如何设计浮子式液位计的校准检定装置

一、装置系统结构
      液位测量系统结构如图1所示。
      本装置的液位数据采集部分由精密磁栅尺、PRC控制系统及触摸屏计算机组成，运动控制部分由平台驱动系统、升降杆控制系统、限位开关等组成其模块图如图2所示。

 

1.数学模型
      液位测量值L为
      L=L1cos+L2+Lt
      式中：
      L1液位数据采集部分的测量数据；
      L2模拟测量时液位计导杆由于重力产生的挠度带来的影响；
      Lt温度带来的影响；磁栅尺相对水平线的倾斜角。
 
2.工作原理
      测量系统应用了水平轨道带动浮子模拟液位升降，并配合磁栅尺精确定位。通过触控屏设置好检测距离、各个点位，PRC控制电机带动滑块在轨道上运行设定好的各段距离，在每个点位停留一段时间（时间可设定），客户观察数值。由于测量距离太长，为了减少重力产生的挠度影响，被检品下方分段设置支撑机构，运行中PRC自动运算，控制支撑机构规避滑块运行。系统还包括被检液位计的（4~20）mA输出电流测量模块，并配有限位开关，保证浮子夹具水平位移时安全可靠。
 
二、装置技术特点
1.标准器准确度指标极高
      系统配有高准确度电流表，准确度为0.05级，用（4~20）mA的电流数值去界定被检液位计是否符合准确度等级要求。通过准确度为0.005mm的磁栅尺配合，显示器可实现位移数值的实时显示。在检测准确度为0.1级的浮子式液位计时，满足仪器校准检定规程中标准器扩展不确定度不超过被检液位计1/4的要求。
 
2.量程宽，占地面积小
      仪器校准检定装置所配备的水平导轨与电机驱动系统模拟液位检定，仪器校准检定范围可达到3m。上位机的自动测试系统操作界面如图3所示，该系统可把液位计全量程分为1到10个测量点。在检测时，可自由选择手动模式或自动模式，大约10分钟即可完成一台液位计的示值检定。并且，该系统采用卧式模拟检定方案，不受实验室层高影响，只需大约10平方米的房间即可进行仪器校准检定工作。

 

3.测量种类齐全，操作简单
      该系统设计时经过充分的市场调研，能开展浮子式液位计、磁致伸缩液位计、压力式液位计和液位开关等十几种液位计的仪器校准检定工作。
 
三、仪器校准检定方法
      仪器校准检定时，将浮子式液位计卧式安放在仪器校准检定台的支架上，安装时检查磁性浮球和浮球导杆的外观，不应有弯曲、碰伤等缺陷，磁性浮球能在导杆上自由无阻碍地滑动。将二线制缆线与装置上位机相连，调整浮球至导杆的零位，进行零位误差的读取。然后将浮球与浮球夹具连接，并在上位机输入满量程，进行自动检定。仪器校准检定装置会把被检液位计分为满量程的（0，1/4，1/2，3/4，1）进行检定，在每个检定点电机系统会停留1分钟，方便仪器校准员对电流表读数。标准电流值为（4，8,12,16，20）mA。在上行程测量完后，系统会自动返程进行下行程的检定，从而完成液位计的示值误差检定；并且在浮球与浮球夹具水平移动时，升降杆控制系统可以自动进行升降，减小导杆受重力产生的挠度影响。在检定液位开关时，系统可以在上下行程中自动读取开关动作时产生的相应信号。
 
四、仪器校准检定能力验证
      验证方法依据JJF1033-2016《计量标准考核规范》采用传递比较法。选择的被测对象为浮子式液位计，测量输出值的最大示值误差为y=0.01mA，扩展不确定度为U=0.028%（k=2）。然后，用精密数字压力计并搭配水箱进行检测，测量输出值的最大允许误差为y0=0.008mA，扩展不确定度为U0=0.015%（k=2）。依据能力验证评定方法，该系统满足|y-y0|＜的要求。本装置的成功研制，使液位计检定工作处于国内领先水平。经过半年多的运行证明，该装置结构合理、测量准确、方便快捷，使用效果良好。