一种带螺旋桨流量计的电脑加油机及其流量计算方法

摘要

本发明涉及一种带螺旋桨流量计的电脑加油机及流量计算方法，特别适合用于燃油加油机产品制造与应用的领域。其特征是，现有加油机的流量计被一个通道内装有螺旋桨、信号标识，通道外装有信息传感器的螺旋桨流量计取代，使体积更小，流量更大，可靠性更高，装配更简易，每单枪加油机成本可降低千元左右。螺旋桨流量计的流量计算方法，算式简单，参与计算的标准参数均从实际的精确测量中取得，软件中采用智能化参数查表法可大大消除计量误差，得到精确的计量结果。

说明书

本发明涉及一种带螺旋桨流量计的电脑加油机及其流量计算方法，特别适合用于燃油电脑加油机制造与应用的领域。

长期以来，市场所使用的燃油电脑加油机的流量计基本都是采用容积式计量型产品。在工作中，容积式流量计的计量活塞受油液压力的推动，在往复循环的运动过程中不断地推动计量器转动弯头的转动，转动弯头的旋转带动了计量传感器的转动，产生的计量脉冲信号输送到微电脑系统，微电脑系统对信号进行处理后做出相应处理控制。

容积式流量计是一套较复杂的精密机械结构，因容积式计量活塞与皮碗不断地运动，存在着机械运动部件磨损与受环境温度而胀缩的事实，而机械式误差调节功能手段有限，所以计量误差相对较大。而容积式流量计体积较大，加工精度与装配工艺要求很高，现今每台流量计产品成本接近千元人民币。而且，容积式流量计在工作时受机械运动部件阻力的作用，液体流动阻力增大，直接影响到加油机出油不能达到更大流量。受综合因素影响，加油机用户日常的维护成本也相对较高。

本发明的目的是设计一种带螺旋桨流量计的电脑加油机。与现有加油机相比较，这种加油机无易磨损部件具有加油计量更准确，流量更大，环境因素影响小，可靠性更高，产品制造成本更低，用户的维护成本相对更低。

本发明的另一个目的是提出这种螺旋桨流量计的流量计算方法，它具有计算方法简单，智能化误差补偿，计量精确的特点。

本发明设计的加油机，油泵与油气分离器，螺旋桨流量计(1)，电磁阀及油枪各机械部件连接成油液通路，各含有电子电气功能的部件与微电脑系统联接成电子信息与控制通道；以微电脑系统为信息处理中心，实时采集用户命令信息及油枪开关与螺旋桨流量计(1)的计量信息，对油泵与电磁阀进行开关控制，并相应显示出加油量与费用的相关数据。其特征是：螺旋桨流量计(1)的通导管(3)里面的轴承座(5)上安装有轴(4)，轴上有桨叶(6)，其中的一片桨叶上有信号标识(7)，信号标识在转动时可以分别对准通导管(3)壁上的4处信号导孔(8)，4只信息传感器(2)的传感头各自分别对准信号导孔(8)固定安装，每只信息传感器(2)的输出端与微电脑系统接口相连；通导管(3)内嵌玻璃管(9)以确保电光信号传输，玻璃管两端装有密封圈(10)，通导管(3)与通管端头(11)采用螺纹扣方式连接。

在流量计(1)中的信号标识(7)可以是反光板，以光折射方式工作，也可以是遮光板以光隔离方式工作，还可以是永磁体，以发射磁信号方式工作。当通导管(3)中的燃油液体在流动时，推动螺旋桨带动信号标识(7)旋转，信号标识可以间接发光或直接发出磁信号，使通导管外的光或磁信息传感器(2)接收到信号标识(7)的信号，传感器(2)将标识(7)的光或磁信号转换成电信号同步传输到微电脑系统，电平信号翻转一次作为一个计量脉冲。

光折射模式下：在每只信息传感器(2)内装有一只光电发射器(13)元件D与一只光接收器(14)敏感元件Q，二只元件头朝向外部；常态下光电发射器(13)元件D通过信号导孔(8)发射电光，当反光板标识(7)同时接近这二只元件头部时，在光折射效应下，接收器(14)光敏感元件Q受到光的控制作用，处于导通状态；当反光板标识(7)离开时，Q处于断开状态。

电路中电源VCC接电阻R_0～4的一端，电阻R₀的另一端接光电发射器D_1～4的阳极；电阻R_1～4的另一端与光接收器敏感元件Q_1～4的集电极、反向驱动器U_1～4的输入端各自对应并连；光电发射器D_1～4的阴极与光敏感元件Q_1～4的发射极并连公共地；反向驱动器U_1～4的输出端连接到微电脑CPU的数据接口。

光隔离工作模式下电路与光折射模式相同，常态下一只光电发射器(13)元件D通过信号光导孔(8)发射头直接对准另一只接收器(14)敏感元件Q的敏感接收头固定安装，并发射电光使其导通，遮光板标识(7)以遮盖或放开方式控制光传感器的开关状态。当油液推动水车式叶桨(12)旋转时，带动标识(7)作圆周运动，当标识(7)将其四对之中的一处信号导孔(8)覆盖时，该位置的发射器(13)发出的光电信号照射在标识(7)表面，光被遮断，使该位置所对应的接收器(14)敏感元件不能夠接收到光信号则传感器输出低电平信号，当标识(7)移开信号导孔(8)时，该位置的传感器输出高电平信号。

发射磁信号工作模式下：信息传感器(2)内，标识(7)是一块永磁体；电路中电源VCC接电阻R_1～4的一端，电阻R_1～4的另一端与磁敏感元件QM_1～4的集电极、反向驱动器U_1～4的输入端各自对应并连；磁敏感元件QM_1～4的发射极接公共地，反向驱动器U_1～4的输出端连接到微电脑CPU的数据接口；当油液推动螺旋桨旋转时，带动磁信息的标识(7)沿4处磁信息导孔(8)作圆周运动，当磁信息标识(7)与其四中之一磁信息导孔(8)位置正交最近距离时，在磁力线作用下，使该位置的磁敏感元件能接收到磁信息，传感器输出高电平信号；当磁信息标识(7)移开磁信息导孔(8)时，该位置的传感器输出低电平信号。

本发明提出的螺旋桨流量计流量计算方法包括计算公式与脉冲当量参数表及使用方法。

计算公式以脉冲当量为核心常量参数，脉冲个数为变量，按公式：V＝∑Kp计算流量；其中，V：流量体积，K：脉冲当量参数，p：计量脉冲个数。

脉冲当量参数K的确定：加油机对一只符合国家计量器技术标准的量筒进行注入油料并同时记录信息传感器(2)发出的脉冲数，当油料达到量筒取样单位体积时停机，精确测量出量筒取样的体积立升数据，再除以脉冲累计总数，所得商数即为当量参数K。

建立脉冲当量参数表：以国家计量标准量筒为量具，按地球纬度对称分为七个区域，按各区域海拔(高、中、低)大气压与季节性环境温度(高、中、低)特征进行分类，模拟加油机的加油工作环境，在每个带区做九个标准脉冲当量参数的采样测试；这样共63个具有代表性的脉冲当量参数K组成一个脉冲当量参数表，贮存在加油机电脑程序中。加油机按所在区域被设置一个区域与海拔位置识别码，电脑程序计算流量时按照位置识别码与表征季节温度规律的当前日期，用对号入座的方式选择其中最能代表环境特征的一个K参数参与计算。

本发明设计的加油机，无易磨损部件，软件计量更准确，流量更大，整机可靠性更高，机器体积可以更小，生产装配工艺得到简化，使整机产品系统达到最精简，每单枪加油机成本可降低千元人民币左右。

本发明提出的这种螺旋桨流量计的流量计算方法，算式简单，参与计算的标准参数均从实际的精确测量中取得，采用智能化参数查表法大大消除计量误差，软件查表计算方法能够极大地逼近得到精确的计量结果。

图1为系统框图。

图2为螺旋桨流量计外观图。

图3为螺旋桨流量计剖视图。

图4为螺旋桨流量计结构原理示意图。a为结构示意图，b为螺旋桨与传感器位置示意图，c为反光板作为信息标识示意图，d为永磁体作为信息标识示意图。

图5为水车式叶桨流量计光折射结构原理示意图。a为外轮廓图，b为局部剖视图，c为传感器与桨叶的工作位置示意图。

图6为水车式叶桨流量计光遮断结构原理示意图。a为外轮廓图，b为局部剖视图，c为遮光板作为信息标识对光路的通断示意图。d为桨叶在光发射器与接收器之间的工作位置示意图。

图7为信息传感器电路原理图。a为光敏传感器电路图，b为磁敏传感器电路图。

结合附图用下列非限定性实施方式进一步说明本发明的实施及效果。

图1为系统框图。本发明设计的加油机，其整机系统结构与现有的完全一样；油泵与油气分离器，流量计(1)，电磁阀及油枪各机械部件连接成油液通路，各含有电子或电气的部件与微电脑系统联接成电子信息与控制通道；以微电脑系统为信息处理中心，实时采集用户信息及油枪与螺旋桨流量计(1)的信息，对油泵与电磁阀进行开关控制，并相应显示出加油与费用的相关数据。

其不同之处在于用螺旋桨流量计(1)取代了市场上现行的容积式机械流量计，加油计量更准确，流量计成本至少可以降低六百元人民币，加上附带的综合优化因素，系统总体成本可降低近千元人民币，在加油机整机的生产成本大大降低同时，可靠性却能得到很大提高。而机器的操作与使用与现有的方法完全相同。

图2为螺旋桨流量计外观图。如图所示，螺旋桨流量计(1)是在外部安装有4只信息传感器(2)的圆筒形通道，从两端可以看见里面的螺旋桨叶。

图3为螺旋桨流量计剖视图。如图所示，螺旋桨流量计(1)的通导管(3)里面，轴承座(5)上装有一轴(4)，轴上有六片桨叶(6)，其中的一片桨叶上有反光标识(7)，标识用以表示桨叶的转动状态信息。为达到将桨叶转动90°的状态信息转换为计算机电信号的目的，标识在转动时必须能够分别对准通导管(3)壁圆周上的4处光信号导孔(8)，4只信息传感器(2)的传感头各自分别对准信号导孔(8)固定安装，通导管(3)内嵌玻璃管(9)以确保电光信号传输，玻璃管两端装有密封圈(10)，通导管(3)与通管端头(11)采用螺纹扣方式连接。

余此类推，如果为了达到将桨叶转动60°的状态信息转换为计算机电信号的目的，则必须将信号导孔(8)增加到6处。

图4为螺旋桨流量计结构原理示意图；a为结构示意图，它是一个内部装有螺旋桨，其中一片桨叶上装有信息标识(7)，液体可以从一端进另一端出，外部装有光(或磁)信号传感器于一体的流体通道。其结构非常简单，也没有特殊的加工要求。b为螺旋桨与传感器位置示意图，可以看见信息标识(7)正与一只信息传感器(2)的传感头接近对准。c为反光板作为信息标识示意图，光被光敏接收器所接收，d为永磁体作为信息标识示意图，在永磁体标识靠近磁敏感头的条件下，信息传感器中的磁敏器件接收到磁信号。

螺旋桨流量计的工作原理是，利用油泵的压力作用，桨叶受油液压力的推动，在旋转运动的过程中，带动信号标识转动，信号标识把光或磁信号传到信息传感器(2)，由信息传感器(2)转换为电平信号输送到微电脑系统，电平信号翻转一次作为一个计量脉冲。

螺旋桨为流量计的运动部件，螺旋桨的轴固定在带有滚珠的轴承上，转动灵活摩擦系数极小，以现有的润滑技术为保障，基本不存在着受环境温度的影响与机械运动磨损。可以保证长期工作不损坏，使机器用户的日常维护成本更降低。

信号标识(7)在光折射方式下工作时，在每只信息传感器(2)内装有一只光电发射器(13)元件D与一只光接收器(14)敏感元件Q，二只元件头朝向外部；常态下光电发射器(13)元件D通过信号导孔(8)不间断地发射电光源，当反光板标识最接近二只元件头时发生光折射效应，接收器(14)光敏感元件Q的开关状态呈导通，当反光板标识离开二只元件头时，接收器(14)光敏感元件Q的开关状态翻转呈断开。

众所周知，旋转桨叶一般概括起来说，有螺旋桨叶、风车叶、水车叶三种，但螺旋桨叶与风车叶基本可以归并为同一类，另外还有瓢形叶等，但所有的工作原理基本一样。

图5为水车叶桨式流量计光折射结构原理示意图；在流量计中水车叶桨与螺旋桨叶的功能相同。a为外轮廓图，信息传感器布置在上方。b为局部剖视图，可以看见通导管和信息传感器，水车叶桨与信号标识的结构布局。c为传感器与水车叶桨(12)的工作位置示意图，有一只信息传感器(2)位置正对反光板信号标识，使该信息传感器输出高电平信号。

图6为水车式叶桨流量计光遮断结构原理示意图；光隔离工作模式下，常态下一只光电发射器(13)元件D通过信号导孔直接对另一只光接收器(14)敏感元件Q发射电光使其导通，遮光板标识(7)控制光接收器的开关状态。a为外轮廓图，可以看见信息传感器布置在上下方。b为局部剖视图，可以看见通导管和水车叶桨与信号标识的结构布局，信息传感器按照光发射器(13)在上方，光接收器(14)在下方布置。c为遮光板作为信息标识对光路的通断示意图，图中演示了遮光板未隔断光路时和遮光板隔断光路时的两种情况。d为桨叶在光发射器与光接收器之间的工作位置示意图，居中有一对光发射器与接收器位置正被遮光板信号标识(7)隔开，该位置的信息传感器输出低电平信号。

在工作时，当油液推动水车叶桨(12)旋转时，带动标识(7)作圆周运动，当标识(7)将其四对中之一信号导孔覆盖时，该位置的发射器(13)发出的光电信号照射在标识(7)表面，光被遮断，使该位置所对应的接收器(14)敏感元件不能夠接收到光信号则输出低电平信号，当标识(7)移开信号导孔(8)时，该位置的接收器敏感元件输出高电平信号。

图7为信息传感器电路原理图。如图a所示的是光电信息传感器电路原理图，信号标识(7)为反光板，每只信息传感器的输出端与微电脑系统接口相连；

电源VCC接电阻R0～4的一端，电阻R0的另一端接光电发射器D1～4的阳极，电阻R1～4的另一端与光接收器敏感元件Q1～4的集电极、反向驱动器U1～4的输入端相连接，光电发射器D1～4的阴极与光敏感元件Q1～4的发射极接公共地，反向驱动器U1～4的输出端连接到微电脑CPU的数据接口；当油液推动螺旋桨旋转时，带动标识(7)沿4处信号导孔(8)作巡迴运动，当标识(7)与其中之一信号导孔(8)覆盖时，该位置的发射器(13)发出的光电信号照射在标识(7)表面，在光折射现象作用下，该位置的接收器敏感元件(14)接收到光信号，该传感器输出高电平信号，当标识(7)移开信号导孔(8)时，传感器输出低电平信号，电平信号翻转一次作为一个计量脉冲。

图b所示的是磁电信息传感器电路原理图，每只信息传感器的输出端与微电脑系统接口相连；在发射磁信号工作模式下，信号标识(7)为永磁体；电源VCC接电阻R1～4的一端，电阻R1～4的另一端与磁敏感元件QM1～4的集电极、反向驱动器U1～4的输入端相连接，磁敏感元件QM1～4的发射极接公共地，反向驱动器U1～4的输出端连接到微电脑CPU的数据接口；当油液推动螺旋桨旋转时，带动磁信息的标识(7)沿4处磁信息导孔(8)作圆周运动，当磁信息标识(7)与其四中之一磁信息导孔(8)位置正交最近距离时，在磁力线作用下，使该位置的磁敏感元件能夠接收到磁信息并输出高电平信号，当磁信息标识(7)移开磁信息导孔(8)时，该位置的磁敏感元件输出低电平信号。

有了螺旋桨流量计的发明，就必须对应设计一种流量计算的方法，计算方法中包括计算公式与脉冲当量K参数表及使用方法。

计算公式V＝∑Kp

其中，V：流量体积，K：脉冲当量参数，p：计量脉冲个数；

例如，K＝1ml，p＝10000时，V＝∑Kp＝10000ml表示本次加油10000ml。

脉冲当量K参数是否精确，直接影响到流量计算结果的质量高低，所以脉冲当量K参数的确定显得非常重要。有一个经典故事很有启发性，据说当年爱迪生拿了一只异形玻璃容器作为试题考问他的学生，这只容器的容量是多少？他的学生为此忙得不亦乐乎，用尽了各种高等数学的计算方法，都没计算出来。爱迪生看了直摇头，告诉他们，“怎么不会用简单的方法来解决呢。把容器里装满水，再倒进量杯测量不就知道结果了吗？”

本发明就是受此启发，以简单方法确定精确的脉冲当量K参数：在通导管(3)通道截面积大小一致的标准条件下，以一只螺旋桨流量计(1)进行油料取样，加油机对一只符合国家计量器具技术相关要求的量筒进行注入油料并同时记录信息传感器(2)发出的脉冲数，当油料达到量筒取样单位体积时停机，然后调出脉冲累计总数，用单位体积除以脉冲累计总数，即得到当量参数K，其精度的高低与取样的多少成正比。

同样的道理，也可以先任意加油，停机后精确测量所加油料的体积数量，再除以脉冲累计总数，其商数即为每一个脉冲代表流过液体的准确的立升数，即当量参数K。

关于脉冲当量K参数表：因为各台加油机所在的区域海拔大气压，环境温度特征各不相同，所以分布在各区域的加油机加油的一致准确性总会存在差别，采用符合加油机工作地环境条件的脉冲当量K参数，就能够最大地实现加油数量计算的准确性。这就需要建立一个“脉冲当量K参数表”。

将地球按南北纬度对称分为热带、亚热带、温带、寒带七个区域，按各区域海拔(高、中、低)大气压与气候温度(高、中、低)特征合理分类，模拟加油机的加油工作环境，以国家计量标准量筒为取样量具，每个带区做九个标准脉冲当量参数的采样测试；这样共取63个脉冲当量参数组成为一个K参数表。

经分类模拟环境实验测试后确定脉冲当量参数K作为加油机工作地脉冲当量参数。每台加油机生产出厂安装后均会被赋予使用区域位置识别码，加油时电脑程序按照区域海拔与表征季节气温的日期等特征分类，用对号入座的查表方法，选择脉冲当量参数表中的某一个参数K参与流量V的计算，非常简单易行。

关于加油量“非线性误差补偿方法”：严格说，客户每次加油量大小的不同，对加油结果作精确测量，总是会有些许误差。采用“非线性误差补偿方法”可以使误差尽可能的减小。

方法是实验确定几个加油量(大、中、小)采样点，与标准量筒作精确比对测量，确定出误差数据，并将这些数据建成一个“补偿参数表”贮存在加油机电脑程序中。在加油过程中针对不同用户的大、中、小加油总量，用查表方法对号入座选择补偿参数表中所对应的误差补偿值，则基本可以将加油误差进一步限制在更小范围。

到目前为上，世界上现有的加油机在-20℃到+50℃的极端工作环境中基本没有行之有效的计量误差补偿手段，本发明提出的模拟实际环境采样建立标准，软件查表计算方法能够极大地逼近精确测量，对现实的社会需求有积极意义。