磁(cí)翻板液位計的(dí)“模擬(nǐ)法"檢測方法

擇要：在分析(xī)"實液(yè)法(fǎ)"的基礎(chǔ)上, 提(tí)出(chū)一(yī)種新的針對磁翻(fān)板液(yè)位計的(dí)“模擬法"檢(jiǎn)測方法。介(jiè)紹其檢測過程, 探討(tǎo)了(liǎo)通(tōng)過標記V形磁鐵挪動(dòng)距離提高測量準確度的環節方法, 並(bìng)對其可行(háng)性與準確性(xìng)進行實驗(yàn)驗證(zhèng)。

0，引言：

“液位計(jì)"是測量“液位(wèi)"量的(dí)儀表, 在貿(mào)易(yì)結算，安全防(fáng)護(hù)，環境監測和保(bǎo)證(zhèng)產品質(zhì)量(liáng)中(zhōng)起(qǐ)到(dào)重(zhòng)要(yào)作用(yòng)。眾多類型液(yè)位計中(zhōng), 磁翻(fān)板液(yè)位計(jì)因其(qí)顯(xiǎn)示直(zhí)觀，價廉物美和可(kě)靠(kào)耐用(yòng)而被廣泛應用(yòng)於各(gè)種儲(chǔ)罐與(yǔ)槽(cáo)的液位測(cè)量(liáng)[1]。

根據(jù)JJG 971-2002《液位計檢定規程(chéng)》的規定, 量(liáng)程小(xiǎo)於(yú)2 m的(dí)液位計普通采用實液進行檢(jiǎn)定, 量(liáng)程大(dà)於2 m的液位計, 采(cǎi)用模擬的方法對其檢定(dìng)或檢(jiǎn)測[2]。同時(shí), 安裝(zhuāng)於(yú)生(shēng)產(chǎn)現(xiàn)場的片麵磁(cí)翻板(bǎn)液位計, 由(yóu)於(yú)客觀原因無(wú)法(fǎ)拆卸和(hé)送檢, 隻能采用(yòng)模擬法對其示(shì)值(zhí)誤差(chà)進行(háng)校(xiào)準(zhǔn)[3]。

1，磁(cí)翻板液(yè)位(wèi)計實液(yè)檢定方法(fǎ)：

1.1，磁(cí)翻(fān)板液位(wèi)計(jì)的結(jié)構(gòu)與工作原理(lǐ)：

磁翻(fān)板液位計主要由磁浮(fú)子，浮子腔體，磁(cí)性(xìng)翻柱(zhù)等組成。磁浮(fú)子內置永(yǒng)磁(cí)鐵, 通過(guò)一(yī)塊鐵板使浮子表麵(miàn)形成以浮(fú)子軸綫為(wéi)軸(zhóu)均匀(yún)的圓環形(xíng)磁(cí)場(cháng), 向表(biǎo)麵現(xiàn)為一(yī)種極(jí)性[4]。

使(shǐ)用前, 按(àn)被測(cè)液體(tǐ)密(mì)度對(duì)磁(cí)浮(fú)子(zǐ)進行(háng)配重, 保證工作時液位(wèi)麵(miàn)與磁(cí)浮(fú)子(zǐ)的(dí)磁力作(zuò)用綫為同(tóng)一水平麵。浮子腔(qiāng)體(tǐ)與被(bèi)測容器連通, 浮子可在腔(qiāng)體內(nèi)自(zì)由挪動。磁(cí)性翻(fān)柱為可繞小軸(zhóu)靈(líng)活旋(xuán)轉(zhuǎn)的雙色(sè)部件, 按不同磁性(xìng)上(shàng)下(xià)異(yì)色。

液位計(jì)工作(zuò)時, 儀表(biǎo)下端與(yǔ)容(róng)器(qì)下(xià)端相連通, 上端(duān)與(yǔ)容器液位以(yǐ)上片(piàn)麵(miàn)連(lián)通(tōng) (若(ruò)容器(qì)為(wéi)開放式, 磁(cí)翻(fān)板(bǎn)液(yè)位計上端連(lián)通(tōng)大氣(qì)) 。根據帕(pà)斯卡定(dìng)律, 容(róng)器(qì)裏麵(miàn)液體高(gāo)度(dù) (液(yè)位) 與(yǔ)液位計浮(fú)子(zǐ)腔(qiāng)體(tǐ)內(nèi)液體高(gāo)度 (液位(wèi)) 相像。同時, 經過配(pèi)重後(hòu)的磁浮(fú)子(zǐ)半浸沒於液(yè)體中, 浮力與重(zhòng)力(lì)相平衡。此時, 磁(cí)浮(fú)子的(dí)受力(lì)為

式(shì)中:ρ—被測液體(tǐ)密度;

V—磁浮子排(pái)水(shuǐ)體積(jī);

g—當地重力加速度(dù);

G—磁(cí)浮子所受(shòu)重力

由(yóu)於浮子質量不變, 所受(shòu)重(zhòng)力不變(biàn), 重力時(shí)刻與(yǔ)浮力保(bǎo)持平(píng)衡(héng), 所(suǒ)以(yǐ)相(xiāng)應(yīng)的(dí)浮(fú)力也(yě)不(bù)變(biàn), 根(gēn)據式 (1) 可得, 磁浮子(zǐ)所排液(yè)體體積(jī)不變, 即磁浮(fú)子(zǐ)浸(jìn)沒的(dí)液(yè)位(wèi)始(shǐ)終不變, 因此(cǐ), 磁(cí)浮子(zǐ)的位置(zhì)準確(què)地(dì)反映了(liǎo)浮子腔體(tǐ)內(nèi)液位(wèi), 也即(jí)是(shì)被測(cè)液體的液位。當(dāng)液(yè)位(wèi)變化時, 磁(cí)浮(fú)子(zǐ)的位(wèi)置(zhì)隨(suí)之(zhī)產生改變(biàn), 通過磁(cí)場吸(xī)引(yǐn)麵板上磁性翻柱, 使其繞小軸旋(xuán)轉, 引起翻柱顏(yán)色變化, 讀取(qǔ)翻柱不同(tóng)顏(yán)色界綫的位置, 即可讀取被測(cè)液位值信(xìn)息(xī)。

1.2，實液法：

2 m水(shuǐ)槽(cáo)液位(wèi)計(jì)標準(zhǔn)裝(zhuāng)置 (如圖(tú)1) , 用(yòng)於實(shí)液法檢測。

在(zài)底(dǐ)部連(lián)通的裝(zhuāng)置中, 2 m水(shuǐ)槽(cáo)，帶有(yǒu)長度(dù)標準的連通觀察管(guǎn)和被(bèi)檢液(yè)位(wèi)計(jì)內液(yè)位相像(xiàng)。檢測(cè)中, 先將液位計(jì)安(ān)裝於(yú)支架(jià)上, 按規(guī)程要求, 液(yè)位計(jì)與水平(píng)麵垂直, 偏差(chà)不大(dà)於1°, 並選定合適的檢定點。調整零(líng)點(diǎn), 在(zài)檢(jiǎn)定用水(shuǐ)箱水位處於(yú)零位時(shí), 通(tōng)過調整磁翻板液位(wèi)計高度, 調(tiáo)整(zhěng)被(bèi)檢(jiǎn)零(líng)位。檢(jiǎn)定時, 通常(cháng)用(yòng)對準(zhǔn)被(bèi)檢看(kàn)標準(zhǔn)方(fāng)法(fǎ):調節(jié)檢定用(yòng)水(shuǐ)箱(xiāng)的(dí)水位(wèi), 從零開始(shǐ)漸漸(jiàn)升高(gāo)水(shuǐ)位到液(yè)位計指示(shì)的(dí)各檢(jiǎn)定點(diǎn), 直(zhí)至上(shàng)限;然(rán)後(hòu)漸漸降低水位到(dào)液位計指(zhǐ)示(shì)的(dí)各檢(jiǎn)定點, 直(zhí)至(zhì)下限。期間(jiān), 分(fēn)別讀(dú)取上下(xià)行程中各檢定(dìng)點(diǎn)水箱的(dí)水位示(shì)值(zhí) (被檢磁翻板(bǎn)液位計(jì)對準被檢的(dí)判(pàn)據是(shì)使檢(jiǎn)點處翻柱界(jiè)綫(xiàn)居中(zhōng)) 。標(biāo)準(zhǔn)值(zhí)通(tōng)過使(shǐ)用(yòng)長度標(biāo)準器(qì)讀(dú)取管(guǎn)內液(yè)體凹(āo)液麵(miàn)底(dǐ)端的變化(huà)量(liáng)取得(dé)。

1-配有(yǒu)長(cháng)度(dù)標準的連(lián)通(tōng)觀(guān)察管(guǎn);2-2 m水槽(cáo);3-被檢(jiǎn)磁(cí)翻(fān)板液(yè)位計(jì);4-固定(dìng)支架(jià);5-連(lián)通管道(dào)

2，磁(cí)翻板(bǎn)液位(wèi)計模(mó)擬檢(jiǎn)定(dìng)方法：

目前(qián)經常使用的(dí)模擬法檢測(cè)過(guò)程(chéng)為:拆卸下液(yè)位(wèi)計(jì)底部法(fǎ)蘭, 使用相應(yīng)長度的鋼直尺(chǐ)從(cóng)儀表(biǎo)底部(bù)推(tuī)進儀表(biǎo)裏麵磁浮(fú)子挪動模擬(nǐ)水位(wèi)變化(huà)。該方(fāng)法成(chéng)本(běn)低廉, 但在檢測過(guò)程(chéng)中, 沒(méi)有(yǒu)好的讀數(shù)機(jī)構對(duì)標準(zhǔn)鋼直(zhí)尺讀(dú)數, 並且(qiě)浮子的(dí)運(yùn)動與(yǔ)鋼(gāng)直尺的(dí)運動也(yě)無法*吻(wěn)合(hé), 造成測(cè)量不確(què)定度大的缺(quē)點(diǎn)。同時, 對儀(yí)表底(dǐ)部法蘭(lán)的(dí)拆卸大大(dà)增加(jiā)了該方(fāng)法實際(jì)操縱的(dí)難度。

針對(duì)以上情況(kuàng), 提(tí)出一(yī)種操縱簡(jiǎn)單，測量(liáng)不(bù)確定(dìng)度(dù)小(xiǎo)和易實(shí)現的(dí)模擬(nǐ)方(fāng)法(fǎ), 檢(jiǎn)測(cè)磁(cí)翻板液位計示值誤(wù)差(chà)，回差等性能(néng)。

2.1 模(mó)擬(nǐ)法的操(cāo)縱(zòng)

本方法使(shǐ)用V形(xíng)磁鐵 (內置永磁(cí)鐵的V形塊) , 吸引(yǐn)磁(cí)浮(fú)子(zǐ)動(dòng)作(zuò)模(mó)擬液(yè)位(wèi)變化。校(xiào)準時(shí), V形磁鐵(tiě)帶動磁(cí)浮子在浮子(zǐ)腔(qiāng)內(nèi)運動, 進一步帶(dài)動磁翻(fān)柱翻(fān)轉, 按(àn)檢定(dìng)規(guī)程(chéng)當液位計(jì)顯示(shì)液位檢定點(diǎn)時, 使(shǐ)用(yòng)記(jì)號筆沿(yán)V形磁(cí)鐵(tiě)與(yǔ)被檢儀(yí)表的貼(tiē)合麵進行(háng)標記, 然後(hòu)進(jìn)行下(xià)一個(gè)檢(jiǎn)定點(diǎn)的(dí)檢定。實現(xiàn)一(yī)次(cì)行程(chéng)後, 將相(xiāng)應標(biāo)記(jì)點間的(dí)距離作為磁(cí)浮(fú)子實(shí)際挪(nuó)動的距離(lí), 使(shǐ)用遊(yóu)標卡尺進行測(cè)量(liáng), 作為標準(zhǔn)值進行記錄。

2.2 ，模(mó)擬(nǐ)法的可行性分析：

2.2.1， 磁(cí)浮(fú)子的(dí)運動：

在對“實(shí)液(yè)法"的分析和(hé)介紹中可知(zhī), 磁(cí)翻板(bǎn)液位(wèi)計(jì)能(néng)可靠顯示(shì)液位是(shì)基於阿(ā)基米德(dé)原(yuán)理(lǐ)和(hé)磁場(cháng)作(zuò)用, 其工(gōng)作原理環(huán)節(jié)在於(yú)磁(cí)浮子與液麵的(dí)相(xiāng)對位(wèi)置(zhì)在(zài)測(cè)量過(guò)程中始終(zhōng)不變, 因此在(zài)模(mó)擬法中V形磁鐵與磁浮子相對位置(zhì)是否改(gǎi)變是分(fēn)析(xī)模(mó)擬(nǐ)法能(néng)否(fǒu)可行的(dí)重點(diǎn)。

假設磁浮子與(yǔ)V形磁(cí)鐵均由(yóu)許(xǔ)多微小的磁荷(hé)組(zǔ)成(chéng), 任(rèn)意(yì)兩(liǎng)點(diǎn)的(dí)作(zuò)用(yòng):

-液位計(jì)管壁;2-V形磁鐵;3-磁浮子

由此得知(zhī), 磁浮(fú)子(zǐ)和V形磁鐵之(zhī)間(jiān)的吸(xī)引(yǐn)力(lì)僅和磁(cí)體(tǐ)之間的距離與磁體(tǐ)帶磁量(liáng)相關(guān), 與(yǔ)其(qí)他力無關, 所以可(kě)以認(rèn)為(wéi)隻(zhī)要磁力足夠大, 就(jiù)可(kě)以將(jiāng)V形磁(cí)鐵與磁(cí)浮(fú)子視為一個整(zhěng)體(tǐ), 即(jí)在挪動時, 兩(liǎng)者(zhě)之間相(xiāng)對位(wèi)移很(hěn)小, V形(xíng)磁鐵的運(yùn)動距(jù)離即為浮(fú)子挪動距(jù)離。

2.2.2，標(biāo)記永(yǒng)磁鐵挪動距離：

該校準方法(fǎ)中(zhōng)標(biāo)準值通過測(cè)量(liáng)永磁鐵挪動的距離得到。由(yóu)於磁(cí)翻(fān)柱液位(wèi)計準(zhǔn)確度較(jiào)低, 普(pǔ)通的長(cháng)度計(jì)量工具(jù) (如:鋼直(zhí)尺，鋼卷尺(chǐ)) 均(jūn)能滿足作為標準用(yòng)具的準(zhǔn)確度要求。取(qǔ)得(dé)標(biāo)準(zhǔn)值時, 不(bù)確(què)定度(dù)主要(yào)來源(yuán)於(yú)對永(yǒng)磁鐵挪(nuó)動位置(zhì)的(dí)標(biāo)記(jì)。校(xiào)準中(zhōng), 緩(huǎn)慢挪(nuó)動(dòng)永磁鐵帶(dài)動(dòng)磁(cí)浮子(zǐ)向檢定點挪動(dòng), 當磁(cí)浮子帶動(dòng)的磁(cí)翻柱顯示(shì)到達計量(liáng)點(diǎn)時, 使(shǐ)用(yòng)V形磁(cí)鐵(tiě)確(què)定磁浮子(zǐ)的(dí)位置並(bìng)標記。V形鐵是重(zhòng)要(yào)的(dí)圓柱體定(dìng)位(wèi)工具, 當它在液(yè)位計(jì)圓柱形的浮子(zǐ)腔體(tǐ)外沿(yán)軸綫(xiàn)挪動時(shí), 隻能沿軸綫(xiàn)運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng), 而沒有其他自由度(dù), 所以借(jiè)助(zhù)V形磁(cí)鐵(tiě)可以保(bǎo)證標記之(zhī)間的平行(háng)度(dù), 幫助(zhù)長(cháng)度(dù)測(cè)量工具對標準(zhǔn)值準(zhǔn)確測(cè)量(liáng)。

.2.3，V形(xíng)磁(cí)性鐵對儀表顯(xiǎn)示的(dí)影(yǐng)響：

在本方(fāng)法(fǎ)中(zhōng), V形(xíng)磁(cí)鐵與磁(cí)浮子的(dí)磁(cí)場(cháng)相互影響。由(yóu)於儀(yí)表用(yòng)途(tú)不(bù)一(yī), 各生(shēng)產廠家磁浮子充(chōng)磁量(liáng)標準不同, 導致各磁翻板液(yè)位(wèi)計(jì)磁浮(fú)子的磁場特(tè)性不盡相像(xiàng), 並且(qiě)工(gōng)作(zuò)時隔著液位(wèi)計(jì)浮(fú)子腔壁, 情況復雜, 磁鐵(tiě)與(yǔ)浮子之間的磁化現(xiàn)象很難定量。具體(tǐ)操縱中以實際(jì)不影響儀(yí)表工作為準。建議使用磁(cí)場(cháng)強度不大於(yú)400 A/m的V形(xíng)磁鐵(tiě)進行(háng)工作[5]。

3，試(shì)驗驗證(zhèng)：

使用一台測量(liáng)範(fàn)圍(wéi)為(wéi)0~1 500 mm的(dí)磁翻柱液(yè)位(wèi)計(jì)作(zuò)為被檢儀表(biǎo), 用模擬法(fǎ)進行校準(zhǔn), 與(yǔ)使用2 m水槽標(biāo)準(zhǔn)裝(zhuāng)置的校準結果進行(háng)相(xiāng)對(duì)。

首(shǒu)先(xiān)在液位計1 000 mm處(chǔ), 按文(wén)中(zhōng)闡(chǎn)述(shù)方(fāng)法(fǎ)反復測量10次(cì), 重復(fù)性(xìng)測量(liáng)數(shù)據如表1。

在(zài)相(xiāng)像(xiàng)的(dí)測(cè)量條件下(xià), 在(zài)液位計顯(xiǎn)示(shì)1 000 mm時(shí), 使(shǐ)用(yòng)2 m水槽標準(zhǔn)裝置(zhì)進行(háng)重復性(xìng)測(cè)量, 數(shù)據(jù)如(rú)表(biǎo)2。

兩種方法(fǎ)重復性接(jiē)近(jìn), 使用模擬方(fāng)法*可(kě)以(yǐ)在(zài)不(bù)影響測(cè)量不(bù)確定度的情(qíng)況下對(duì)磁(cí)翻柱(zhù)式液(yè)位(wèi)計(jì)進行校準。

同時, 由表1:使(shǐ)用模(mó)擬(nǐ)法檢(jiǎn)測(cè)***大示(shì)值誤(wù)差為(wéi)Δ=4 mm;由(yóu)表2:使(shǐ)用實測法檢(jiǎn)測(cè)***大(dà)示值誤(wù)差為(wéi)Δ=5 mm;兩者相差1 mm, 遠(yuǎn)小於測量不(bù)確定(dìng)度(dù) (U=5.0 mm, k=2) 。

磁翻板(bǎn)液位計作為測(cè)量(liáng)液(yè)位的重要計量(liáng)用具(jù), 被(bèi)廣(guǎng)泛應(yīng)用於(yú)各種(zhǒng)生產現(xiàn)場。本(běn)文提出一種(zhǒng)簡單易行(háng)的模擬(nǐ)檢(jiǎn)測方法(fǎ), 並通過(guò)試(shì)驗(yàn)驗證在(zài)2 m內(nèi)的可(kě)行(háng)性(xìng)。從原理(lǐ)上(shàng)講(jiǎng), 量程(chéng)大(dà)於(yú)2 m與量(liáng)程小於2 m並沒(méi)有本質(zhì)上(shàng)的(dí)區別, 因此(cǐ), 該方法在量(liáng)程(chéng)大於(yú)2 m的情況下應該(gāi)也是可(kě)行(háng)的。