國際上對發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷升級,迫使發(fā)動機(jī)生產(chǎn)企業(yè)對柴油機(jī)油耗測量方式的升級,由靜態(tài)法到瞬態(tài)法的轉(zhuǎn)換。為有效控制這類計(jì)量設(shè)備,需要一套可靠有效的校準(zhǔn)方法和設(shè)備系統(tǒng)對其進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)。采用瞬態(tài)質(zhì)量流量計(jì)測量發(fā)動機(jī)燃料消耗率是必然選擇。能達(dá)到此目的的流量計(jì)中,基于科里奧利原理的質(zhì)量流量計(jì)成為不二選擇?，F(xiàn)在國內(nèi)各發(fā)動機(jī)廠家應(yīng)用于燃油消耗率測量的設(shè)備已大量采用科里奧利（CMF）質(zhì)量流量計(jì),有較大存量。

對于CMF質(zhì)量流量計(jì)，有JJG1038-2008《科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程》，其中對累積流量指標(biāo)的檢定很容易把握和操作。而作為燃油消耗率測量的瞬時(shí)流量指標(biāo)卻較難進(jìn)行。發(fā)動機(jī)的燃料消耗率指標(biāo)測量，應(yīng)用的正是流量計(jì)的瞬時(shí)流量測量功能。對其校準(zhǔn)是本系統(tǒng)要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

一、系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含如下設(shè)備:

1.砝碼:用于測量流量計(jì)流出介質(zhì)前的電子天平校準(zhǔn)。

2.電子天平:用于測量流量計(jì)流出介質(zhì)的質(zhì)量。

3.通用計(jì)數(shù)器:提供的時(shí)間參數(shù)，用于計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)瞬時(shí)流量。

4.檢定裝置:產(chǎn)生恒定流體，調(diào)節(jié)流量，切換流體流向，實(shí)現(xiàn)流體取樣。

5.計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng):用于采集流量計(jì)測量值、自動控制檢定裝置、信息處理、計(jì)算測量結(jié)果和不確定度、管理數(shù)據(jù)、打印報(bào)告證書。
檢定裝置組成框圖如圖2所示。

1.檢定介質(zhì)儲匯池，用于介質(zhì)的裝盛；2.被檢流量計(jì)；21.調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)流量大小；3.恒壓泵，給檢定管路提供壓力恒定的流體介質(zhì)；31.排氣閥，裝于被檢流量計(jì)前端，排出流體中的氣相成分，保證介質(zhì)為穩(wěn)定狀態(tài)；4.流體收集囊，為一軟囊狀容器，用于收集采樣介質(zhì)；41、51.電磁閥，用于切換流體流向；5.非采樣狀態(tài)時(shí)的流體回流管；6.續(xù)流氣室，吸收和抑制電磁閥切換時(shí)管路內(nèi)壓力的波動。

二、系統(tǒng)工作原理和過程

1.被檢流量計(jì)與裝置安裝連接并通電后，由計(jì)算機(jī)讀取流量計(jì)內(nèi)儀表信息，從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中查找與此流量計(jì)對應(yīng)的信息。如果存在則讀取儀表基本信息(如型號、編號、準(zhǔn)確度、量程、流量因子等)。如果數(shù)據(jù)庫不存在此流量計(jì)信息，則把該流量計(jì)信息添加至數(shù)據(jù)庫，建立檢定檔案。

2.恒壓泵工作，使管路中流體壓力恒定。

3.打開管路調(diào)節(jié)閥，使流體通過流量計(jì)形成工作狀態(tài)。此時(shí)軟件通過計(jì)算機(jī)控制電磁閥二打開，電磁閥一關(guān)閉，流體回路處于旁路狀態(tài)，流體介質(zhì)流入介質(zhì)儲匯池。

4.軟件控制電磁閥二關(guān)閉，電磁閥一打開，改變流體流向，向經(jīng)過在電子天平上去皮的流體收集囊注入流體介質(zhì)，同時(shí)打開計(jì)時(shí)器電子閥門開始計(jì)時(shí)和對被檢流量計(jì)瞬時(shí)流量數(shù)值采樣。并把數(shù)據(jù)記錄于計(jì)算機(jī)內(nèi)存。

5.采樣質(zhì)量和時(shí)間都達(dá)到滿足測量不確定度要求后結(jié)束采樣，切換流體流向，停止計(jì)時(shí)。用電子天平衡量出密封于流體收集囊內(nèi)采集到的流體質(zhì)量，把質(zhì)量和時(shí)間數(shù)據(jù)手工輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)軟件處理得到瞬時(shí)流量誤差和測量結(jié)果的不確定度。

6.通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量大小，重復(fù)上述過程。根據(jù)檢定規(guī)程完成各檢定點(diǎn)誤差測量后，根據(jù)測量結(jié)果判斷合格與否，把測量結(jié)果存于數(shù)據(jù)庫，以便生成證書報(bào)告。方便隨時(shí)查閱和輸出。

三、關(guān)鍵設(shè)計(jì)和技術(shù)

1.換向閥

累積質(zhì)量法檢測質(zhì)量流量計(jì)可用啟停方法獲得采樣數(shù)據(jù)。但是對瞬時(shí)流量的測量卻不能用啟停法采樣。要獲得準(zhǔn)確的瞬時(shí)流量數(shù)據(jù)，要考慮流量計(jì)的工作滯后性。在管路及被檢流量計(jì)中的介質(zhì)，在末端閥門開啟時(shí)，其流動速度不可能突變?yōu)檎７€(wěn)定狀態(tài)下的流動速度，有一定的滯后。啟停法其瞬時(shí)流量曲線如圖3所示。

由圖3可見，流量計(jì)示值在流體開始流動后滯后Δt=t1-t0才達(dá)到穩(wěn)定。在Δt內(nèi)采集到的示值不能反映真實(shí)的流量狀態(tài)。而在t0時(shí)刻時(shí)間閘門已開啟。要消除Δt內(nèi)數(shù)據(jù)對測量結(jié)果的影響，采樣前應(yīng)使流過流量計(jì)的流體連續(xù)穩(wěn)定，如圖4所示，t0和t1分別為采樣啟停時(shí)刻。因此，換向閥的設(shè)計(jì)采用兩個(gè)性能參數(shù)一致的電磁閥做控制。兩個(gè)電磁閥始終為一個(gè)打開一個(gè)閉合狀態(tài)，這樣流量計(jì)內(nèi)流動流體在采樣和非采樣狀態(tài)下都不發(fā)生變化，保證取樣數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。通用計(jì)數(shù)器的時(shí)間頻標(biāo)經(jīng)電路模塊的電子閘門返回通用計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得時(shí)間數(shù)據(jù)。電子閘門開關(guān)與電磁閥聯(lián)動，使采集的流體質(zhì)量與采樣時(shí)間嚴(yán)格關(guān)聯(lián)，可計(jì)算得到高度準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)瞬時(shí)流量值。

2.續(xù)流氣室

在兩個(gè)換向閥動作時(shí)，雖然其性能參數(shù)一致，但是也不可能完全同步。在流量計(jì)前端壓力恒定的情況下，不同步必然造成管路內(nèi)流體速度的變化，干擾了被檢流量計(jì)原來穩(wěn)定的工作狀態(tài)。為了解決這個(gè)問題，在調(diào)節(jié)閥與換向電磁閥之間設(shè)置一個(gè)密封的續(xù)流氣室。因氣體的壓縮彈性很大，在兩個(gè)電磁閥動作瞬間，受干擾的流體變化造成的壓力變化將被氣室內(nèi)的空氣吸收，使液體的速度維持穩(wěn)定，消除電磁閥動作對流體速度的影響。

3.流體收集囊

用排空后的囊狀容器在密封狀態(tài)下收集采樣流體介質(zhì)而不是用剛性容器，能保證流經(jīng)被檢流量計(jì)的流體采樣介質(zhì)任何時(shí)候都不暴露在空氣中，避免了流體的飛濺和揮發(fā)，不損失任何采樣質(zhì)量。在小流量下這是提高和保證測量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。

4.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)由通信采樣處理、硬件控制、數(shù)據(jù)處理分析、數(shù)據(jù)庫管理、證書輸出五個(gè)模塊組成。

(1)通信采樣:開始采樣前，軟件通過協(xié)議讀取流量計(jì)內(nèi)部存貯的信息，用于識別儀表和建立校準(zhǔn)檔案。開始測量進(jìn)程后，持續(xù)采集被檢流量計(jì)實(shí)時(shí)瞬態(tài)流量示值數(shù)據(jù)，間隔為0.5或1秒由操作者設(shè)定，并存貯于內(nèi)存。

(2)硬件控制:根據(jù)操作者命令，向電路模塊發(fā)出電磁閥換向指令，并同時(shí)啟動時(shí)間采樣閘門開始記錄時(shí)間。操作者發(fā)出采樣結(jié)束指令后，程序結(jié)束***后一次采樣數(shù)據(jù)處理并切換電磁閥狀態(tài)，停止采樣和計(jì)時(shí)。

(3)數(shù)據(jù)處理:程序完成一次采樣進(jìn)程后對采集到的流量數(shù)據(jù)和操作者輸入的質(zhì)量時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，計(jì)算平均示值、標(biāo)準(zhǔn)值、示值誤差、標(biāo)準(zhǔn)偏差(重復(fù)性)、不確定度等數(shù)據(jù)。完成所有校準(zhǔn)進(jìn)程后綜合所有數(shù)據(jù)，判斷合格與否，如不合格可啟動校正進(jìn)程，根據(jù)誤差大小計(jì)算新的流量系數(shù)并寫入流量計(jì)內(nèi)的存貯芯片，再重新啟動校準(zhǔn)進(jìn)程。

(4)數(shù)據(jù)庫管理:為所有受檢的流量計(jì)建立檔案和記錄各次校準(zhǔn)的所有數(shù)據(jù)，記錄本系統(tǒng)使用的校準(zhǔn)器信息，B類不確定度分量信息，方便軟件系統(tǒng)調(diào)用和計(jì)算不確定度，軟件可依據(jù)庫內(nèi)檢定數(shù)據(jù)形成各次校準(zhǔn)報(bào)告和證書。

為各校準(zhǔn)點(diǎn)分析計(jì)算實(shí)時(shí)的不確定度是本系統(tǒng)的一個(gè)***大特點(diǎn)。按數(shù)據(jù)溯源的習(xí)慣性操作，出具校準(zhǔn)證書時(shí)給出的不確定度數(shù)據(jù)一般引用合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差，幾乎不會做每個(gè)點(diǎn)的不確定度評定計(jì)算，此不確定度數(shù)據(jù)不是實(shí)時(shí)和實(shí)際檢定點(diǎn)的，存在一定的局限性。系統(tǒng)的狀態(tài)和校準(zhǔn)過程應(yīng)與做不確定度評定計(jì)算時(shí)一致。而本系統(tǒng)的每個(gè)不確定度數(shù)據(jù)都來源于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。