農業的規模化集約化生產方式，已經被確認為現代農業發展的必由之路，促進了農業生產效率的大幅度提高。而農業機械現今已成為了集約化生產方式的主要生產力。如何加強對農業機械的科學管理，也同時成為了提高生產效率，增加農業經濟效益的重要手段了。

隨著農業機械的高速發展和普及，農機油耗測試是農機研制企業開展節能工作及能量平衡工作、進行農機技術改造和改進設計中必不可缺少的一項基礎研究。

然而，除少數大型農機生產企業或專業研究單位有精度較高、設備齊全的油耗測試手段和設備外，絕大多數企業采用天平砝碼稱重法進行油耗測試。該方法操作復雜，容易加量過多，測量精度不高，并易受到環境濕度、柴油易揮發等因素的干擾從而產生較大的測量誤差。

也有部分企業采用液體渦輪流量計采集油耗。該方法成本較低，安裝方便，但由于渦輪流量計的口徑普遍較小，柴油含雜質過多，在工作中常發生流量計內部油道被雜質堵塞的現象，故障率較高。針對上述問題，在研究容積式流量計的結構和工作原理的基礎上，提出一種選用旋轉活塞式容積流量計安裝在農機油路上的方法來測量農機的油耗，并搭建實驗平臺測試和分析該款流量計的檢測精度及可靠性。

容積式流量計結構及分類

容積式流量計又稱為定排量流量計 （ positive displacementflowmeter ）。它主要由計量本體和測量部分組成，計量本體由殼體、活動體 （轉子流量計的轉子 ） 組成。其中，核心部件是活動體，它是測量過程中的運動部件。活動體和殼體構成的每個測量腔就是一個標準容積單元，用來測量被測流體的體積，測量部分實際上是一個轉速或計數傳感器，螺桿流量計上的其中一只螺桿伸出的小齒輪上嵌有磁材料，螺桿轉動時傳感器可以通過磁效應識別螺桿的轉速，并轉化為標準脈沖信號或電流信號，方便測量人員使用二次儀表顯示油耗數值或被計算機采集信號并進行進一步的分析和應用。

容積式流量計種類繁多，可以根據不同的原則來分類，通常按照測量元件的結構分為轉子式、刮板式、旋轉活塞式、往復活塞式及膜片式等，基于旋轉活塞流量計具有工作可靠、測量精度高、壓力損失小的特點，且當介質黏度大于 50 cp 時，黏度的變化對精度無影響，特別適用于不含固體顆粒介質的液體的瞬時流量和累計流量的測量。因此，本文采用由上海康匯公司制作的流量計傳感器油耗采集設備做油耗測量實驗，主要由 2 個旋轉活塞式容積流量傳感器和一個顯示屏組成。

旋轉活塞式容積流量計工作原理及安裝方法

流量計工作原理

如圖 1 （ a ） 所示，被測液體從進口端進入流量傳感器內腔，在進、出口端形成壓差，迫使活塞按圖中箭頭所示的方向旋轉。隨著液體的繼續流入，活塞轉到如圖 1 （ b ） 所示位置，形成封閉的新月形截面的容腔 V1。在差壓的作用下，活塞繼續旋轉，之前才形成的封閉的新月形截面 V1 與出口端連通而開始排液，如圖 1 （ c ） 所示位置。當活塞旋轉到如圖 1 （ d ）所示的位置時，又形成另一封閉的新月形截面容腔 V2，再繼續旋轉，則容腔 V2 與出口端連通而開始排液，然后轉子又回復到如圖 1 （ a ） 所示的位置。這樣，活塞每旋轉一周，從進、出口端流過的液體等于容積 V1 和 V2 的總和。

圖1 流量計內部工作示意圖

正常工作下，流量計內部相當于一個按鍵開關的作用，在有液體流入的過程中反復關斷吸合，在輸出端口形成連續的脈沖信號，通過檢測該口的電平變化并對其計數，可知一定時間內輸出的脈沖數，根據公式（ 1 ） 可流過某一流量傳感器的液體體積：

V ＝n*K （ 1 ）

公式（ 1 ） 中，n 為某一時間段內從流量傳感器采集到的脈沖數，K 為傳感器轉子旋轉一周所排出的流體體積。

流量計安裝方式

柴油發動機的燃油消耗量的計量采用差分測量法。由于柴油發動機有進油管和回油端，柴油發動機工作時，柴油從油箱被吸入進油管，經過油水分離器過濾后，進入供油泵然后從供油泵壓出，經過精濾過濾后進入噴油嘴噴射，沒有噴

射的柴油經過回油管回到油箱。柴油發動機的油耗計量是進油管流過的燃料體積與回油管流過的燃油體積的差值，因此需要在進油管和回油管上各安裝一個流量傳感器 （ 如圖 2 所示 ）。有部分農機的柴油發動機并無回油端或回油量極少，則可不接回油傳感器。

圖2 流量計傳感器安裝示意圖

一款精準的油耗計量流量計

U-How?康匯流量計是上海康匯實業發展有限公司，根據旋轉活塞式工作原理自主研發生產的，具有測量流速低、量程寬、精度高、結構簡單、工作安全可靠等特點的高精度流量傳感器。

流量計爆炸圖

產品參數

1、機械部分：

2、電子部分：

測量介質

可測量輕質和中質油料，如：汽油、柴油、煤油、石腦油、潤滑油

產品資質

1. 發明專利：ZL201020504169.8流量傳感器

2. 國家汽車質量監督檢驗中心車輛檢測報告

3. 交通部委托北京計量院精度檢測報告

油耗監控解決方案

應用對象

1.發動機：

火車、汽車、工程車、拖拉機、發電機組及內河或近海航行的船舶中測量各類動力機器的燃油消耗量，及各種較重液體的裝卸計量和管道過液計量。

2.燃燒器：

車載鍋爐、移動鍋爐等設備的燃油消耗計量。

數據采集方式

通過采集流量計脈沖數據的方式，以RS485/RS232對接設備單位的系統集成

解決方案

油耗計量測試結果與分析

實驗平臺采用的是廣西某企業生產的方拖 （ 如圖 3 所示 ），其發動機為“時風歐”第二代的單缸發動機，功率為 14.7 kW，怠速空載運行情況下每小時消耗柴油約 0.52L，方拖空載載行駛一百公里所用柴油為 9～11L。按圖 4 所示安裝流量計傳感器，因為該款發動機的回油管并不回到油箱而是直接回到濾清器上，所以無需裝回油傳感器。進油傳感器把流過的柴油體積轉換成脈沖信號發送給顯示屏進行處理，發動機消耗的油量數值會實時顯示在顯示屏上。

圖3 實驗測試所用方拖

圖4 單缸柴油機安裝法

1、怠速工況下油耗測試

點燃發動機，待其穩定運行后每隔 10 min 讀取并記錄顯示屏上的油耗數值 （ 見表 1 ）。

由圖 5 可知，怠速情況下，發動機油耗以平均 9.965 mL/min的數值平穩遞增，200 min 內共消耗了 1 993 mL 柴油，平均每小時所耗油量約 598 mL，這與發動機廠家提供的怠速油耗數值基本符合，誤差為 13.04%。由于柴油機是怠速運行，單位時間內流過傳感器的液體流速較低，與傳感器的指定液體流速最小量程 1L/h 相差較大，因此發動機帶載工作時，傳感器所測得的油耗與實際發動機油耗的誤差范圍會有所降低，油耗傳感器的測量精度也會隨著發動機功率的增大而提高。

2、方拖行駛工況下油耗測試實驗

方拖在空載情況下進行實車行駛油耗測試，出車前加滿油箱，然后從加油站開始沿指定路線行駛 4.3 km 后沿原路返回至加油站并把油箱加滿，所加油量即為方拖行駛 8.6 km 實際油耗，并記錄此時油耗設備顯示屏上的數值。重復上述實驗，得到的數據見 2。

由表 2 可知，方拖共行駛 77.4 km，實際所用總油量為 8.2L，折算為百公里油耗約 10.59L，符合廠家提供的方拖百公里油耗數值，而油耗設備上顯示方拖行駛 77.4 km 所用總油量為9.134L，與實際方拖所用油量相差 0.934L，誤差為 10.22%，低于傳統的油耗測量方法所算得的誤差值。

隨著我國對農機生產行業項目的重視，適用于測量農機油耗的流量計市場巨大，積極研究和發展新型流量計產品，結合應用先進的微電子控制技術來測量農機油耗有著重要的發展意義。本文提出的農機油耗測量方法具有簡單實用、可靠性高等特點，對今后研究更高精度的油耗測試儀具有重要的借鑒意義。