一种新型加油枪自动检定装置的研发

赵 邈 宋述古 魏 凯 李 忠 田 钦 韩中华 王雪冰

〔1 青岛澳科仪器有限责任公司 山东青岛 266555；2 青岛市计量科学研究院 山东青岛 266555〕

燃油加油机作为油品交易中一项重要的计量器具，对生产者、制造者以及消费者都有着重要意义。燃油加油机计量的准确性直接关系着油品交易的公平性。因此，燃油加油机检定结果的精确性十分重要[1]。同时，燃油加油机属于国家实施强制周期检定计量器具，计量检定部门的检定工作量较大。如何通过传感器技术的应用提升加油机油枪检定工作的自动化程度成为了一个课题。

1 传统加油枪检定装置存在的问题

燃油加油机示值误差的检定一般采用标准金属量器容量比较法，通过测量加油机累计量来判断加油机是否符合检定规程的要求[2]。

传统加油机检定大多采用人工操作。流程为：提取油枪，启动加油机，使加油机的指示装置回零，将流量调至检定流量，向量器内注油，同时使用温度计测量油枪处油温，待温度计读数稳定时再读取油温。当油液注满量器时，关闭油枪，读取并记录量器的示值，测量并记录量器中的油液温度，然后按量器检定或校准证书上规定的放液时间将量器内的油液放净，关闭阀门。一次完整的加油机检定过程完成[3]。

这种操作方式存在一定的问题：①传统的加油机检定装置操作过于复杂，对检定人员操作规范性要求较高，特别是读取加油枪出口油温、标准容器内稳油后的油温、标准容器内油面的高度等方面，人工操作必然存在一定的附加误差或人为误差，比如，注油过程中液面上的泡沫产生读数误差；注油过程中油品飞溅标准容器误差；温度读取误差、人工读计量数误差、人工记录数据误差等，每个因素都直接影响检定的结果[4]。②人员通过检定过程中记录的数据，还需最终计算出加油枪精度，检定效率较低。③装卸燃油过程中需要时间、人力较多。初次检定的加油机必须对3个流量点进行检定，每个流量点均需要3次操作[5]，也就是说，对一个初次检定加油机每一把枪必须要进行9次有效的装卸油操作，而一个后续检定的加油机也至少需要2个流量点，每点3次的操作。如果一个站有多台需要标定的加油机，这不仅给检定人员带来繁重的工作，同时也会影响加油站正常运营，而且所测量出来的数值不一定精准，对计量检定的精度会产生一定的影响。

2 加油枪自动检定装置的现状

传统的标准金属容器检定装置，存在人工引入误差因素较多、检定效率低等问题。目前国内市面上已经可以见到一些加油枪自动化检定装置，但仍存在较大的可改进空间，比如计量精度不够、供电不方便、整机不便携、集成度较低以及通讯不便等问题。

2.1 计量精度不够

加油机油枪自动检定装置的自动化完全依赖于设备传感器组件的性能，主要受两个参数计量的影响。

(1)温度采集准确性和跟随性。国内现有的部分设备采用传统18B20温度传感器、tmp107温度传感器，精度达不到0.1 ℃。同时，跟随性也较差。

实验分别将18B20温度探头、tmp107温度探头、Pt100温度探头装入3根直径16.5 mm、壁厚1.5 mm的不锈钢管中，将封装好的传感器放入恒温槽，恒温槽温度为25 ℃，每隔20 s记录一次当前温度传感器输出温度，直到240 s时停止。3种相同封装的传感器在25 ℃下的跟随曲线图见1～3。从图1～3可以看出，相同条件下，18B20及tmp107温度传感器的跟随性和准确度都不如Pt100传感器。

图1 18B20温度传感器

图2 tmp107温度传感器

图3 Pt100温度传感器

(2)油品高度计量的准确性。对于稳油自动计量高度的传感器，普遍缺少技术支撑和自主生产能力，导致与标准金属量器结合后计量精度不够，性能及产品稳定性也不易保证。

2.2 供电不方便

加油机油枪自动检定装置的供电问题也是个不小的难题。一般考虑防爆设计，常见供电形式大多采用安全关联设备安全栅供电。安全栅作为限能设备能有效地保护危险场所的现场设备，在正常工作条件下能使系统完好地工作，而在故障条件下能限制到达危险场所的电压、电流，但是安全栅供电必然会带来外接电源线的烦恼。使用该设备检定工作人员需要从安全区域接一条电源线过来，这对于工作人员检定工作及装卸油工作都带来不小的麻烦，直接导致自动检定装置的便利性受到很大限制。

2.3 整机不够便携、集成度低

由于油枪自动检定装置需要满足系列防爆要求，现市面上普遍存在的油枪自动检定装置都采用隔爆设计，标定装置隔爆形式的设计虽然满足防爆设计的要求，但隔爆形式的设计必然会带来体积及质量的增加，仍然给标定工作带来繁重的负担。

另一个方面就是集成化程度较差，传统的计量标准容器只需要20 L、50 L或100 L的容器，油枪自动检定装置需要在传统容器的基础上加装传感器、处理计算单元、显示单元等，甚至普遍需要配备电脑才能工作。如果集成度做的不够好，整机体积会受到较大影响，且整机组件连接线束较杂乱，线束耐受疲劳度要求较高，这必定给检定工作人员的操作带来较大的不便。

2.4 通讯不便

目前大部分油枪自动化检定装置的设计都是基于本机设备，无法与互联网进行数据互联，后期数据的处理和通讯基本要靠连接电脑来实现。方式单一且不够便利，无法实现数据的高效流转和管理。

3 新型油枪自动检定装置的设计

针对传统及现有油枪检定装置的问题，介绍一种新型智能油枪自动装置的设计，其具备计量精度高、可充电电池供电、集成度高、整机便携、数据支持手机上传等特点。整套设备设计已取得防爆合格证书，且设计精度满足±0.05 %以内的要求，已经取得山东省计量科学研究院的整机标定证书，可应用于加油站油枪的定期检定。

3.1 设计介绍

该设计整机结构主要分为：标准金属量器部分和计量显示部分，两部分通过结构设计实现一体化结合，如图4。

图4 油枪自动检定装置

标准金属量器部分采用巧妙的导油结构，解决不同油速可能存在标准容器溅油问题。把手等多处增加人体工学设计，极大方便工作人员标定工作。

自动计量部分包括：①磁致伸缩液位计。量器内油品液面计量采用市场上中短位移测量中精度受到广泛认可的磁致伸缩原理。设计方案中采用的磁致伸缩液位计来自青岛澳科仪器有限责任公司、配合专门设计的浮球，具有极高的精度和极好的稳定性。②温度计量采用多线制AAA级别高精度Pt100,温度误差可满足±0.1 ℃、且温度跟随性能好。③计量显示部分采用高性能处理计算单元和高分辨率显示单元，采集并清晰准确显示各项关键数据及检定结果。④内置无线传输单元，可将检测结果及相关参数以无线形式发送给手机端，实现网络数据共联。

3.2 设计特点

(1)计量精度高。

AAA级Pt100温度传感器精度高、跟随性好。检定过程中温度传感器必须在注油时间内(1 min左右)跟随上油温，且误差不得大于±0.1 ℃。油枪自动检定上使用特制封装Pt100温度传感器经验证，精度为±0.1 ℃，且很快就能随性上油温，见图5。从图5可以看出，温度从22.78 ℃升为30.5 ℃所需时间为2.3 s。

图5 油枪检定温度传感器跟随曲线

(2)液位计传感器精度高。

磁致伸缩原理检测当前液位，液位仪采用最小二乘法进行标定，精度可达±0.5 mm，见表1。

表1 标准值与液位仪值对照表

(3)本安电池供电，无需外接电源，装置可方便移动。

整机设计满足GB 3836防爆系列本安设计要求。整机供电方面，本设计提供本安电池供电，无需安全栅供电，更无需外接安全区域的电源线。显示端配有电池电量提示，可用配套的充电设备进行自主灵活充电，供电方面给现场标定人员带来极大的方便。另外，采用了方便快捷的电池更换方式，无需动用拆装工具，极大地方便人员对整机设备的电力补充。

(4)整机便携、集成度高，无需外接电脑。

采用一体化设计，集成度高，在传统标准容器基础上加装集成度较高的精简高性能传感器、高速处理计算单元、高分辨率显示单元，无需外接电脑，整机外观简约大方，解决了线束杂乱、体积庞大等问题。让油枪检定人员的工作变得更轻松。

(5)通讯便利。

整机检定数据支持手机APP上传功能。检定结束后，可用手机获取检定结果，上传至管理服务中心，统一管理，记录不易丢失，方便进行互联网系统数据记录、使用和管理。

(6)检定结果准确。

油枪自动检定的最终目的就是替带传统手工检定，因此需要保证两者精度一致。在胶南某加油站进行了油枪自动检定与手工计量方式对比测试，测试结果见表2。

表2 胶南某加油站测试记录

从表2中可以看出，两种不同方式的检定结果，差值仅为0.020 %。因此，笔者认为当前设计的油枪自动检定装置完全可以替代手工计量。

3.3 检定过程

检定人员手持油枪，枪口放入注油口，开始注油(定量或非定量)。系统将自动读取注油开始信号，智能化采集油枪口处油温和量器内油温。注油结束后，系统自动检定稳油情况，并记录各项油品温度、高度等相关参数，最后根据计算直接弹出检定报告结果及各项关键参数。配套使用手机APP读取检定结果及相关参数，保存在手机上或上传至中心服务器，轻松实现网络数据互联，进行高效的检定数据管理工作。

相比于之前普通金属量器的检定过程，检定人员省去了计量油枪口出油油温、计量容器内稳油后油温、读取计量径液面高度和计算检定结果的过程，不仅节省了检定时间，也排除了一定的人为误差，提高了检定精度。普通金属量器与本方案自动检定装置在操作环节的对比见表3。

表3 普通金属量器与本方案自动检定装置在操作环节方面的对比

4 结束语

作为油品结算的燃油加油机是强制性检定计量器具。传统的燃油加油机检定为人工操作，存在工作效率低、易引入附加误差或人为误差等。而现市面上一些自动油枪检定装置仍存在体积较大、稳定性较差、定制较难等问题。本技术研究主要采用先进成熟的传感器技术和通讯技术，根据现有相关设备的可改进点及现场检定操作习惯，设计了一款新型高智能化、高集成化、高自动化、高管理化、高人性化的油枪自动检定，该产品已取得防爆合格证和山东省计量科学研究院的整机标定证书，可方便检定人员油枪检定工作。设计的燃油加油机油枪自动检定装置可以有效降低劳动强度，提高标定效率，提高系统集成化、自动化程度，提高标定准确性。同时，对于协助检定工作人员科学、公正的标定，具有十分重要的意义。