燃油系統(tǒng)輸油流量測試是飛機(jī)燃油系統(tǒng)地面模擬試驗(yàn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容；由于試驗(yàn)油箱內(nèi)部的各管路與真實(shí)飛機(jī)油箱管路的布 置是一致的，不適合在油箱內(nèi)的狹小空間安裝渦輪流量計(jì)，并且會(huì)破壞管路流阻特性；由于使用傳統(tǒng)油箱油量標(biāo)定的方法進(jìn)行輸油流量 測量耗時(shí)耗力，所以需要采用一種新的技術(shù)或測量方法來完成油箱輸油流量的測量；超聲波流量計(jì)體積小，不會(huì)破壞輸油管路流阻特性， 防爆等級也符合試驗(yàn)要求；對超聲波流量計(jì)在浸油狀態(tài)下測試進(jìn)行可行性分析，將超聲波流量計(jì)在飛機(jī)燃油系統(tǒng)試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性應(yīng)用； 通過試驗(yàn)證明了超聲波流量計(jì)在飛機(jī)燃油流量測試中發(fā)揮了重要作用，并且首次將超聲波流量計(jì)應(yīng)用到飛機(jī)試驗(yàn)油箱內(nèi)部輸油管路的流 量測試中，這對飛機(jī)其他系統(tǒng)的流量測試和飛機(jī)機(jī)上排故試驗(yàn)起到了重要作用。

0 .引言

燃油系統(tǒng)用來貯存飛機(jī)所需要的燃油，并保證飛機(jī)在所有 的工作狀態(tài)下都能連續(xù)、有效地向發(fā)動(dòng)機(jī)供給燃油。此外，燃 油系統(tǒng)還具有為空調(diào)系統(tǒng)的工作介質(zhì)、發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)、液壓 系統(tǒng)和雷達(dá)冷卻系統(tǒng)提供散熱的功能。飛機(jī)燃油系統(tǒng)試驗(yàn)的主 要目的是驗(yàn)證燃油系統(tǒng)各分系統(tǒng)及配套的成品、附件是否滿足 飛機(jī)性能并且驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。試驗(yàn)可根據(jù)燃油系統(tǒng)功 能及合理試驗(yàn)方法劃分為以下九大項(xiàng)內(nèi)容，分別為供油子系統(tǒng) 試驗(yàn)、抽吸供油試驗(yàn)、負(fù)過載供油試驗(yàn)、輸油子系統(tǒng)試驗(yàn)、壓 力加油試驗(yàn)、加油沖擊壓力測量試驗(yàn)、通氣增壓分系統(tǒng)試驗(yàn)、 散熱子系統(tǒng)試驗(yàn)和油量一耗量測量子系統(tǒng)試驗(yàn)。合理的流量和 壓力的燃油是飛機(jī)正常飛行的保證，無論那一項(xiàng)試驗(yàn)都會(huì)涉及 到流量的測試，所以在飛機(jī)燃油試驗(yàn)中測量流量的方法尤為 關(guān)鍵。

試驗(yàn)油箱是按照飛機(jī)油箱1: 1模擬設(shè)計(jì)的，油箱內(nèi)部的 各種管路布置與真實(shí)飛機(jī)油箱的管路布置一致，真實(shí)飛機(jī)各個(gè) 油箱內(nèi)沒有安裝流量計(jì)，所以如果在試驗(yàn)室模擬臺(tái)油箱內(nèi)安裝燃油系統(tǒng)試驗(yàn)測試與控制方向的研宄。 渦輪流量計(jì)，勢必會(huì)破壞管路流阻特性，并且渦輪流量計(jì)的體 積很大，不適合安裝在油箱內(nèi)的狹小空間內(nèi)，只能采取其他的 試驗(yàn)方法獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。需要采用一種新的技術(shù)或測量方法來 完成油箱輸油流量的測量。經(jīng)過調(diào)研論證，采用超聲波流量計(jì) 進(jìn)行燃油流量測量。超聲波流量計(jì)體積很小，只需要安裝輸油管路的外管壁上不會(huì)破壞輸油管路流阻特性，并且其防爆等 級符合試驗(yàn)要求，適合安裝在油箱內(nèi)測量管路的液體流量。在 下面的文章中將要論述其在燃油試驗(yàn)中的具體應(yīng)用。

1.超聲波流量計(jì)簡介

19世紀(jì)30年代，德國人發(fā)明有史以來臺(tái)超聲波流量 計(jì)。迄今為止，超聲波流量計(jì)歷經(jīng)了九十多年的發(fā)展歷程。雖 然***初的超聲波流量計(jì)使用并不廣泛，但在一九七零年以后， 隨著集成電路和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使得超聲波流量計(jì)在測 量精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性方面有了大幅度改善。近十幾年 來，隨著我國航空事業(yè)的快速發(fā)展，國防工業(yè)對于測試設(shè)備和 測試技術(shù)能力要求的逐步提高，超聲波流量計(jì)迅速成為流量測 量的領(lǐng)域不可或缺的組成部分[2]。

超聲波流量計(jì)主要由流量計(jì)二次儀表、測量探頭（換能 器）及信號處理單元和安裝部件組成。正確選擇測量點(diǎn)對于實(shí) 現(xiàn)可靠和高精度的測量是至關(guān)重要的，測量必須在管道上進(jìn) 行。測量點(diǎn)的正確選擇和正確的傳感器安裝位置能保證在***佳條件下接受和處理超聲波信號。由于測量環(huán)境不同對測試影響 的因素眾多，對于傳感器的定位并無標(biāo)準(zhǔn)方案。傳感器安裝的 正確性主要受介質(zhì)影響，受介質(zhì)中存在的氣泡影響，受管路的 直徑、材料、內(nèi)襯、壁厚和形狀影響。安裝應(yīng)該盡量避開管路 中有沉積物的位置，應(yīng)確保選定的位置上的溫度處于儀器換能 器的工作范圍內(nèi)。

結(jié)合飛機(jī)燃油試驗(yàn)流量測量的需要，分析一下所選 FLEXIM公司的F601型號超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)。（1)測量精 度為0.5%完全符合試驗(yàn)需要；（2)適用溫度范圍一 200? 450°C完全包含試驗(yàn)測試溫度范圍；（3)響應(yīng)時(shí)間為70 ms; (4)可測量***小管徑為6 mm; (5)可測較低流速為0.01m/ s；()主機(jī)采用雙處理器，一個(gè)作為信號采集，一個(gè)作為信 號處理，提高運(yùn)行速度；（）傳感器內(nèi)部帶有溫度補(bǔ)償功能， 確保介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，保證測量精度；（）傳感器電纜為 鍇裝電纜，防止傳感器在經(jīng)常適用的情況下?lián)p壞電纜，適應(yīng)試 驗(yàn)環(huán)境；超聲波流量器內(nèi)部固化儲(chǔ)存芯片，適用時(shí)流量計(jì)自動(dòng) 讀取傳感器數(shù)據(jù)，方便操作，保證試驗(yàn)測量精度。

2.超聲波流量計(jì)原理

超聲波流量計(jì)就是通過測量流體對超聲波的作用所承載的 信息來測量流體流量的。若所利用的承載信息不同，其測量原 理也就不同，超聲波流量計(jì)的測量原理可以分為時(shí)差法、相關(guān) 法、多普勒法、噪聲法、旋禍法和波束偏移法等。其中時(shí)差法 的技術(shù)***為成熟，應(yīng)用也***為廣泛，本文測量燃油流量就是采 用的時(shí)差法原理。

時(shí)差法是通過測量超聲波束在管道流體中傳播時(shí)間差值來 測量流體流速，進(jìn)而計(jì)算出流量的。

超聲波流量計(jì)的測量原理參見圖1和圖2。

圖1中管路為輸油管路，兩個(gè)方塊為超聲波流量計(jì)的換 能器，超聲波流量計(jì)貼在輸油管外壁上，一個(gè)為超聲波發(fā)射模 塊，一個(gè)為超聲波接收模塊。

如圖2所示，圖上方波形圖為超聲波在靜止液體中傳播示 意曲線，下方是在有一定流速的液體傳播示意曲線。由于超聲 波在煤油中的傳播速度是一定的，由于兩個(gè)模塊安裝位置之間 的距離是固定的，那么如果管路內(nèi)的油是靜止的，那么一束超 聲波經(jīng)過管路中煤油，再反射到接收模塊，超聲波在煤油傳播的時(shí)間就是一個(gè)定值，即^;當(dāng)管路中的液體是流動(dòng)的，超聲 波此時(shí)傳播速度應(yīng)該是液體的流動(dòng)速度疊加上超聲波在煤油中 的固有的傳播速度，所以與液體靜止時(shí)接收到超聲波的時(shí)間有 滯后或超前，這個(gè)時(shí)間為^，時(shí)間差A(yù)就是由于管路中液體 流動(dòng)產(chǎn)生的，并且與流動(dòng)速度相關(guān)，在己知管路內(nèi)徑和超聲波 在液體中的固有傳播速度的情況下，就可以通過一系列計(jì)算獲 得液體單位時(shí)間內(nèi)流過的體積，即管路中流動(dòng)液體的瞬時(shí) 流量。

3.超聲波流量計(jì)組成和性能指標(biāo)

一套超聲波流量計(jì)由兩個(gè)探頭（換能器）、同軸電纜和測 量儀表（二次儀表）組成，兩個(gè)探頭直接安裝在管路上，通過 同軸電纜將信號輸入給二次儀表，兩個(gè)探頭一個(gè)為超聲波信號 發(fā)射探頭，一個(gè)為超聲波信號接受探頭。

超聲波流量計(jì)的測試精度為：0.5%防爆等級：二區(qū)防爆ExdIIBT4 可測溫度范圍：一 200C?450C 可測較低流速：0. 01 m/s 可測***小管徑：6 mm

4.超聲波流量計(jì)安裝方法和注意事項(xiàng)

安裝方式主要有兩種：同一側(cè)安裝和對側(cè)安裝，見圖3.

上圖是反射式，采用V型或W型安裝；下圖是直射式， 采用Z型安裝。選擇哪種安裝方式與管路的管徑相關(guān)，一般將 管徑參數(shù)輸入與傳感器配套的測試儀表內(nèi)，測試儀表經(jīng)過計(jì)算 會(huì)提示一個(gè)比較適合的安裝方式，并且給出***優(yōu)的安裝距離。 安裝人員按照此參數(shù)進(jìn)行實(shí)際安裝。

反射式安裝需要兩個(gè)模塊中心線在一條直線上，并且與管 路軸線平行，而直射式安裝兩個(gè)模塊中心線在一個(gè)平面內(nèi)，并 且與管路軸線平行。這兩個(gè)條件看似簡單，卻往往因?yàn)榘惭b位 置和安裝空間的限制不容易實(shí)現(xiàn)，通常要利用直角尺和游標(biāo)卡 尺共同完成安裝。兩個(gè)探頭之間的距離要利用游標(biāo)卡尺 測量，此參數(shù)需要輸入給測量儀表參與流量值計(jì)算。

超聲波安裝位置的選擇，有以下幾條注意事項(xiàng)：

①首先保證需要測量的管路是一段直管路，并且管路外表 面和內(nèi)表面都比較光滑，如果表面比較粗糙，會(huì)降低超聲波的 反射能力，影響測量精度；②傳感器距離如果管路上有彎頭、變徑、閥門和泵等，要 保證一定的距離，因?yàn)樵趶濐^、變徑、閥門和泵的附近容易產(chǎn) 生渦流，影響測量數(shù)據(jù)，具體距離參數(shù)可查找安裝說明的參數(shù) 表，傳感器一般與之都要相距10倍管徑以上；

③如果選擇垂直地面的管路測量，要注意液體的流向，要 選擇液體向上流動(dòng)的管路，因?yàn)橐后w向下流動(dòng)時(shí)，受重力的影 響，容易造成液柱不連續(xù)，有氣泡產(chǎn)生，影響測量精度。

5. 二次儀表的使用及數(shù)據(jù)采集

超聲波流量計(jì)的探頭通過同軸電纜與二次儀表相連， 二次 儀表通過采集超聲波信號，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，得到流量值。

二次儀表需要輸入輸油管路的管徑參數(shù)，超聲波在煤油中 的傳播速度，煤油密度、黏度系數(shù)、測試電纜長度等參數(shù)。

測量儀表計(jì)算出流量值后，可以根據(jù)設(shè)定的量程范圍變送 輸出標(biāo)準(zhǔn)的電流電壓信號，供計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)采集記錄。

6.超聲波流量計(jì)的在飛機(jī)燃油試驗(yàn)中具體應(yīng)用

在飛機(jī)燃油試驗(yàn)中需要采用油箱標(biāo)定的方法來測量輸油流 量。在以往的型號試驗(yàn)中油箱標(biāo)定的方法是通過逐次向油箱內(nèi) 加入一定量的煤油，記錄下油箱內(nèi)液位傳感器的液位高度，得 到油箱的油量一高度曲線。在油箱標(biāo)定試驗(yàn)中，油箱輸油，記 錄下油箱內(nèi)液位傳感器的液位高度變化，通過油量一高度曲線 計(jì)算得到油箱油量隨時(shí)間變化曲線，其斜率是油箱輸油瞬時(shí)流 量。但是油箱標(biāo)定是一項(xiàng)很龐大的試驗(yàn)，雖然試驗(yàn)本身并不復(fù) 雜，但需要耗費(fèi)大量人力物力，在某型飛機(jī)油量標(biāo)定試驗(yàn)中， 整個(gè)試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)用兩個(gè)月才完成標(biāo)定試驗(yàn)。并且在飛機(jī)燃油試驗(yàn) 中，試驗(yàn)需要測試不同油箱在不同姿態(tài)下的輸油流量，而渦輪 流量計(jì)的體積很大，不適合安裝在油箱內(nèi)的狹小空間，因此不 能安裝渦輪流量計(jì)，為了保住試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)不能再使用的耗時(shí)耗力 的測量方法。所以，需要采用一種新的技術(shù)或測量方法來完成 油箱輸油流量的測量。經(jīng)過調(diào)研論證，發(fā)現(xiàn)了一種新型流量測 量儀器一超聲波流量計(jì)進(jìn)行流量測量。超聲波流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是體積很小、適合安裝在輸油管路的外管壁上，不會(huì)破壞輸油管 路流阻特性，并且其防爆等級是二區(qū)防爆Exdll BT4符合飛機(jī)燃油試驗(yàn)要求，可以浸泡在油箱煤油中測量油箱內(nèi)部管路的煤 油流量。

團(tuán)隊(duì)首次將超聲波流量計(jì)應(yīng)用到飛機(jī)燃油試驗(yàn)中，而其中 ***大亮點(diǎn)就是首次使用超聲波流量計(jì)測量浸在飛機(jī)油箱中的輸 油管路的輸油流量。

下面結(jié)合測量機(jī)翼油箱的輸油流量測量介紹超聲波流量計(jì) 的在飛機(jī)燃油試驗(yàn)中具體應(yīng)用。

首先打開油箱口蓋，確認(rèn)需要測量的管路，選擇測量位置 時(shí)要參照上文所述的安裝位置選擇注意事項(xiàng)。

通過查閱管路設(shè)計(jì)圖紙，獲得待測輸油管路的材料型號、 管徑、壁厚等參數(shù)指標(biāo)，經(jīng)確認(rèn)，機(jī)翼油箱的輸油管路材料為鋁、外徑（XX) mm、壁厚（XX) mm，將這些參數(shù)輸入測量 儀表，測量儀表經(jīng)過內(nèi)部計(jì)算，給出***優(yōu)的安裝方式和探頭之間的***佳間距。

在確定好安裝位置后，按照測量儀表提示的安裝方式和間 距進(jìn)行安裝， 安裝時(shí)一定要注意探頭的中心線與管路軸線平行， 參照前文論述，另外注意探頭的方向與管路中煤油流向一致。

探頭固定好后，用千分卡尺測量兩個(gè)探頭之間的實(shí)際距 離，雖然安裝時(shí)是盡量按照儀表給出的尺寸安裝，但由于安裝 空間限制，實(shí)際距離與要求距離不能完全相同，但只要將實(shí)際 距離輸入測量儀表，測量儀表根據(jù)實(shí)際距離進(jìn)行修正。

探頭固定安裝后，將探頭的測試電纜與測量儀表連接，這 時(shí)，如果管路中充滿煤油，儀表的測試界面將顯示超聲波信號 強(qiáng)弱，如果信號很強(qiáng)，則表明探頭安裝正確，如果信號弱，則 需檢查探頭安裝情況，調(diào)整安裝，直至顯示信號正常，可以進(jìn) 行試驗(yàn)測試。

測試儀表將測得的流量值輸入給計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)， 計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)同步記錄流量值和試驗(yàn)中其他參數(shù)，從而完成輸油流量測 量試驗(yàn)。

[導(dǎo)讀]電子皂膜流量計(jì) 詳細(xì)參數(shù)GL-102B電子皂膜流量計(jì)/液體流量計(jì)介紹： GL-100B型系列數(shù)字皂膜/液體流量計(jì)為我公司產(chǎn)品新近推出的直接面向國內(nèi)廣大用戶的產(chǎn)品。適用于任何氣體或液體流量的檢測。。用戶通過選擇不同量程的產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn)量程從0.1mL/min～30L/min范圍的氣體或液體流量的測定，。儀器具有溫度、壓力、容積的校正功能，用戶通過現(xiàn)場自我校正，可同時(shí)得出被測氣體的質(zhì)量流量和體積流量，并可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。主要性能指標(biāo)：液晶顯示窗，可完整顯示氣壓、溫度、容積、流量等信息。三鍵操作，對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算（5次平均）。測量精度： △Q﹤ 1％。時(shí)間范圍： 0.1～600.0s(內(nèi)部計(jì)算到0.01秒)。內(nèi)裝標(biāo)稱值為4.8V、700mA/h的充電電池，充滿電后待機(jī)時(shí)間﹥300小時(shí)。充電次數(shù)﹥500次。外接9V直流電源，當(dāng)電池耗盡時(shí)可將此電源由流量計(jì)底座后部插入替代使用，同時(shí)

管道流量計(jì)相關(guān)產(chǎn)品

電子皂膜流量計(jì) 詳細(xì)參數(shù)

GL-102B電子皂膜流量計(jì)/液體流量計(jì)介紹：

GL-100B型系列數(shù)字皂膜/液體流量計(jì)為我公司產(chǎn)品新近推出的直接面向國內(nèi)廣大用戶的產(chǎn)品。適用于任何氣體或液體流量的檢測。。用戶通過選擇不同量程的產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn)量程從0.1mL/min～30L/min范圍的氣體或液體流量的測定，。儀器具有溫度、壓力、容積的校正功能，用戶通過現(xiàn)場自我校正，可同時(shí)得出被測氣體的質(zhì)量流量和體積流量，并可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

主要性能指標(biāo)：
液晶顯示窗，可完整顯示氣壓、溫度、容積、流量等信息。
三鍵操作，對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算（5次平均）。
測量精度： △Q﹤ 1％。
時(shí)間范圍： 0.1～600.0s(內(nèi)部計(jì)算到0.01秒)。
內(nèi)裝標(biāo)稱值為4.8V、700mA/h的充電電池，充滿電后待機(jī)時(shí)間﹥300小時(shí)。
充電次數(shù)﹥500次。
外接9V直流電源，當(dāng)電池耗盡時(shí)可將此電源由流量計(jì)底座后部插入替代使用，同時(shí)通過內(nèi)部充電電路對電池進(jìn)行充電。

型 號 　　　　　　　　　　　　量 程
GL-101B 　　　　　　LEVER 1 （0.1～100mL/min）
GL-102B　　　　　　 LEVER 2 （1～1000mL/min）
GL-103A 　　　　　　LEVER 3 （2mL/min～2L/min）
GL-105B 　　　　　　LEVER 5 （30mL/min～30L/min）

7.結(jié)論

本文介紹了超聲波流量計(jì)在飛機(jī)燃油試驗(yàn)中的實(shí)際應(yīng)用， 并且在近期幾個(gè)型號的燃油地面模擬試驗(yàn)中，都應(yīng)用了超聲波 流量計(jì)測量輸油流量，由于其安裝測試簡單方便，節(jié)省大量的 人力物力，解決了費(fèi)時(shí)費(fèi)力的測試難題，很好地完成試驗(yàn)任 務(wù)，確保了試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。綜上，在飛機(jī)燃油流量測試中應(yīng)用超聲 波流量計(jì)是可行的， 并且本方法己經(jīng)在飛機(jī)燃油模擬試驗(yàn)的流 量測試中得到成功運(yùn)用。建議該測試方法在飛機(jī)其他系統(tǒng)流量 測試中使用，比如液壓系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)都非常適合使用該方 法。同時(shí)，該測試方法在飛機(jī)機(jī)上排故方面會(huì)起重大作用。隨 著超聲波流量計(jì)發(fā)展，測試設(shè)備越來越小，并且可以應(yīng)用在機(jī) 上燃油流量測試。