车载液化石油气（LPG）加气机在线检定装置

车载液化石油气（LPG）加气机在线检定装置
吴辰飞
【摘要】A device of vehicle LPG dispenser for metrological verification has developed based on detection technology and the computer control technology. The device can quickly, safely to vehicle LPG dispenser compulsory verification and better service for customers. It can not only improve the detection accuracy, automation degree and verification efficiency, but also reduce the workload of verification personnel. The device has been successfully applied to some station of Shanghai area.% 在检测技术和计算机控制技术的基础上，研制车载液化石油气（LPG）加气机在线检定装置，能够快速、安全地对车载液化石油气（LPG）加气机实施强检和更好地为用户服务，提高了检测准确度、自动化程度和检定效率，同时也减轻检定人员的工作量。

该装置成功应用于各加气站，获得了良好的效果。

【期刊名称】《上海计量测试》
【年(卷),期】2013(000)003
【总页数】4页(P17-20)
【关键词】液化石油气加气机;车载;计量检定
【作者】吴辰飞
【作者单位】上海市计量测试技术研究院
【正文语种】中文
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性能指标改造后改造前质量流量计最大允许示值误差±0.15% ±0.20%密度计配置无需另配需另配同时测量质量、
体积流量、密度、温度可以不可以计算机控制测量系统有无双屏显示有无安全、可靠性高一般温度测量 Pt100在线温度计自动测量使用便携式温度计测量，人工记录数据处理自动采集、自动处理人工采集、人工处理
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u ( m ) 质量流量计累积质量流量 0.023 kg -1.898 L·kg-1 0.044 L u ( ρ15 ) 测量介质 LPG 的密度ρ15 0.000 370 kg·L-1 96.32 L2·kg-1 0.036 L 表3 40 L测量点u′ ( m ) 质量流量计累积质量流量 0.017 kg -1.898 L·kg-1
0.032 L u ( ρ15 ) 测量介质 LPG 的密度ρ15 0.000 370 kg·L-1 72.05 L2·kg-1 0.027 L
表4 20 L测量点?
测量点20 L：
取包含因子k ，扩展不确定度为
测量点50 L：
相对扩展不确定度
测量点40 L：
相对扩展不确定度
测量点20 L：
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。

【相关文献】
[1]白哲楠.我国LPG和LNG发展前景分析[J].石油与天然气化工，2005，34(1)：77-80.
[2]刘东升，赵普俊，刘缙林等.标准表法LPG加气机检定装置及其测量不确定度分析与评定[J].石油与天然气化工，2012，41(3):337-340.
[3]全国流量容量计量技术委员会.JJG 997-2005 [S].北京：中国计量出版社，2005.
[4]黄立中, 潘云飞.车用液化石油气加气机现场检定技术研究[J].工业计量，2005，增刊：191-194.
[5]孙大勇.LPG加气机计量标准检定装置的不确定度研究[D].沈阳：沈阳工业大学硕士论文，2007.。