大打折扣，甚至根本没有读数。第二，国内汽车油耗测量技术 尚存在空白国内高灵敏度的流量计在医疗设备领域使用较多，但还没有涉及公车油耗的 测量领域，需要针对汽车的实际使用要求，从叶轮的形状、材料、安装方式和系数调整上进 行一体化的规范设计，并研制专用的显示仪表。
技术实现思路
本专利技术提出了一种适用于公交车驾驶时显示其油耗的流量计，以实现对汽车瞬间 耗油和累计耗油的实时监控。该产品需要一个具备万年历的时钟模块，方便驾驶员查看当 前时间，以便安排轮班时间以及记录汽油用量的时间；同时需要记录每个驾驶员在其上班 期间使用的油量，在其离岗之前手动存储该油量值到电路的存储器里边，并且存入的分段油耗不断累加，生成一个常年累积的总油耗值，以供使用者对公车油耗量进行一个全面的 认识与评估；该流量计还具备掉电保护的功能，数据不因断电而清零；油耗的计量准确，快 速并且不易受汽车驾驶环境的影响。为实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案本专利技术包括机械部分和电路部分。 所述的机械部分包括外壳13、设置在外壳13内部的两个导向体11、以及设置在两个导向体 11之间的叶轮14，所述外壳13的两端分别设置有用于与管道相连接的外螺纹，两个导向体 11的外端面固定在外壳的内壁，两个导向轮的内端面上设置有夹角为90的圆锥孔，叶轮的 两个轴端加工成夹角为60度的圆锥轴，叶轮的60度圆锥轴与导向轮的90的圆锥孔配合安 装，在与叶轮14位置对应的壳体13的外壁上开有一槽，霍尔检出器3安装在该槽内，霍尔 检出器3与叶轮14的边缘之间的距离为0. 3 0. 6mm。所述的叶轮由叶轮轮毂和沿叶轮轮毂圆周均勻分布的叶片组成，叶片的切向平面 与叶轮轮毂的端面形成的夹角的取值范围为20 25度，叶轮14的个数为4个。所述的机械部分中的两个导向体11的外端面与壳体13之间的连接关系为两个 导向体的外端面均固定有一压紧圈10，压紧圈10具有外螺纹，外壳13内壁具有内螺纹，压 紧圈10和外壳13之间构成螺纹连接。所述的电路部分包括控制器、液晶显示模块、按键模块、汽车电源、霍尔检出器和 时钟芯片，其中霍尔检出器检测叶轮14转动时的脉冲信号，并将其传送给控制器，控制器 根据该脉冲信号计算出瞬时流速、分段流量和总流量值。所述的瞬时流速由公式Q = f/k计算，其中Q为瞬时流速，Q的单位为L/s，k为 仪表系数，k的取值范围在49751 51813之间，单位为L—1 ；f为霍尔检出器的信号频率，单 位为Hz，即每秒钟霍尔检出器传送给控制器的脉冲的个数。所述的分段流量的计算方法为=Q1 = n/k，其中Q1为分段流量，单位为L，k为仪表 系数，与计算瞬时流速时k的取值相同；η为一个时间段内霍尔检出器传送给控制器的脉冲 个数之和，分段流量描述的是每个司机上班时间段内，所计燃油消耗的一个累计值，并不断 更新，在下个司机轮班之前通过按键模块进行清零。所述的总流量值的计算方法为Q2 = N/k，其中Q2为分段流量不断累加的总和，单 位为L，k为仪表系数与计算瞬时流速时k的取值相同；N为各分段流量计算中η的累加值， 例如总共轮班5次，各自的分段流量为叫、η2、η3、η4、η5,则系统累加N = ni+n2+n3+n4+n5,在 单片机中完成除法，得到总流量值Q2，其意义为常年累计每个司机换班之后使用汽油的油 耗值，掉电保护，基本不用清零。按键模块与控制器相连，在按键模块的控制下，控制器能够分别将分段流量、瞬时 流速和总流量值送至液晶显示模块显示；时钟芯片与控制器相连，为控制器提供时间信息；汽车电源为以上各电路部分提供电源。本专利技术基于涡轮流量计的优点，考虑了公共汽车汽油流速较低的问题，以高灵敏 性为出发点，对流量计的传统机械结构进行了改进，并结合实际应用要求进行了电路设计， 包括以下几点第一，机械结构的设计优化对叶轮的叶片倾角进行了模拟分析，采用了国际流行的有限元分析软件ANSYS对叶片的多组倾角情况下的机械性能进行了综合比较，确定了一个在低平均流速下使得叶轮 最易转动的倾角范围；随后进行了叶片数目调整，并通过ANSYS分析得出的实验结果表明4 个叶片为该尺寸造型下最佳的叶片数目；另外对传统的叶轮轴和轴承进行了改进，在叶轮 直径较小、叶轮质量较轻的前提下，本专利技术结合了钟表宝石轴承中使用的摩擦系数最优化 的轴承结构，即顶尖轴承结构，将叶轮轴设计成60度夹角的圆锥轴，轴承设计成90度的圆 锥孔，并通过反复实验证明该机械结构具备优良的机械性能与高度的灵敏性，兼具较佳的 使用寿命。总的来说，该流量计达到了公共汽车油耗测量的低流速灵敏性和高度的精确性， 是专门为公共汽车量身订做的一款实用性流量计。第二，低功耗智能单片机流量监控仪的设计进行信号处理电路的设计，该设备只需接插汽车上配备的蓄电池便可以实现供电 并长久稳定地进行测量；采用了绿色背光的LCD设计，便于驾驶员查看当前汽车的瞬时油 耗以及某时间段的总油耗；添加了时钟芯片模块，方便驾驶员日常使用时对油耗和时间同 时进行把握，方便记录和评估；优化了脉冲信号的计算方法，采用了每秒扫描一次脉冲数目 的方式记检出器发出的脉冲信号，随后送入单片机，进行准确地计数。本专利技术具有以下优点1)本专利技术的机械结构结合了本文档来自技高网...

【技术保护点】
高灵敏度车用涡轮流量计，其特征在于：包括机械部分和电路部分，所述的机械部分包括外壳（１３）、设置在外壳（１３）内部的两个导向体（１１）、以及设置在两个导向体（１１）之间的叶轮（１４），所述外壳（１３）的两端分别设置有用于与管道相连接的外螺纹，两个导向体（１１）的外端面固定在外壳的内壁，两个导向轮的内端面上设置有夹角为９０的圆锥孔，叶轮的两个轴端加工成夹角为６０度的圆锥轴，叶轮的６０度圆锥轴与导向轮的９０的圆锥孔配合安装，在与叶轮（１４）位置对应的壳体（１３）的外壁上开有一槽，霍尔检出器（３）安装在该槽内，霍尔检出器（３）与叶轮（１４）的边缘之间的距离为０．３～０．６ｍｍ；所述的电路部分包括控制器、液晶显示模块、按键模块、汽车电源、霍尔检出器和时钟芯片，其中：霍尔检出器检测叶轮（１４）转动时的脉冲信号，并将其传送给控制器，控制器根据该脉冲信号计算出瞬时流速、分段流量和总流量值；所述的瞬时流速由公式Ｑ＝ｆ／ｋ计算，其中：Ｑ为瞬时流速，Ｑ的单位为Ｌ／ｓ，ｋ为仪表系数，ｋ的取值范围在４９７５１～５１８１３之间，单位为Ｌ↑［－１］；ｆ为霍尔检出器的信号频率，单位为Ｈｚ，即每秒钟霍尔检出器传送给控制器的脉冲的个数；所述的分段流量的计算方法为：Ｑ↓［１］＝ｎ／ｋ，其中Ｑ↓［１］为分段流量，单位为Ｌ，ｋ为仪表系数，与计算瞬时流速时ｋ的取值相同；ｎ为一个时间段内霍尔检出器传送给控制器的脉冲个数之和，分段流量描述的是每个司机上班时间段内，所计燃油消耗的一个累计值，并不断更新，在下个司机轮班之前通过按键模块进行清零；所述的总流量值的计算方法为：Ｑ↓［２］＝Ｎ／ｋ，其中：Ｑ↓［２］为分段流量不断累加的总和，单位为Ｌ，ｋ为仪表系数，与计算瞬时流速时ｋ的取值相同；Ｎ为各分段流量计算中ｎ的累加值，其意义为常年累计每个司机换班之后使用汽油的油耗值，掉电保护，基本不用清零；按键模块与控制器相连，在按键模块的控制下，控制器能够分别将分段流量、瞬时流速和总流量值送至液晶显示模块显示；时钟芯片与控制器相连，为控制器提供时间信息；汽车电源为以上各电路部分提供电源。...

【技术特征摘要】
高灵敏度车用涡轮流量计，其特征在于包括机械部分和电路部分，所述的机械部分包括外壳(13)、设置在外壳(13)内部的两个导向体(11)、以及设置在两个导向体(11)之间的叶轮(14)，所述外壳(13)的两端分别设置有用于与管道相连接的外螺纹，两个导向体(11)的外端面固定在外壳的内壁，两个导向轮的内端面上设置有夹角为90的圆锥孔，叶轮的两个轴端加工成夹角为60度的圆锥轴，叶轮的60度圆锥轴与导向轮的90的圆锥孔配合安装，在与叶轮(14)位置对应的壳体(13)的外壁上开有一槽，霍尔检出器(3)安装在该槽内，霍尔检出器(3)与叶轮(14)的边缘之间的距离为0.3～0.6mm；所述的电路部分包括控制器、液晶显示模块、按键模块、汽车电源、霍尔检出器和时钟芯片，其中霍尔检出器检测叶轮(14)转动时的脉冲信号，并将其传送给控制器，控制器根据该脉冲信号计算出瞬时流速、分段流量和总流量值；所述的瞬时流速由公式Q＝f/k计算，其中Q为瞬时流速，Q的单位为L/s，k为仪表系数，k的取值范围在49751～51813之间，单位为L-1；f为霍尔检出器的信号频率，单位为Hz，即每秒钟霍尔检出器传送给控制器的脉冲的个数；所述的分段流量的计算方法为Q1＝n/k，其中Q1为分段流量，单位为L，k为仪表系数，与计算瞬时流速时k的取值相同；n为一个时间段...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建华，张倬，王威，刘志峰，杨文通，王哲，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]