摘要：通用反射式液位計(jì)檢測(cè)裝置采用水平布局，標(biāo)準(zhǔn)器和被檢儀表對(duì)向設(shè)計(jì)形式，配置雙標(biāo)準(zhǔn)器，具備自檢功能。可實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波液位計(jì)、微波雷達(dá)液位計(jì)、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)和真空磁翻板液位計(jì)的檢測(cè)。
液位計(jì)廣泛應(yīng)用于石油、化工、醫(yī)藥和食品等行業(yè)儲(chǔ)缸的液位測(cè)量，依據(jù)測(cè)量原理不同可分為若干種類，其中超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)和導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)通過(guò)發(fā)射的能量脈沖信號(hào)接觸液面后返回的時(shí)間來(lái)測(cè)量液面的高度。真空磁翻板液位計(jì)則通過(guò)在波導(dǎo)絲上激勵(lì)出脈沖電流，產(chǎn)生脈沖電流磁場(chǎng)。當(dāng)脈沖電流磁場(chǎng)與浮子內(nèi)的磁環(huán)磁場(chǎng)相遇時(shí)，波導(dǎo)絲在浮子所在的位置產(chǎn)生一個(gè)扭轉(zhuǎn)波脈沖，通過(guò)測(cè)量脈沖電流與扭轉(zhuǎn)波的時(shí)間差可以精確地確定液面的位置。
目前，國(guó)內(nèi)各計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)和院校針對(duì)液位計(jì)的檢測(cè)做了大量工作，設(shè)計(jì)了不同類型和原理的液位計(jì)檢測(cè)裝置 ，劉藝專和邱潮浩分別對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的非接觸式檢測(cè)進(jìn)行了研究。塔依爾·斯拉甫力等提出了一種反射式液位計(jì)檢測(cè)裝置，對(duì)基于反射式測(cè)量原理的液位計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。以上方案還存在諸多不足，功能單一，僅適用于某種類型的液位計(jì)檢測(cè)，測(cè)量范圍有限。本文介紹一種通用化反射式液位計(jì)檢測(cè)裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波液位計(jì)、微波雷達(dá)液位計(jì)、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)和真空磁翻板液位計(jì)的檢測(cè)與量值傳遞。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
裝置采用水平設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)器激光測(cè)距儀與被檢液位計(jì)采用對(duì)向布置，相對(duì)于通常采用的激光測(cè)距儀和被檢液位計(jì)同向設(shè)置，將標(biāo)準(zhǔn)器和被檢液位計(jì)設(shè)置于裝置同一端，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示，工作平臺(tái)與激光反射板固定于 10m 長(zhǎng)高精度平行導(dǎo)軌一端，平行導(dǎo)軌上設(shè)置有滑動(dòng)平臺(tái)和液位計(jì)信號(hào)反射板，兩者作為一體可在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，激光反射板和液位計(jì)信號(hào)反射板均為鋁制，外形尺寸相同，在激光反射板高于工作平臺(tái)部分的中心設(shè)置有待檢測(cè)液位計(jì)的法蘭安裝接口，待檢測(cè)液位計(jì)搭配固定尺寸的外接法蘭就可與之連接，在液位計(jì)信號(hào)反射板高于滑動(dòng)平臺(tái)部分的中心設(shè)有一個(gè)可通過(guò)氣壓控制開(kāi)閉的窗口，開(kāi)閉窗口的中心與法蘭安裝接口的中心在同一軸線上且與平行導(dǎo)軌平行，液位計(jì)信號(hào)反射板上沿對(duì)角線設(shè)置的兩臺(tái)激光測(cè)距儀( DIMETIX DLS-A15 型，測(cè)量范圍為 0. 2 ～30m，精度 ±1. 5mm) 作為標(biāo)準(zhǔn)器，激光測(cè)距儀的光軸與平行導(dǎo)軌平行且激光瞄準(zhǔn)點(diǎn)落在激光反射板上。其中裝置中平行導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的技術(shù)要求為: 平行度≤0. 02/1000，直線度≤0. 01/1000，激光反射板的垂直度要求≤0. 02/1000，平行導(dǎo)軌的技術(shù)要求主要保證滑動(dòng)平臺(tái)長(zhǎng)期運(yùn)行的順暢，不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)、卡滯現(xiàn)象，系統(tǒng)的測(cè)量精度主要由激光測(cè)距儀控制，導(dǎo)軌的影響相對(duì)較小; 而對(duì)于固定式激光反射板垂直度造成距離上的微小偏差，相對(duì)于本裝置適用的*大允許誤差*高為毫米級(jí)的被檢液位計(jì)來(lái)說(shuō)，也是可以忽略的。
滑動(dòng)平臺(tái)中設(shè)置了氣動(dòng)剎車系統(tǒng)，測(cè)量時(shí)可通過(guò)氣壓將滑動(dòng)平臺(tái)鎖定在導(dǎo)軌上，以利于讀數(shù)的穩(wěn)定。液位計(jì)信號(hào)反射板中設(shè)置的開(kāi)閉窗口同樣由氣壓控制，對(duì)于導(dǎo)波雷達(dá)和真空磁翻板液位計(jì)，以氣壓控制窗口開(kāi)啟夾緊探桿或浮子，而對(duì)于超聲波和雷達(dá)液位計(jì)，則可將窗口關(guān)閉，從而保證該裝置對(duì)于不同類型液位計(jì)的適用性，相關(guān)的氣路及控制電路分別通過(guò)設(shè)置于滑軌下的線路與放置于工作平臺(tái)中的氣瓶和電腦主機(jī)相連。
2 系統(tǒng)工作流程
2. 1 被檢液位計(jì)的安裝
將被檢液位計(jì)搭配預(yù)制具有固定外形尺寸的外接法蘭，安裝于檢測(cè)裝置的法蘭接口上。根據(jù)被檢液位計(jì)的種類，若為雷達(dá)或超聲波液位計(jì)，通過(guò)氣壓將開(kāi)閉窗口關(guān)閉，若為真空磁翻板液位計(jì)或?qū)Рɡ走_(dá)液位計(jì)，控制窗口將磁浮子或探桿加緊并將線纜或探桿調(diào)至水平。
2. 2 測(cè)量方法
不同廠家生產(chǎn)的液位計(jì)由于設(shè)計(jì)的差異，安裝后其初始零位并不一致，因此在實(shí)際工作中采用差值法，即相對(duì)測(cè)量法，其技術(shù)思路為: 將*一測(cè)量點(diǎn)作為參考點(diǎn)，在被檢液位計(jì)量程范圍內(nèi)，通過(guò)比較各測(cè)量點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值和被檢儀表顯示值與*一測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)的差值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同液位計(jì)的檢測(cè)。
2. 3 測(cè)量程序
測(cè)量程序采用 LABVIEW 編制，其流程圖如圖 2所示。*先將被檢液位計(jì)的基本信息輸入測(cè)量主程序中并設(shè)置測(cè)量點(diǎn)。測(cè)量開(kāi)始后系統(tǒng)開(kāi)始自檢，依據(jù)系統(tǒng)提示將滑動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)到*一測(cè)量點(diǎn)附近，控制氣動(dòng)剎車系統(tǒng)將滑動(dòng)平臺(tái)鎖定在平臺(tái)上，防止讀數(shù)時(shí)輕微滑動(dòng)造成讀數(shù)不準(zhǔn)確，系統(tǒng)通過(guò) ＲS232端口控制兩臺(tái)激光測(cè)距儀工作。每個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量開(kāi)始前，系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)行自測(cè)量，若此時(shí)兩臺(tái)激光測(cè)距儀的測(cè)量結(jié)果差值大于設(shè)定值，系統(tǒng)將報(bào)警提示故障，若差值在設(shè)定范圍內(nèi)，系統(tǒng)正式開(kāi)始該測(cè)量點(diǎn)測(cè)量，兩臺(tái)激光測(cè)距儀各測(cè)量 10 次，取其均值作為標(biāo)準(zhǔn)值。系統(tǒng)可自動(dòng)讀取被檢液位計(jì)輸出電流信號(hào)，也可選擇將測(cè)量結(jié)果手動(dòng)輸入。系統(tǒng)在完成該點(diǎn)測(cè)量后提示更換測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量程序全部完成后將進(jìn)行數(shù)據(jù)保存并自動(dòng)生成包含全部測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)試報(bào)告。
表 1 給出了對(duì)雷達(dá)液位計(jì)( 測(cè)量范圍為 0 ～10m，*大允許誤差為 ±10mm) 的實(shí)際測(cè)量結(jié)果。
3 結(jié)束語(yǔ)
通用反射式液位計(jì)檢測(cè)裝置已申請(qǐng)**( **號(hào): ZL201720365159. 2) ，裝置采用標(biāo)準(zhǔn)器和被檢液位計(jì)對(duì)向設(shè)計(jì)的方案，降低了設(shè)計(jì)難度; 配備雙標(biāo)準(zhǔn)器，具備自檢功能，可保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，適用于對(duì)超聲波液位計(jì)、微波雷達(dá)液位計(jì)、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)和真空磁翻板液位計(jì)的檢測(cè)。由于裝置為水平式，若將導(dǎo)軌進(jìn)行延長(zhǎng)就能夠?qū)Υ罅砍痰囊何挥?jì)進(jìn)行檢驗(yàn)，但是，激光測(cè)距儀不能滿足大量程高精度液位計(jì)的測(cè)量，應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)器更換為激光干涉儀，才可滿足現(xiàn)有相關(guān)類型液位計(jì)的檢驗(yàn)。