CN1325882C - 天然气汽车气瓶的存气量计算机计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气汽车气瓶的存气量计算机计量方法。其核心组件为单片机单元，测量组件包括一个设置在储气瓶壁的测温装置及一个设置在汽车减压阀与储气瓶之间管线上的压力测试装置，测温装置及测压装置的信号输出端各分别与一个模/数转换器的信号输入端连接，模/数转换器将测量组件测得的模拟值转换为数字值输入单片机，人机联系部件包括一个用于选择显示储气质量还是显示储气标准状态体积量的按键设置电路和一个用于结果显示的显示器。本发明运用了气体状态方程式原理，将单片计算机引入测量仪表，充分考虑到温度变化对气瓶内压力的影响，因而可以显示车辆气瓶内真实的存气量。

Description

天然气汽车气瓶的存气量计算机计量方法

技术领域：

本发明涉及天然气汽车，具体涉及天然气汽车气瓶的存气量计算机计量方法。

背景技术：

随着现代社会对环境保护的日益重视，使用天然气作为燃料的环保型汽车，即天然气汽车日益受到人们的青睐。天然气汽车用天然气作燃料，行驶时不产生有毒有害废气，天然气以压缩气体状态储存于气瓶内，在使用过程中，瓶内气压在2-20MPa之间变化。但是，环境温度变化对气瓶内压力影响非常显著，现有的压力表未考虑到温度变化对气瓶内压力的影响，因而不能显示车辆气瓶内真实的存气量和考核单车耗气量，也难以及时发现车辆天然气泄漏。由于缺乏计量手段，现在国内外尚未见适合天然气汽车的计量装置，无法了解车辆真实的存气量和使用气量，给天然气汽车使用者带来许多不便，为此开发适合天然气汽车气瓶的存气量的计量方法及装置是当务之急。

发明内容：

本发明的目的是要提供能考虑到温度变化对气瓶内压力的影响，从而能较为精确的计量出天然气汽车气瓶的存气量的计算机计量方法。

为实现本发明所述目的，本发明采用的解决方案是所述计量方法包括以下步骤：

a、打开电源开始后，单片机初始化程序；

b、单片机输出采样命令到模/数转换器；

c、单片机从模/数转换器读取温度测量值T_n(℃)及压力测量值P_n(kPa)；

d、单片机根据压力测量值对应P_n取压缩因子实验值Z；

e、单片机读取键盘选择键；

f、读取到键盘选择键1，则单片机运行程序1，即按公式 $M=\frac{(P_0+P_n)V{M}_{\mathrm{mol}}}{\mathrm{ZR}(273.15+T_n)}$ 运算出储气质量；

g、读取到键盘选择键2，则单片机运行程序2，即按公式 $V_i=\frac{(P_0+P_n)(273.15+T_i)V}{Z{P}_0(273.15+T_n)}$ 运算出储气标准状态体积量；

h、单片机将运行结果输出到显示器；

式中：

M—储气瓶内气体的质量(kg)

P₀—标准状态下气压，为101.325(kPa)

P_n—储气瓶内外差压测量值(kPa)

V—储气瓶容积(m³)

M_mol—取天然气分子量，取18.4

Z—压缩因子实验值，对应P_n取值，范围为0.98～1.25

R—气体常数，为8.31J/mol·K

T_n—储气瓶内气体温度测量值(℃)

V_i—天然气标准状态体积量(m³)

T_i—天然气标准状态温度(℃)。

上述计算方法的天然气汽车气瓶的存气量的计算机计量装置包括一个设置在储气瓶壁的测温装置及一个设置在汽车减压阀与储气瓶之间管线上的压力测试装置，还包括：

一个单片机单元，所述单片机单元主要包括一个运算及处理的微处理器、存放应用程序的程序内存、存放参数及数据的数据存储器、以及用于传输数据的输入输出接口，所述中央微处理器、程序内存、数据存储器，以及输入输出接口通过数据总线、地址总线及控制总线相连接；

一个用于结果显示的显示器，所述显示器与单片机单元之中的数据输出接口相连接；

一个用于选择显示储气质量还是显示储气标准状态体积量的按键设置电路，所述按键设置电路与单片机单元之中的数据输入接口相连接；

一个与测温装置信号输出端连接的用来输入温度模拟量信号的模/数转换器和一个与测压装置信号输出端连接的用来输入压力模拟信号的模/数转换器，所述模/数转换器与单片机数据输入接口相连接。

由于采用上述技术方案，本发明提供的天然气汽车气瓶的存气量计算机计量方法及装置具有这样的有益效果，即，运用了气体状态方程式原理，并将单片计算机引入测量仪表，充分考虑到温度变化对气瓶内压力的影响，因而可以显示车辆气瓶内真实的存气量。

附图说明：

图1：是本发明的程序流程框图

图2：是本发明的基本装置示意框图

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

本发明——天然气汽车气瓶的存气量计算机计量方法及装置，其基本原理是利用理想气体的状态方程。

即，当质量为M，摩尔质量为M_mol的理想气体处于平衡状态时，它的P，V，T之间的关系式为：

$\mathrm{PV}=\frac{M}{M_{\mathrm{mol}}}\mathrm{RT}---\left(1\right)$

R—摩尔气体常量，在国际单位制中R＝8.31J/mol·K

P—气体压强(Pa)

M—气体质量(Kg)

V—气体体积(m³)

但是，真实气体，在密度不太高、压强不太大(与大气压比较)和温度不太低(与室温比较)的范围内，才能遵守理想气体的状态方程，因此，在应用理想气体状态方程时，必须考虑到真实气体的特征而予以必要的修正。

在本发明中，通过压缩因子Z予以修正，Z为实验值，其范围为0.98～1.25。

即，通过修正后的气体方程式：

$\mathrm{PV}=Z\frac{M}{M_{\mathrm{mol}}}\mathrm{RT}---\left(2\right)$

可推导出： $M=\frac{(P_0+P_n)V{M}_{\mathrm{mol}}}{\mathrm{ZR}(273.15+T_n)}$

考虑天然气的标准状态(设为P₁、V₁、T₁)和瓶内平衡状态(设为P₂、V₂、T₂)，由式(1)和式(2)可知：

$\frac{P_1{V}_1}{T_1}=\frac{P_2{V}_2}{Z{T}_2}=\frac{M}{M_{\mathrm{mol}}}R$

可推导出：

$V_i=\frac{(P_0+P_n)(273.15+T_i)V}{Z{P}_0(273.15+T_n)}$

M—储气瓶内气体的质量(kg)

P₀—标准状态下气压，为101.325(kPa)

P_n—储气瓶内外差压测量值(kPa)

V—储气瓶容积(m³)

M_mol—取天然气分子量，取18.4

Z—压缩因子实验值，对应P_n取值，范围为0.98～1.25

R—气体常数，为8.31J/mol·K

T_n—气体温度测量值(℃)

V_i—天然气标准状态体积量(m³)

T_i—天然气标准状态温度(℃)

图1是本发明的程序流程框图。

具体的实施步骤为：

先对单片机进行编程，将应用程序以及预设的初始参数：天然气汽车储气瓶容积V(m³)，天然气分子量，天然气标准状态温度T_i，压缩因子Z的实验值，存入单片机的程序内存中；

打开电源，单片机初始化程序，输出采样命令到模/数转换器，模/数转换器把从设置在储气瓶壁的测温装置上及设置在汽车减压阀与储气瓶之间管线上的测压装置上采样取得的温度测量值T_n(℃)及压力测量值P₄(kPa)的模拟量转换为数字量输入单片机的数据存储器；

单片机读取测量值，根据压力测量值对应P_n取压缩因子Z值；

单片机读取键盘选择键，读取到键盘选择键1，则单片机运行程序1，即按公式 $M=\frac{(P_0+P_n)V{M}_{\mathrm{mol}}}{\mathrm{ZR}(273.15+T_n)}$ 运算出储气质量，读取到键盘选择键2，则单片机运行程序2，即按公式 $V_i=\frac{(P_0+P_n)(273.15+T_i)V}{Z{P}_0(273.15+T_n)}$ 运算出储气标准状态体积量；

单片机将运行结果输出到显示器，显示器显示结果。

图2是本发明的工作原理示意框图。

本发明的核心组件为一个单片机单元。

测量组件包括一个设置在储气瓶壁的测温装置及一个设置在汽车减压阀与储气瓶之间管线上的压力测试装置，所述测温装置可以使用常见的测温装置如热电偶等，所述测压装置可以使用常用的测压装置如差压仪等，测温装置及测压装置的信号输出端各分别与一个模/数转换器的信号输入端连接，模/数转换器将测量组件测得的模拟值转换为数字值输入单片机。

人机联系部件包括一个用于选择显示储气质量还是显示储气标准状态体积量的按键设置电路和一个用于结果显示的显示器，所述按键设置电路与单片机单元之中的数据输入接口相连接；所述显示器与单片机单元之中的数据输出接口相连接，所述显示器可以使用常见的显示器如液晶显示器或数码发光管等。

本发明除可以用于计量天然气汽车气瓶的存气量，也可以用于其它的温度对于计量精确度影响较大的储气装置的存气量计量。

Claims (1)

1、天然气汽车气瓶的存气量的计算机计量方法，其特征在于包含以下步骤：

a、打开电源开始后，单片机初始化程序；

b、单片机输出采样命令到模/数转换器；

c、单片机从模/数转换器读取温度测量值T_n(℃)及压力测量值P_n(kPa)；

d、单片机根据压力测量值对应P_n取压缩因子实验值Z；

e、单片机读取键盘选择键；

f、读取到键盘选择键1，则单片机运行程序1，即按公式 $M=\frac{(P_0+P_n)V{M}_{\mathrm{mol}}}{\mathrm{ZR}(273.15+T_n)}$ 运算出储气质量；

g、读取到键盘选择键2，则单片机运行程序2，即按公式 $V_i=\frac{(P_0+P_n)(273.15+T_i)V}{Z{P}_0(273.15+T_n)}$ 运算出储气标准状态

体积量；

h、单片机将运行结果输出到显示器；式中：

M—储气瓶内气体的质量(kg)

P_o—标准状态下气压，为101.325(kPa)

P_n—储气瓶内外差压测量值(kPa)

V—储气瓶容积(m³)

M_mol—取天然气分子量，取18.4

Z—压缩因子实验值，对应P_n取值，范围为0.98～1.25

R—气体常数，为8.31J/mol·K

T_n—储气瓶内气体温度测量值(℃)

V_i—天然气标准状态体积量(m³)

T_i—天然气标准状态温度(℃)。

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