椭圆齿轮流量计可选用机械显示表头和电子显示表头两种计数机构，广泛应用于各工业领域的液体流量控制，适用于各种类型的液体测量，如原油、柴油、汽油等，具有量程大，精度高，使用和维修方便等特点，选用不同的制造材料，可满足石油、化工、医药、食品、冶金、电力、交通等各领域的液体流量计量。

工作原理

椭圆齿轮流量计是由计量箱和装在计量箱内的一对椭圆齿轮，与上下盖板构成一个密封的初月形空腔（由于齿轮的转动，所以不是优良密封的）作为一次排量的计算单位。当被测液体经管道进入流量计时，由于进出口处产生的压力差推动一对齿轮连续旋转，不断地把经初月形空腔计量后的液体输送到出口处，椭圆齿轮的转数与每次排量四倍的乘积即为被测液体流量的总量。

技术参数

1）基本误差：±0.5％，±0.2％

2）被测液体粘度：2～200mpa.s，可定制高粘度

3）被测液体温度：-20～+80℃，可定制高温

4）*大工作压力：铸铁、不锈钢1.6Mpa；铸钢2.5Mpa，6.4Mpa，可定制高压

5）材质：铸铁、铸钢、不锈钢

6）信号输出（远传型、智能数显型）：

a、供电：24Vdc

b、脉冲，4-20mA

7）防爆（可选）

8）保温夹套（可选）

测量范围

外形尺寸（单位：mm）

1.铸铁型、铸铁高粘型、铸铁高温型、铸铁变形型

2.铸钢型、铸钢高粘型、铸钢高温型

注：铸铁、铸钢高温型椭圆齿轮流量计外形尺寸：DN15~DN25，A、B尺寸按上表数据加160mm热延伸管：DN40~DN80，A、B尺寸按上表尺寸加300mm热延伸管，其余尺寸同上表相应尺寸。

3.不锈钢型

安装注意：

3.为防止被测介质中杂物卡死流量计，必须在表前安装过滤器配套使用。

椭圆齿轮流量计应用于内燃机油耗测量系统

介绍一种用于测量内燃机耗油的流量计，以实现对动力机械的燃油控制，达到节能减排的目的。采用椭圆齿轮的测量形式，开发了二次仪表。利用一台喷油泵试验台进行了系统性能验证实验，根据内燃机的实际工作状况，在内燃机三种工况下进行了实验，即*大扭矩转速、*大功率转速以及起动转速。实验结果表明，该测量系统工作稳定，在*大扭矩转速和*大功率转速下测量误差相对小，分别为0. 9%和0. 8%，但在起动转速工况下误差大，为32. 3%。同时，进油管和回油管的表头均有一定的内泄漏，且随着内燃机转速的增大而减小。*后，通过分析测量数据，提出了从表头工艺参数和软件补偿两个方面提高测量精度。

内燃机一般有进油管和回油管，通过油泵进行循环，两管流量之差即为实际耗油量。内燃机有三种极限工况，*大扭矩转速、*大功率转速、起动转速。所设计的椭圆齿轮流量计要求必须在三种极限工况下均能正常工作。同时，机器运转时可能会产生脉动流，则所选传感器应对脉动流不敏感。另外，燃油粘度也是一个需要考虑的因素。综合以上因素，采用容积式流量测量法，选取椭圆齿轮的测量形式。椭圆齿轮流量计具有精度高[6]( 一般为0. 5%，特殊达到0. 2%) 、对安装要求低，在旋转流和管道阻流件流速场突变时对计量**度没有影响，没有前置直管段要求，安装简单，占据空间较小。测量范围宽，对流体粘度不敏感，适于对燃油的测量。量程比宽，一般达到10 ∶1，特殊达到30 ∶1或更高[6]，理论上适合于内燃机三种工况的测量要求。在椭圆齿轮上装有磁钢，利用霍尔效应[7，9]对椭圆齿轮的旋转进行检测，根据传感器输出信号的特点设计二次仪表，包括信号调理电路与显示部分。

本文根据内燃机实际工作状况设计了实验，模拟其在三种极限工况下工作。实验结果表明，该系统在*大扭矩转速和*大功率转速下测量误差相对较小，但在起动转速下误差大。*后，通过分析实验数据和系统在低转速下误差大的原因，提出了进一步改进的措施。

1 传感器原理及结构

1. 1 测量原理

测量原理如图1 所示。测量部分由两个相互啮合的椭圆齿轮及其外壳( 计量室) 所构成。在一个椭圆齿轮上对等各安装一磁钢，流体通过时，会引起椭圆齿轮的转动，这种转动相当于对空间磁场进行了调制。然后，利用磁敏检测原理，将周期性磁场变化信号转换为电信号，*终通过信号转换电路将流量值显示出来。

椭圆齿轮流量计在被测介质的压差ΔP = P1 -P2 的作用下，产生作用力矩使其转动。在Ⅰ位置时，A 为主动轮，B 为从动轮，这是由于P1>P2，两者的合力矩使轮A 顺时针转动，把轮A 和壳体间的半月形容积内的介质排至出口，并带动轮B 作逆时针方向转动; Ⅱ为中间位置，A 和B 均为主动轮; 而在Ⅲ位置时，P1 和P2 作用在A 轮上的合力矩为零，作用在B轮上的合力矩使B 轮逆时针转动，并把已吸入半月形容积内的介质排至出口，这时B 为主动轮，A 为从动轮。如此往复循环，轮A 和轮B 互相交替地由一个带动另一个转动，将被测介质以半月形容积为单位一次次地由进口排至出口。

显然，椭圆齿轮每转一周所排出的被测介质量理论值为半月形容积V0的4 倍。图1 中，半月形的截面积S 为计量室壳体半径对应的半圆面积与半椭圆齿轮面积之差，即

上述两式中，a 为椭圆齿轮长半轴，b 为椭圆齿轮短半轴，R 为计量室壳体半径，L 为椭圆齿轮轴向高度。实际使用时，由于加工、装配误差等原因，必须对每个表头进行标定。

1. 2 传感器结构

检测系统传感器也称为表头，主要包括计量室、转轴、椭圆齿轮副、垫圈、霍尔开关、磁钢以及螺栓。三维机械结构示意图如图2 所示。其中，计量室由上下端盖组成，用密封圈封好。转轴与下端盖加工为一体。齿轮副安装在下端盖，其中一个椭圆齿轮安装两枚磁钢( 位于长轴上，成180°布置) ，霍尔开关安装在上端盖。油液推动以各自齿轮轴为中心的椭圆齿轮副啮合转动后从另一油口流出。

上下端盖组成的计量室由高强度钢材料组成，椭圆齿轮副是耐磨的铜材料。油液从左右两侧进出，且以油液不直接冲击齿轮为好，把进出入计量室的通道有倾斜一定角度，同时，也可提高表头耐压性能。

密封装置保证油液不向传感器壳体外泄漏，简称外泄漏，外泄漏会造成浪费和环境污染。与之对应的还有内泄漏，内泄漏是指液压系统内部有少量液体从高压腔流向低压腔的泄露。内泄漏会造成效率下降，测量精度降低。通过合理的尺寸参数选择以及加工精度，尽量减少内泄漏。

2 二次仪表开发

2. 1 信号处理电路设计

二次仪表将传感器输出的脉冲信号经过处理，*终显示在液晶屏幕( LCD) 上，其模块图如图3二次仪表应该具有工作响应快、量程比满足需要以及外表美观等特点。另外，数据存储功能也是*的，一方面将油耗数据存储起来，另一方面，通过固化程序实现误差的补偿及修正功能。作为一个人机接口，设置友好的操作方法至关重要。达到便于读数、查询、设置以及管理的目地。

二次仪表所用液晶屏为OCMJ4X8C，采用SPI串行通信方式与单片机进行数据交换。时钟芯片选用SD2400EEPROM 型，该芯片内置晶振，且自身带有ROM，用来存储测量数据。

2. 2 软件设计

软件主程序流程图见图5。系统上电时，首*行液晶屏初始化程序、中断设置以及软件看门狗设置等初始化操作。由于所用单片机与LCD 液晶屏通信数据量大，需要一定时间，所以必须设置一个刷新显示标志位，通过定时器每隔一段时间显示一次测量数据，刷新一次系统时钟，保证单片机不会丢失流量脉冲计数。实际使用时，当油耗增加一定量时，需要将耗油量和时间储存到外部ROM 中，通过设置数据储存标志位实现这一目的，便于以后查阅和管理。

3 实验系统及结果讨论

3. 1 实验系统

在油泵试验台上完成*终的功能验证实验，如图7 所示，采用一个柴油机油泵，模拟实际柴油机的工况运行。

所用油泵试验台是泰安泰山金石机械有限责任公司的DB2000-ⅡA 型喷油泵试验台，其主轴转速范围为0 ～ 4 000 r /min，可试喷油泵缸数为12，主轴*大输出功率为11 kW，气路压力为-0. 1 MPa ～ 1. 0MPa。利用油泵试验台可实现对其上玻璃量杯卸油次数的控制，卸油总量作为模拟耗油量，与二次仪表显示值比较。通过试验台可实现对进油管和回油管压力的控制，使其与柴油机运行时相配。试验台回油管有一个转子流量计( 精度: 1. 5 级) ，可将回油管流速显示出来。

实验设计是基于内燃机三种工况，*大扭矩转速、*大功率转速和起动转速。所选用北京天伟油泵厂的六缸PB 型喷油泵，适合在180 kW 柴油机上使用。将油泵安装在油泵试验台上，实验时保证进油管和回油管的压力分别为0. 1 MPa、0. 05 MPa，符合实际的工作压力，油温设定为25 ℃。

实验系统框图如图8 所示，分流功能由油泵试验台实现，玻璃量筒示数即为实际耗油量，可**读出，精度为1 mL，与样机示数相比较，可以对样机进行简单标定。转子流量计为油泵试验台所固有，将其连在回油管上，可提供回油管通过的实际流量，加上玻璃量筒示数即可得到进油管流量，与二次仪表测得值进行对比。

3. 2 实验结果及讨论

油泵在*大功率转速、*大扭矩转速、起动转速三种工况下进行实验，记录每个状态二次仪表进油、回油、耗油读数以及试验台玻璃量筒读数、压力、油泵转速、玻璃量筒卸油次数，还有转子流量计读数。通过试验台的卸油操作实现对玻璃量筒耗油的控制。每个状态重复进行三次，实验数据见表1。

在三种工况下，系统三次重复测量得到的三组数据曲线吻合的较好( 图9) ，说明系统工作稳定，有一定的测量重复性。

本文研究了针对内燃机耗油量的椭圆齿轮流量计，选用椭圆齿轮的测量形式，设计了表头机械结构，开发了二次仪表。建立了实验测试平台，在内燃机*大功率转速、*大扭矩转速和起动转速下进行测试，测试结果为进一步改进流量计提供科学依据。实验表明，两个表头都存在内泄漏，并且随着转速增大而减小。尽管存在内泄漏，但利用进油量与回油量之差计算实际耗油量时，一部分泄漏量相互抵消，使得测量结果接近于参考值，由图10 计算得知在*大功率转速、*大扭矩转速和起动转速下相对误差分别为0. 8%、0. 9% 和32. 3%，说明油泵转速越大时，测得值与参考值越接近。

通过分析实验数据，提出了从两个方面提高测量精度，一是改进表头工艺参数，在不影响表头寿命的情况下，尽量减小计量室，即降低每个脉冲对应的油量，使得内燃机转速一定时，椭圆齿轮旋转速度加大，减小泄漏。同时，控制好间隙，从根本上减小泄漏。二是采用软件补偿的方法，通过测得测量值与参考值偏差规律，软件上进行实时补偿和修正。