Tankowanie paliwa a systemy kontroli zużycia paliwa

Henryk Rzepiejewski Tankowanie paliwa a systemy kontroli zużycia paliwa Coraz więcej pojazdów trakcji spalinowej ma zainstalowane urządzenia kontrolujące zużycie paliwa, które mierzą ilość paliwa w zbiornikach lokomotywy. W wielu wymaganiach przetargowych na zakup takich urządzeń często stawiany był warunek dużej dokładności pomiaru ilości paliwa w zbiornikach lokomotywy, umożliwiającej rozliczanie paliwa pobranego do lokomotyw. Przetargi zostały rozstrzygnięte można więc przypuszczać, że oferenci zadeklarowali spełnienie tego wymagania. Artykuł jest próbą odpowiedzi czy jest to możliwe i z jaką rzeczywistą dokładnością. Odpowiedź na to pytanie jest istotna również ze względu na konieczność kontroli procesu tankowania, a także możliwość sprawdzenia dokładności mierników ilości paliwa w zbiornikach pojazdów przez odniesienie ich wskazań do wskazań przyrządów stacji paliw. Analiza procesu tankowania Zasadnicze znaczenie mają tu właściwości oleju napędowego, przebieg procesu tankowania i zasady rozliczania paliwa przez wydający go magazyn. Bardzo ważną cechą paliwa jest stosunkowo duży wpływ temperatury na jego objętość. Gdyby paliwo, odmierzane w jednostkach objętości, zostało wydane z magazynu w temperaturze o 11 C niższej, niż zostało przyjęte, to niedobór wyniósł by około 1%. Z tego względu niektórzy przewoźnicy stosują przeliczanie przyjętego i wydanego paliwa do ustalonej temperatury lub rozliczają go w jednostkach masy. W tym drugim przypadku paliwo odmierzone przez dystrybutor w litrach przeliczane jest na jednostki masy [kg], odpowiednio do jego gęstości. Gęstość paliwa mierzy się najczęściej raz na dobę, przyjmując, że przy dużej ilości magazynowanego paliwa jego temperatura, a zatem i gęstość, zmieniają się bardzo wolno i uzyskana z pomiaru wartość może być wykorzystywana do obliczania masy paliwa wydawanego podczas całej doby. Na rysunku 1a, pokazującym poglądowo proces tankowania, dolewane do zbiornika lokomotywy paliwo oznaczone jest cyfrą 2, i takim indeksem wyróżniono jego parametry. Obok w prostokątnym polu wyszczególniono dane, zawarte w dokumencie wydanie paliwa (przyjmując, że określana jest masa wydanego paliwa). Cyfrą 1 oznaczono paliwo pozostające w zbiorniku lokomotywy przed jej tankowaniem, a cyfrą 3 paliwo w zbiorniku po tankowaniu, tj. wymieszane części 1 i 2. Na rysunku 1b pokazano wymianę ciepła, zachodzącą w czasie tankowania paliwa. Najczęściej paliwo znajdujące się w zbiorniku lokomotywy oraz jego ściany mają temperaturę wyższą od temperatury tankowanego paliwa i otoczenia, wskutek czego ulegają ochłodzeniu, a paliwo tankowane ogrzewa się (Q zp, Q pp, Q po ). Związek między gęstością i temperaturą wyróżnionych części paliwa pokazano na rysunku 2. Zaznaczono na nim skrajne wartości gęstości oleju napędowego w temperaturze 15 C [1] (0,800 i 0,845 kg/dc ), dopuszczone przez Wymagania jakościowe dla oleju napędowego stosowanego w pojazdach wyposażonych w silniki z zapłonem samoczynnym [2]. Na skutek tego gęstość w temperaturze 15 C poszczególnych dostaw paliwa w skrajnym przypadku może różnić się około 5,5%. Czasami w wymaganiach przetargowych na dostawę paliwa przewoźnicy ograniczają przedział jego gęstości, co wydaje się uzasadnione związkiem masy paliwa z zawartą w nim energią. Gęstość w temperaturze 15 C paliwa znajdującego się w zbiorniku lokomotywy przed tankowaniem ς 1w może różnić się od gęstość w temperaturze 15 C paliwa tankowanego ς 2w. Po zatankowaniu i wymieszaniu paliwa w zbiorniku jego gęstość w temperaturze 15 C będzie miała nową, pośrednią wartość ς 3w zależną od stosunku mas paliwa w zbiorniku lokomotywy i tan- ζ [kg/dc ] 0,845 a) b) Rw 2, t s ts, ζ m 2ts 2,,, ζ sw 2 ζ 2ts ζ 2 ζ 1w ζ 3w ζ3 ζ 1 2,,, ζ sw 2 ζ 2w ζ = f (t ) 3 Q zp Q pp 0,800 1 1, v 1,, ζ sw 1, v 3,, ζ sw 3, v 1,, ζ sw 1 Q po t s 15 t [ o C] Rys. 1. Tankowanie paliwa 1 paliwo w zbiorniku lokomotywy przed tankowaniem, 2 tankowane paliwo, 3 paliwo w zbiorniku lokomotywy po tankowaniu, m masa paliwa, v objętość paliwa, t temperatura paliwa, ς gęstość paliwa Rys. 2. Gęstość i temperatura paliwa ς 1 gęstość paliwa w zbiorniku lokomotywy przed tankowaniem, ς 2 gęstość paliwa tankowanego, ς 3 gęstość paliwa po tankowaniu 6/2009 47

kowanego. W analizie gęstości uwzględnić należy także wpływ temperatury paliwa i zmiany jej wartości, wynikające z wymiany ciepła zachodzącej podczas tankownia paliwa (Q zp, Q pp, Q po ). Różnica między temperaturą paliwa w zbiorniku lokomotywy i paliwa tankowanego zależy głównie od: temperatury otoczenia, konstrukcji układu paliwowego lokomotywy, ilości paliwa w zbiorniku, czasu pracy silnika spalinowego i jego obciążenia oraz urządzenia, z którego jest dostarczane paliwo (autocysterna, stacja paliw i inne). Układy paliwowe pojazdów szynowych mają bardzo różne konstrukcje, w których stosowany jest jeden zbiornik paliwa (SM31, SM48, ST44, SU46 i inne) lub kilka zbiorników (np. SM42, ST43). Paliwo w zbiorniku, z którego zasilany jest silnik spalinowy jest podgrzewane przez powracający jego nadmiar, a w niektórych rozwiązaniach w okresie zimowym przez specjalne urządzenia. W tych rozwiązaniach temperatura paliwa zmienia się w szerokich granicach i może być wyższa od temperatury paliwa tankowanego nawet o około 50 C. W konstrukcjach z wieloma zbiornikami silnik zasilany jest z dodatkowego, mniejszego zbiornika, a paliwo w zbiorniku głównym ma temperaturę zbliżoną do temperatury paliwa tankowanego. Na rysunku 2, zachowując przyjętą wcześniej konwencję, temperaturę paliwa znajdującego się w zbiorniku lokomotywy przed tankowaniem oznaczono, temperaturę paliwa tankowanego, a temperaturę paliwa w zbiorniku po tankowaniu. Temperatura zależeć będzie od temperatur i, mas paliwa i, masy i temperatury ścian oraz przegród zbiornika biorących udział w wymianie ciepła, temperatury otoczenia i innych, mniej znaczących czynników. Ze zmianami temperatury wiąże się zmiana objętości objętość paliwa, znajdującego się w zbiorniku przed tankowaniem zmniejsza się, a paliwa tankowanego się zwiększa (rys. 1b). Analiza błędów pomiaru masy i objętości paliwa Na stacji paliw ilość tankowanego paliwa odmierzana jest przez przepływomierz dystrybutora, autocysterny lub innego urządzenia służącego do przechowywania i dystrybucji oleju napędowego. Błąd wskazania przepływomierza najczęściej nie przekracza ±0,5% odmierzonej dawki. W takim przypadku błąd odmierzenia tankowanego paliwa wyniesie: Δv = ΔV /100 [dc ] (1) ΔV błąd wskazania przepływomierza [%], objętość tankowanego paliwa [dc ]. Masa tankowanego paliwa ts w dokumencie wydania paliwa Rw określona jest zależnością: ts = t2 ς 2ts [kg] (2) t2 odmierzona przez dystrybutor ilość paliwa [dc ], ς 2ts gęstość paliwa w temperaturze, przy której nastąpił pomiar [kg/d ]. Błąd masy paliwa Δts, określony metodą różniczki zupełnej, przedstawia następująca funkcja: ts = (t2 ς 2ts ) Dv + (t2 ς 2ts ) Dς v ς Δv błąd pomiaru objętości paliwa wydanego [dc ], Δς błąd pomiaru gęstości [kg/dc ]. Po zróżniczkowaniu: ts = ς 2ts Dv + t2 Dς (3) Na błąd gęstości składać się będzie błąd Δς t, wynikający z ewentualnej różnicy temperatur paliwa między pomiarem gęstości i tankowaniem, oraz błąd pomiaru gęstości Δς p Dρ = Dς 2 t + Dς2 p (4) Błąd Δς t może być określony na podstawie ustalonej poprzez pomiary maksymalnej różnicy między temperaturą paliwa w czasie pomiaru gęstości i w czasie wydawania paliwa, co przy średnim temperaturowym współczynniku zmiany gęstości 0,00075 kg/dc 1 C wyniesie: Dς t = 0,00075 (t s ) (5) temperatura paliwa podczas tankowania [ C], t s temperatura paliwa podczas pomiaru gęstości [ C]. W lokomotywie ilość zatankowanego paliwa wyznaczana jest na podstawie wskazań jej układu pomiarowego przed i po tankowaniu. Układ ten jest najczęściej zespołem urządzenia służącego do kontroli zużycia paliwa. W zależności od zasady działania spotykane są rozwiązania, które stosując pewne uproszczenia, można podzielić na mierzące parametr bezpośrednio związany z masą lub objętością paliwa znajdującego się w zbiorniku lokomotywy (ciśnienie hydrostatyczne przy dnie zbiornika lub poziom paliwa) [3]. W pierwszym przypadku, w wyniku kalibracji zbiornika, uzyskuje się zależność między ciśnieniem hydrostatycznym i masą paliwa, a w drugim między poziomem i objętością paliwa. W obu przypadkach urządzenia te wskazują zarówno masę, jak i objętość paliwa, przy czym objętość w przypadku pierwszego rodzaju mierników i masa w drugiego rodzaju miernikach obliczana jest na podstawie wprowadzonej do urządzenia przeliczeniowej gęstości paliwa w temperaturze 15 C (w niektórych urządzeniach użytkownik ma możliwość korygowania tej wielkości, np. przez wprowadzenie numeru paliwa w Tabeli gęstości produktów naftowych, załącznik nr 12) [4]. Gęstość przeliczeniowa korygowana jest odpowiednio do wartości temperatury paliwa. Błąd pomiaru mierników ilości paliwa w zbiorniku lokomotywy musi uwzględniać dokładności przetworników pomiarowych i kalibracji zbiorników, wpływ podłużnego i poprzecznego pochylenia lokomotywy i inne uwarunkowania, jak na przykład skuteczność algorytmów korekcyjnych, które umożliwiają mikroprocesorowym systemom pomiarowym istotne ograniczenie błędów pomiaru. Całkowity błąd pomiaru ilości paliwa w zbiorniku określonego typu pojazdu musi być zadeklarowany przez producenta miernika i różni się istotnie od dokładności zastosowanych przetworników pomiarowych. W urządzeniach mierzących masę paliwa masa zatankowanego paliwa określona jest zależnością: 48 6/2009

= [kg] (6) masa paliwa w zbiorniku przed tankowaniem [kg], masa paliwa w zbiorniku po tankowaniu [kg]. Gdy urządzenie pomiarowe mierzy masę paliwa z błędem Δm, błąd z jakim określona zostanie masa zatankowanego paliwa przedstawia zależność: = ( ) Dm + ( ) Dm Po zróżniczkowaniu: = 2 Dm [kg] (7) Objętość zatankowanego paliwa obliczana jest według następującej zależności: = [dc ] [1 a( 15)] [1 a( 15)] temperatura paliwa w zbiorniku przed tankowaniem [ C], temperatura paliwa w zbiorniku po tankowaniu [ C], α średni temperaturowy współczynnik zmiany gęstości 0,0009 [1/ C], średnia gęstość paliwa w temperaturze 15 C, przyjęta do przeliczeń w urządzeniu [kg/dc ]. Błąd objętości zatankowanego paliwa Δ wynika z dokładności pomiaru masy i temperatury oraz różnicy między rzeczywistą i zastosowaną gęstością paliwa: D = Dm + + Dm + + Dς + + Dt + + Dt Δt błąd pomiaru temperatury paliwa [ C], Δς błąd gęstość paliwa [kg/dc ]. Po zróżniczkowaniu: 1 D = Dm + [1 a( 15)] 1 + Dm + [1 a( 15)] 1 + Dς + ς 2 1 a(t 15)] 1 a(t 15)] wp 3 1 a + Dt + [1 a( 15)] 2 a + Dt [dc ] (8) [1 a( 15)] 2 Błąd Δς spowodowany jest zastosowaniem do obliczeń objętości paliwa stałej wartości gęstości (w temperaturze 15 C), wprowadzonej do miernika podczas jego konfiguracji. Może się ona różnić od rzeczywistej gęstości paliwa znajdującego się w zbiorniku przed tankowaniem, paliwa tankowanego i obu wymieszanych, odpowiednio do zróżnicowania gęstości paliwa w jego dostawach. Różnice te mogą być obliczone z zależności: Dς = ς w (1,2,3) [kg/dc ] (10) Jak wynika z przestawionej zależności bardzo ważna jest wartość gęstości przeliczeniowej. Oszacowanie różnicy i dobranie wartości przeliczeniowej średniej gęstość paliwa, umożliwiającej minimalizację błędu, należy oprzeć na analizie gęstości (w temperaturze 15 C) paliw, w które zaopatrywany był zakład w dłuższym okresie. W urządzeniach mierzących objętość paliwa w zbiorniku lokomotywy objętość zatankowanego paliwa wyznaczana jest z zależności: = v 3t3 [kg/dc ] (10) v 3t3 objętość paliwa w zbiorniku po tankowaniu [dc ], v 1t1 objętość paliwa w zbiorniku przed tankowaniem [dc ]. Jak łatwo zauważyć zależność ta nie uwzględnia występujących podczas tankowania zmian objętości paliwa spowodowanych zmianą jego temperatury, a wynikających z wymiany ciepła (rys. 1 i 2). Nie uwzględnia także różnic gęstości, tak więc może być ona stosowana tylko wówczas, gdy, i oraz gęstości paliwa znajdującego się w zbiorniku i tankowanego będą zbliżone. Pomijając ewentualne różnice gęstości można stwierdzić, że zadowalające wyniki mogą być uzyskane w tych typach lokomotyw, w których paliwo w zbiorniku nie jest podgrzewane (lokomotywy z kilkoma zbiornikami paliwa). W przypadku stosowanego w praktyce związku służącego do obliczeń objętości tankowanego paliwa, przy pominięciu jego zasadniczej nieścisłości i przyjęciu, że objętość paliwa w zbiorniku lokomotywy mierzona jest z błędem Δv, błąd z jakim określona zostanie objętość zatankowanego paliwa [dc ] wyniesie: D = (v 3t3 ) Dv + (v 3t3 ) Dv v 3t3 v 1t1 D = 2 D v (11) Masa paliwa określona jest na podstawie zależności: = v 3t3 [1 α( 15)] [1 α( 15)] (12) temperatura paliwa w zbiorniku przed tankowaniem [ C]; temperatura paliwa w zbiorniku po tankowaniu [ C]; średnia gęstość paliwa w temperaturze 15 C, przyjęta do przeliczeń w urządzeniu [kg/dc ]. W zależności tej, podobnie jak wcześniej, zastosowano przeliczeniową gęstość paliwa. 6/2009 49

Przyjmując, że objętość paliwa v 1t1 i v 3t3 mierzone są z błędem Δ v, a jego temperatury i z błędem Δ t, oraz różnica gęstości zawierać się będzie w Δς błąd określenia masy paliwa wyniesie: = {v 3t3 v 3t3 15)]} Dv + + {v 3t3 v 1t1 15)]} Dv + + {v 3t3 15)]} Dς + + {v 3t3 15)]} Dt + + {v 3t3 15)]} Dt = 15)] Dv + + 15)] Dv + + v 3t3 15)] 15)] Dς + + a v 3t3 Dt + a v 1t1 Dt (13) Przykłady Ilustracją dokładności pomiarów, realizowanych za pomocą przyrządów stacji paliw i zamontowanych w lokomotywie, jest przykład tankowania paliwa do lokomotywy serii SM48 w okresie zimowym. W tej serii pojazdu występuje podgrzewanie paliwa znajdującego się w zbiorniku lokomotywy, a przyjęte w przykładzie temperatury paliwa i inne parametry są zbliżone do jednego z rzeczywistych tankowań. Silnik lokomotywy pracował przed tankowaniem, przez co temperatura paliwa w zbiorniku jest znacznie wyższa od temperatury otoczenia i tankowanego paliwa. Parametry paliwa, znajdującego się w zbiorniku lokomotywy przed tankowaniem: ilość paliwa w zbiorniku przed tankowaniem v 1t1 1000 l masa paliwa w zbiorniku przed tankowaniem 820 kg temperatura paliwa w zbiorniku przed tankowaniem 40 C błąd pomiaru temperatury paliwa w zbiorniku Δ C gęstość w temperaturze 15 C ς w1 0,838 kg/dc Parametry tankowanego paliwa i dokładności pomiaru: odmierzona objętość paliwa tankowanego t2 2000 l masa tankowanego paliwa 1672 kg zmierzona gęstość tankowanego paliwa ς 2ts 0,840 kg/dc temperatura paliwa, przy której wykonano pomiar gęstości t s 0 C temperatura tankowanego paliwa 5 C błąd wskazania przepływomierza ΔV ±0,5% odmierzonej dawki błąd pomiaru gęstości Δς 0,001 kg/dc temperatura paliwa po tankowaniu 13 C Dokładności pomiaru mierników ilości paliwa w zbiorniku lokomotywy: miernika z przetwornikiem ciśnienia hydrostatycznego: błąd pomiaru masy paliwa Δ m 10 kg błąd pomiaru temperatury paliwa w zbiorniku Δ C gęstość przeliczeniowa urządzenia do pomiaru zużycia paliwa (w temp. 15 C) 0,832 kg/dc miernika z przetwornikiem poziomu: błąd pomiaru objętości paliwa Δ v 12 dc błąd pomiaru temperatury paliwa w zbiorniku Δ C gęstość przeliczeniowa urządzenia do pomiaru zużycia paliwa (w temp. 15 C) 0,832 kg/dc W przykładzie przyjęto, że błąd pomiaru objętości paliwa jest ilorazem błędu pomiaru masy paliwa i gęstości paliwa, co ma na celu zrównanie dokładności mierników z przetwornikiem poziomu i przetwornikiem ciśnienia hydrostatycznego. Podobnie jak w przykładzie, producenci mierników często podają stałą wartość błędów pomiaru, w granicach pojemności zbiornika lokomotywy niezależną od ilości paliwa, ułatwiając użytkownikowi określanie tolerancji wyniku pomiaru. Podane błędy bezwzględne w przeliczeniu na błąd względny, odniesiony do pojemności zbiornika, są mniejsze od 0,2%, to znaczy że wyniki pomiaru przy napełnianiu całego zbiornika są trzykrotnie dokładniejsze od wyników pomiaru przepływomierza dystrybutora paliwa. Należy jednak zwrócić uwagę, że pomimo że obecnie stosunkowo łatwo można uzyskać dokładność pomiaru temperatury wynoszącą dziesiąte części stopnia, to określenie średniej temperatury paliwa w zbiorniku jest bardzo trudne. Przetwornik temperatury, aby nie ulegał wynurzeniu przy małej ilości paliwa, umieszczony jest w pobliżu dna zbiornika. Przy mało intensywnym mieszaniu paliwa występuje znaczna różnica między temperaturą paliwa na jego powierzchni i w pobliżu dna. Stosunkowo prostym sposobem oceny dokładności pomiaru temperatury jest obserwacja wskazań ilości paliwa w zbiorniku lokomotywy podczas pracy silnika spalinowego na biegu jałowym. Powracające podgrzane paliwo, poprzez stosunkowo mało intensywne mieszanie paliwa w zbiorniku, powoduje podgrzewanie jego górnych warstw. Wiąże się to z naturalnym przyrostem objętości, a przy niedoskonałym pomiarze temperatury, w miernikach z przetwornikami poziomu, również z przyrostem masy paliwa wówczas, gdy w rzeczywistości jest ono zużywane przez pracujący silnik spalinowy. Można więc uznać że podany w przykładzie błąd pomiaru temperatury jest raczej niedoszacowany niż przeszacowany. Błąd pomiaru objętości wydanego paliwa dla przepływomierza stacji paliw: Δv = ΔV = 0,005 2000 = 10 dc Określenie wielkości błędu gęstości wynikającego z różnicy temperatur pomiaru gęstości i tankowania paliwa wymaga znajomości ich wartości (w przykładzie zostały one podane), w praktyce przy posługiwaniu się dokumentem wydania paliwa te dane są niedostępne. W takim przypadku maksymalna różnica temperatur może być ustaloną przez stosunkowo proste pomiary identyfikacyjne. 50 6/2009

Dla temperatur i błędu pomiaru gęstości podanych w przykładzie i średniej wartości zmiany gęstości 0,00075 kg/dc 1 C błąd gęstości wyniesie: Dς t = 0,00075 (t s ) = 0,00075 (0 5) = = 0,004 kg/dc Dr = Dς 2 t + Dς2 p = 0,0042 + 0,001 2 = 0,004 kg/dc Błąd masy tankowanego paliwa określonej w dokumencie wydania paliwa (3): ts = ς w2ts Dv + t2 Dr = = 0,837 10 + 2000 0,004 = 17 kg Miernik z przetwornikiem ciśnienia hydrostatycznego Błąd masy paliwa wyniesie: D = 2 D m = 2 10 = 20 kg Obliczenie błędu wyznaczenia objętości paliwa wymaga wcześniejszego określenia różnicy między rzeczywistą wartością gęstości i wartością przeliczeniową (wprowadzoną do miernika podczas jego instalacji), która dla danych podanych w przykładzie wyniesie (9): w stosunku do gęstości paliwa przed tankowaniem: Dς 1 = ς w1 = 0,832 0,838 = 0,006 kg/dc w stosunku do gęstości tankowanego paliwa: Dς 2 = ς w2 = 0,832 0,829 = 0,003 kg/dc Przyjmując większą z uzyskanych wartości i uwzględniając błąd pomiaru gęstości Δς wyniesie: Dr = Dς 2 1 + Dς2 p = 0,0062 + 0,001 2 = 0,006 kg/dc Błąd objętości (8): 1 D = 10 + 0,832[1 0,0009 (13 15)] 1 + 10 + 0832 [1 0,0009 (40 15)] 1 2495 + + 0,832 2 1 0,0009 (13 15) 820 0,006 + 1 0,0009 (40 15) 2495 0,0009 + 1 + 0,832 [1 0,0009 (13 15)] 2 820 0,0009 + 1 [dc ] 0,832 [1 0,0009 (40 15)] 2 D = 12 + 12,3 + 14,3 + 2,7 + 0,9 = 43 dc Miernik z przetwornikiem poziomu Przyjmując wartość gęstości i jego uzasadnienie, jak dla przyrządu z przetwornikiem ciśnienia hydrostatycznego błąd masy wyniesie (13): = 0,832 [1 0,0009 (13 15)] 12 + Rw = 2000 dc t s = 0 o C ς 2ts = 0,84 kg/dc ts = 1680 kg = 1673 kg ς w 2 = 0,829 kg/dc = 5 o C ς 2 = 0,836 kg/dc = 2000 dc = 819 kg ς w 1 = 0,838 kg/dc = 40 o C, ς 2ts = 0,819 kg/dc v 1 = 1000 dc Rys. 3. Zestawienie teoretycznych wartości masy, objętości, temperatury oraz gęstości paliwa określonych na podstawie wskazań przyrządów stacji paliw i zamontowanych w lokomotywie + 0,832 [1 0,0009 (40 15)] 12 + + 2990 [1 0,0009 (13 15)] + 1000 [1 0,0009 (40 15)] 0,006 + + 0,0009 2990 0,832 1 + + 0,0009 1000 0,832 1 = 35 kg = 10 + 9,8 + 11,8 + 2,2 + 0,7 = 35 kg Błąd pomiaru objętości (11): D = 2 12 = 24 dc = 1673 kg ς w 3 = 0,829 kg/dc = 13 o C ς 2 = 0,831 kg/dc = 2014 dc ς 3 = 0,833 kg/dc ς w 3 = 0,832 kg/dc = 819 kg ς w 1 = 0,838 kg/dc = 13 o C, ς 1 = 0,84 kg/dc v 1 = 976 dc = + = 2492 kg v 3 = v 1 + = 2990 dc = v 3 + v 1 = 1990 dc Wskazania miernika = 0,832 kg/dc = 0,813 kg/dc = 0,834 kg/dc Przetwornik ciśnienia = 819 kg = 2492 kg = 1673 kg v 1 = 1007 dc v 3 = 2988 dc = 1981 dc Przetwornik poziomu = 813 kg = 2494 kg = 1681 kg v 1 = 1000 dc v 3 = 2990 dc = 1990 dc Na rysunku 4 pokazano wcześniej obliczone masy i objętości paliwa wraz z polami błędu. Linią cienką zaznaczono rzeczywistą masę i objętość paliwa wlanego ze zbiornika. Stosunkowo duże wartości pól tolerancji masy paliwa miernika z przetwornikiem poziomu oraz objętości miernika z przetwornikiem ciśnienia wynikają głównie z różnicy między rzeczywistą i przeliczeniową gęstością paliwa. Wnioski i uwagi Błąd pomiaru objętości i wyznaczenia masy tankowanego paliwa, za pomocą przyrządów stacji paliw, zależy proporcjonalnie od ilości tankowanego paliwa. Tylko miernik ilości paliwa w zbiorniku lokomotywy z przetwornikiem ciśnienia hydrostatycznego umożliwia wyznaczenie rzeczywistej masy zatankowanego paliwa, może się ona jednak różnić od określonej w dokumencie wydania paliwa, jeżeli wystąpi różnica między temperaturą paliwa w czasie pomiaru jego gęstości i tankowania. Różnica pomiędzy rzeczywiście wydaną i wyznaczoną masą paliwa wyniesie około 0,9%/10 C. Przy czym jeżeli temperatura paliwa wydanego będzie wyższa od temperatury pomiaru gęstości to jego masa będzie mniejsza od podanej w dokumencie wydania. Jak to wynika z analiz i przykładu, objętość zatankowanego paliwa wyznaczona jako różnica wskazań ilości paliwa w zbiorni- 6/2009 51

Rys. 4. Masy i objętości paliwa wraz z polami błędu, obliczone dla dokładności przyrządów stacji paliw i mierników ilości paliwa w zbiorniku paliwa lokomotywy ku po i przed tankowaniem, może różnić się od ilości wskazanej przez przepływomierz dystrybutora. Jest to spowodowane zmianą objętości tankowanego i pozostającego w zbiorniku paliwa, wynikającą ze zmiany ich temperatury. Rozwiązaniem problemu byłoby skomplikowane przeliczanie wskazań miernika ilości paliwa w zbiorniku tak, aby uzyskać jego objętość odpowiadającą temperaturze paliwa tankowanego. Wymagałoby to co najmniej umieszczenia w dokumencie wydania paliwa temperatury pomiaru gęstości, a także temperatury paliwa w czasie tankowania i wprowadzenia tych danych do programu obliczającego ilość zatankowanego paliwa. Wydaje się, że takie działanie nie ma dostatecznego uzasadnienia, gdyż w rozwiązaniach, w których stosowane są przetworniki hydrostatyczne uzyskuje się dokładny pomiar masy paliwa dolanego do zbiornika. Odpowiadając na postawione na wstępie pytania należy zauważyć, że przyrządy stosowane do odmierzania paliw ciekłych w celu rozliczeń magazynowych i dystrybucji podlegają prawnej kontroli metrologicznej [5]. W publikowanych opisach systemów kontroli zużycia paliwa producenci nie deklarują spełnienia takiego wymagania przez mierniki ilości paliwa w zbiornikach lokomotywy. Wydaje się, że objęcie prawną kontrolą metrologiczną tych urządzeń, tak jak to ma miejsce w odniesieniu do przyrządów stacji paliw, było by trudne i kosztowne. Przeprowadzona analiza oraz rozpatrzone przykłady pokazują, że nawet przy bardzo dokładnych przyrządach mierzących ilość paliwa w zbiorniku lokomotywy błąd pomiaru może być większy od błędu przyrządów stacji paliw. Wyjątkiem jest tylko rozliczanie paliwa w jednostkach masy z wykorzystaniem miernika z przetwornikiem ciśnienia hydrostatycznego, w przypadku którego błąd pomiaru masy paliwa jest bliski błędowi wyznaczenia masy paliwa za pomocą przyrządów stacji paliw. Kontrola procesu tankowania pod względem rzetelności odmierzenia ilości paliwa wlanego do zbiornika lokomotywy musi uwzględniać różnice między wskazaniami przyrządów stacji paliw i lokomotywy, wynikające z błędów pomiaru. W odniesieniu do objętości paliwa niezbędna jest analiza gęstości i jej zmian, spowodowanych zmianą temperatury. Uwaga ta odnosi się także do wykorzystania procesu tankowania paliwa w celu oceny zachowania dokładności miernika ilości paliwa w zbiorniku lokomotywy, przez porównanie ilości paliwa wyznaczonej z jego wskazań z ilością określoną przyrządami stacji paliw. W artykule posługiwano się pojęciem błędu pomiarowego, choć od kilku lat stosuje się określenie niepewność pomiarowa [6]. Stosunkowo nieliczne publikacje na ten temat i sporadyczne posługiwanie się rachunkiem błędu pomiaru w praktyce eksploatacji taboru kolejowego sprawiają, że pojecie błędu pomiaru jest szerzej znane niż pojęcie niepewności pomiarowej. Dla wielu urządzeń ich producenci w dalszym ciągu deklarują błąd pomiaru. Bez wątpienia określenie niepewność pomiarowa z merytorycznego punktu widzenia jest właściwsze, gdyż nie znając prawdziwej wartości mierzonej wielkości nie jest możliwe obliczenie o ile różni się ona od wartości zmierzonej lub wyznaczonej. Niepewność pomiaru charakteryzuje rozrzut wartości, które można w uzasadniony sposób przypisać mierzonej wielkości. Obliczone w artykule błędy pomiaru masy i objętości paliwa odpowiadają wartościom niepewności rozszerzonej. q Literatura: [1] PN-ISO 91-1:1999 Tablice przeliczeniowe dla przetworów naftowych Tablice oparte na temperaturach odniesienia 15 C i 60 F. [2] Dz.U. z 2006 r. nr 167, poz.1185 Wymagania jakościowe dla oleju napędowego stosowanego w pojazdach wyposażonych w silniki z zapłonem samoczynnym. [3] Czerwiński J. i wspólnicy, ZEPWN Spółka Jawna: Wybrane zagadnienia związane z cechami metrologicznymi systemu kontroli zużycia paliwa. Technika Transportu Szynowego 3/2008. [4] Instrukcja o zasadach gospodarowania produktami naftowymi w przedsiębiorstwie państwowym Polskie Koleje Państwowe. Z5a Dyrekcja Generalna PKP Warszawa 1997. [5] Dz.U. z 2008 r. nr 3, poz. 13 Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 27 grudnia 2007 r. w sprawie rodzajów przyrządów pomiarowych podlegających prawnej kontroli metrologicznej oraz zakres tej kontroli. [6] Arendarski J.: Niepewność pomiarów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 2006 r. 52 6/2009