标准金属量器液面高度的测量方法

刘小刚

(龙岩市产品质量检验所，福建 龙岩 364000)

标准金属量器液面高度的测量方法

刘小刚

(龙岩市产品质量检验所，福建 龙岩 364000)

文中提出了一种测量标准金属量器液面高度的方法，该方法可在保证测量结果的准确性前提下实现无需调整标准金属量器水平即可完成液面高度的测量。

标准金属量器；水平调整；液面高度测量方法

1 引言

标准金属量器是用于测量液体体积的计量器具，在容量和流量检测中起着重要的作用，其广泛应用于石油化工等行业。

在检测液体体积的操作过程中，标准金属量器必须保证水平状态[1]，否则测量得到的液位高度可能发生偏差，为了保证测量得到的液位高度是准确的，目前国内普遍采用在测量液位高度前使用水平仪对标准金属量器进行人工调整直至达到水平状态，这种人工调整的方法存在工作繁琐、效率低、对调节操作要求高等缺点；而一些燃油加油机自动检定装置利用水平传感器、液位传感器、电机和微处理器等电子设备将标准金属量器自动调整至水平状态，但这种装置存在着结构复杂、成本高等问题。

因此，文中提出一种使用双轴倾角传感器、液位传感器、微处理器测量液面高度的方法，实现无需调整标准金属量器水平即可完成液面高度的准确测量。

2 结构原理和测量方法

2.1 结构示意图

本方法中使用的标准金属量器与传统标准金属量器区别在于：

（1）使用液位传感器代替传统标准金属量器的液位管、计量颈标尺和读数游标；

（2）在标准金属量器底部支架水平安装一个双轴倾角传感器[2]，双轴倾角传感器在量器水平状态下安装，并确保双轴倾角传感器的安装面要平行于水平面。

其结构示意图如图1所示。

图1 本方法结构示意图

2.2工作原理

传统的标准金属量器在进行容积测量时，先要将标准金属量器放置在坚硬的平地上并调水平，然后将介质注入量器中，待量器中的介质气泡消失后读取液位高度，根据公式可以计算出此时量器内液体的体积[3]。如果量器水平调整存在偏差（即不水平），液位传感器采集的液位高度就不准确，由此计算出来的介质体积也就存在误差。

本方法中使用的标准金属量器能够通过双轴倾角传感器和液位传感器分别测得量器在不水平状态下的倾角和液位高度，微处理器根据测得的倾角和液位高度通过数学公式将量器未经过水平调整状态下的液面高度换算到水平状态下液面高度。

3 双轴倾角传感器的测量模型

图2 双轴倾角传感器的测量模型示意图

可得：

可得：

4测量方法

4.1 液面高度的测量模型

图3 量器倾斜状态下上椎体以上部分的剖面图

图3为标准金属量器倾斜状态下上椎体以上部分的剖面图，剖切平面是由液位传感器和计量颈中轴线构成的平面。计量颈中轴线为，和液位传感器所在平面为，与液面平面交于直线，液位传感器零点到计量颈中轴线的垂线为；因为双轴倾角传感器是在标准金属量器水平状态下安装的，且安装面平行于水平面，所以垂直于安装面，平行于和安装面的交线，则和的夹角为；为标准金属量器在水平状态下的液面高度；为液位传感器测得的液面高度；为与的距离。

标准金属量器的计量颈是一个圆柱形结构[5]，只要量器内介质的体积不变，无论标准金属量器如何倾斜，液面都与计量颈中轴线于同一点，该点到的距离是标准金属量器在水平状态下的液面高度。

4.2及值的确定

图4 求解和的几何图形示意图

图5求解和的简化图

再将标准金属量器倾斜另一个角度后，测得液位传感器中的液面高度为，双轴倾角传感器X测量轴的倾角、Y测量轴的倾角，根据式（6）、（13）和（17）计算出轴与平面和水平面交线的夹角，轴与平面和水平面交线的夹角，此时由式（18）及式（23）得出：

4.3 测量过程

综上所述，本方法标准金属量器液面高度的测量方法分为以下几个步骤：

（1）在标准金属量器水平状态下安装双轴倾角传感器，双轴倾角传感器的安装面要平行于水平面；

（2）在双轴倾角传感器首次安装在量器上及安装后双轴倾角传感器安装位置发生变化时，通过上述实验方法求常数、；

5 结束语

文中提出的标准金属量器液面高度的测量方法，能够使标准金属量器未经过水平调整情况下完成液面高度的测量，并能保证测量结果的准确性。该方法具有结构简单、易于实现、测量速度快等特点。

[1]JJG 259-2005《标准金属量器》检定规程 [S].

[2]杨润泽，芝世磊，吕波．调平的测量误差分析与倾角传感器精度的选择[J].传感技术学报，2015，28(10)：1482-1484

[3]JJG 443-2015《燃油加油机》检定规程[S].

[4]王超，徐晓辉，郭涛，闫明明．无线双轴倾角传感器的设计[J].实验室研究与探索，2015，34（8）：56-60.

[5]刘子勇．容量计量[M]．北京：中国计量出版社，2013.

Method for Measuring Height of Liquid Level for Standard Metal Tank

LIU Xiao-Gang
(longyan Product Quality Inspection, Longyan 364000, Fujian, China)

This paper presents a method for measuring the liquid level for the standard metal tank. This method can realize the measurement of the liquid level without adjusting the standard metal gauge level under the premise of ensuring the accuracy of the measurement result.

Standard metal scale; Level adjustment; Liquid level measurement method

2017-04-15

刘小刚，男，龙岩市产品质量检验所所长，工程师