汽车油罐车容积表计算软件的实现.pdf

汽车油罐车容积表计算软件的实现杨卓群王以松（通讯作者）何 兵闵世俊（贵州省计量测试院；贵州大学 计算机科学与技术学院）摘要：本文依据 汽车油罐车容量检定规程，介绍了设计方案及主要模块的功能及运行效果，采用 语言，实现汽车油罐车容积表计算软件；利用数学软件 验证，对加注高度范围内任意高度的容积进行数值计算并比较；将软件的绘图模块进行曲线对比，验证了软件输出的正确性。实验证明：该软件具有较好的实用效果，提高了工作效率和计算准确性，对汽车油罐车容积表计算具有重要的参考价值。关键词：汽车油罐车；三次均匀 样条插值；容积表；：，：；（）；引言汽车油罐车作为一种能源运输的专用车辆，广泛用于装运汽油、柴油、煤油等液体燃料，因此，其容积的检定测量准确性尤为重要。汽车油罐车容量检定规程 与 检定规程 的数据处理不同，需对其加注数据采用“三次均匀 样条插值”算法进行处理，将容积表作为实际使用中加注量的依据来源。目前，国内已有研究人员对相关检定装置自动化系统进行构建和研究 ，并对实验室建设提出切实的建议及检定时应注意的问题。综上所述，本文依据 检定规程，设计并实现具有数据读取、数据处理、曲线绘制、容积表输出功能的处理软件。不仅能在人工测量后独立使用，而且能协助现有系统配合使用，解决了数值计算的复杂繁重。软件设计及界面 软件设计本文依据 汽车油罐车容量检定规程，对现行规程的汽车油罐车容积表计算过程进行探讨。并在此基础上，完成对其软件功能的实现，软件的功能框架及方案如图 所示，采用 开发，配合 应用程序 ，将功能模块封装至对应的动态链接库文件中，更有利于代码的模块化处理，提高函数修改和升级的简易性。通过测试，软件可在 操作系统运行使用。操作界面该软件的操作界面如图 所示，按功能可分为个主要部分，即：文件读取功能（高度上限、高度下限）、油罐车容积表计算功能（数据导出）、绘制曲线功 计量与测试技术 年第 卷第 期能、信息输出（显示读取文件的内容及计算结果）。?图 计算软件的流程图图 软件的操作界面 数据采集依据 检定规程，首先需完成加注量达到标称容积 的检定，然后记录每次注入时标准容器内的水温及加注量，最后一次加注油罐内介质温度，完成对容积 进行修正。软件中，“油罐车加注计算表 ”应满足规程对加注量的修正过程。填写加注至 前后的采集数据（加注容积、温度、加注高度），自动计算修正系数，对容积修正后，导出待处理数据集。主要模块及功能该软件主要模块包括：数据读取模块、容积计算模块、容积表输出模块、绘图模块。数据读取模块依据 检定规程，由检定员完成标称容量 及标称容量 的检定，并记录加注量、高度和水温温度等数据；然后利用软件的记录表格填写采集数据，得到该段加注的修正数据，并生成待处理文件；最后，通过数据读取模块，对特定格式的 文件（检定点集）读取加注数据，解析数据的采集区间、加注点数量及对应数值。读取特定格式文件后，由“油罐车加注计算表”导出待处理数据，即为待处理的加注文件经软件读取后的信息输出，如：第四组数据“”即“第 次加注、加注高度至 、对应加注容积 ”。逐行类推，读取后，将信息显示用于后续操作。容积计算模块依据规程，首先根据采集高度 容积点集 的个数 ，自动生成（）（）维的系数矩阵 ，并计算控制点集的数据集 对应的高度和容积。（）根据式（），将矩阵 和向量 、分别带入方程组 、进行数值求解，得到控制点集（，），用于拟合各分段曲线的三次函数 。由式（）可知，矩阵 近似呈对角矩阵，其左下和右上为零，采用三角分解法计算矩阵 的逆矩阵，可得控制点集 的坐标，即（，）。按降幂计算各段三次 样条插值曲线函数的系数，并记录曲线函数，用于计算容积表，从而实现求解高度范围内，任意高度对应的计算容积。如填写高度为 ，可输出计算结果为“”。通过容积表的计算功能，可按用户设置的间隔高度逐点计算容积，得到容积表内高度对应的计算容积。信息输出栏输出高度间隔为 的计算结果（显示三位小数），共输出 组数据，并将容积杨卓群等：汽车油罐车容积表计算软件的实现表导出至外部文件保存。容积表输出模块点击“输出容积表文件”，启动外部程序 ，将计算后的数据填至“油罐车检定容积表 ”中数据对应位置并生成文件，另存后以备容积表的打印查询。容积表输出文件如图 所示，由于输入的高度数据呈严格等差关系，因此三次曲线端点高度对应的容积值与输入数据完全一致。油罐车检定容积表相关信息：比较数据 附录 油高（）容积（）油高（）容积（）油高（）容积（）油高（）容积（）以下空白 ，检定证书附页本证书有效期至图 输出检定容积表文件 绘图模块利用 动态链接库，配合容积计算模块，将计算容积表绘制成容积曲线，从而实现绘制三次 样条插值曲线组图像的功能。该模块即可为用户提供直观的容积曲线图，又可同时绘制两规程算法的数据曲线，用于对比、验证和分析容积趋势；提供通过移动鼠标，显示曲线上任意点的对应坐标功能，在曲线上选点；滚动鼠标时，可将曲线放大或缩小，更清晰地分析曲线趋势；所绘曲线图可进行保存操作。该模块运行效果组图如图 所示。其中，图（）为 检定规程采用线性内插法绘制的容积折线组；图 （）为 检定规程中三次均匀 样条插值法绘制的容积曲线组；图（）为同一坐标系内绘制两种方法的对比图；图（）可将对比图进行局部放大，便于用户对曲线走势的分析和数据有效性的判断。此外，该功能模块支持用户对坐标取点、移动、存储功能。?图 绘制模块的效果组图结合三次均匀 样条的几何特性 ，观察绘制曲线，可知两种算法绘制的图像较为相近。其原因是由于加注点高度值保持严格的等差关系，因此计算控制点集后，得到 （除两端增加点外）的高度值即为原加注点高度 。在曲线中，各控制点均为所在分段的端点，且 。（）（，）（）式中：、所在区间端点的高度坐标，（，）；、两点的临近外扩点高度坐标；高度，的归一化。计量与测试技术 年第 卷第 期将 带入式（），利用各分段三次 样条插值曲线函数，可得各对应的容积值等于加注点的容积，即各分段端点重合。由于连续端点之间呈上凸（下凹）的曲线，使三次插值曲线与 版的线性内插所得直线段存在较小差别。因此，检定点对后续的控制点计算和容积表的输出有较大影响，加注时，应满足等高或近似等高的要求。软件验证为验证软件计算结果的正确性，根据计算结果的可比较性，本文采用 附件 为示例，利用数学软件 对计算结果进行数值比较等验证。验证工具美国 是一套工程计算数学软件，与专用计算工具电子表格不同，其具有独特的可视化格式和便笺式界面，能进行数值运算、符号运算和带单位的运算，以及集计算、图形能力、编程和文字处理。采用接近写公式的方式，表述用户所要求解的问题，通过底层计算的引擎计算返回结果，计算过程近似透明。验证过程将容积计算模块的计算结果进行验证比较。“三次均匀 样条插值算法”对加注的均匀度要求较高，因此，选择 检定规程附录 为测试数据。首先，计算控制点集 （，），并对其进行验证。的计算结果如图 所示，与软件计算所得控制点集纵坐标 相比，个控制点均一致；与规程示例的计算结果 ，相比，统一进位后三者计算结果一致。对高度 的计算容积进行验证，可得 。依据规程拟合曲线，求解高度 对应容积计算值，高度 处于 ，范围，因此，需拟合曲线（），则曲线的三次函数为：（）（）将式（）化简可得：（）（）（）将 等参数带入式（），可得高度 对应的计算容积 （）。若同时保留三位小数，则计算结果一致。?图 与软件计算的控制点集纵坐标比较利用 ，类似处理高度为 时，结果为 ；软件计算结果为 。同样保留三位小数，计算结果一致，数值计算验证通过。利用 ，对输入区间（）的各分段三次 样条插值函数进行曲线绘制，如图 所示。与图 相比，两者图像一致，曲线绘制功能验证通过。?图 绘制三次 样条插值曲线组 结语综上所述，本文依据 检定规程，设计并实现具有数据读取、数据处理、曲线绘制、容（下转第 页）杨卓群等：汽车油罐车容积表计算软件的实现电阻选择）。（）校准点和理论值模块根据检定规程，设置准确度等级相对应的压力变送器的检定点数量，系统根据被检变送器量程范围，自动设置校准点，既可按量程内均匀分布，也可在包括上限、下限的情况下，自由设置校准点，并计算对应的理论输出值。若被检仪器量程超过标准器量程，则标准器在设置检定点时会显示超载，无法进行该量程检定。此外，可根据实际情况或客户特殊要求手动输入设置 。（）结果处理模块系统软件中，输入压力变送器相应等级的允许误差、基本误差公式、回差公式、测量不确定度等。（）证书及原始记录处理模块导入单位的证书模板和记录模板应符合 压力变送器检定规程 的技术要求，且经过受控批准。利用自动生成的检定信息和数据处理结果 后，计算机根据单位的证书模板提供检定 校准报告。同时，电子记录生成后，任何人不能进行修改，对电子记录的查询设置权限。结语综上所述，测量压力变送器传统的方法需人工操作标准器及配套设备，并记录计算结果，该方法技术成熟，应用广泛（特别是市县级计量检测所），但难以提高准确性，高效性、便捷性；而基于 的压力变送器校准系统的方法，能实现被检测点及理论输出值的设置、校准数据的采集、检定结果的计算、测量不确定度评定，原始记录和检定 校准证书的生成等一系列检定、校准工作的全自动化，具有操作简单、使用方便、避免人工操作效率低下及错误率较高的缺陷 ，提高了检定、校准结果的可靠性 。参考文献 压力变送器检定规程 戴春丽 压力变送器自动检定系统的开发 工业计量，（）：张文峰，曾建华 基于 的压力变送器全自动校准系统设计 航空工业测控技术发展中心，中国航空学会测试技术分会，状态监测特种传感技术航空科技重点实验室 第十六届中国航空测控技术年会论文集，程虎，刘杰伟，苏欣 压力变送器检定及调整技巧 计量与测试技术 ，（）：徐霄峰 浅谈压力变送器的检定方法 品牌与标准化，（）：压力变送器检定规程 何亚洲 基于提高压力变送器测量能力的方法改进与分析 计量与测试技术，（）：李东旭，张亚红，伏欣 压力变送器校准方法及数据处理的探讨 甘肃科技，（）：秦亭亭，马力，洪扁，等 基于 的压力变送器自动校准系统的研制 仪器仪表用户 ，（）：陈锡辉，张银鸿编著 程序设计从入门到精通 北京：清华大学出版社，王棋，陈玉娟，王立梅 基于 的压力传感器自动检定系统设计 计测技术，（）：杨磊，徐标，郭贵法 数字压力计自动检定系统的软件设计 中国计量，（）：（上接第 页）积表输出功能的处理软件。实验证明：该软件计算准确性高、计算速度快，对汽油罐车的容积表的计算具有重要的参考价值。参考文献 汽车油罐车容量检定规程 汽车油罐车容量检定规程 崔耀华 汽车油罐车容量检定规程 解读 中国计量，（）：杨卓群，盛晓彦 汽车油罐车容积表计算的探讨 计量与测试技术，（）：梁艳争，姚新红，黄咏梅，等 基于 和 的容量计量标准装置控制系统设计 工业控制计算机，（）：万勇，王龙，卢嘉敏，等 一种汽车油罐车容量计量平衡与交替式标定方法及系统研究 计量技术，（）：李进豪 基于 的报表自动生成技术的研究与实践 现代计算机，（）：马鑫钰，王金涛，孙斌，等 基于插值算法和时间序列的容积表拟合方法 计量学报，（）：方忆湘，刘文学 基于几何特性的三次均匀 样条曲线构造描述 工程图学学报，（）：王平心，吴颉尔 在三次样条插值教学中的应用 中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），（）：覃雨婷：压力变送器的测量方法研究