车载液化石油气（LPG）加气机在线检定装置

吴辰飞 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

随着世界能源消耗的逐年增加，能源危机日益加深，作为交通工具传统能源的汽油和柴油的价格不断飙升，使得交通工具业主的经济压力越来越大。液化石油气(LPG)是一种新型能源，可以代替汽油、柴油作为燃料，广泛用于石油、化工、冶金、交通、供热等各个领域。LPG在我国机动车上的使用、推广已有十多年历史。

现用的LPG加气机检定装置检定时需要人工测量温度、密度，而密度测量既不方便又有一定的危险性。人工测得温度、密度等量值后，再查表计算出示值误差。不仅每次检定的工作量大，检定时间长，更主要是影响了加气站的正常加气工作，引起客户的不满。为了快速、安全地实施强检和更好地为用户服务,调研了国外相关的产品，拟将自动化检测技术应用到LPG加气机现场检定装置中，实现自动采集温度、密度、压力等数据，经计算机数据处理快速得出检测结果。将整个在线检定装置设计成高精度、高可靠性、高安全性、易操作、移动方便的移动实验室。

目前国内对于LPG加气机在线检定的手段和方法还处于摸索、积累阶段，检测方法采用质量法、容积法、质量容积法、质量流量计法、容积式流量计法、速度式流量计法。在国外，LPG加气机的在线检定方法有容积罐法、质量罐法、标准表法等。澳大利亚、意大利等一些国家已经具备了较成熟的技术和丰富的经验。

1 系统工作原理与功能指标

LPG加气机在线检定装置（以下简称：装置）主要由质量流量传感器、压力变送器、温度变送器、电磁阀、PLC数据采集控制系统、连接管路、液晶显示器、便携式计算机组成。液晶显示器可显示测量过程中的压力、温度、密度、流量及工作状态。其中，质量流量计采用Fisher-Rosemount公司生产的，防爆类型为本安型，在加气机现场标定过程中，可实时测量LPG的瞬时质量流量、累积质量流量、密度。PLC数据采集控制系统采用先进的西门子可编程控制器，通过实时采集的质量流量、密度、温度、压力信号进行数据处理，可以直接得到标准工况下的体积量和被检加气机的误差数据，方便地实现检定过程的自动化。

1.1 工作原理

在LPG加气机现场，将加气机上的加气枪连接到本装置的入口处，将本装置的加气枪连接到机动车上（或加气机的回流口上）。这样，标准装置与LPG加气机就组成了串联管路，通过比较两者之间的数值即可确定LPG加气机的示值误差。如果加气机可以测量并显示累积质量流量，则用累积质量流量值进行比较；如果加气机只能显示累计体积流量，则用累积体积流量值进行比较，这时根据加气机的体积示值是工况下还是标准工况下，测量或计算出相应的标准密度值，用以计算出标准累计体积流量值。在线检定示意图如图1，测量系统原理框图如图2。

图1 检定装置示意图

图2 测量系统原理框图

1.2 系统功能

通过质量流量计、密度测量装置、控制系统以及其他配套设备和计算机软件，建立一套具备即时数据处理功能的LPG加气机在线检定装置，将其安装在专项作业车上。在对LPG加气站检定时，将加气机上的加气枪连接到本装置的入口处，再将本装置的加气枪连接到LPG加气机的回流口上，即可按JJG 997-2005《液化石油气加气机》进行检定。本装置可显示累积体积流量及累积质量流量值，以适用不同的加气机。经过检定，将加气机的示值输入计算机，即可将被检LPG加气机和标准流量计两者的示值进行比较，显示LPG加气机的示值误差，从而调校加气机的K系数，直至误差在规定范围之内。

1.3 性能指标

质量流量准确度：± 0.05%（FS）；

密度测量准确度：±0.000 5 g/cm3

质量测量重复性：± 0.025%（FS）

密度测量重复性：± 0.000 2 g/cm3

温度测量准确度：±0.2℃

2 系统配置

2.1 流量计

选用质量流量计，其密度测量值既可由质量流量计内的传感器给出，也可根据测量准确度等级要求另行选配振动竿式密度计。质量流量计是基于科里奥利质量流量计原理，具有：质量流量最大允许误差为流量值的±0.05%，密度测量最大允许误差为± 0.000 5 g/cm3，而且可直接通过RS485通信，获取和显示工况条件下的质量流量、密度以及温度数据。经计算机运算得到在15℃的密度、质量和体积流量。

2.2 控制系统

负责监控检定装置工作状态，采用快速运算的可编程控制器，通过模块组合，具有集成通用型通信接口、各种扩展功能及分布式数字I/O口、无电池运行及读写数据、测量资料贮存等功能。控制系统配置双屏显示，可实现流量、密度、温度、压力实时在线自动测量，自动实现体积量换算、误差计算、报表处理等数据自动处理功能。

2.3 承载设备

LPG加气机均为现场检定，且检定装置本身有一定的体积和质量。针对这一特点，选用江西生产的全顺车作为本项目的基车，改装后分为前后两个空间，前部为6座(含驾驶员），完全满足检定人员的乘用，现场检定用的标准装置安放在车厢后部，后部空间较大并与前部乘座位置隔离，既符合车辆管理部门的要求，也满足安全隔离防护的目的。

2.4 其他设备

便携式计算机和打印机等。

3 试验与分析

3.1 试验

目前在现场检定LPG加气机的方法有原始法和标准表法， 原始法又分质量法、容积法和质量容积法；标准表法一般采用质量流量计法或容积式流量计法，也有速度式流量计的。鉴于以往在用的LPG加气机检定装置已采用了质量流量计法，经过一定时期的实际检定，积累了较为丰富的技术经验，创造了良好的技术基础。因此仍采用质量流量计法作为测量方法。配备带有高精度密度测量的艾默生质量流量计作为LPG流量和密度测量，同时亦配置高精度压力变送器和温度变送器作为对LPG压力和温度补偿测量，并加一个防爆电磁阀用于检定过程的启动或停止。

经改造设计的LPG 加气机在线检定装置在各类传感器的选用、管路、计算机测量系统等方面进行了充分优化设计，其技术水平和性能均优于原装置（见表1）。

表1 LPG加气机在线检定装置改造前后的对比

3.2 软件界面

与系统配套的控制测量软件可实时采集检定过程所需的质量流量、密度、温度、压力等参数，经过软件的数据处理直接在计算机屏幕上显示质量流量的累积量、体积流量累积量、温度、压力以及与加气机的比对误差等参数。监测控制软件操作人机界面如图3所示。

3.3 装置特点

本装置设计新颖、自动化程度高，装置的技术水平国内领先。

1）可对质量流量、密度、压力、温度等参数进行在线测量，尤其是密度测量无需再用其他仪表进行单独测量，使装置的测量准确性和安全性大大提高。

2）采用西门子PLC可编程控制器作为数据采样、处理的核心单元，实现了检测过程的自动化，提高了工作效率。

3）双屏显示方式。除了在配备的便携式计算机上显示装置的监测画面外，另外设置可旋转的触摸屏，显示测量的进程，方便向车外操作人员提示操作流程。

4）友好的人机界面，方便检定人员输入被检设备的相关信息，自动显示、计算、记录、保存检测数据，减轻检定人员的工作量。

图3 软件界面

4 车载LPG加气机在线检定装置的总不确定度

由质量流量计及其配套装置的不确定度所构成，不包括由于被测对象所引入的测量不确定度。各测量点的不确定度汇总见表2～表4。

各测量点的合成标准不确定度为

表2 50 L测量点

表3 40 L测量点

表4 20 L测量点

取包含因子k，扩展不确定度为

相对扩展不确定度

相对扩展不确定度

相对扩展不确定度

根据以上分析，车载LPG加气机在线检定装置的总不确定度为

5 结语

开发的新一代车载LPG加气机在线检定装置，有效地将检测技术和计算机控制技术相结合，首次将LPG加气机检定过程中的重要参数密度值实现在线测量，大大提高了检测准确度和自动化程度，填补了国内在该项检测技术的空白。此外，由于该装置自动化程度较高，仅需将该装置串联在加气机回路中就可自动进行检定。不仅提高了检定效率和减轻检定人员的工作量，而且对加气站正常工作的影响也大大减少。因此，该装置的研制成功对加气机的检定技术提高具有一定的推进作用，将会产生较大的社会经济效益。

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