一種新型加油槍自動檢定裝置的研發(fā)

趙 邈 宋述古 魏 凱 李 忠 田 欽 韓中華 王雪冰

〔1 青島澳科儀器有限責任公司 山東青島 266555；2 青島市計量科學研究院 山東青島 266555〕

燃油加油機作為油品交易中一項重要的計量器具，對生產(chǎn)者、制造者以及消費者都有著重要意義。燃油加油機計量的準確性直接關(guān)系著油品交易的公平性。因此，燃油加油機檢定結(jié)果的精確性十分重要[1]。同時，燃油加油機屬于國家實施強制周期檢定計量器具，計量檢定部門的檢定工作量較大。如何通過傳感器技術(shù)的應用提升加油機油槍檢定工作的自動化程度成為了一個課題。

1 傳統(tǒng)加油槍檢定裝置存在的問題

燃油加油機示值誤差的檢定一般采用標準金屬量器容量比較法，通過測量加油機累計量來判斷加油機是否符合檢定規(guī)程的要求[2]。

傳統(tǒng)加油機檢定大多采用人工操作。流程為：提取油槍，啟動加油機，使加油機的指示裝置回零，將流量調(diào)至檢定流量，向量器內(nèi)注油，同時使用溫度計測量油槍處油溫，待溫度計讀數(shù)穩(wěn)定時再讀取油溫。當油液注滿量器時，關(guān)閉油槍，讀取并記錄量器的示值，測量并記錄量器中的油液溫度，然后按量器檢定或校準證書上規(guī)定的放液時間將量器內(nèi)的油液放凈，關(guān)閉閥門。一次完整的加油機檢定過程完成[3]。

這種操作方式存在一定的問題：①傳統(tǒng)的加油機檢定裝置操作過于復雜，對檢定人員操作規(guī)范性要求較高，特別是讀取加油槍出口油溫、標準容器內(nèi)穩(wěn)油后的油溫、標準容器內(nèi)油面的高度等方面，人工操作必然存在一定的附加誤差或人為誤差，比如，注油過程中液面上的泡沫產(chǎn)生讀數(shù)誤差；注油過程中油品飛濺標準容器誤差；溫度讀取誤差、人工讀計量數(shù)誤差、人工記錄數(shù)據(jù)誤差等，每個因素都直接影響檢定的結(jié)果[4]。②人員通過檢定過程中記錄的數(shù)據(jù)，還需最終計算出加油槍精度，檢定效率較低。③裝卸燃油過程中需要時間、人力較多。初次檢定的加油機必須對3個流量點進行檢定，每個流量點均需要3次操作[5]，也就是說，對一個初次檢定加油機每一把槍必須要進行9次有效的裝卸油操作，而一個后續(xù)檢定的加油機也至少需要2個流量點，每點3次的操作。如果一個站有多臺需要標定的加油機，這不僅給檢定人員帶來繁重的工作，同時也會影響加油站正常運營，而且所測量出來的數(shù)值不一定精準，對計量檢定的精度會產(chǎn)生一定的影響。

2 加油槍自動檢定裝置的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的標準金屬容器檢定裝置，存在人工引入誤差因素較多、檢定效率低等問題。目前國內(nèi)市面上已經(jīng)可以見到一些加油槍自動化檢定裝置，但仍存在較大的可改進空間，比如計量精度不夠、供電不方便、整機不便攜、集成度較低以及通訊不便等問題。

2.1 計量精度不夠

加油機油槍自動檢定裝置的自動化完全依賴于設(shè)備傳感器組件的性能，主要受兩個參數(shù)計量的影響。

(1)溫度采集準確性和跟隨性。國內(nèi)現(xiàn)有的部分設(shè)備采用傳統(tǒng)18B20溫度傳感器、tmp107溫度傳感器，精度達不到0.1 ℃。同時，跟隨性也較差。

實驗分別將18B20溫度探頭、tmp107溫度探頭、Pt100溫度探頭裝入3根直徑16.5 mm、壁厚1.5 mm的不銹鋼管中，將封裝好的傳感器放入恒溫槽，恒溫槽溫度為25 ℃，每隔20 s記錄一次當前溫度傳感器輸出溫度，直到240 s時停止。3種相同封裝的傳感器在25 ℃下的跟隨曲線圖見1～3。從圖1～3可以看出，相同條件下，18B20及tmp107溫度傳感器的跟隨性和準確度都不如Pt100傳感器。

圖1 18B20溫度傳感器

圖2 tmp107溫度傳感器

圖3 Pt100溫度傳感器

(2)油品高度計量的準確性。對于穩(wěn)油自動計量高度的傳感器，普遍缺少技術(shù)支撐和自主生產(chǎn)能力，導致與標準金屬量器結(jié)合后計量精度不夠，性能及產(chǎn)品穩(wěn)定性也不易保證。

2.2 供電不方便

加油機油槍自動檢定裝置的供電問題也是個不小的難題。一般考慮防爆設(shè)計，常見供電形式大多采用安全關(guān)聯(lián)設(shè)備安全柵供電。安全柵作為限能設(shè)備能有效地保護危險場所的現(xiàn)場設(shè)備，在正常工作條件下能使系統(tǒng)完好地工作，而在故障條件下能限制到達危險場所的電壓、電流，但是安全柵供電必然會帶來外接電源線的煩惱。使用該設(shè)備檢定工作人員需要從安全區(qū)域接一條電源線過來，這對于工作人員檢定工作及裝卸油工作都帶來不小的麻煩，直接導致自動檢定裝置的便利性受到很大限制。

2.3 整機不夠便攜、集成度低

由于油槍自動檢定裝置需要滿足系列防爆要求，現(xiàn)市面上普遍存在的油槍自動檢定裝置都采用隔爆設(shè)計，標定裝置隔爆形式的設(shè)計雖然滿足防爆設(shè)計的要求，但隔爆形式的設(shè)計必然會帶來體積及質(zhì)量的增加，仍然給標定工作帶來繁重的負擔。

另一個方面就是集成化程度較差，傳統(tǒng)的計量標準容器只需要20 L、50 L或100 L的容器，油槍自動檢定裝置需要在傳統(tǒng)容器的基礎(chǔ)上加裝傳感器、處理計算單元、顯示單元等，甚至普遍需要配備電腦才能工作。如果集成度做的不夠好，整機體積會受到較大影響，且整機組件連接線束較雜亂，線束耐受疲勞度要求較高，這必定給檢定工作人員的操作帶來較大的不便。

2.4 通訊不便

目前大部分油槍自動化檢定裝置的設(shè)計都是基于本機設(shè)備，無法與互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)互聯(lián)，后期數(shù)據(jù)的處理和通訊基本要靠連接電腦來實現(xiàn)。方式單一且不夠便利，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效流轉(zhuǎn)和管理。

3 新型油槍自動檢定裝置的設(shè)計

針對傳統(tǒng)及現(xiàn)有油槍檢定裝置的問題，介紹一種新型智能油槍自動裝置的設(shè)計，其具備計量精度高、可充電電池供電、集成度高、整機便攜、數(shù)據(jù)支持手機上傳等特點。整套設(shè)備設(shè)計已取得防爆合格證書，且設(shè)計精度滿足±0.05 %以內(nèi)的要求，已經(jīng)取得山東省計量科學研究院的整機標定證書，可應用于加油站油槍的定期檢定。

3.1 設(shè)計介紹

該設(shè)計整機結(jié)構(gòu)主要分為：標準金屬量器部分和計量顯示部分，兩部分通過結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)一體化結(jié)合，如圖4。

圖4 油槍自動檢定裝置

標準金屬量器部分采用巧妙的導油結(jié)構(gòu)，解決不同油速可能存在標準容器濺油問題。把手等多處增加人體工學設(shè)計，極大方便工作人員標定工作。

自動計量部分包括：①磁致伸縮液位計。量器內(nèi)油品液面計量采用市場上中短位移測量中精度受到廣泛認可的磁致伸縮原理。設(shè)計方案中采用的磁致伸縮液位計來自青島澳科儀器有限責任公司、配合專門設(shè)計的浮球，具有極高的精度和極好的穩(wěn)定性。②溫度計量采用多線制AAA級別高精度Pt100,溫度誤差可滿足±0.1 ℃、且溫度跟隨性能好。③計量顯示部分采用高性能處理計算單元和高分辨率顯示單元，采集并清晰準確顯示各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)及檢定結(jié)果。④內(nèi)置無線傳輸單元，可將檢測結(jié)果及相關(guān)參數(shù)以無線形式發(fā)送給手機端，實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)共聯(lián)。

3.2 設(shè)計特點

(1)計量精度高。

AAA級Pt100溫度傳感器精度高、跟隨性好。檢定過程中溫度傳感器必須在注油時間內(nèi)(1 min左右)跟隨上油溫，且誤差不得大于±0.1 ℃。油槍自動檢定上使用特制封裝Pt100溫度傳感器經(jīng)驗證，精度為±0.1 ℃，且很快就能隨性上油溫，見圖5。從圖5可以看出，溫度從22.78 ℃升為30.5 ℃所需時間為2.3 s。

圖5 油槍檢定溫度傳感器跟隨曲線

(2)液位計傳感器精度高。

磁致伸縮原理檢測當前液位，液位儀采用最小二乘法進行標定，精度可達±0.5 mm，見表1。

表1 標準值與液位儀值對照表

(3)本安電池供電，無需外接電源，裝置可方便移動。

整機設(shè)計滿足GB 3836防爆系列本安設(shè)計要求。整機供電方面，本設(shè)計提供本安電池供電，無需安全柵供電，更無需外接安全區(qū)域的電源線。顯示端配有電池電量提示，可用配套的充電設(shè)備進行自主靈活充電，供電方面給現(xiàn)場標定人員帶來極大的方便。另外，采用了方便快捷的電池更換方式，無需動用拆裝工具，極大地方便人員對整機設(shè)備的電力補充。

(4)整機便攜、集成度高，無需外接電腦。

采用一體化設(shè)計，集成度高，在傳統(tǒng)標準容器基礎(chǔ)上加裝集成度較高的精簡高性能傳感器、高速處理計算單元、高分辨率顯示單元，無需外接電腦，整機外觀簡約大方，解決了線束雜亂、體積龐大等問題。讓油槍檢定人員的工作變得更輕松。

(5)通訊便利。

整機檢定數(shù)據(jù)支持手機APP上傳功能。檢定結(jié)束后，可用手機獲取檢定結(jié)果，上傳至管理服務中心，統(tǒng)一管理，記錄不易丟失，方便進行互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄、使用和管理。

(6)檢定結(jié)果準確。

油槍自動檢定的最終目的就是替帶傳統(tǒng)手工檢定，因此需要保證兩者精度一致。在膠南某加油站進行了油槍自動檢定與手工計量方式對比測試，測試結(jié)果見表2。

表2 膠南某加油站測試記錄

從表2中可以看出，兩種不同方式的檢定結(jié)果，差值僅為0.020 %。因此，筆者認為當前設(shè)計的油槍自動檢定裝置完全可以替代手工計量。

3.3 檢定過程

檢定人員手持油槍，槍口放入注油口，開始注油(定量或非定量)。系統(tǒng)將自動讀取注油開始信號，智能化采集油槍口處油溫和量器內(nèi)油溫。注油結(jié)束后，系統(tǒng)自動檢定穩(wěn)油情況，并記錄各項油品溫度、高度等相關(guān)參數(shù)，最后根據(jù)計算直接彈出檢定報告結(jié)果及各項關(guān)鍵參數(shù)。配套使用手機APP讀取檢定結(jié)果及相關(guān)參數(shù)，保存在手機上或上傳至中心服務器，輕松實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)互聯(lián)，進行高效的檢定數(shù)據(jù)管理工作。

相比于之前普通金屬量器的檢定過程，檢定人員省去了計量油槍口出油油溫、計量容器內(nèi)穩(wěn)油后油溫、讀取計量徑液面高度和計算檢定結(jié)果的過程，不僅節(jié)省了檢定時間，也排除了一定的人為誤差，提高了檢定精度。普通金屬量器與本方案自動檢定裝置在操作環(huán)節(jié)的對比見表3。

表3 普通金屬量器與本方案自動檢定裝置在操作環(huán)節(jié)方面的對比

4 結(jié)束語

作為油品結(jié)算的燃油加油機是強制性檢定計量器具。傳統(tǒng)的燃油加油機檢定為人工操作，存在工作效率低、易引入附加誤差或人為誤差等。而現(xiàn)市面上一些自動油槍檢定裝置仍存在體積較大、穩(wěn)定性較差、定制較難等問題。本技術(shù)研究主要采用先進成熟的傳感器技術(shù)和通訊技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)設(shè)備的可改進點及現(xiàn)場檢定操作習慣，設(shè)計了一款新型高智能化、高集成化、高自動化、高管理化、高人性化的油槍自動檢定，該產(chǎn)品已取得防爆合格證和山東省計量科學研究院的整機標定證書，可方便檢定人員油槍檢定工作。設(shè)計的燃油加油機油槍自動檢定裝置可以有效降低勞動強度，提高標定效率，提高系統(tǒng)集成化、自動化程度，提高標定準確性。同時，對于協(xié)助檢定工作人員科學、公正的標定，具有十分重要的意義。