引言

液位計(jì)是我國依法檢定的計(jì)量器具［1］，是工業(yè)過程測(cè)量和控制系統(tǒng)中用于指示和控制液位的儀表，廣泛用于石油、化工等行業(yè)和安全生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、交接等環(huán)節(jié)。近年來，隨著 E + H、OPW、凡誼等國際知名液位計(jì)生產(chǎn)企業(yè)陸續(xù)登陸中國，對(duì)高精度液位計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地檢定校準(zhǔn)成為企業(yè)的迫切需求［2］。 1 液位計(jì)檢定裝置的現(xiàn)狀按測(cè)量液位的感應(yīng)元件與被測(cè)液體是否接觸，液位儀表可以分為接觸式和非接觸式兩類［3］。 

 

1. 1 接觸式液位計(jì)

傳統(tǒng)的液位測(cè)量?jī)x表主要有可見液位的連通器式玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)、浮子( 浮筒) 式液位計(jì)、電容式液位計(jì)、靜壓式液位計(jì)等［4，5］，其共同特點(diǎn)是液位測(cè)量?jī)x表的感應(yīng)元件與被測(cè)介質(zhì)接觸，因此存在一定的磨損且容易被液體污染粘黏而影響測(cè)量準(zhǔn)確性，而且對(duì)一些腐蝕性、高溫、黏度大等特殊介質(zhì)具有一定的適用局限性，同時(shí)液位儀表的體積較大，運(yùn)輸、安裝以及維修維護(hù)不便。 1. 2 非接觸式液位計(jì)非接觸式液位測(cè)量?jī)x表的特點(diǎn)是測(cè)量的感應(yīng)元件與被測(cè)液體不接觸，測(cè)量部件不易受被測(cè)介質(zhì)影響，也不影響被測(cè)介質(zhì)，可用于接觸式測(cè)量?jī)x表不能測(cè)量的特殊場(chǎng)合，如高溫、黏度大、腐蝕性強(qiáng)、污染性強(qiáng)、易結(jié)晶的介質(zhì)［6］。目前非常常用的非接觸式液位測(cè)量?jī)x表主要是雷達(dá)式和超聲波式液位計(jì)，此外，利用激光原理的光波式、利用同位素技術(shù)的核輻射式等液位測(cè)量?jī)x表也應(yīng)用在冶金、化工等特殊工藝場(chǎng)所。

 

由于液位計(jì)的測(cè)量型式多種多樣，根據(jù)其工作原理，檢測(cè)的方式也不同。JJG 971《液位計(jì)檢定規(guī)程》中對(duì)適用不同類型的液位計(jì)檢定的標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行了梳理分類，并明確了標(biāo)準(zhǔn)器的技術(shù)要求。例如:液位計(jì)水箱檢定裝置液位高 2m 以內(nèi)的測(cè)量用鋼直尺的非常大允許誤差應(yīng)不超過 ± 0. 35mm; 用于檢定壓力式液位計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器準(zhǔn)確度等級(jí)不低于0. 05 級(jí); 用 10m 鋼卷尺直接測(cè)量的，準(zhǔn)確度等級(jí)不低于Ⅱ級(jí)［7］。

 

目前國內(nèi)非常先進(jìn)的液位計(jì)檢定裝置為中國計(jì)量科學(xué)研究院容量研究室剛改造過的液位計(jì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。該裝置量程 0 ～ 3000mm，測(cè)量不確定度為 0. 50mm( k = 2) 。新疆計(jì)量院也建立了長(zhǎng)距離非接觸式液位計(jì)檢定裝置，其測(cè)距距離為 0 ～ 30m，分辨力為 1mm，非常大允許誤差 ± 0. 35mm，水平式結(jié)構(gòu)。國內(nèi)大多數(shù)計(jì)量院所的液位計(jì)檢定裝置大多采用鋼直尺作為液位計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，非常大允許誤差為 ± 0. 35mm，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)成本低; 缺點(diǎn)是精度達(dá)不到較高水平，檢測(cè)的功能不齊全，不能適應(yīng)各種型式的液位計(jì)的檢定需求( 比如超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等) 。

 

2 多功能液位計(jì)檢定裝置工作原理

多功能液位計(jì)檢定裝置是一種液位計(jì)水箱檢定裝置，由儲(chǔ)水箱、檢測(cè)用液位桶、檢定組件安裝板、水泵及水位控制調(diào)節(jié)閥、玻璃管液位計(jì)和數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)游標(biāo)卡尺、水平調(diào)節(jié)底座、便攜操作架等組成。裝置的結(jié)構(gòu)示意圖見圖 1，可檢測(cè)浮子式、浮筒式、浮球式、反射式、壓力式等多種形式的液位計(jì)。

使用多功能液位計(jì)檢定裝置檢定液位計(jì)時(shí)，首先根據(jù)被檢液位計(jì)的測(cè)量范圍選定合適的液位筒，并將液位計(jì)正確安裝在液位筒上。然后，升高液位筒液位至設(shè)定零位，進(jìn)行調(diào)零。檢定時(shí)調(diào)節(jié)液位筒內(nèi)的水位，從零位開始逐漸升高水位到各檢定點(diǎn)的高度，直至上限，然后逐漸降低液位筒的水位到各檢定點(diǎn)，直至下限。期間記錄被檢液位計(jì)的示值和游標(biāo)卡尺的標(biāo)準(zhǔn)示值，進(jìn)行誤差計(jì)算。取整個(gè)測(cè)量過程中示值誤差的非常大值作為該液位計(jì)的示值誤差。 Δ1 = Hd － Hw1 ( 1) Δ2 = Hd － Hw2 ( 2)式中: Δ1、Δ2 分別為液位計(jì)上、下行程的示值誤差，cm 或 mm; Hw1、Hw2分別為液位計(jì)上、下行程示值對(duì)應(yīng)的水箱實(shí)際水位值，cm 或 mm; Hd 為液位計(jì)示值，cm 或 mm。

 

 3 多功能液位計(jì)檢定裝置的研究及設(shè)計(jì)

在參考國家計(jì)量院及有關(guān)省計(jì)量院已經(jīng)建立的相關(guān)液位計(jì)檢定裝置的基礎(chǔ)上，研制一種多功能液位計(jì)檢定裝置，采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺作為溯源標(biāo)準(zhǔn)。裝置 的 測(cè) 量 范 圍 為 0 ～ 2000mm，分 辨 力 為0. 01mm，非常大允許誤差為 ± 0. 05mm，能滿足各種型式高等級(jí)液位計(jì)計(jì)量檢定的需要，達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。 3. 1 多功能液位計(jì)檢定裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)多功能液位計(jì)檢定裝置主要由檢測(cè)用水箱、檢測(cè)用分離式液位桶、檢測(cè)用透明液位桶、檢定組件安裝板、進(jìn)出水泵及水位控制調(diào)節(jié)閥、玻璃管液位計(jì)和數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)游標(biāo)卡尺、水平調(diào)節(jié)底座、便攜操作架等 組 成。多功能液位計(jì)檢定裝置結(jié)構(gòu)圖見圖 2。

3. 2 多功能液位計(jì)檢定裝置的主要技術(shù)指標(biāo)

1) 檢定范圍: 0 ～ 2000mm; 2) 數(shù)顯游標(biāo)卡尺: 分辨力為 0. 01mm，非常大允許

誤差為 ± 0. 05mm; 3) 液位計(jì)接口標(biāo)準(zhǔn): DN15、DN20、DN25、DN32、 DN60、DN65、DN70、DN75 等，平面法蘭支持?jǐn)U展。 

 

3. 3 多功能液位計(jì)檢定裝置實(shí)施及創(chuàng)新

水箱材料為 5mm 厚不銹鋼拉絲板，水箱尺寸: 600 × 800 × 1700( mm) ，并配有大口徑清洗排污閥。水位控制系統(tǒng)采用進(jìn)口屏蔽式水泵和粗調(diào)、微調(diào)閥門組成，可有效控制正反檢定行程水位。所有計(jì)量組件均配備水平調(diào)節(jié)底座。檢定組件安裝板由透明液位顯示管、數(shù)顯游標(biāo)卡尺等組成，底部均與分離式液位桶、透明液位桶連接，與水箱快速接頭連通。檢測(cè)用分離式液位桶由 Φ500 × 1300 ( mm) 、 Φ500 × 1000( mm) 兩個(gè)不同高度的液位桶組成，上下兩桶可分離或組合使用。檢定時(shí)可根據(jù)被檢液位計(jì)選擇合適的液位桶進(jìn)行檢測(cè)。

 

液位桶與水箱快速接頭連通，并配備專用扶梯以便觀察液位桶內(nèi)液位情況。此外，液位桶設(shè)計(jì)了可方便拆卸的液位計(jì)夾裝蓋板，可以滿足不同液位檢定需求。例如，在檢測(cè) 2000mm 量程的液位計(jì)時(shí)，將上下液位桶通過卡箍緊密連接，液位桶高度可達(dá)到 2300mm; 在檢定量程為 1000mm 及以下液位計(jì)的時(shí)候，可以將上面 1000mm 液位桶通過滑輪吊裝分離，保 留 底 部1300mm 的液位桶，這樣在檢定小量程液位計(jì)時(shí)，減少了大量排放水導(dǎo)致的時(shí)間消耗，節(jié)約水資源，提高檢定效率。

 

目前市面上大部分一體式超聲波液位計(jì)等非接觸式液位計(jì)均有 250mm 左右的盲區(qū)，且對(duì)液位桶桶徑有要求，為解決這一問題，本裝置液位桶上方預(yù)留300mm 的高度，且 500mm 的內(nèi)徑滿足了大部分的超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等非接觸式液位計(jì)的檢測(cè)需求。

 

檢測(cè)用透明液位桶規(guī)格: Φ200 × 2000mm，與水箱快速接頭連通。目前一般房高為 3m，為滿足磁致伸縮等長(zhǎng)尺寸液位計(jì)的安裝工作，將透明液位桶設(shè)計(jì)為可整體放倒，很好地解決了液位計(jì)檢定裝置室內(nèi)安裝垂直空間不夠的問題，同時(shí)提高了液位計(jì)的拆裝效率。此外，通過透明液位桶可以觀察這些液位計(jì)是否安裝垂直，降低非垂直安裝對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來的影響。

 

檢定接口檢測(cè)用分離式液位桶( 即大液位桶)上面有兩塊金屬蓋板( 支撐板和調(diào)節(jié)板) ，支撐板上開 DN80 的孔和兩個(gè) DN10 的孔，用于穿入兩根支撐調(diào)節(jié)板的螺桿，調(diào)節(jié)板為左右對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，板中間位置有可供沿著螺桿移動(dòng)的 15mm 的長(zhǎng)槽孔，兩板中間為相對(duì)的 DN60 的半圓孔，用于放置液位計(jì)。這樣，液位計(jì)上下位置可通過螺桿調(diào)節(jié)( 板前后用螺母固定) ，左右可通過槽孔調(diào)節(jié)，可以方便各種尺寸超聲波物位計(jì)調(diào)節(jié)測(cè)量。檢測(cè)用透明液位桶頂部亦預(yù)留了 Φ60mm、Φ50mm、Φ40mm 活動(dòng)蓋板和固定螺紋支架。

 

裝置配有磁致伸縮液位計(jì)在線檢定系統(tǒng)( 系統(tǒng)MPE 為 ± 0. 05% ) ，由磁致伸縮傳感器［10，11］、液位轉(zhuǎn)換控制器和計(jì)算機(jī)軟件組成。液位變送器完成液位的測(cè)量并變送輸出 4 ～ 20mA 電流信號(hào); 液位轉(zhuǎn)換控制儀將液位變送器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為液位值，通過 RS232 輸出; 計(jì)算機(jī)通過接收液位轉(zhuǎn)換控制儀器輸出的代表液位值的 RS232 信號(hào)并多點(diǎn)測(cè)量，算出各檢測(cè)點(diǎn)的液位值作為標(biāo)準(zhǔn)與被檢液位計(jì)的測(cè)量值進(jìn)行比較，做出液位的不確定度判斷。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了快速的自動(dòng)化檢測(cè)，提高了檢測(cè)效率。

 

3. 4 多功能液位計(jì)檢定裝置檢定液位計(jì)操作示例

用多功能液位計(jì)檢定裝置檢定一臺(tái) 2m 的浮球式磁致伸縮液位計(jì)。首先用水平儀檢查主水箱底座及有機(jī)玻璃管支架是否水平，并調(diào)整到非常佳狀態(tài)。檢定流程如下: 

 

1) 安裝、調(diào)整被檢液位計(jì)，并調(diào)零; 

2) 打開水泵電源開關(guān)后，當(dāng)液位顯示水位達(dá)到50. 0cm 時(shí)，關(guān)閉水泵，等液面平穩(wěn)后，若被檢液位計(jì)水位值低于 50. 0cm，打開微調(diào)閥，起動(dòng)水泵加水; 若被檢液位計(jì)水位值高于 50. 0cm，打開主水箱下側(cè)微調(diào)閥，將水直接排出水箱; 

3) 記錄標(biāo)準(zhǔn)尺此時(shí)的數(shù)據(jù); 

4) 重復(fù)步驟 2) 、3) ，將水位依次調(diào)整為 100. 0cm、 150. 0cm、200. 0cm，并記錄標(biāo)準(zhǔn)尺數(shù)后，開始反行程檢定;

5) 打開水泵電源開關(guān)，按操作步驟 2) 將水位定在 150. 5cm( 此處建議設(shè)定值略高于檢定點(diǎn)值，因?yàn)樗�泵停止工作后，要關(guān)閉水閥，有個(gè)時(shí)間差) ，當(dāng)水泵開始工作，打開排水閥，主水箱開始排水。若被檢液位計(jì)水位值低于 150. 0cm，打開微調(diào)閥，起動(dòng)水泵加水; 若被檢液位計(jì)水位值高于 150. 0cm，打開主水箱下側(cè)微調(diào)閥，將水直接排出水箱; 

6) 重復(fù)步驟 5) ，將水位依次調(diào)整為 100. 0cm、 50. 0cm，并記錄標(biāo)準(zhǔn)尺數(shù)據(jù); 7) 計(jì)算個(gè)檢定點(diǎn)的示值誤差和回差。檢定結(jié)束。 

 

4 結(jié)束語

本文介紹了一種多功能液位計(jì)檢定裝置，主要論述了該裝置的工作原理、技術(shù)指標(biāo)、設(shè)計(jì)思路、工作方法，以及該裝置在實(shí)施中的創(chuàng)新點(diǎn)。裝置可檢定多種類型的液位計(jì)，例如: 磁翻板液位計(jì)、浮球液位計(jì)、靜壓式液位計(jì)、浮球( 桶) 液位計(jì)、雷達(dá)物位計(jì)、超聲波料位計(jì)、差壓式液位計(jì)、明渠流量計(jì)［12］ 等。目前，多功能液位計(jì)檢定裝置已經(jīng)運(yùn)用于某計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)，很好地滿足了日常檢定的市場(chǎng)需求。