CN116007717A - 一种航空油料用流量计的计量检定系统及检定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空油料用流量计的计量检定系统及检定方法，属于计量检定技术领域，采用PC‑PLC的主从式架构对航空油料用流量计进行计量检定，所述计量检定系统包括：用于获取基本数据的体积管与流量计系统；作为上位机的PC机和作为下位机的PLC控制装置；其中：所述PC机通过工业以太网与PLC控制装置进行数据交互，所述PLC控制装置一方面接收体积管与流量计系统的基本数据，将基本数据转发给PC机，另一方面接收PC机的控制指令，根据控制指令控制体积管与流量计系统的工作状态。本发明中的航空油料用流量计的计量检定系统能够满足日常大量的流量计检定工作的需要，同时具有计量检定精度高的特点。

Description

一种航空油料用流量计的计量检定系统及检定方法

技术领域

本发明涉及计量检定技术领域，具体地，涉及一种航空油料用流量计的计量检定系统及检定方法。

背景技术

随着中国民航事业的高速发展，在相关的检定飞机加油用流量计、标准液体容积式流量计以及标准流量装置方面，提出了更快、更准、更稳定的要求。在民航快速发展的同时，流量与流量计的检测精度要求越来越高，尤其是航空油料计量单位。为保证流量计的准确计量，流量计在出厂前、使用中、维护后，都必须对其计量性能进行测试或是校验。对流量计进行流量校验，应当采用国家规定的流量计量检定装置，对流量计的特性及准确度进行检定和校准。

对流量计进行在线检定，要求对航油流量计的检定采用在线计量检定系统和检定方法，采用标准体积管标准器对流量计进行检定。检定过程要求使流量计在使用状态下动态进行检定，不进行拆卸和停止生产，要求检定过程在流量计连续工作的条件下。

传统技术中，计量检定系统及检定方法的技术方案为：

被检定流量计和标准体积管串联，通过在相同时间内通过两者的流量相同的原理，由标准体积管的固定容积管段的容积值来判断被检定流量计的计量准确性。标准体积管的固定容积受材料热胀冷缩等影响，一般会发生变化；而通常检定的过程中，标准体积管和被检定流量计处的液体温度和压力都发生了变化，两者流量的比较还需要进行液体体积的修正。

显然，传统的技术方案存在如下的技术缺陷：

操作不方便，标准体积管的换向结构为手动结构或需要半自动的电动结构，需要耗费大量人力来完成。

数据不准确，对航空油料不同温度压力下的膨胀和压缩系数的变化欠缺考虑，并未采取措施来减小由于这一疏漏造成的误差，使最终的检定结果偏离了实际结果。

工作效率低，进行多个流量点检定的过程需要长时间的调整，无法进行连续性的检定工作。

为了满足航空油料单位的日常计量检定工作的需要，本发明提供了一种操作方便、数据准确、工作效率高的计量检定系统及检定方法，更好的为相关行业服务。

发明内容

本发明解决的目的是：提供一种航空油料用流量计的计量检定系统及检定方法，使其可以满足日常大量的流量计检定工作的需要，同时满足计量检定的高精度要求。

本发明的第一目的是提供一种航空油料用流量计的计量检定系统，采用PC-PLC的主从式架构对航空油料用流量计进行计量检定，所述计量检定系统包括：

用于获取基本数据的体积管与流量计系统；

作为上位机的PC机和作为下位机的PLC控制装置；其中：

所述PC机通过工业以太网与PLC控制装置进行数据交互，所述PLC控制装置一方面接收体积管与流量计系统的基本数据，将基本数据转发给PC机，另一方面接收PC机的控制指令，根据控制指令控制体积管与流量计系统的工作状态。

优选地，所述体积管与流量计系统包括：

标准体积管和检定球；所述标准体积管为具有一段固定容积段的管道设备，所述检定球为有弹性的球体，所述检定球的外径与标准体积管内径相同，在油泵作用下检定球在标准体积管内部进行往复运动；

体积管温度变送器，用于检测标准体积管固定容积段的入口和出口位置的温度；

体积管压力变送器，用于检测标准体积管固定容积段的入口和出口位置的压力；

流量计温度变送器，用于检测被检定流量计的上游和/或下游温度；

流量计压力变送器，用于检测被检定流量计的上游和/或下游压力；其中：

被检定流量计的传动齿轮连接有脉冲发生器；油泵通过油管依次与稳压调节阀、电磁四通阀、标准体积管连接；所述油泵通过被检定流量计与标准体积管连接。

优选地，所述体积管温度变送器、体积管压力变送器、检测开关分别为两组，一组设置在标准体积管固定容积段的入口处，一组设置在标准体积管固定容积段的出口处。

优选地，所述的检测开关有联动结构，在检定球通过的瞬时向PLC控制装置发送信号。

优选地，所述流量计温度变送器和流量计压力变送器同时设置在被检定流量计的上游或下游的相邻位置。

优选地，所述脉冲发生器为AB相脉冲发生器。

优选地，所述电磁四通阀设置有限位装置。

优选地，PC机设置有：

控制模块：用于向体积管与流量计系统发送动作指令；

数据显示模块：用于读取数据，并对数据进行显示；

检定记录表格模块：用于记录每次的基本数据；

检定数据库模块：用于存储并更新基本数据。

优选地，所述PLC控制装置包括总线、CPU、存储器、输入单元、输出单元、隔离电源、通信接口。

本发明的第二目的是提供一种航空油料用流量计的计量检定方法，该计量检定方法应用如上述的航空油料用流量计的在线计量检定系统，完成以下步骤：

开启油泵，油液在体积管与流量计系统内部开始流动；

打开PC机，选择检定管线；

在PC机中输入被检定流量计和标准体积管的各项参数数据，以及管道中航空油料的属性参数；

调整油泵，使流动达到设定的流量值；

通过PC机下发运行检定指令，开始自动检定过程；

完成设定流量值的检定后，改变流量值，重复上一步骤进行下一流量点的检定；

检定流程数据自动上传至数据库，由数据库导入检定记录表中，系统自动计算基本误差和重复性数据；

保存检定记录表格。

优选地，所述检定记录表格包括检定证书和原始记录两部分。

优选地，所述原始记录包括10个流量检定点的数据，每个流量检定点包括3次检定过程的数据。

优选地，所述原始记录内置有修正的标准体积管累积流量计算公式。

优选地，航空油料的压缩系数和膨胀系数建立有在不同温度下的数据库，数据库中的参数进行拟合形成经验公式。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明能够满足日常大量的流量计检定工作的需要，同时满足计量检定的高精度要求；

2、操作便捷；

3、安全系数高，更加符合航空油料检定场所的安全要求。

4、建立了本地数据库，保存的数据可随时进行本地浏览和备份保存。

5、对脉冲信号丢失缺失的问题进行了优化，使采集的脉冲信号更准确。

6、考虑了检定介质的压缩系数温度修正因素，并建立了数据库，使修正结果更准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施例的计量检定系统结构框图；

图2是本发明优选实施例中电磁四通阀流动方向第一示例图；

图3是本发明优选实施例中电磁四通阀流动方向第二示例图；

图4是本发明优选实施例中的修正公式计算流程图；

图5是本发明优选实施例中的检定证书第一示意图；

图6是本发明优选实施例中的检定证书第二示意图；

图7是本发明优选实施例中的检定证书第三示意图；

图8是本发明优选实施例中的原始记录示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容和特点，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步描述：

所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1至图8：

一种航空油料用流量计的在线计量检定系统，采用PC-PLC的主从式架构，包括：作为上位机的PC机和作为下位机的PLC控制装置，PC机通过工业以太网与PLC控制装置连接，PLC控制检定系统硬件，采集体积管与流量计系统传输的数据信息，上行反馈至PC机。其中：

作为上位机的PC机；

1、PC机的功能概述：PC机用于控制计量检定系统，是计量检定系统的指令发出端和数据最终接收端，其直接被使用者操作使用，和使用者进行直接交互；PC机可向PLC控制装置发出信号，进而PLC控制装置向体积管与流量计系统发送控制指令，控制电磁四通阀的运转；PC机可接收由PLC控制装置传来的各种数据信号，并完成处理和保存。

2、PC机的结构描述：PC机为常用的台式计算机或其他能完成软件安装与使用的各种计算机，其上设有控制与处理软件、检定记录表格和检定数据库。PC机通过工业以太网与PLC控制装置连接，PLC控制装置控制体积管与流量计系统，采集系统传输的数据信息，上行反馈至PC机；

控制与处理软件包含控制功能与数据显示功能；控制与处理软件是一款专门为流量计的计量检定而开发的适配软件。它包含以下几个功能：软件可对控制系统中的阀门进行控制操作，改变开闭状态和进行其他控制功能；软件具有实时显示数据的功能，包括各个位置的温度值、压力值、检测开关的瞬时触发状态、脉冲数据和时间等；软件可控制自动完成检定流程的程序步骤，使电磁四通阀自动换向，从而改变检定循环流动的流向，在完成单次检定工作后自动进入下一次检定流程；软件可将检定记录表格的数据和检定数据库内的数据共享，实现同步更新；检定记录表格是具有固定模板的一系列表格，每次检定的各种数据和信息分别被记录到表格中保存；检定数据库保存检定过程中的全部数据，供使用者调取使用。

作为下位机的PLC控制装置；

1、PLC控制装置的功能：PLC控制装置在运行过程中采集体积管与流量计系统上的所有数据，传递至PC机的数据库保存，部分数据在PC机的控制与处理软件上实时显示；

2、PLC控制装置的结构：PLC控制装置设置总线、CPU、存储器、输入单元、输出单元、隔离电源和通信接口；所述PC机和PLC控制装置上设置通信模块，通信模块使用以太网通讯协议，PC机和PLC控制装置通过局域网网线连接。

体积管与流量计系统：

所述体积管与流量计系统包括：被检定流量计、脉冲发生器、流量计温度变送器、流量计压力变送器、标准体积管、检定球、体积管温度变送器、体积管压力变送器、检测开关、电磁四通阀、稳压调节阀、油泵；

被检定流量计可以是多种型号的流量计。

所述标准体积管为具有一段固定容积段的管道设备，所述检定球为有一定弹性的橡胶球体，检定球外径与标准体积管内径相同或略大，在油泵作用下于标准体积管内部进行往复运动；

所述体积管温度变送器、体积管压力变送器、检测开关分别为两组，一组设置在标准体积管固定容积段的入口处，一组设置在标准体积管固定容积段的出口处；检测开关有联动结构，在检定球通过的瞬时向PLC控制装置发送信号。

所述流量计温度变送器、流量计压力变送器设置在被检定流量计的上游或下游，所述脉冲发生器与被检定流量计的传动齿轮连接；

所述脉冲发生器为AB相脉冲发生器。

电磁四通阀设置有限位装置。

其中：

PC机通过工业以太网与PLC控制装置连接，PLC控制装置控制体积管与流量计系统，采集系统传输的数据信息，上行反馈至上位机PC机；

实施例1

本发明计量检定系统的工作原理是：

数据采集：

标准体积管与被检定流量计通过管路串联，航空油料将依次流过标准体积管标准容积管段和流量计，在相同的时间内流过两者的液体有相同的体积，标准体积管的固定容积是已知的，以此来检定流量计。

在标准体积管固定容积段的入口和出口处各布置一个检测开关，检定球通过检测开关时，触动检测开关的联动结构，检测开关向PLC控制装置的输入单元传输信号，经过CPU处理后开始计时，同时开始记录AB相脉冲发生器传递的脉冲信号，当检定球通过出口处的检测开关时，第二个检测开关发出信号，CPU处理开始停止计时，停止记录脉冲发生器的信号，存储器内储存脉冲数据和时间数据。

在CPU接收两个检测开关信号的时间段，各个温度变送器、压力变送器经过信号采集，并转换为标准的电信号，传递到PLC控制装置的输入单元，存储在存储器内；脉冲数据和时间数据在检定结束后，也存储到存储器中。

在检定过程中，温度变送器、压力变送器、脉冲信号等实时传递到输入单元，经输出单元传递至PC机的控制与处理软件，在软件界面中实时显示。

数据处理：

为了减小标准体积管单向运行而导致的系统误差，在检定球通过第二个检测开关后，PLC控制装置的CPU内置程序将自动控制电磁四通阀换向，标准体积管内部的液体反向流动，检定球在液体推动下反向运行，重复上述过程，完成单次检定工作。

稳压调节阀安装在油泵的下游，通过稳压阀的导阀弹簧控制导阀开闭，从而为标准体积管内和被检定流量计保持相对稳定的压力，例如，小流量(300L/min以内)时，压力保持在0.4MPa以内。

各个温度变送器、压力变送器、脉冲发生器的信号将传输到PLC控制装置，再传递到PC机上；单次检定结束后，温度数据、压力数据、脉冲数据、时间数据将通过PLC控制装置的输出单元传递至检定数据库中；单次检定过程中的温度和压力数据是一直随时间而变化的，在检定数据库中，对温度和压力数据进行时间平均处理。

检定完成后，通过控制与处理软件刷新检定记录表格，检定数据库内的数据将自动填充至检定记录表格中。

本发明通过程序控制电磁四通阀等元器件，接收来自各数据采集装置的数据，自动完成数据处理计算，实现检定工作的自动化操作，包括PC机、PLC控制装置、体积管与流量计系统；所述PC机设置有控制与处理软件、检定记录表格、检定数据库；所述PLC控制装置设置有总线、CPU、存储器、输入单元、输出单元、隔离电源、通信接口；所述体积管与流量计系统包括：标准体积管、检定球、体积管温度变送器、体积管压力变送器、检测开关、被检定流量计、脉冲发生器、流量计温度变送器、流量计压力变送器、电磁四通阀、稳压调节阀、油泵。本发明的PC机与PLC控制装置通过局域网网线连接，PC机通过控制与处理软件向PLC控制装置发送指令，PLC控制装置直接控制系统运行，并采集系统传回的数据，上行反馈至PC机，数据在PC机数据库内存储，调取后形成检定记录表格，完成检定工作。

本发明提供的航空油料用流量计的计量检定系统及检定方法，数据采集的过程便捷，数据可靠性强，检定方法逻辑严谨，数据传输过程安全、高效，系统硬件防爆安全性能良好，符合对航空油料日常检定工作的需要，提高了航空油料行业检定工作的效率。

请参阅图4，一种航空油料用流量计的计量检定方法，该方法应用上述航空油料用流量计的在线计量检定系统，包括以下步骤：

S01：给在线计量检定系统的PC机、PLC控制装置和体积管与流量计系统通电，运行系统；

S02：开启油泵，系统内部开始流动并等待检定工作开始；

S03：打开PC机的控制与处理软件，登录用户系统，选择检定管线；

S04：在PC机的控制与处理软件中输入被检定流量计和标准体积管的各项参数数据，以及管道中航空油料的属性参数，例如：流量计型号、体积管标准容积、体积管壁厚、体积管内径、体积管材料的弹性模量、航空油料在20℃时的压缩系数和膨胀系数等；

S05：调整油泵，使流动达到设定的流量值；

S06：在PC机的控制与处理软件中运行检定功能，开始自动检定过程；

S07：完成设定流量值的检定后，改变流量值，重复上一步骤进行下一流量点的检定；

S08：检定流程数据自动上传至数据库，由数据库导入检定记录表中，系统自动计算基本误差和重复性等数据；

S09：保存检定记录表格。

所述方法使用标准格式的检定记录表格；检定记录表包括检定证书和原始记录两部分，其中原始记录内包括10个流量检定点的数据，每个流量检定点包括3次检定过程的数据；原始记录内置了修正的标准体积管累积流量计算公式。

检定记录表格中计算了修正的累积流量，公式以《液体容积式流量计检定规程JJG667-2010》为参考，如下：

其中，V_s为体积管的固定容积段容积，p_S为体积管的平均压力值，D为体积管内径，e为体积管壁厚，E_S为体积管材料的弹性模量，β_S为体积管的体膨胀系数，t_S为体积管内液体平均温度，β为液体膨胀系数，t_m为被检定流量计处液体温度，К为液体压缩系数，p_m为被检定流量计处压力。

为了使累计流量修正更接近真实值，航空油料的压缩系数和膨胀系数建立了在不同温度下的数据库，数据库中的参数进行拟合形成经验公式：

压缩系数：

膨胀系数：β＝a_β·β₂₀+b_β·β₂₀·T+c_β·β₂₀·T²

其中，К为修正后最终的压缩系数，К₂₀为检定介质在20摄氏度时的压缩系数，β为修正后最终的膨胀系数，β₂₀为检定介质在20摄氏度时的膨胀系数，T为检定工作时的温度，a_К、b_К、c_К、a_β、b_β、c_β分别为拟合公式的参数，依据检定介质的不同而有所改变。

实施例2

本发明计量检定方法的实现流程是，对于一块被检定流量计(如容积式流量计)，通过控制与处理软件计算其流量范围内的10个流量点，调整油泵使流量接近设置的流量点。操作控制与处理软件，开始当前流量点的检定工作，软件自动完成同一个流量点连续3次检定工作。调整油泵使流量达到下一个流量点，重复上述工作，直至10个流量点的检定工作全部完成。在此期间，通过控制与处理软件打开检定记录表格，刷新原始记录，检定过程的脉冲数据、温度数据、压力数据、时间数据和时间数据从检定数据库同步上传至检定记录表格。温度和压力数据进行检定过程中的时间平均处理，最终得到处理后的数据。

被检定流量计的脉冲数据乘该流量计的仪表系数得到过程中通过流量计的液体体积计算值，与经过修正的累积流量值相比较，最后得到检定结果。修正后的累积流量由《液体容积式流量计检定规程JJG 667-2010》中的公式计算得到，其中液体的膨胀和压缩系数与航空油料类别性质、检定过程时的温度相关，例如，某种航空油料样品的压缩系数计算公式为：

某种航空油料样品的膨胀系数计算公式为：

β＝1.834β₂₀-8.091×10^-2β₂₀·T+1.812×10^-3β₂₀·T²

检定记录表格的原始记录参考《液体容积式流量计检定规程JJG 667-2010》中的基本误差和重复性计算公式自动计算出基本误差和重复性数据，根据原始记录的数据自动生成检定证书，由检定员保存检定证书。

以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种航空油料用流量计的计量检定系统，其特征在于，采用PC-PLC的主从式架构对航空油料用流量计进行计量检定，所述计量检定系统包括：

用于获取基本数据的体积管与流量计系统；

作为上位机的PC机和作为下位机的PLC控制装置；其中：

所述PC机通过工业以太网与PLC控制装置进行数据交互，所述PLC控制装置一方面接收体积管与流量计系统的基本数据，将基本数据转发给PC机，另一方面接收PC机的控制指令，根据控制指令控制体积管与流量计系统的工作状态。

2.根据权利要求1所述的航空油料用流量计的计量检定系统，其特征在于，所述体积管与流量计系统包括：

标准体积管和检定球；所述标准体积管为具有一段固定容积段的管道设备，所述检定球为有弹性的球体，所述检定球的外径与标准体积管内径相同，在油泵作用下检定球在标准体积管内部进行往复运动；

体积管温度变送器，用于检测标准体积管固定容积段的入口和出口位置的温度；

体积管压力变送器，用于检测标准体积管固定容积段的入口和出口位置的压力；

流量计温度变送器，用于检测被检定流量计的上游和/或下游温度；

流量计压力变送器，用于检测被检定流量计的上游和/或下游压力；其中：

被检定流量计的传动齿轮连接有脉冲发生器；油泵通过油管依次与稳压调节阀、电磁四通阀、标准体积管连接；所述油泵通过被检定流量计与标准体积管连接。

3.根据权利要求2所述的航空油料用流量计的计量检定系统，其特征在于，所述体积管温度变送器、体积管压力变送器、检测开关分别为两组，一组设置在标准体积管固定容积段的入口处，一组设置在标准体积管固定容积段的出口处。

4.根据权利要求2所述的航空油料用流量计的计量检定系统，其特征在于，所述的检测开关有联动结构，在检定球通过的瞬时向PLC控制装置发送信号。

5.根据权利要求2所述的航空油料用流量计的计量检定系统，其特征在于，所述流量计温度变送器和流量计压力变送器同时设置在被检定流量计的上游或下游的相邻位置。

6.根据权利要求2所述的航空油料用流量计的计量检定系统，其特征在于，所述脉冲发生器为AB相脉冲发生器。

7.根据权利要求2所述的航空油料用流量计的计量检定系统，其特征在于，所述电磁四通阀设置有限位装置。

8.根据权利要求1所述的航空油料用流量计的计量检定系统，其特征在于，PC机设置有：

控制模块：用于向体积管与流量计系统发送动作指令；

数据显示模块：用于读取数据，并对数据进行显示；

检定记录表格模块：用于记录每次的基本数据；

检定数据库模块：用于存储并更新基本数据。

9.根据权利要求1所述的航空油料用流量计的计量检定系统，其特征在于，所述PLC控制装置包括总线、CPU、存储器、输入单元、输出单元、隔离电源、通信接口。

10.一种航空油料用流量计的计量检定方法，其特征在于，该计量检定方法应用如权利要求1-9任一项所述的航空油料用流量计的在线计量检定系统，完成以下步骤：

开启油泵，油液在体积管与流量计系统内部开始流动；

打开PC机，选择检定管线；

在PC机中输入被检定流量计和标准体积管的各项参数数据，以及管道中航空油料的属性参数；

调整油泵，使流动达到设定的流量值；

通过PC机下发运行检定指令，开始自动检定过程；

完成设定流量值的检定后，改变流量值，重复上一步骤进行下一流量点的检定；

检定流程数据自动上传至数据库，由数据库导入检定记录表中，系统自动计算基本误差和重复性数据；

保存检定记录表格。

11.根据权利要求10所述的航空油料用流量计的计量检定方法，其特征在于，所述检定记录表格包括检定证书和原始记录两部分。

12.根据权利要求11所述的航空油料用流量计的计量检定方法，其特征在于，所述原始记录包括10个流量检定点的数据，每个流量检定点包括3次检定过程的数据。

13.根据权利要求11所述的航空油料用流量计的计量检定方法，其特征在于，所述原始记录内置有修正的标准体积管累积流量计算公式。

14.根据权利要求13所述的航空油料用流量计的计量检定方法，其特征在于，航空油料的压缩系数和膨胀系数建立有在不同温度下的数据库，数据库中的参数进行拟合形成经验公式。

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