燃油加油機(jī)檢定誤差曲線(xiàn)繪制及應(yīng)用
在JJG443-2006《燃油加油機(jī)》檢定規(guī)程中，相對(duì)誤差是檢定人員判斷加油機(jī)是否合格的主要依據(jù)。但是，由于相對(duì)誤差需經(jīng)復(fù)雜換算，檢定人員難以依靠標(biāo)準(zhǔn)器指示體積值對(duì)一些臨界點(diǎn)作出準(zhǔn)確的判斷，臨界點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)誤判率相對(duì)較高。本文介紹的EV×104-(tJ-tB)曲線(xiàn)的繪制，能夠幫助檢定人員有效地減少臨界點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)誤判。
JJG443-2006要求，在-25℃～+55℃的范圍內(nèi)，其付油體積相對(duì)誤差應(yīng)控制在±0.3%。油品燃料是熱敏感物質(zhì)，隨著周?chē)h(huán)境溫度的變化，體積也會(huì)隨之變化。雖然正常環(huán)境溫度變化不至于造成兩相流，但是溫度變化對(duì)被測(cè)油品體積的影響不容忽視。對(duì)于汽油來(lái)說(shuō)，1℃的溫差意味著0.12%的體積誤差，1.5℃的溫差對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度的影響將達(dá)0.18%。目前，我國(guó)在用的燃油加油機(jī)是一種體積計(jì)量器具，在付油過(guò)程中并未對(duì)溫度的影響進(jìn)行修正。JJG443-2006充分考慮了溫度對(duì)油品的影響，把實(shí)際體積換算成標(biāo)準(zhǔn)體積，然后再進(jìn)行相對(duì)誤差的計(jì)算，其公式如下:
VBt=VB〔1+βY(tJ-tB)+βB(tB-20)〕(1)
式中:VBt——量器在tJ℃下給出的實(shí)際體積，L；VB——量器在20℃下的標(biāo)準(zhǔn)容積，L；VJ——加油機(jī)在tJ℃下指示的體積值；βB——量器材質(zhì)的體積膨脹系數(shù)，不銹鋼:50×10-6/℃，碳鋼:33×10-6/℃；βY——檢定介質(zhì)的體積膨脹系數(shù)，汽油:12×10-4/℃，柴油:9×10-4/℃；tJ——加油機(jī)內(nèi)流量測(cè)量變換器輸出的油溫(由油槍口處油溫代替)；tB——量器內(nèi)的油溫；EV——加油機(jī)的體積相對(duì)誤差，%。
把式(1)代入式(2)，化簡(jiǎn)得到式(3):
設(shè)Δt=tJ-tB、A=1+βB(tB-20)、
則式(3)可轉(zhuǎn)化為
由式(4)可以看出，EV是k、Δt、A的函數(shù)，通過(guò)控制變量k、A能夠把EV轉(zhuǎn)化為Δt的函數(shù)。下文以VJ=100.00L、VB=99.70L、Δt∈[-5，+5]、tB=20℃的柴油為例進(jìn)行介紹。
根據(jù)JJG443-2006可知，不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)器的體積膨脹系數(shù)βB=50×10-6/℃、柴油體積膨脹系數(shù)βY=9×10-4/℃。根據(jù)式(1)、式(2)可以得出表1中的數(shù)據(jù)。
根據(jù)表1數(shù)據(jù)繪制EV×104-(tJ-tB)曲線(xiàn)，如圖1所示。
同理可得，VB為100.00L、100.30L，tB=20℃時(shí)的曲線(xiàn)，如圖2所示。
由圖2可以看出，當(dāng)超出誤差合格上、下限時(shí)，該次測(cè)量結(jié)果為不合格。
以一次測(cè)量介紹EV×104-(tJ-tB)曲線(xiàn)的讀數(shù)方法。假設(shè)某次測(cè)量采用100L標(biāo)準(zhǔn)器、VB=99.70L、tB=20℃、tJ=17.5℃，根據(jù)數(shù)據(jù)可以從圖2讀出EV×104=52，如圖3所示。
在現(xiàn)實(shí)中，由于每次測(cè)量的VB、tB均存在差異，并不能保證測(cè)量結(jié)果均會(huì)出現(xiàn)在所繪制的EV×104-(tJ-tB)曲線(xiàn)上。下文以柴油(不銹鋼材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)量器)為例介紹如何修正該情況下的誤差。
由式(4)可以看出，tB變化對(duì)圖讀結(jié)果的影響僅體現(xiàn)在對(duì)量A的影響。通過(guò)繪制不同tB的EV×104-(tJ-tB)曲線(xiàn)就能有效地把tB對(duì)圖讀結(jié)果的影響控制在可接受的范圍內(nèi)。在某條件下僅量器內(nèi)的油溫不同，tB溫度下的相對(duì)誤差值為B、tB1溫度下的相對(duì)誤差值為B1，當(dāng)tB1=tB±0.5時(shí)，|B1-B|=0.04%。
為了增加tB溫度下EV×104-(tJ-tB)曲線(xiàn)的通用性，引入溫度校正量α。把[tB-0.5，tB+0.5]區(qū)間分為等量10份，每份溫度校正分量為α1。其校正量由式(5)～式(7)計(jì)算:
n=10×(tB1-tB)n∈Z(6)
α=n·α1(7)
由式(1)和式(2)可以明顯地發(fā)現(xiàn)，VB直接決定了相對(duì)誤差的大小，為增加VB的EV×104-(tJ-tB)曲線(xiàn)的通用性，引入體積校準(zhǔn)量β。以100L標(biāo)準(zhǔn)器為例介紹如何確定β。JB-A型100L標(biāo)準(zhǔn)器其可讀數(shù)區(qū)間為[99.50，100.60]。在相同外界條件下:
EVmax=EV(99.50)-EV(100.60)=1.1%
把[99.50，100.60]區(qū)間等分為110份，每份的體積校正分量β1為
n1=100×(VB-VB1)n1∈Z(9)
β=n1·β1(10)
因而任意點(diǎn)的相對(duì)誤差為
EV=EV(tB，VB)+α+β(11)
例如:某次測(cè)量采用100L標(biāo)準(zhǔn)器、VB1=99.74L、tB1=20.4℃、tJ=17.5℃，由圖3可以得出:
當(dāng)VB=99.70L、tB=20℃、tJ=17.5℃時(shí)，|ΔV|min=|VB-VB1|min= |99.70-99.74|=0.04
EV(tB，VB)=EV(20，99.70)=0.52%(應(yīng)選擇ΔV最小的曲線(xiàn)讀數(shù))
由式(5)～式(11)可以得出:
α=n·α1=10×0.4×0.008%=0.032%
β=n1·β1=100×(99.70-99.74)×0.01%=-0.04%
EV=EV(tB，VB)+α+β=0.52+0.032-0.04=0.512%
同理，可以得出其他tB、VB下的EV值。
在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)使用目的繪制不同tB的EV×104-(tJ-tB)曲線(xiàn)。如果僅為粗略判斷，只需繪出臨界狀態(tài)的曲線(xiàn)；如果要得到較精確的估算值，需對(duì)α、β有效數(shù)值重新估算，并繪制較精細(xì)的等量器內(nèi)油溫的EV×104-(tJ-tB)曲線(xiàn)。汽油曲線(xiàn)的繪制與柴油的類(lèi)似。
作者單位【福建省泉州市惠安縣標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量所】