Pt100油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在燃油加油機(jī)檢定中的應(yīng)用

郭 良 郭思聰

(1.杭州市蕭山區(qū)質(zhì)量計(jì)量監(jiān)測(cè)中心，杭州 311202；2.浙江大學(xué)， 杭州 310007)

0 引言

我國(guó)燃油加油機(jī)檢定按JJG 443—2006《燃油加油機(jī)》檢定規(guī)程要求，需對(duì)加油機(jī)內(nèi)流量測(cè)量變換器輸出的油溫tJ(由油槍口處油溫代替)和量器內(nèi)的油溫tB進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)7.6.1給出的公式得出tJ℃下給出的實(shí)際體積值。溫度測(cè)量準(zhǔn)確與否，對(duì)加油機(jī)準(zhǔn)確性的判斷非常重要。筆者在檢定過(guò)程中針對(duì)油溫的測(cè)量碰到了一些問(wèn)題，在此和大家一起探討。

1 油溫測(cè)量在檢定過(guò)程中的問(wèn)題

1.1 玻璃溫度計(jì)的測(cè)量位置對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

JJG 443—2006《燃油加油機(jī)》檢定規(guī)程中7.4.3.2輔助設(shè)備要求溫度計(jì)測(cè)量范圍-25～55℃，最小分度值0.2℃?，F(xiàn)在大多數(shù)計(jì)量檢定技術(shù)機(jī)構(gòu)在實(shí)際工作中使用廉價(jià)的全浸玻璃溫度計(jì)。玻璃溫度計(jì)在使用中必須與被測(cè)介質(zhì)達(dá)到熱平衡時(shí)方可讀數(shù)，要達(dá)到這個(gè)平衡，全浸玻璃溫度計(jì)需要較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間并且全浸玻璃溫度計(jì)露出液注長(zhǎng)度應(yīng)不大于15mm。當(dāng)測(cè)量油槍口處油溫tJ時(shí)，溫度計(jì)露出液注長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于15mm，需要用公式修正。當(dāng)玻璃溫度計(jì)測(cè)量量器內(nèi)油溫時(shí)，須在溫度計(jì)上端系上耐油的繩子，再將溫度計(jì)浸至金屬量器中部，但計(jì)數(shù)時(shí)仍須將溫度計(jì)提至計(jì)量頸，測(cè)量結(jié)果往往是一個(gè)接近于計(jì)量頸與主體連接處的油溫值的一個(gè)值，不能準(zhǔn)確反應(yīng)金屬量器中部的溫度。特別是在檢定汽油油品時(shí)，計(jì)量頸處因汽油汽化，使得計(jì)量頸處的油溫明顯低于金屬量器中部，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響更大。

1.2 玻璃溫度計(jì)響應(yīng)時(shí)間對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

油槍口處油溫tJ的測(cè)量。油槍口處油溫tJ替代的是流量測(cè)量變換器輸出的油溫。由于加油機(jī)軟管和地下管道內(nèi)的燃油易受環(huán)境溫度影響，所以油槍口處的油溫也是一個(gè)變化的量。并且，環(huán)境溫度與油罐內(nèi)油溫的溫差越大，兩次加油停頓時(shí)間越長(zhǎng)，油槍口處的溫度變化也越大。由于玻璃溫度計(jì)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，以至于測(cè)量結(jié)果不能客觀反應(yīng)油槍口處油溫tJ。

2 解決措施

基于上述的兩個(gè)問(wèn)題，筆者建議大家使用Pt100鉑電阻溫度傳感器。Pt100鉑電阻溫度傳感器是一種穩(wěn)定性和線性都較好的鉑絲熱電阻傳感器。Ptl00是利用鉑電阻的阻值具有正溫度系數(shù)并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來(lái)進(jìn)行測(cè)溫，它把被測(cè)溫度的變化通過(guò)熱電阻阻值的變化實(shí)現(xiàn)，把電阻值轉(zhuǎn)化成電壓值來(lái)顯示。

筆者設(shè)計(jì)了一套油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，最小分度值0.1℃，測(cè)量范圍-30～60℃，由不銹鋼管保護(hù)，測(cè)量快速，準(zhǔn)確方便。其系統(tǒng)信號(hào)傳輸流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)信號(hào)傳輸流程

其工作原理十分簡(jiǎn)單，根據(jù)檢定規(guī)程7.6.1：

VBt=VB[1+βY(tJ-tB)+βB(tB-20)]

公式中的tJ、tB分別由Pt100傳感器模塊中的兩個(gè)Pt100溫度傳感器測(cè)量，兩個(gè)溫度傳感器分別固定于量器入口處和量器中心。通過(guò)采集模塊采集Pt100傳感器模塊輸出的tJ、tB兩個(gè)溫度信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，再將采集的溫度信號(hào)通過(guò)通訊模塊傳給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理得出最后結(jié)果代入公式中，輸出VBt。

3 注意事項(xiàng)

3.1 給Pt100傳感器一個(gè)穩(wěn)定的電源

Pt100傳感器是通過(guò)電阻阻值的變化實(shí)現(xiàn)的，需要一個(gè)輸出穩(wěn)定的電源?？紤]到加油機(jī)檢定的實(shí)際情況，筆者采用鉛蓄電池作為電源，單獨(dú)為Pt100傳感器和采集模塊供電。鉛蓄電池在使用過(guò)程中電壓會(huì)慢慢降低，將勢(shì)必影響到傳感器輸出值。筆者在鉛蓄電池的輸出端加一個(gè)DC/DC模塊，經(jīng)過(guò)DC/DC模塊之后，再把電源輸出。DC/DC模塊內(nèi)含輸入欠壓閉鎖功能，當(dāng)電池輸出電壓低于模塊設(shè)定的最低值時(shí)，模塊會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)閉鎖功能，系統(tǒng)報(bào)警。經(jīng)過(guò)DC/DC模塊之后的電源受鉛蓄電池電壓降低的影響較小。

3.2 剔除影響，取得穩(wěn)定值

Pt100所測(cè)得的值經(jīng)常是一個(gè)變化的量，怎么才能測(cè)得一個(gè)能相對(duì)客觀地反應(yīng)油溫的值呢？首先需確認(rèn)一點(diǎn)，這個(gè)值需剔除開(kāi)始階段那部分不穩(wěn)定溫度，測(cè)得一個(gè)穩(wěn)定值作為相對(duì)真值。穩(wěn)定溫度檢測(cè)的流程：?jiǎn)?dòng)加油機(jī)，油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一并啟動(dòng)，系統(tǒng)啟動(dòng)一定時(shí)間后，溫度檢測(cè)模塊開(kāi)始工作，以設(shè)定的間隔時(shí)間采集Pt100傳感器的信號(hào)；傳感器信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后傳送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)在接受到一定數(shù)量的相同溫度值后，認(rèn)為此溫度即穩(wěn)定溫度。

3.3 軟件擬合，取得真值

Pt100傳感器的測(cè)得值由于電橋電壓、儀表放大器和AD轉(zhuǎn)換器非線性等帶來(lái)誤差，使得PtlO0型傳感器的線性度較差，加之筆者設(shè)計(jì)的這個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)Pt100傳感器，而規(guī)程公式中tJ與tB之差對(duì)最后的結(jié)果有很大的影響。所以需對(duì)Ptl00溫度傳感器的測(cè)得值進(jìn)行線性化擬合。我們采用的傳感器零點(diǎn)矯正方法為軟件阻值補(bǔ)償法。阻值補(bǔ)償法如圖2所示。

圖2 軟件阻值補(bǔ)償法

曲線Y2為根據(jù)Pt100溫度阻值對(duì)照表通過(guò)描點(diǎn)并擬合得到的曲線，曲線Y1為第一個(gè)傳感器經(jīng)過(guò)測(cè)試后的溫度阻值曲線，同樣Y3為第二個(gè)傳感器的溫度阻值曲線。以溫度T0為例，在這一溫度上，Y1對(duì)應(yīng)的阻值為R1，Y3對(duì)應(yīng)的阻值為R3，通過(guò)補(bǔ)償將Y1和Y3在T0溫度上的阻值都整合到Y(jié)2上，補(bǔ)償值分別為a和β，經(jīng)過(guò)每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)的補(bǔ)償?shù)玫絻蓚€(gè)數(shù)組{a}和{β}。這就是傳感器的軟件補(bǔ)償過(guò)程，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后兩個(gè)傳感器就都矯正到零點(diǎn)，可視為同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的傳感器使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

油溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使得對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測(cè)趨于自動(dòng)化、智能化，溫度采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到提高。同時(shí)，溫度數(shù)據(jù)可以直接輸入計(jì)算機(jī)的原始數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)打印機(jī)直接打印輸出。這種溫度采集監(jiān)測(cè)方式是溫度監(jiān)測(cè)的一種必然趨勢(shì)。

[1] JJG 443—2006燃油加油機(jī).中國(guó)計(jì)量出版社，2006

[2] JJG 130—2004工作用玻璃液體溫度計(jì)檢定規(guī)程.中國(guó)計(jì)量出版社，2004

[3] 王金良.鉑熱電阻線性化電路的研究.計(jì)量技術(shù)，1990(3)

[4] 溫曉清,等 .自校式鉑電阻數(shù)字測(cè)溫儀可靠性的實(shí)施.計(jì)量技術(shù)，2008(5)