ТОПЛИВНЫЙ РАСХОДОМЕР (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения объема нефтепродуктов при учетно-расчетных и технологических операциях, а именно для учета нефтепродуктов на автомобильном и водном транспорте, дизель-генераторных установках, спецтехнике, сельхозтехнике и горелках в котельных.
Известен счетчик жидкости с кольцевым поршнем, содержащий измерительную камеру и счетный механизм, в котором, кольцевой поршень снабжен составным ползуном, кинематически связанным с направляющей, вынесенной из внутренней полости измерительной камеры, и подшипниковой втулкой, установленной на оси и соединенной подпятником кривошипа и валиком с подшипниковой втулкой днища. (Авторское свидетельство СССР №428219, МПК G01F 3/08, опубл. 15.05.1974 г.)
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является датчик расхода жидкости, содержащий корпус, измерительную камеру с двумя отверстиями для входа и выхода жидкости, в которой размещен кольцевой поршень с пазом и разделительной перегородкой, выполненной из алюминия, магния или их сплавов анодированной поверхностью. (Международная заявка № WO 03036242, МПК G01F 3/08, опубл. 01.05.2003 г.).
Недостатком известных расходомеров является завышение показаний по расходу жидкости из-за колебаний и дрожания измерительной колбы в процессе эксплуатации, что обусловлено внешними вибрациями или гидравлическими колебаниями измеряемой жидкости в системе при работе ТНВД (топливного насоса высокого давления) и подающего насоса
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышении точности измерения расхода жидкости.
Поставленная техническая задача решается тем, что, согласно заявляемой полезной модели, топливный расходомер по первому варианту выполнения содержит счетчик жидкости, выполненный в виде измерительной камеры с крышкой и с двумя отверстиями для входа и выхода жидкости, внутри которой размещен ротор со встроенным в него постоянным магнитом, выполненный в виде цилиндрической колбы с пазом, в котором размещена разделительная пластина, и электронное устройство с электронным дисплеем, расположенное на крышке измерительной камеры, содержащее два геркона, соединенных между собой по схеме, обеспечивающей формирование двух последовательных импульсных сигналов с временной задержкой, и подключенных к счетчику преобразователя импульсов, который формирует выходной сигнал, счетчик преобразователя импульсов подключен к электронному дисплею электронного устройства.
Поставленная техническая задача решается также тем, что, согласно предложенной полезной модели, топливный расходомер по второму варианту выполнения содержит счетчик жидкости, выполненный в виде измерительной камеры с крышкой и с двумя отверстиями для входа и выхода жидкости, внутри которой размещен ротор, выполненный в виде цилиндрической колбы с шайбой с, по меньшей мере, одним постоянным магнитом и с пазом, в котором размещена разделительная пластина, и электронное устройство с электронным дисплеем, расположенное на крышке измерительной камеры, содержащее два геркона, соединенных между собой по схеме, обеспечивающей формирование двух последовательных импульсных сигналов с временной задержкой, и подключенных к счетчику преобразователя импульсов, который формирует выходной сигнал, счетчик преобразователя импульсов подключен к электронному дисплею электронного устройства.
Кроме того, топливный расходомер по первому и второму вариантам выполнения, характеризуется следующими дополнительными существенными признаками:
- счетчик преобразователя импульсов подключен к программируемому электронному устройству с электронным дисплеем
- электронное устройство с электронным дисплеем выполнено программируемым;
- электронный дисплей электронного устройство выполнен жидкокристаллическим.
- топливный расходомер дополнительно содержит датчик температуры топлива, размещенный на крышке измерительной камеры и подключенный к программируемому электронному устройству с жидкокристаллическим дисплеем.
- цилиндрическая колба ротора выполнена из алюминия с покрытием EMATAL.
Технический результат, достижение которого обусловлено реализацией всей заявляемой совокупности признаков, заключается в повышении точности измерения расхода жидкости.
Сущность полезной модели поясняется рисунками, где
на фиг.1 представлено схематичное изображение размещения электронного устройства на крышке измерительной камеры;
на фиг.2 представлена схема формирования импульсного сигнала.
на фиг.3 представлен вид формирующихся двух последовательных импульсных сигналов с временной задержкой от первого и второго герконов;
на фиг.4 приведена схема размещения постоянных магнитов на шайбе, расположенной на роторе, по второму варианту выполнения устройства.
на фиг.5 представлена схема электронного устройства с двумя герконами, поясняющая размещение датчика температуры.
На рисунках представлены следующие позиции:
1 - электронное устройство;
2 - геркон;
3 - крышка измерительной камеры;
4 - постоянный магнит;
5 - цилиндрическая колба с пазом;
6 - шайба, расположенная на роторе;
7 - датчик температуры.
Топливный расходомер содержит счетчик жидкости, выполненный в виде измерительной камеры с крышкой и с двумя отверстиями для входа и выхода жидкости.
Внутри измерительной камеры размещен ротор, выполненный в виде цилиндрической колбы 5 с пазом, в котором размещена разделительная пластина.
Цилиндрическая колба ротора выполнена из алюминия с покрытием EMATAL.
Бензин и биодизель, как топливо, могут иметь существенное отрицательное влияние на топливные измерительные системы. Они очень агрессивны для определенной пластмассы, резины и алюминиевых сплавов. Из-за высокой концентрации спирта в биодизеле (25% и выше) возникает спиртовая коррозия у алюминия и сплавов. Эти виды топлива обладают низкими смазывающимися свойствами, они создают высокое трение вращающихся деталей. Кинетическая вязкость их очень низкая (приблизительно: 0.53 mm2/s и 2…4.5 mm2/s)
Покрытие EMATAL - гладкое керамическое покрытие, с значительно пониженной пористостью, обладает высокой твердостью до 7000 МПа, высокой износостойкостью, прочно сцепляется с металлом и не отслаиваются даже при значительных деформациях.
Покрытие EMATAL является очень стойким к агрессивным воздействиям топлива и значительно уменьшает трение между измерительной камерой, цилиндрической колбой ротора и разделительной перегородкой, обеспечивая надежную работу устройства.
Покрытие EMATAL получают одним из известных способов анодирования изделий из алюминия или алюминиевых сплавов - эматалированием (ОСТ5-8150-71 «Эматалирование деталей из алюминия и его сплавов. Типовые технологические процессы»).
Эматалирование - электрохимическое оксидирование алюминиевых сплавов для получения непрозрачной эмалевидной пленки молочного цвета. (Российский энциклопедический словарь: в 2 кн., - / Гл.ред.: А.М.Прохоров. - М: Большая Российская энциклопедия, 2000 г., стр.1843.)
По первому варианту выполнения устройства постоянный магнит установлен на роторе или встроен в нее.
По второму варианту выполнения устройства, по меньшей мере, один постоянный магнит 4 установлен в корпусе шайбы 6 (фиг.4), расположенной на роторе. Шайба 6 может быть выполнена из пластмассы.
Топливный расходомер содержит электронное устройство 1 с электронным дисплеем, расположенное на крышке измерительной камеры 3 (фиг.1). Электронное устройство с электронным дисплеем выполнено программируемым. Электронный дисплей электронного устройство выполнен жидкокристаллическим. Программируемое электронное устройства может быть выполнено встроенным или выносным.
Электронное устройство содержит два геркона 2 (фиг.5), соединенных между собой по схеме, обеспечивающей формирование двух последовательных импульсных сигналов с временной задержкой.
Наличие двух герконов позволяет определять направление движения жидкости по их последовательному срабатыванию. Также исключаются ложные импульсы из-за возможных колебаний и дрожания измерительной колбы, которые возникают при использовании одного геркона, что обеспечивает повышенную точность измерения расхода жидкости или топлива.
При работе устройства по первому варианту выполнения движение жидкости через расходомер вызывает вращательно - колебательные движения цилиндрической колбы, находящейся внутри измерительной камеры. При выполнении устройства по второму варианту движения цилиндрической колбы преобразуются во вращательное движение пластмассовой шайбы, в корпусе которой закреплены постоянные магниты. Два геркона 2, расположенные на верхней крышке 3 измерительной камеры, последовательно замыкаются и размыкаются перемещающимся под ними магнитом (фиг.2). Таким образом, формируются два последовательных импульсных сигнала (меандра) с временной задержкой, которые поступают на программируемую электронную плату электронного устройства и преобразуются в бинарный код (фиг.3). Полученный бинарный код обрабатывается с использованием программного обеспечения. Если бинарный код соответствует заданной комбинации, формируемой при вращении измерительной колбы «по часовой стрелке», электронное устройство генерирует выходной импульс. В случае вращения колбы «против часовой стрелки» или при колебании колбы в разных направлениях - выходной импульс не генерируется. Это позволяет устранить ложные сигналы.
Герконы подключены к счетчику преобразователя импульсов, который формирует выходной сигнал. Логика работы счетчика преобразователя импульсов такова, что формирование выходного импульса происходит только в том случае, когда последовательность импульсов от двух герконов соответствует заданной, т.е. происходит последовательное срабатывание первого и второго герконов.
Счетчик преобразователя импульсов подключен к электронному дисплею электронного устройства. Генерируемый выходной сигнал поступает с выхода счетчика преобразователя импульсов в программируемое электронное устройство, и данные отображаются на жидкокристаллическом дисплее.
На дисплее могут отображаться значения следующих параметров:
- общий расход топлива, прошедшего через расходомер (литры, галлоны или кг/м3.);
- суточный расход топлива (расход на маршруте);
- моментальный расход (литры, галлоны или кг/м3.);
- температура измеряемого топлива;
- вносимый поправочный коэффициент (например: температурная компенсация и компенсация погрешности);
- время работы расходомера при минимальном потоке (двигатель работает на холостом ходу), номинальном потоке и максимальном потоке (холостой ход двигателя - параметры программируются под определенный тип двигателя);
- пиковая нагрузка на расходомер (максимальный поток топлива прошедший через счетчик за единицу времени, стандартное значение - за 1 час)
- температура измеряемого топлива;
- поправочный коэффициент (например: температурная компенсация и компенсация погрешности, программируемая величина);
- измерение и отображение СО2, фактическое и общее, которое является расчетной величиной и рассчитывается с использованием программы для ЭВМ.)
Топливный расходомер по первому и второму вариантам выполнения дополнительно содержит датчик 7 температуры топлива (фиг.5), размещенный на крышке измерительной камеры и подключенный к программируемому электронному устройству с жидкокристаллическим дисплеем.
Температура топлива напрямую связана с его объемом. Чем выше температура, тем больше объем. Расходомер измеряет объем пройденного через него топлива. При дифференциальном методе измерения, когда учитывается объем топлива поступающего к двигателю (к ТНВД - топливный насос высокого давления) и объем топлива возвращающегося от двигателя (отсечное топливо с форсунок и ТНВД) в бак, возникает разница температур между этими потоками. На подаче топливо имеет более низкую температуру, чем на возврате. Разница температур и соответственно объемов приводит к дополнительной погрешности измерения. Разница в 10°С дает дополнительную погрешность ~0,95%, в 30°С - 2,85% соответственно. Для компенсации этой погрешности вводится поправочный коэффициент. Чтобы вычислить поправочный коэффициент, необходимо знать разницу температур. Для этого в расходомере устанавливают датчик температуры, размещен на крышке измерительной камер и подключен к электронному устройству с жидкокристаллическим дисплеем. Температура топлива отображается непосредственно на дисплее, но не передается через импульсный выход.
Температурная корректировка (объемный коэффициент определяется из соотношения:
2
1
V=V(1+ν*ΔТ), где
ΔТ - разница температур при подаче и возврате топлива
1
V - объем топлива поступающего к двигателю
2
V - объем топлива при возврате в бак
ν - погрешность
ν*ΔТ - объемный коэффициент (температурная корректировка)
Пример расчета.
1
2
V - 140 л/час; V - Х л/час; ΔТ=40°С; v~0,95%,
2
V=140(1+0,00095*40)=145,32 л/час
(0,00095*40)=0.038×100=3.8% объемный коэффициент (температурная корректировка)
Принцип действия топливного расходомера основан на измерении количества оборотов ротора. Ротор, выполненный в виде цилиндрической колбы с пазом, осуществляет вращательно - колебательные движения под действием потока жидкости за счет возникающей разности давлений на входе и выходе. Поток жидкости при входе в измерительную камеру, разделяется на две части, которые на выходе измерительной камеры объединяются. Количество оборотов ротора пропорционально объему жидкости, прошедшему через топливный расходомер. Колебательное движение ротора передается на электронное устройство по средствам встроенного в него магнита. Два геркона, расположенные на верхней крышке измерительной камеры, последовательно замыкаются и размыкаются перемещающимся под ними магнитом. Таким образом, формируются два последовательных импульсных сигнала (меандра) с временной задержкой. Формирующаяся последовательность импульсов преобразуется в электронном устройстве в бинарный код (последовательность битовых чисел 0 и 1), который электронное устройство обрабатывает электроникой и формирует выходной импульс.
Электронное устройство, закрепленное на крышке корпуса счетчика, представляет собой последовательно установленные два геркона подключенные к счетчику преобразователя импульсов. При вращении ротора происходит поочередное срабатывание герконов формирующих последовательность импульсов преобразуемых электроникой в бинарный код (последовательность битовых чисел 0 и 1). Бинарный код обрабатывается электроникой и формирует выходной импульс. Выходной импульс формируется только в случае последовательного (поочередного) срабатывания первого и второго герконов. Бинарный код выглядит следующим образом:
01100110011…
00110011001…
Если ротор будет вращаться в обратном направлении или колебаться влево - вправо, то в таких случаях электронное устройство не формирует выходной импульс.
Выходной импульс с электронного устройства поступает на программируемое электронное устройство с жидкокристаллическим дисплеем, в котором происходит преобразование количество импульсов преобразуется в единицы измерения объема (литры, метры кубические или галлоны США), и полученные значения отображаются на жидкокристаллическом дисплее.