天然气车辆液位测量系统相关性的研究

王坤 张凯

摘 要：文章介绍了一种天然气车辆液位测量系统及各部件的基本功能。通过静态测量试验，使用两套气瓶静态模拟气瓶气量消耗变化，确定不同厂家液位测量系统各部件的互换性及精确度。

关键词：液位测量系统；精确度测量

中图分类号：U465 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2018）17-185-03

Abstract： This paper introduces a natural gas vehicle liquid level measuring system and its basic functions. The interchang -eability and accuracy of the components of the liquid level measurement system of different manufacturers are determined by static measurement test and the change of gas consumption change of two sets of gas cylinders.

Keywords： Liquid level measurement system； Accuracy measurement

CLC NO.： U465 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-185-03

前言

由于石油资源的紧缺及油价不断上涨，排放及节能要求的不断加严，新能源汽车不断的被研发及使用，产品种类及数量均不断增加。现在新能源汽车主要包括电动汽车、混合动力汽车、乙醇燃料汽车、氢燃料电池车、天然气汽车等。因天然气储存量大，价格便宜，天然气重卡越来越多的投入市场并得到使用者的认可。天然气重卡有CNG（压缩天然气）重卡和LNG（液化天然气）重卡两种。其中LNG重卡能量密度大，续驶里程长，气瓶及支架总重量较轻，多应用于牵引车，用于长途物流运输。在高速长途运输过程中，加气站数量较少或间距太长，LNG重卡的液位测量显示系统若显示不准确将会造成车辆半途熄火或气耗增大，引起司机的强烈抱怨。

1 LNG重卡液位测量显示系统简介

LNG重卡液位测量系统采用电容式传感液位测量原理，本系统由四个部分组成：电容式液位传感器、记忆线缆、液位变送器和显示仪表。测量系统通过植入低温压力容器内部的液位传感器实时传输电容信号，经L型防漏装置记忆线缆相连接，最终将电容信号传输至液位变送器，液位变送器读取记忆线缆内设定的初始数值再结合液位传感器实时输出的电容信号，通过数据运算，最终转化为剩余燃料容积数值通过仪表盘显示给终端客户，功能类似于油表，对卡车司机观察气瓶内剩余燃料有一定的指示作用。

1.1 测量显示系统各部件功能简介

电容式液位传感器：电容式液位传感器与气瓶连接为一个整体，安装在气瓶的内部，其作用是将气瓶内的液位高度转换成电容信号，并通过记忆线缆传送给液位变送器。电容式液位传感器安装在瓶内靠近充液管的一端。与汽、柴油（油位计量系统）相似，该系统能够适应由于加速、刹车、爬坡、转弯等形势条件变化所带来的瞬间影响。对于双瓶、单瓶或者多瓶系统的燃料量的测量，显示仪表可以进行多瓶管理，全景显示模式显示各瓶的剩余燃料以及循环显示气瓶压力值。

1.1.1 记忆线缆

记忆线缆是连接电容式液位传感器及液位变送器的关键零部件，实时传导电容式传感器电容信号和保存气瓶初始设定数值便于液位变送器进行剩余燃料计算。

1.1.2 液位变送器

液位变送器是通过电容式液位传感器传回的模拟信号进行处理，并转换成数字信号传给显示仪表。液位变送器安装在气瓶附近，它有两种通信模式可供用户选择：CAN总线通信模式和模拟信号0-4.2V电压输出。

1.1.3 显示仪表

通常分为液晶屏圆形显示仪表及数码管圆形显示仪表，将液位变送器转换成的数字信号显示出来，以便驾驶员观察。

2 LNG重卡液位测量系统各部件相关性测试

LNG重卡在整车装配过程中，液位测量系统各部件如电容式传感器、记忆线缆、液位变送器混装，不能保证同一供方 产品，则可能会出现LNG重卡液位测量系统显示不准或存在偏差，在极端的情况下会造成熄火的现象。因此，特借用两套气瓶进行试验测试，确定不同厂家液位测量系统各部件的互换性及精确度。

2.1 试验方法及目的简介

2.1.1 使用某气瓶厂家的两套995气瓶

分别装配A公司的液位传感器及记忆电缆和B公司的液位传感器及记忆电缆。，然后逐个气瓶从满液状态下（加液氮）每次放氣20kg（液半数后每次放气10kg）后计算出理论容积，使用A公司液位变送器、B公司液位变送器、C公司液位变送器分别测量出实际容积，按此方法直至放空气瓶，统计数据后进行分析。通过统计测量分析，确定液位变送器供方（A公司、B公司、C公司）精确度；通过不同厂家液位传感器，确定液位传感器及记忆电缆与液位变送器的互换性；通过分析，确定各公司产品的不足及改进要求。

备注：在未加满液氮情况下，利用称重计算出理论容积，反向推算液位传感器增量电容（与真实液位传感器增量电容会存在偏差）

2.2 测量数据

2.3 分析不同厂家气瓶液位传感器及记忆电缆与液位变送器的互换性

2.3.1 通过分析，得到以下结论

（1）不同厂家液位传感器及记忆电缆，装配同一厂家的液位变送器，对液位精度影响不大。

（2）使用C公司及B公司的液位变送器，气瓶理论容积88L以上（客户再此液位之前一般均为加注天然气），同一液位变送器使用不同液位传感器测量数据基本一致，具有互换性。低液位过程中测量数据也基本一致。

（3）B液位液位变送器在气瓶容积剩余260L以上时，液位传感器互换性强；在剩余260L以下时，装配在B公司液位传感器时显示容积与理论容积精度差较小，装配在A公司的液位传感器时精度差较大，在气瓶容积88L至260L之前装配不同的液位传感器，测量显示值与理论值存在偏差，但是精度误差能满足10%以内。

2.4 分析各供方液位变送器精度

2.4.1 通过分析，得到以下结论

（1）A公司与C公司液位变送器测量数据比实际数据高，B公司液位变送器测量数据比实际数据低。

（2）三家测量数据在气瓶半满状态到满状态过程中，测量精度高，符合实际；A公司与C公司在气瓶液量低于335L以下，精度误差超过10%，并逐步增大，在气瓶液量剩余100L时，实际测量数据为140L，误差达40%。此问题将会导致实际气瓶液量不足时，显示液量虚高，有存在让客户在使用过程中趴窝的风险。

（3）B公司液位变送器显示数据在气瓶液量125L以上均能在误差10%范围内显示液位，精度高。在低液位状态下能够更低的显示液量不足，及时提醒用户加注天然气。

3 结论

3.1 液位传感器具有互换性

不同厂家液位传感器在同一液位变送器显示过程中影响小。其中以A公司和C公司液位变送器通用性更好。

3.2 在液位精度误差控制方面

三家在气瓶气量满瓶至半瓶过程中，液位均能准确的显示，精度高。在半瓶至低液位过程中，A公司和C公司显示液量均高于实际真实值，B公司低于实际值。

3.3 A公司和C公司低液量状态下

液位显示误差呈上升趋势，精度较低；B公司低液量状态下，液位显示误差较小，精度较高。

3.4 三家均需完善液位显示算法

尤其是低液位状态下的显示算法，进一步降低相对误差，需将误差控制在10%～20%以内。

参考文献

[1] 施林生.电容式传感器和电容的测量.传感器世界，2010.

[2] 王长杰.LNG车载瓶液位及压力检测系统的设计与开发.济南大学，2013.