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          一种多功能液位计检定装置的设计与研究

          来源: 作者: 发布日期:2020-10-15

            摘要: 分析了液位计检定装置现状及存在的问题,并依据新的计量要求对旧装置进行了改进。多功能液位计检定装置配有磁致伸缩液位计,可实现在线自动检测,检测准确度为 0. 05 级,满足市场上大部分的液位计检定工作,提高了检定自动化程度和检定效率。9XD金属管浮子流量计_金属转子流量计_玻璃管转子流量计 - 淮安市三畅仪表有限公司

           
          引言
          液位计是我国依法检定的计量器具[1],是工业过程测量和控制系统中用于指示和控制液位的仪表,广泛用于石油、化工等行业和安全生产、运输、储存、交接等环节。近年来,随着 E + H、OPW、凡谊等国际知名液位计生产企业陆续登陆中国,对高精度液位计产品进行快速、准确地检定校准成为企业的迫切需求[2]。 1 液位计检定装置的现状按测量液位的感应元件与被测液体是否接触,液位仪表可以分为接触式和非接触式两类[3]。 
           
          1. 1 接触式液位计
          传统的液位测量仪表主要有可见液位的连通器式玻璃管液位计玻璃板液位计、浮子( 浮筒) 式液位计、电容式液位计静压式液位计等[4,5],其共同特点是液位测量仪表的感应元件与被测介质接触,因此存在一定的磨损且容易被液体污染粘黏而影响测量准确性,而且对一些腐蚀性、高温、黏度大等特殊介质具有一定的适用局限性,同时液位仪表的体积较大,运输、安装以及维修维护不便。 1. 2 非接触式液位计非接触式液位测量仪表的特点是测量的感应元件与被测液体不接触,测量部件不易受被测介质影响,也不影响被测介质,可用于接触式测量仪表不能测量的特殊场合,如高温、黏度大、腐蚀性强、污染性强、易结晶的介质[6]。目前非常常用的非接触式液位测量仪表主要是雷达式和超声波式液位计,此外,利用激光原理的光波式、利用同位素技术的核辐射式等液位测量仪表也应用在冶金、化工等特殊工艺场所。
           
          由于液位计的测量型式多种多样,根据其工作原理,检测的方式也不同。JJG 971《液位计检定规程》中对适用不同类型的液位计检定的标准器进行了梳理分类,并明确了标准器的技术要求。例如:液位计水箱检定装置液位高 2m 以内的测量用钢直尺的非常大允许误差应不超过 ± 0. 35mm; 用于检定压力式液位计的标准压力发生器准确度等级不低于0. 05 级; 用 10m 钢卷尺直接测量的,准确度等级不低于Ⅱ级[7]。
           
          目前国内非常先进的液位计检定装置为中国计量科学研究院容量研究室刚改造过的液位计自动检测系统。该装置量程 0 ~ 3000mm,测量不确定度为 0. 50mm( k = 2) 。新疆计量院也建立了长距离非接触式液位计检定装置,其测距距离为 0 ~ 30m,分辨力为 1mm,非常大允许误差 ± 0. 35mm,水平式结构。国内大多数计量院所的液位计检定装置大多采用钢直尺作为液位计量标准,非常大允许误差为 ± 0. 35mm,优点是结构简单,造价成本低; 缺点是精度达不到较高水平,检测的功能不齐全,不能适应各种型式的液位计的检定需求( 比如超声波液位计雷达液位计等) 。
           
          2 多功能液位计检定装置工作原理
          多功能液位计检定装置是一种液位计水箱检定装置,由储水箱、检测用液位桶、检定组件安装板、水泵及水位控制调节阀、玻璃管液位计和数显标准游标卡尺、水平调节底座、便携操作架等组成。装置的结构示意图见图 1,可检测浮子式、浮筒式、浮球式、反射式、压力式等多种形式的液位计。
          多功能液位计检定装置结构示意图
          使用多功能液位计检定装置检定液位计时,首先根据被检液位计的测量范围选定合适的液位筒,并将液位计正确安装在液位筒上。然后,升高液位筒液位至设定零位,进行调零。检定时调节液位筒内的水位,从零位开始逐渐升高水位到各检定点的高度,直至上限,然后逐渐降低液位筒的水位到各检定点,直至下限。期间记录被检液位计的示值和游标卡尺的标准示值,进行误差计算。取整个测量过程中示值误差的非常大值作为该液位计的示值误差。 Δ1 = Hd - Hw1 ( 1) Δ2 = Hd - Hw2 ( 2)式中: Δ1、Δ2 分别为液位计上、下行程的示值误差,cm 或 mm; Hw1、Hw2分别为液位计上、下行程示值对应的水箱实际水位值,cm 或 mm; Hd 为液位计示值,cm 或 mm。
           
           3 多功能液位计检定装置的研究及设计
          在参考国家计量院及有关省计量院已经建立的相关液位计检定装置的基础上,研制一种多功能液位计检定装置,采用数显游标卡尺作为溯源标准。装置 的 测 量 范 围 为 0 ~ 2000mm,分 辨 力 为0. 01mm,非常大允许误差为 ± 0. 05mm,能满足各种型式高等级液位计计量检定的需要,达到了国内先进水平。 3. 1 多功能液位计检定装置结构的设计及实现多功能液位计检定装置主要由检测用水箱、检测用分离式液位桶、检测用透明液位桶、检定组件安装板、进出水泵及水位控制调节阀、玻璃管液位计和数显标准游标卡尺、水平调节底座、便携操作架等 组 成。多功能液位计检定装置结构图见图 2。
          多功能液位计检定装置结构图
          3. 2 多功能液位计检定装置的主要技术指标
          1) 检定范围: 0 ~ 2000mm; 2) 数显游标卡尺: 分辨力为 0. 01mm,非常大允许
          误差为 ± 0. 05mm; 3) 液位计接口标准: DN15、DN20、DN25、DN32、 DN60、DN65、DN70、DN75 等,平面法兰支持扩展。 
           
          3. 3 多功能液位计检定装置实施及创新
          水箱材料为 5mm 厚不锈钢拉丝板,水箱尺寸: 600 × 800 × 1700( mm) ,并配有大口径清洗排污阀。水位控制系统采用进口屏蔽式水泵和粗调、微调阀门组成,可有效控制正反检定行程水位。所有计量组件均配备水平调节底座。检定组件安装板由透明液位显示管、数显游标卡尺等组成,底部均与分离式液位桶、透明液位桶连接,与水箱快速接头连通。检测用分离式液位桶由 Φ500 × 1300 ( mm) 、 Φ500 × 1000( mm) 两个不同高度的液位桶组成,上下两桶可分离或组合使用。检定时可根据被检液位计选择合适的液位桶进行检测。
           
          液位桶与水箱快速接头连通,并配备专用扶梯以便观察液位桶内液位情况。此外,液位桶设计了可方便拆卸的液位计夹装盖板,可以满足不同液位检定需求。例如,在检测 2000mm 量程的液位计时,将上下液位桶通过卡箍紧密连接,液位桶高度可达到 2300mm; 在检定量程为 1000mm 及以下液位计的时候,可以将上面 1000mm 液位桶通过滑轮吊装分离,保 留 底 部1300mm 的液位桶,这样在检定小量程液位计时,减少了大量排放水导致的时间消耗,节约水资源,提高检定效率。
           
          目前市面上大部分一体式超声波液位计等非接触式液位计均有 250mm 左右的盲区,且对液位桶桶径有要求,为解决这一问题,本装置液位桶上方预留300mm 的高度,且 500mm 的内径满足了大部分的超声波液位计、雷达液位计等非接触式液位计的检测需求。
           
          检测用透明液位桶规格: Φ200 × 2000mm,与水箱快速接头连通。目前一般房高为 3m,为满足磁致伸缩等长尺寸液位计的安装工作,将透明液位桶设计为可整体放倒,很好地解决了液位计检定装置室内安装垂直空间不够的问题,同时提高了液位计的拆装效率。此外,通过透明液位桶可以观察这些液位计是否安装垂直,降低非垂直安装对测量结果带来的影响。
           
          检定接口检测用分离式液位桶( 即大液位桶)上面有两块金属盖板( 支撑板和调节板) ,支撑板上开 DN80 的孔和两个 DN10 的孔,用于穿入两根支撑调节板的螺杆,调节板为左右对称的结构,板中间位置有可供沿着螺杆移动的 15mm 的长槽孔,两板中间为相对的 DN60 的半圆孔,用于放置液位计。这样,液位计上下位置可通过螺杆调节( 板前后用螺母固定) ,左右可通过槽孔调节,可以方便各种尺寸超声波物位计调节测量。检测用透明液位桶顶部亦预留了 Φ60mm、Φ50mm、Φ40mm 活动盖板和固定螺纹支架。
           
          装置配有磁致伸缩液位计在线检定系统( 系统MPE 为 ± 0. 05% ) ,由磁致伸缩传感器[10,11]、液位转换控制器和计算机软件组成。液位变送器完成液位的测量并变送输出 4 ~ 20mA 电流信号; 液位转换控制仪将液位变送器输出的电流信号转换为液位值,通过 RS232 输出; 计算机通过接收液位转换控制仪器输出的代表液位值的 RS232 信号并多点测量,算出各检测点的液位值作为标准与被检液位计的测量值进行比较,做出液位的不确定度判断。该系统实现了快速的自动化检测,提高了检测效率。
           
          3. 4 多功能液位计检定装置检定液位计操作示例
          用多功能液位计检定装置检定一台 2m 的浮球式磁致伸缩液位计。首先用水平仪检查主水箱底座及有机玻璃管支架是否水平,并调整到非常佳状态。检定流程如下: 
           
          1) 安装、调整被检液位计,并调零; 
          2) 打开水泵电源开关后,当液位显示水位达到50. 0cm 时,关闭水泵,等液面平稳后,若被检液位计水位值低于 50. 0cm,打开微调阀,起动水泵加水; 若被检液位计水位值高于 50. 0cm,打开主水箱下侧微调阀,将水直接排出水箱; 
          3) 记录标准尺此时的数据; 
          4) 重复步骤 2) 、3) ,将水位依次调整为 100. 0cm、 150. 0cm、200. 0cm,并记录标准尺数后,开始反行程检定;
          5) 打开水泵电源开关,按操作步骤 2) 将水位定在 150. 5cm( 此处建议设定值略高于检定点值,因为水泵停止工作后,要关闭水阀,有个时间差) ,当水泵开始工作,打开排水阀,主水箱开始排水。若被检液位计水位值低于 150. 0cm,打开微调阀,起动水泵加水; 若被检液位计水位值高于 150. 0cm,打开主水箱下侧微调阀,将水直接排出水箱; 
          6) 重复步骤 5) ,将水位依次调整为 100. 0cm、 50. 0cm,并记录标准尺数据; 7) 计算个检定点的示值误差和回差。检定结束。 
           
          4 结束语
          本文介绍了一种多功能液位计检定装置,主要论述了该装置的工作原理、技术指标、设计思路、工作方法,以及该装置在实施中的创新点。装置可检定多种类型的液位计,例如: 磁翻板液位计浮球液位计、静压式液位计、浮球( 桶) 液位计、雷达物位计、超声波料位计、差压式液位计、明渠流量计[12] 等。目前,多功能液位计检定装置已经运用于某计量技术机构,很好地满足了日常检定的市场需求。

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