液位计自动检测校准装置的开发与研究

＊孟繁辰

（玉衡检测（天津）有限公司 天津 300459）

引言

化工工艺生产中液位计的检定、校准很重要；我公司设计开发了一套自动检测校准装置，是利用不同原理来测量液位计能否满足自身准确度要求的标准装置；按照国家液位计检定规程开发的一套液位计检测校准专用设备。化工工艺生产中液位计检测校准设备，既满足了各种液位计检测、校准、调试技术要求；又可以通过西门子PLC S7-1200可编程控制器的编程、组态王组态，在计算机上自动显示（示值误差、输出值误差及设定点误差、回差等参数）值；设备采用标准化的设计技术，配置有三套多功能标准信号源，4～20mA、1～5V，标准智能压力信号发生器；交直流稳压电源及温度传感器、标尺、耐压及密封性试验装置；完全符合国家液位计检定规程。

1.化工工艺生产中液位计检测校准装置开发

液位计广泛应用于工业过程中的罐、釜、塔、器、炉、渠等内部液位或界面的测量。

液位计作为各种液位的计量器具，通过液位计进行液位测量在很大程度上避免了人工检尺检测所带来的不利因素。同时液位计的类型有磁浮式、压力式、超声波、磁翻板和雷达等。液位计自动检测校准装置作为重要的计量器具，它的准确度检测校准，直接关系到企业的整体经营情况，所用能源节检等经济指标，因此，对液位计的检测具有很大的意义。现有技术中，在检测液位计尤其是大量程液位计时由于其长度容易造成液位计的弯曲影响检测精度。因此液位计检测装置显得尤为重要。

目前已经产生了很多位计检测装置，根据其原理和方式不同可以分为反射式液位计检定装置、差压式液位计检定装置和水箱式液位计检定装置。现有技术中的计检测装置的功能局限性太小，现如今自动化以及物联网迅速发展，如何将检测校准装置与自动化以及物联网结合是现如今需要解决的问题。

2.液位计检测校准装置功能

液位计自动检测校准系统，包括液位计自动检测校准装置、数据采集系统和上位机，所述数据采集系统连接液位计自动检测校准装置，用于采集液位计自动检测校准装置中的各个参数，上位机连接数据采集系统，用于接收并显示采集到的数据。

表1 检定项目和使用中校准项目表

如图1所示，液位计自动检测校准装置的尺寸为1800mm×800mm×2800mm，液位计自动检测校准装置包括测量储水罐、移动脚轮、底座、储水箱、电器箱和顶板，其中底座的底部安装四个移动脚轮，底座的顶部分别安装测量储水罐和蓄水箱，储水箱的出水口通过水泵和进水截止阀连接测量储水罐的入水口，测量储水罐的出水口通过出水截止阀连接储水箱的入水口，入水口与出水口使用PPR管路与其他设备进行连接。测量储水罐的底部分别安装高精度变送器（高精度变送器是针对什么进行检测的：高精度（0.02级）变送器作为标准压力、液位的标准设备，与被检测校准的各种液位测量仪表的测量参数进行比对，比对出的测量值，经过数据采集系统PLC可编程控制器的编程及运算，可自动显示出比对的测量误差值。）和温度变送器，储水箱的顶部安装电器箱，电器箱的输入端连接液位计自动检测校准装置，电器箱的内部安装数据采集系统，顶板固装在测量储水罐的顶部，用于放置雷达式与投入型液位计。

图1 液位计自动检测校准装置图

技术标准参考“液位计检测标准”达到技术要求0.5～1级；利用PC/PPI电缆线组成PLC与组态王工控组态软件监控系统，以及利用物联网组成组态王工控组态软件监控系统，组态王工控组态软件还可以自动显示，编制显示策略，输出实时数据，打印检测校准报表，操作菜单设计等一系列强大的功能。

自动显示检测校准数据：根据液位计量程，自动设置测点、设定点，通过设定的控制和测量时序，准确控制液位计位置、采集液位计电流及相关温度数据、压力数据，控制水泵的进排液和溢流阀的启闭，由溢流口准确复现液位高度，实现液位计的自动检定；对检定过程采集的数据进行处理，得到检定点、设定点、液位计信号输出误差的检定结果。其中，根据液位计量程，将采集的液位计电流信号转化为液位数据，实现液位计示数获取。

3.液位计自动检测校准装置组成

（1）设备外形尺寸：1800mm×800mm×2800mm（长宽高）；40mm×40mm铝合金框架结构，4个移动脚轮（其中两个可锁定）；液位控制组件，包括PPR管路、溢流口、供液泵、溢流阀、手动阀，实现液位的准确自动复现。预留几个标准接口，可外接法兰和螺纹，各种液位计都可在设备上检测校准，就可以实现液位计的垂直安装，方便、快捷、牢固。

（2）数据采集控制系统：PLC S7-1200编程环境软件为技术标准，它可以对S7-1200所有功能进行编程。数据采集控制系统包括计算机、控制器、数据采集模块、伺服驱动器、继电器模块、传感器，传感器包括温度传感器、压力传感器及编码器。控制器：内含PLC、采集模块及配电模块；上位计算机安装Win10及组态王工控组态软件，自动显示当前温度；可直接读取标准表和被校验表参数（示值误差、输出值误差及设定点误差、回差），（加装交流2kW稳定度1%稳压电源与直流稳压电源），手动填写直尺数据等。技术标准参考“液位计检测标准”达到技术要求即可；利用PC/PPI电缆线组成PLC与组态王工控组态软件监控系统，以及利用物联网组成组态王工控组态软件监控系统，组态王工控组态软件还可以自动显示，编制显示策略，输出实时数据，打印检测校准报表，操作菜单设计等一系列强大的功能。

（3）自动显示检测校准数据：根据液位计量程，自动设置测点、设定点，通过设定的控制和测量时序，准确控制液位计位置、采集液位计电流及相关温度数据、压力数据，控制水泵的进排液和溢流阀的启闭，由溢流口准确复现液位高度，实现液位计的自动检定；对检定过程采集的数据进行处理，得到检定点、设定点、液位计信号输出误差的检定结果。其中，根据液位计量程，将采集的液位计电流信号转化为液位数据，实现液位计示数获取。

4.液位计自动检测校准操作方法[1]

(1)硬件系统操作

①设备牢靠插好三项插座；②打开交流稳压电源的漏电保护开关，使其工作2min后，正常提供220V交流电压，电源箱的电源指示灯亮；③将水泵的水阀F1-1打开30°角，打开进水阀F1-2；④将电源箱的按键开关按下接通，水泵通电启动；⑤这时液位检测罐开始进水，手动控制进水阀F1-2与回水阀F2-1，稳定检测位置；⑥通过手动控制进水量，选择检测点位置，0%、25%、50%、75%、100%上行程和下行程；⑦压力标准器（0.05级）与标准差压变送器（0.075级），作为标准器。

(2)软件系统操作

①打开交流稳压电源的漏电保护开关，使其工作2min后，正常提供220V交流电压，电源箱的电源指示灯亮；电源箱中的可编程控制器S7-1200 PLC及模块上电工作；②连接好物联网通讯网线，使可编程控制器S7-1200 PLC与计算机主机相联接；③连接好后，启动计算机安装好的图标，进入组态编程界面；④点击图标计算机进入自动检测校准界面；⑤计算机自动检测校准界面上自动显示：罐内温度、湿度、绝缘电阻、耐压值及检测点位置，0%、25%、50%、75%、100%上行程和下行程等参数；⑥自动计算出最大误差、回差，并在界面上设置两个开关，更方便显示和反复操作。

5.液位计检测校准示值误差（计算机自动显示）[2]

(1)液位计示值的最大允许误差有两种表示方式

①示值的最大允许误差为±α%FS

其中：α可以是0.01、0.02、(0.03)、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5；

FS为液位计的量程，mm或cm。

②示值的最大允许误差为±N

其中：N为直接用长度单位表示的最大允许误差，mm或cm，可在0.5、1、2、5、10、20、50中选取。

(2)输出值误差

具有信号输出功能的液位计，输出值最大允许误差应不超过输出量程的±C%FS。其中：C可以是O.05、O.1、O.2、O.5、1.0、1.5、2.0、2.5；

FS为液位计输出值的量程，mA或V。

(3)回差

液位计示值和输出值的回差应不超过其最大允许误差的绝对值。

(4)设定点误差

具有位式控制的液位计，其设定点误差限为±α’%FS或（±N'）。

其中：α’可以是O.1、O.2、O.5、1.0、1.5、2.0、2.5；

N’为直接用长度单位表示的最大允许误差，mm或cm。

(5)切换差

具有位式控制的液位计，切换差应不超过设定点误差限绝对值的2倍。

表2 标准仪器及配套设备

液位计自动检测校准设备属于计量标准装置，是液位计检定工作必不可少的主要设备，具有较好的实用价值，对液位计检测技术的发展起到一定的推动作用。同时装置具有成本低、操作简便、准确度高、适应性广、针对性强、自动化程度高等优点，适合在全行业甚至全国范围内推广应用。

液位计自动检测校准设备经过了长时间的重复性和稳定性考核，技术指标稳定，符合JJG 971-2019《液位计》对检定设备的要求，能够满足各种类型液位计的检定，取得良好的效果。特别是提高了检定过程的自动化程度和检定效率，降低了劳动强度。同时，也减少了人为操作对检定结果的影响，提高了检定的准确度。

图2 自动显示检测校准数据

6.结束语

化工工艺生产中液位计自动检测校准设备属于计量标准装置，是液位计检定工作必不可少的主要设备，具有较高的先进性及实用价值。同时液位计自动检测校准装置研制，具有操作简便、准确度高、针对性强、使用方便、自动计算显示等优点，适合在全检定校准行业乃至推广到全国范围内应用。

经调研与研究，新开发装置与原有的装置对比，实现了自动化检定过程，检定时间缩短了3/4，准确度提高1倍。同时实现过程监控、自动检定、数据采集、自动计算、精准检测、参数处理等功能，具有操作人为干预少、检定校准效率高、检测结果准确等优势的液位计自动检测校准装置，实现了对各种类型液位开关及液位计的检测校准。具有良好的应用和推广价值。