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磁致伸缩液位计测量装置的研制

来源:拿度科技 浏览量: 时间:2023-02-27 14:28

  

磁致伸缩液位计测量装置的研制
作者:邵学君;傅青喜;李学宝;庞庆





       磁致伸缩液位计自由国外引进、随后国产化以来,由于其准确度高、稳定性好、安装简单、性价比高等特点,在石油、化工、水利、食品等行业得到了日益普遍的采用,尤其是在石油储运过程中称为一种重要的液位测量仪器。本文在利用国家铁路罐车容积计量站量传实验室的原有硬件、软件基础上,扩展了铁路罐车容积量传系统的功能,研制了一套经济、合理,适用于磁致伸缩液位计检定或校准的装置,可用于磁致伸缩液位计的量值溯源,解决目前大量程磁致伸缩液位计无法量值溯源的问题,也适用于其它浮子式传感器的液位计。
1、测量装置的结构设计和工作原理
1.1结构设计
       用2-3mm厚不锈钢板制作一个(500*500/4000)mm3的长方体槽焊接在底座上,作为介质槽,顶部加溢流管。底座用(700*700*15)mm3的不锈钢板经机加工制成。底座上安装两个相互垂直的长水准泡,下面安装三个调整水平的螺丝。介质槽的一个面开一(300*5000)mm3矩形孔,镶嵌透明度高、变形小的玻璃或有机玻璃作为视窗。在玻璃或有机玻璃上镶嵌仪支量程为0-3500mm的光栅尺作为标准器。光栅尺为密封式线位移传感器,选择的光栅尺采纳数为:栅距0.02mm(50线对/mm),分辨力1μm,读数误差±10μm。视窗旁边安装一导轨,导轨上安装摄像头和光栅尺位移传感器固定在步进电机上,计算机控制步进电机驱动摄像头和位移传感器在导轨上移动,摄像头用于观察液面的高度,通过软件获得光栅尺光栅尺位移传感器的数字信号,传输给控制室计算机。
       介质槽顶部安装防尘盖,边缘为直口,扣在长方体槽的上端。中间开一个直径为150mm的圆孔,作为被检伸缩磁致伸缩液位计的入口。圆孔边缘焊上短节和法兰,以固定被检磁致伸缩液位计。金属部分全部做防锈处理。测量装置由一下部件组成:介质槽,底座、视窗、固定液位计的法兰和防尘盖、光栅尺、数据采集卡、导轨、步进电机、摄像头、进水(电磁阀管、排水(电磁阀)管、调整螺丝、长水准泡、微调(电磁阀)管、计算机、信号处理单元、软件。
1.2工作原理
       被检磁致伸缩液位计从测量装置上方圆孔装入,垂直立在底座后,用法兰固定。通过计算机控制步进电机,带动摄像头和位移传感器在导轨上上下移动,在控制室远程观察液面的高度,传感器读出各个液面高度。测量介质为过滤后的自来水。被检磁致伸缩液位及的电源线、信号线接入铁路罐车容积量传系统,利用量传系统的相关信号处理单元和软件,通过计算机软件界面显示被检磁致伸缩液位计的读数。磁致伸缩液位计的输出信号一般采用4-20mA标准电流信号或RS485数字信号,可计入铁路罐车容积量传系统进行信号处理,并由软件界面显示读数。以光栅尺读数作为标准值,被检磁致伸缩液位计读数与标准值进行比较,得到各点的示值误差(或修正值)。
2、测量过程
2.1 0-3500mm量程液位计的测量
(1)将侧脸该装置安放在具有5m高度操作平台的实验室内。利用调整螺丝和长水准泡将装置调整水平。
(2)利用操作平台,将被检磁致伸缩液位计固定在介质槽的法兰上。
(3)操作人员通过摄像头控制器,观察调整射向头影像的清晰度。
(4)连接被检磁致伸缩液位计的电源线、信号线。
(5)通过计算机控制进水电磁阀打开,水进入介质槽并使液位计的浮子浮起,停止进水。
(6)待液面稳定后,通过监视器观察,由计算机控制步进电机,使摄像头与页面平齐,光栅尺采集卡才寄出位移传感器输出的距离信号。根据光栅尺采集的数据对计算机显示的磁致伸缩液位计读数进行初始化。
(7)通过计算机控制进水电磁阀打开,水进入介质槽内到达需要测量的液位后,停止进水(可通过微调电磁阀调整液位)。通过计算机控制步进电机,使摄像头与液面平齐,读取计算机显示的光栅尺位移传感器的读数和磁致伸缩液位计读数并记录。(8)重复(7)的步骤,按规程测量其它各点。
磁致伸缩液位计
2.2大量程液位计的测量
      上述检定(校准)过程适用于量程小于0-3500mm的磁致伸缩液位计。目前,常用磁致伸缩液位计的量程从3m到20m不等(一般来说超过5m的为软杆结构,以便于运输时将软杆盘起来)。对于测量大型储罐上用的大量程液位计,上述装置的原理、总体结构、信号处理单元、软件、测量过程等同样适用,支队一些组成部件加以改动即可投入使用;同时,铁路罐车容积量传实验室的内部空间为检定大量程液位计提供了充足的场地。
       当测量大量程液位计时,做如下设计:将介质槽的底部开一个孔,使磁致伸缩液位计的测量杆从底座开孔伸出去,然后用法兰、螺栓、橡胶密封圈将水密封住,这样即可对磁致伸缩液位计分段测量,解决了大量程液位计的溯源问题。具体操作方法如下:以测量一支10m量程的磁致液位计为例,按3.1过程(1)-(8)步骤测量完0-3500mm的示值范围后,记录最后一点与标准尺的偏差值。将介质槽内水放掉,拆下底座密封法兰,将已测量过得0-3500mm部分通过介质槽底座的孔伸到槽外,然后用密封橡胶圈、法兰、螺栓将水密封住,不可有任何渗漏。通过计算机控制进水电磁阀打开,水进入介质槽并使液位计的浮子漂浮起来,停止进水。再通过计算机微调将液位计的浮子调整到刚才测量最后一点的位置,这时介质槽内的液面作为该次检定(校准)的起始点。重复以上步骤,将一支10m的量程液位计分段测量完毕。
3、介质密度对测量结果的影响及修正
       磁致伸缩液位计的液位测量是建立在浮子可以准确反映页面位置这一基础上的,而浮子在介质中的浸没成都随着介质密度的变化而变化,可见,浮子式液位计的测量与介质的密度油罐。传统的浮子式液位计本身的测量准确度较低,该影响可以忽略;磁致伸缩液位计由于测量准确度很高,致使该影响非常显著,不能忽略。浮子在介质中的浸没成都与浮子形状、密度和介质密度油罐。以一种环形浮子来说明介质密度对液位测量的影响。试验可知,在平时使用中被测介质不为水的液位计用上述装置测量时应对测量结果进行修正。
4、测量不确定度
4.1测量模型
       磁致伸缩液位计的示值误差:△=h-h0,式中::h为磁致伸缩液位计的示值,mm;h0为光栅尺读数,mm。
4.2各分量的标准不确定度
(1)光栅尺读数误差引入的标准不确定度分量,光栅尺读数误差δ=±10μm,服从均匀分布,于是μ1=5.77μm=0.0058mm
(2)光栅尺分辨力引入的标准不确定度分量光栅尺分辨力为1μm,服从均匀分布,于是u2=1μm*0.29=0.29μm=0.0003mm
(3)磁致伸缩液位计读数引入的标准不确定度分量,磁致伸缩液位计分辨力为0.025mm,服从均匀分布,于是u3=0.025mm*0.29=0.0072mm
(4)磁致伸缩液位计测量重复性引入的标准不确定度分量 磁致伸缩液位计的测量重复性为0.001%,u4=0.001%*3500mm=00035mm
4.3合成标准不确定度ue,ue=0.036mm
4.4扩展不确定度U,取k=2,则有U=K*UE=2*0.036=0.072MM
5、结论
       根据国家计量检定规程JJG971-2002《液位计》,液位计是指的最大允许误差△=±(a%FS+b),这里a取最小值0.02;FS为液位计的满量程3500mm;b为液位计的分辨力,b=0.025mm,则△=0.725mm。因此,本装置满足量值传递原则。






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