一種新型柴油數字油耗儀的研發與應用

譚小平 ，萬小燕

（中國石化股份 勝利油田 勝利采油廠，山東 東營 257051）

0 引言

目前油田工程機械設備的工作主機絕大多數為柴油機，燃油的消耗量大，又無法準確計量，存在人為盜賣、丟失現象。為控制燃油消耗，降低燃油成本，完善油料管理措施，規范和科學用油，探索油田工程機械燃油實時消耗計量方式，研發了一種新型的柴油數字油耗儀。

新型柴油數字油耗儀自2010年6月安裝在作業設備上進行跟蹤試驗，取得效果后，當年10月對所有作業設備進行安裝；2011年元月開始在特種車輛各車型上安裝。到目前為止，我們共安裝該數字油耗儀250余臺套，收到了良好的控油節油效果。

1 柴油機燃油數字測量系統研發

1.1 傳感器的優選

在柴油機燃油數字測量系統的研發中，如何選擇合適的流量傳感器，以適應柴油機燃油流量小和流量瞬間變化大的特點是系統研發的核心。對比各種單相流流量測量儀表的特點，容積式流量計的測量精度受流體的物性影響較小，同時測量精度能達到0.3%～0.5%，而差壓（孔板）流量計、電磁流量計和渦街流量計等只有百分之幾的測量精度。所以根據本系統通過流量小且瞬間變化大的情況，選擇容積式流量計是最適宜的，否則累計流量誤差很大。目前容積式流量計主要有橢圓齒輪流量計、腰輪流量計和刮板流量計等幾種，為確保計量精度，系統采用了橢圓齒輪流量計，它不僅測量精度高，且表前不需安裝直管段，非常適合油田工程機械柴油機的現場安裝條件。

1.2 系統設計

橢圓齒輪流量計的體積流量qv（L/s）計算公式如下：

其中 ：n為橢圓齒輪的轉速，r/s；V為半月牙形的容積，L。

橢圓齒輪流量計結構示意圖如圖1所示。

圖1 橢圓齒輪流量計結構示意圖

圖1中陰影部分為半月牙形，其容積V為一定值。若不考慮齒輪與殼體之間的泄漏量，橢圓齒輪流量計流量與齒輪的轉速成正比。所以在橢圓齒輪流量計的轉軸上安裝磁性脈沖發生器，就能準確地測出齒輪的轉速，通過脈沖計數器和運算器便可計算出通過流量計的流量。

測試系統主要由信號輸入部分、單片機部分和顯示器組成，系統硬件結構框圖如圖2所示。數字終端的主要功能是完成脈沖計數、體積計算和數據顯示。數字終端的電路原理圖見圖3。

圖2 燃油數字測量系統硬件結構框圖

燃油數字測量系統工作原理如下：傳感器發出的脈沖信號經光電隔離進行信號處理，單片機在接收到處理后的數字信號后，經內部計時/計數器和計算器，將燃油流量值轉換成BCD碼格式，以串行通訊方式傳給LED顯示器顯示。數字終端有串口可與車載GPS通訊，也可直接將油耗傳感器與GPS設備上的I/O集成，實時遠程傳輸油耗數據。目前數字終端顯示的數據主要有總油耗、單次油耗、運行時間和平均油耗，單次油耗可通過數字終端進行清零。系統在功能上可取代國內外汽車油耗測試裝置，符合車輛標準裝車件所要求的通用性、互換性、安全性。

圖3 數字終端電路原理圖

1.3 單、雙油路測量系統

為了提高系統工作的可靠性和計量的準確性，擬采用單、雙油路測量系統。采用單油路測量或雙油路測量系統，取決于柴油機燃油系統的回油方式。回油管路引至噴油泵的柴油機應采用單油路測量系統，而回油管路引回至油箱的柴油機要采用雙油路測量系統。單、雙油路測量系統的區別是傳感器數量和數字終端的運算方式不同。單、雙油路測量系統示意圖分別如圖4和圖5所示。

圖4 單油路測量系統示意圖

圖5 雙油路測量系統示意圖

2 現場應用

2.1 安裝準備

根據發動機的型式和功率大小正確選擇適合的油耗傳感器，之后需確定采用單油路測量還是雙油路測量系統。具體地說，通井機使用單油路測量系統即可，修井機和特種設備大多需要使用雙油路測量系統才能滿足工作要求。

2.2 現場安裝

安裝前應徹底清洗燃油管路，并在傳感器前安裝專配的燃油濾清器，以防止雜物進入傳感器。安裝時注意傳感器的表盤保持與地平面垂直，殼體上箭頭與燃油流動方向一致。連好流程后，擰松放氣螺栓徹底排空。

用屏蔽線束連接傳感器與數字終端。屏蔽線束用阻燃波紋管外包保護，途中采用尼龍扎帶固定線束。將數字終端的電源與車用24V直流電源常電相連，并可靠接地，上電后數字終端發光二極管常亮。

2.3 現場調試

啟動發動機5min～10min后，數字終端發光二極管持續閃滅，顯示終端有數字更新。數字終端有累計油耗、單次油耗、運行時間和平均油耗等4項數據顯示，其中單次油耗可一鍵清零。

2.4 系統升級

在目前基礎上，可方便地實現系統的升級改造。通過RS232串口將數字油耗儀與GPS系統對接，可實現數據向GPS后臺上傳并不斷刷新。通過GPS后臺軟件可以查出任意時間段的耗油量、運行時數和平均百公里油耗等，并且可以繪出油量統計圖，了解任意時間段車輛耗油是否正常。

3 應用效果

該數字油耗儀應用在油田工程施工機械上，具有安裝方便、性能可靠、計量精度高等特點，是傳統的油浮式計量裝置無法比擬的。傳統的油浮式計量裝置直接連接原車油表，測量精度取決于原車油浮的精度，而且影響因數多，例如車輛上下坡等都能影響油耗數據。而新型的數字油耗儀不管油箱的油量多少，只記錄消耗掉的燃油，測試數據精準。

數字油耗儀的應用方便了車輛單位的油耗管理與控制，并能對跑冒滴漏現象進行實時監控，為規范用油和科學用油、提高燃油管理水平提供了技術支撐，同時降低了燃料油的成本支出，達到了良好的控油節油效果。

［1］吳九輔.現代工程檢測及儀表［M］.北京：石油工業出版社，2004.