CN115076597B - 一种加注机的加注压力、质量确定方法及加注系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种加注机的加注压力、质量确定方法及加注系统，利用加注端压力以及加注机结构和加注量的数据关系计算受注端压力，并基于数据关系和计算得到的受注端压力确定实际加注量，其中加注机结构包括加注机内部结构、管道的长度和内径参数，数据关系为通过将公式II变形并修正得到的公式I。从而实现了仅需要知道加注机型号、加注管长度、内径结合加注端压力，即可确定受注端压力，进而无需加注阀反复开闭，提高了加注效率，减少了加注等待时间，同时所测得的加注压力和加注量更准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种加注计量技术领域，尤其涉及一种加注机的加注压力、质量确定方法及加注系统。
背景技术
加注机的加注软管的长度、管内径都是随加注机安装的，因此在实际使用过程中，加注软管的长度、管内径以及加注枪的最大加注压力是不会发生变化的，且这几项参数在加注机出厂时就已经确定。
目前市面上的加注机在进行加注时，一般是将加注机上的加注枪与加注口进行连接，以使气体注入到储气瓶中，打开气体加注阀等相关阀门后，等待加注机端的加注压力传感器测量到管内压力达到阈值，关闭阀门，延时等待一段时间使加注机至储气瓶实现均压，再打开阀门，重复加注动作，直至加注机显示器提示加注完成，才会停止加注。导致每一次气体加注时都需要对阀门进行多次开关，且每次开关之前都需要进行均压的等待，降低了加注效率，延长了整体的加注时间。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种加注机的加注压力、质量确定方法及加注系统，旨在解决气体加注效率低的技术问题。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种加注机的加注压力确定方法，应用于加注机；所述加注机连接有加注管，所述加注管靠近所述加注机的一端为加注端，所述加注管远离所述加注机的一端为受注端，所述加注管用于连接储气瓶，所述加注机的加注压力确定方法包括：
获取基础数据，所述基础数据包括加注机加注显示流量、加注端压力；
确定所述受注端的压力数据与所述基础数据之间的数据关系；
根据所述基础数据，计算所述受注端的压力数据。
本发明的原理在于，利用加注端压力以及加注机结构和加注量的数据关系计算受注端压力，并基于数据关系和计算得到的受注端压力确定实际加注量，其中加注机结构包括加注机内部结构、管道的长度和内径参数，从而实现了一次性加注到目标压力值，无需多次关闭阀门调节压力，提高了加注效率。
可选的，所述确定受注端的压力数据与基础数据之间的数据关系，包括：
使用所述加注机对所述储气瓶加注；
获取所述受注端的压力数据；
建立数学模型确定所述受注端的压力数据与所述基础数据之间的数据关系。
可选的，所述数据关系为公式I：
Qn²*A=P1（P1-P2）*（1-）²，
，
；
其中，Qn为加注机加注显示流量；A为第一修正系数；B为第二修正系数；P1为加注端压力；P2为受注端压力；Cv为流量系数；Z为气体压缩系数；M为分子量；T1为加注机端温度；k为等熵指数；XT为气体极限压差比；
所述流量系数Cv根据加注机的型号、加注管的长度和内径确定；加注机加注所述加注机加注显示流量Qn、加注端压力P1通过所述加注机获取；所述加注机端温度T1、气体压缩系数Z、分子量M、等熵指数k、气体极限压差比X T 视为定值。
可选的，根据公式II确定所述第一修正系数A与所述第二修正系数B；
所述公式II为：
，
，
，
其中，所述公式II中X为操作压差比；F x 为比热比系数；Y为气体膨胀系数；Kv为流量系数。利用修正系数A和修正系数B对变形得到的公式I进行修正，使得在利用公式I进行计算时获得更为准确的计算结果。
可选的，Cv根据所述加注机的型号、加注管的长度和内径确定的方法，包括：
在所述加注管的受注端设置压力传感器；
获取所述P1与所述P2的实际压力数据；
根据所述P1和P2的实际压力数据以及所述公式II计算得到加注机流量系数Cv。
可选的，所述Cv根据所述加注机的型号、加注管的长度和内径确定的方法包括：
利用计算机对所述加注机的内部结构建模；
获取所述P1与所述P2的仿真压力数据；
根据所述P1和P2的仿真数据以及所述公式II计算得到加注机流量系数Cv。
可选的，所述Cv根据所述加注机的型号、加注管的长度和内径确定的方法包括：
利用计算机对首台加注机的内部结构建模，获取P1与P2的仿真压力数据；
根据所述P1与所述P2的仿真压力数据以及所述公式II计算得到加注机第一流量系数；
通过实际设置所述首台加注机端的压力传感器和储气瓶端的压力传感器获取P1与P2压力的实际压力数据；
根据所述P1与所述P2的实际压力数据以及所述第二公式计算得到加注机第二流量系数；
将第一流量系数与第二流量系数进行核对，若误差小于等于阈值，则除首台加注机外的其他加注机直接采用仿真压力数据计算流量系数。通过结合实际设置压力传感器方法和建模方法，得到更为适用的新的测试方法，既提高了测试结果的准确度，又加快了获取测试结果的速度。
此外，本发明还提供一种加注机的加注质量确定方法，包括：
获取加注端压力数据以及受注端压力数据；所述受注端压力数据根据上述任意一项所述的加注机的加注压力确定方法获取。
根据所述加注端压力数据以及受注端压力数据，得到加注机到储气瓶之间加注管道内的气体量；
获取加注机端流量数据，通过计算所述加注机端的流量数据与所述加注管道内的气体量的差，得到气体加注机的实际加注量。
可选的，所述根据所述加注端压力数据以及受注端压力数据，得到加注机到储气瓶之间加注管道内的气体量，包括：
对所述加注机与所述储气瓶之间的压力管路进行微分；
采集所述管路微分后每一微分管路当前压力值并获取所述当前压力值下当前气体密度，以计算出每一微段管道的气体量；
对微分后的所述微段管道的气体量进行积分，得到整体加注管道内的气体量。利用微积分的方式确定管路内的压力，可以使得计算结果更为精准，从而得到更为准确的加注量结果。
此外，本发明还提供一种加注系统，包括：
数据获取模块，用于获取所述加注端的压力数据和受注端的压力数据；所述受注端的压力数据由加注机型号、加注管的长度以及管径数据和所述储气瓶端的压力数据确定；
管道气体计算模块，用于通过加注端的压力数据和受注端的压力数据计算管道内的气体量；
加注量计算模块，用于获取加注机端流量数据，通过计算所述加注机端的流量数据与所述加注管道内的气体量的差，得到气体加注机的实际加注量。
本发明的有益之处在于，通过本发明的方法和系统，能够实现：通过加注机端的流量、压力计算出储气瓶的压力以及加注量，实现加注过程一次加注到目标压力值；仅需要知道加注机型号、加注管长度、内径结合加注端压力，即可确定受注端压力，进而无需加注阀反复开闭，提高了加注效率，减少了加注等待时间，同时所测得的加注压力和加注量更准确。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是加注机在对储气瓶进行加注时的示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种加注机的加注压力确定方法的步骤示意图；
图3是本发明一实施例提供的一种加注机的加注质量确定方法的步骤示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明实施例，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种加注机的加注压力、质量确定方法及加注系统，包括但不限于对氢气、氮气、天然气、沼气等气体的加注，在此不做过多限定。
图1为加注机在对储气瓶进行加注时的示意图，包括：
加注机1001内部安装显示加注量的质量流量计量装置1002、显示加注端压力数据的压力测量装置1003、用于控制加注的阀门1004。在加注机1001的外部安装有加注管1005、加注枪1006，加注枪1006连接储气瓶1007用于气体加注时的气体输送。其中，加注机端为加注端，储气瓶端为受注端。
但是现有加注机在加注时，加注机判定当前加注是否完成是依据加注机端的加注压力传感器测量出的压力值结合延时，再继续判定压力。在此过程中会关闭加注机加注相关阀门，降低气体加注效率，延长了气体加注整体时间。因此，本申请首先提供一种加注机的加注压力确定方法，以实现一次性加注到目标压力值，无需多次关闭阀门调节压力，提高了加注效率。
参照图2，是本发明一实施例提供的一种加注机的加注压力确定方法的步骤示意图，具体为：
S11、获取基础数据，基础数据包括加注机加注显示流量、加注端压力。
加注机内部安装有压力测量装置以及质量流量计量装置用于获取加注机加注显示的流量和压力数据。
S12、确定受注端的压力数据与基础数据之间的数据关系。
数据关系为公式I：Qn²*A=P1（P1-P2）*（1-）² ，/>，/>；
其中，Qn-加注机端显示流量，m3/h
P1-加注机端压力，bar(A)
P2-储气瓶端压力，bar(A)
A-第一修正系数
B-第二修正系数
M-分子量
T1-加注机端温度，℃
Z-气体压缩系数
k-等熵指数
XT-气体极限压差比
Cv-流量系数，US gas/min
流量系数Cv由加注机的型号、加注管的长度和内径确定；加注机加注显示流量Qn、加注端压力P1从加注机读取；加注机端温度T1、气体压缩系数Z、分子量M、等熵指数k、气体极限压差比XT视为定值，上述参数视为定值的原因是其在实际应用中变化量较小，对结果影响也较小，为了简化模型将其是为定值。
其中，Cv值表示的是元件对介质的流通能力，即：流量系数。国外一般称为Cv值，全称Circulation Volume，由于单位制的原因，国标定义式及其单位稍有不同，一般称为Kv值。被测元件全开，元件两端压差△p=1lbf/in^2(1磅力每平方英寸即1psi，1lbf/in^2=6.895kPa），温度为60℉（15.56℃）的水，通过元件的流量为qv，单位为USgal/min（USgal/min=3.785L/min），则流通能力Cv值为qv，Cv值是流量系数，没有单位。
针对不同型号的加注机（加注机型号不同，内部阀、表、管路等零部件布置位置不同、各零部件的参数设置不同以及每台加注机连接的加注管的长度、内径的不同等影响因素，导致整体加注机的Cv值不同）、不同的软管长度、不同的软管内径，进行多组测试测试组数越多，Cv值越准确。
需要说明的是，公式I是由公式II（公式II为本领域现有的公式）变形而来，并利用根据数学建模结果获得的第一修正系数A、第二修正系数B对公式I进行了修正。
其中，公式II为：，/>，/>，/>；
X-操作压差比（式中P1为绝压）
Fx-比热比系数
Y-气体膨胀系数
KV-流量系数，m3/h
采集不同加注机型号、加注管长度、加注管内径等参数，进行多组测试，根据多组测试得到的结果，将已知的加注机端的压力值以及储气瓶端的压力值带入第II公式中，得到Cv值。
进一步的，获得Cv值的方法有以下三种方法：
方法一：通过实际设置储气瓶端的压力传感器来读取P2的压力数据，再根据加注机端的压力传感器获得的P1的压力数据以及公式II计算得到加注机流量系数Cv。此方法可以获得更为准确的计算结果。
方法二：利用计算机建模的方法，对加注机的内部结构进行建模，仿真模拟出P1值和P2值，得到P1和P2的仿真压力数据，再根据得到的仿真压力数据结合公式II计算得到加注机流量系数Cv。此方法可以更为快速的获得计算结果。
方法三：对首台加注机利用方法一得到第一流量系数，再利用方法二得到第二流量系数，然后将两个流量系数进行核对，若误差小于等于阈值，则除了首台加注机以外的其他加注机直接采用仿真值计算流量系数，其中，误差阈值为5%。此方法在快速获得计算结果的基础上，提高了计算结果的精准性。
需要说明的是，方法三种“首台加注机”并不局限于1台加注机，也可以是一批产品中的前几台，例如，一批50台产品中的前3台，前5台等等，本方法意在表明取少量试验产品确定误差值，从而确定除试验产品外的其他产品是否可以利用此方法。
本实施例中，加注枪1006连接储气瓶1007进行气体加注，储气瓶口安装有显示受注端压力数据的压力测量装置1008。其中，压力测量装置包括但不限于机械压力表、压力变送器等测量设备。
需要说明的是，储气瓶口安装的压力测量装置1008仅用于获取测试数据，在实际应用中无需设置。利用三种不同的方法获取加注机的Cv值，更适用于实际应用，通过实际需求选择不同的方法，提高了本发明的实用性。
S13、根据基础数据，计算受注端的压力数据。
基础数据包括加注机的流量系数、加注机加注显示流量、加注端压力，根据流量系数获得公式I之后，在加注机加注显示流量和加注端压力为已知的前提下，受注端的压力为唯一未知值，因此，将加注机加注显示流量、加注端压力带入进公式中，即可计算出受注端的压力。
本实施例中，通过获取基础数据，基础数据包括加注机的流量系数、加注机加注显示流量、加注端压力；确定受注端的压力数据与基础数据之间的数据关系；根据基础数据，计算受注端的压力数据。实现了无需在受注端设置压力传感器等零部件也可以获取受注端压力数据，减少了零部件的使用，且实际加注中，不可能对每个储气瓶都设置压力传感器去获取受注端的压力数据，因此，通过本实施例的数据关系可以直接根据已知数据得到受注端压力数据更贴合实际需求。利用数学公式，获取加注机内的流量传感器、压力传感器测量出加注口的压力值，进而计算出储气瓶的实时压力以及加注量，提高了加注机加注计量的准确性，同时通过确定加注口的加注压力，实现一次性加注到目标压力值，无需多次关闭阀门调节压力，提高了加注效率。
进一步的，参照图3是本发明一实施例提供的一种加注机的加注质量确定方法的步骤示意图，具体为：
S21、获取加注端压力数据以及受注端压力数据。
加注端压力数据通常由加注机内部压力测量装置直接读取，受注端压力数据可由上述实施例求得的数据关系公式I计算得到，也可以通过在储气瓶端设置压力传感器的方式直接读取。
S22、根据加注端压力数据以及受注端压力数据，得到加注机到储气瓶之间加注管道内的气体量。
加注管道内的气体量的存在是因为加注机在进行加注时，气体经过加注机内部的质量流量计量装置后，经加注管道进入储气瓶的这一过程中，有一部分气体已经被质量流量计量装置记录过了，但是还没有注入进储气瓶中，还停留在加注管道中，这一部分气体既被质量流量计量装置计量过，却又没有真正进入到储气瓶中，因此需要计算这一部分气体量。
本实施例中采用微积分计算方法计算这一部分管道气体量，通过对加注机与储气瓶之间的压力管路进行微分，读取每一段微分管路的压力值，并获取对应压力值下的气体密度，通过压力和密度计算出每一微段管路的气体量，然后再将微分后的各微段管路质量进行积分，得到整体管道中的气体量。
S23、获取加注机端流量数据，通过计算加注机端的流量数据与加注管道内的气体量的差，得到气体加注机的实际加注量。
实际加注量是加注机将气体通过加注口注入到储气瓶中的加注量，而加注机内部质量流量计量装置显示的加注量是流经质量流量计量装置的气体量，这其中包括了在管路内还没有注入到储气瓶中的气体量以及已经加注到储气瓶中的气体量，因此，在计算实际加注量的时候，需要将管路内的气体量剔除，也就是用质量流量计量装置显示的加注量减去通过微积分的方式获取得到的管路的气体量，得到的结果就是实际加注量。也就是实际加注量=加注机端加注量-加注管道内气体量。
本实施例通过获取加注端压力数据以及受注端压力数据；根据加注端压力数据以及受注端压力数据，得到加注机到储气瓶之间加注管道内的气体量；获取加注机端流量数据，通过计算加注机端的流量数据与加注管道内的气体量的差，得到气体加注机的实际加注量。利用微积分的方法得到的加注管道内的气体量更准确，使得在计算实际加注量时能得到更为精准的计算结果。
进一步的，若在加注前，管路内部残留有上一次加注的气体量，那么在进行实际加注量计算时，还应该将残留的气体量加上，也就是通过上述实施例得到的加注口加注质量加上残留的气体量等于实际加注量。
其中，残留的气体量可以通过加注前读取加注机内部压力测量装置的压力值，获取当前压力值下的气体密度，再通过与管路的容积做计算，得到残留的气体量（管路的容积是固定值，出厂时便有信息记录，可直接读取）。所以，实际加注量=加注机端加注量-加注管道内气体量+加注前残留的气体量。
本实施例中，通过对加注前后管路内的残留质量进行增删少补的方式进行计算，可以使得最终的计算结果更加精准，从而获取到更为准确的气体加注量。
进一步的，本发明还提供了一种加注系统，包括：数据获取模块、管道气体计算模块、加注量计算模块。
数据获取模块，用于获取所述加注端的压力数据和受注端的压力数据；所述受注端的压力数据由加注机型号、加注管的长度以及管径数据和所述储气瓶端的压力数据确定；
管道气体计算模块，用于通过加注端的压力数据和受注端的压力数据计算管道内的气体量；
加注量计算模块，用于获取加注机端流量数据，通过计算所述加注机端的流量数据与所述加注管道内的气体量的差，得到气体加注机的实际加注量。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种加注机的加注压力确定方法，其特征在于，应用于加注机；所述加注机连接有加注管，所述加注管靠近所述加注机的一端为加注端，所述加注管远离所述加注机的一端为受注端，所述加注管用于连接储气瓶，所述加注机的加注压力确定方法包括：
获取基础数据，所述基础数据包括加注机加注显示流量、加注端压力；
使用所述加注机对所述储气瓶加注；获取所述受注端的压力数据；建立数学模型确定所述受注端的压力数据与所述基础数据之间的数据关系为公式I：
其中，Qn为加注机加注显示流量；A为第一修正系数；B为第二修正系数；P1为加注端压力；P2为受注端压力；Cv为流量系数；Z为气体压缩系数；M为分子量；T1为加注机端温度；k为等熵指数；XT为气体极限压差比；
所述流量系数Cv根据加注机的型号、加注管的长度和内径确定；所述加注机加注显示流量Qn、加注端压力P1通过所述加注机获取；所述加注机端温度T1、气体压缩系数Z、分子量M、等熵指数k、气体极限压差比XT视为定值；
根据公式II确定所述第一修正系数A与所述第二修正系数B；
所述公式II为：
其中，所述公式II中X为操作压差比；Fx为比热比系数；Y为气体膨胀系数；Kv为流量系数；
根据所述基础数据，计算所述受注端的压力数据。
2.根据权利要求1所述的加注机的加注压力确定方法，其特征在于，所述Cv根据所述加注机的型号、加注管的长度和内径确定的方法，包括：
在所述加注管的受注端设置压力传感器；
获取所述P1与所述P2的实际压力数据；
根据所述P1和P2的实际压力数据以及所述公式II计算得到加注机流量系数Cv。
3.根据权利要求1所述的加注机的加注压力确定方法，其特征在于，所述Cv根据所述加注机的型号、加注管的长度和内径确定的方法包括：
利用计算机对所述加注机的内部结构建模；
获取所述P1与所述P2的仿真压力数据；
根据所述P1和P2的仿真数据以及所述公式II计算得到加注机流量系数Cv。
4.根据权利要求1所述的加注机的加注压力确定方法，其特征在于，所述Cv根据所述加注机的型号、加注管的长度和内径确定的方法包括：
利用计算机对首台加注机的内部结构建模，获取P1与P2的仿真压力数据；
根据所述P1与所述P2的仿真压力数据以及所述公式II计算得到加注机第一流量系数；
通过实际设置所述首台加注机端的压力传感器和储气瓶端的压力传感器获取P1与P2压力的实际压力数据；
根据所述P1与所述P2的实际压力数据以及所述公式II计算得到加注机第二流量系数；
将第一流量系数与第二流量系数进行核对，若误差小于等于阈值，则除首台加注机外的其他加注机直接采用仿真压力数据计算流量系数。
5.一种加注机的加注质量确定方法，其特征在于，包括：
获取加注端压力数据以及受注端压力数据；所述受注端压力数据根据权利要求1-4中任意一项所述的加注机的加注压力确定方法获取；
根据所述加注端压力数据以及受注端压力数据，得到加注机到储气瓶之间加注管道内的气体量；
获取加注机端流量数据，通过计算所述加注机端的流量数据与所述加注管道内的气体量的差，得到气体加注机的实际加注量。
6.根据权利要求5所述的加注机的加注质量确定方法，其特征在于，所述根据所述加注端压力数据以及受注端压力数据，得到加注机到储气瓶之间加注管道内的气体量，包括：
对所述加注机与所述储气瓶之间的压力管路进行微分；
采集所述管路微分后每一微分管路当前压力值并获取所述当前压力值下当前气体密度，以计算出每一微段管道的气体量；
对微分后的所述微段管道的气体量进行积分，得到整体加注管道内的气体量。
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