液位计检定装置的研制*

2014-03-22刘敦利

计量技术 2014年6期

刘敦利　谭　斌

(新疆维吾尔自治区计量测试研究院，乌鲁木齐 830011)

0　引言

液位计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，广泛应用于石油、化工等行业和生产、运输、存储、交接等环节[1]。随着液位计测量原理、方式、范围等计量性能的不断更新，新疆计量测试研究院于2007年研制的水箱式液位计检定装置已无法满足各类液位计的检定要求。据了解，目前国内也尚没有一套完善的检定装置能够满足各种液位计的检定要求[2-3]。

为此，我们研制了一套实现过程监控、自动化检定、数据采集、结果处理等功能，具有检定效率高、人为干预少、检定结果准确等优势的液位计检定装置，实现了各种类型液位计的检定。

1　装置设计原理和技术指标

通过对现有各种类型液位计的研究分析，结合实现检定的可行性，把液位计分为三大类，分别建立三套液位计检定装置：差压式液位计检定装置、静压式液位计检定装置和反射式液位计检定装置。

1.1　差压式液位计检定装置

该装置的设计原理是采用压力模拟液位的方式检定液位计，主要检定对象为差压式液位计。装置通过压力变化模拟液位变化，对比标准器和被检液位计的液位示值，实现液位计的检定过程。

检定装置的准确度等级为0.05级；扩展不确定度为Ur=0.05％，k=2；测量范围0～4000kPa(对应液位高度0～400m)。

1.2　静压式液位计检定装置

该装置主要针对磁翻板式、浮子式、浮球式、磁致伸缩式、电阻式、电容式、压力式等液位计的检定。这些液位计的共同特点是测量范围较小，准确度等级较高，不宜采用模拟方法检定。装置采用水箱检定方式，检定介质为循环水，标准器为静压式液位计。设计原理是利用水泵和电磁阀控制水箱内液位的高度变化，通过对比被检液位计的示值和标准器测得的标准值实现检定过程。

检定装置准确度等级为0.05级；扩展不确定度为U=1.5mm，k=2；测量范围为0～3000mm，完全满足上述液位计的常规检定要求。

1.3　反射式液位计检定装置

反射式液位计检定装置也是采用模拟液位方式实现检定，主要针对雷达和超声波式等反射式液位计。测量原理都是采用电磁波“发射—反射—接收”的方式来测量液位，所以只能采用模拟检定的方式。装置设计原理是采用高精度激光测距仪做标准器，把标准器和被检液位计都安装在电动推车上，由工控系统控制电动推车在水平导轨上移动，改变液位计与反射板之间的距离来模拟液位变化，通过激光测距仪与被检液位计的示值比较，实现液位计的检定。

检定装置采用高精度激光测距仪做标准器，准确度等级为0.01级；扩展不确定度为U=2.0mm，k=2；测量范围为0～20m。

2　装置的结构

2.1　差压式液位计检定装置

该装置由标准器压力校验仪、打压设备压力泵、连接管和差压式液位计支撑台组成。把差压式液位计垂直放置在支撑台上，用连接管连接压力泵和被检差压式液位计，实现三者的联通，通过压力泵同时给压力校验仪和被检液位计打压，实现两者压力变化，从而模拟液位的变化，实现液位计的检定过程[4]。

考虑到重力对液位计指针位置的影响，特制作专用的差压式液位计支撑台，以实现液位计的快速安装和垂直放置。支撑台上设计三组支撑柱，支撑柱之间距离根据液位计背部安装孔设计，且最上面一组距离可调，安装时直接把液位计安装孔套入任一组支撑柱，就可以实现液位计的垂直放置，方便、快捷、牢固。该检定装置结构如图1所示。

图1　差压式液位计检定装置结构图

2.2　静压式液位计检定装置

装置主要构成部分有检定水箱、循环水箱、主标准器、水泵、电磁阀、操作平台以及工控系统。检定水箱是装置的主体之一，透明有机玻璃材质，主体呈圆柱状，直径500mm、高度3.5m，底部为喇叭状，竖直安放在循环水箱中；顶部设计一组四根可整体和独立旋转式支撑架，便于被检液位计垂直安装和拆卸，侧面设计便于磁翻板式液位计固定和检定的部件。循环水箱主要用于循环水的储存和水泵、电磁阀的放置，通过工控系统实现对检定水箱液位的上下行程。操作平台便于检定人员安装和拆卸被检液位计；工控系统能够实现检定过程的控制、电源的开关、状态的显示、数据的读取和处理等功能。该检定装置结构如图2所示。

图2　静压式液位计检定装置结构图

2.3　反射式液位计检定装置

装置主要由电动推车、标准器、被检液位计支撑台、水平导轨、反射板和工控系统等部件组成。装置的标准器、被检液位计、工控系统均安装在电动推车上。电动推车有三层结构，上层内部放置标准器，中间是工控系统，下面安装工作用的电动机和稳压电源，下层上表面用于放置被检液位计和工控机。由于反射式液位计外观样式“千奇百怪”，设计液位计支撑台由四根可独立自由升降的支撑柱组成，顶部安装可以更换的支撑架，有Y型、一型、U型、弧形等，根据液位计支撑面的形状选择对应支撑架。考虑到空间和检定的需要，水平导轨设计每组长1.5m，可以连接使用，均可以调节高度，以保证整体水平性。反射板采用铝板材质，保证了高反射性能，自由垂直悬挂，尺寸为3m×3m，满足20m测量范围内各种液位计的发散角要求。工控系统实现了电动推车的前后移动和停止、数据采集和处理，完成自动检定过程[5]。装置结构如图3所示。

图3　反射式液位计检定装置结构图

3　装置的实验对比

为了验证本套装置，筛选了性能较为稳定的差压式、浮子式和雷达式液位计各一台，分别在本装置和原装置进行检定，结果见表1。

分析数据得出，本套检定装置从检定效率和检定结果上都优于原有的装置。原有装置的检定时间均需要20min左右，且是人工全程参与；新的装置检定时间均在5min左右，缩短了3/4，人工参与时间也大大缩短，在解放劳动力的同时减少人为因素的影响。原有装置的标准器有游标卡尺和钢卷尺，均需要人工读数；新装置使用数字式标准器，实现数据自动采集。从检定结果分析，新装置的示值误差和回差约为原有装置的1/2，测量数据的准确度得到提高。