摘要：本文介紹了項目“浮子液位計全自動模擬檢定裝置的研制”的立項背景、基本情況和項目取得的成果及主要創(chuàng)新。該項目采用了多項自主研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，成功研制了國內(nèi)首臺臥式液位計模擬檢定裝置，該裝置可以全自動進行液位計正反行程的檢定，并且采集數(shù)據(jù)，利用zui大允許誤差為 0.005mm 的磁柵尺，滿足浮子液位計檢定中的各項要求。

       本文設(shè)計的全自動浮子液位計模擬檢定裝置，采用了檢定規(guī)程中的模擬法進行檢定，利用磁柵尺和帶動浮子水平移動的導軌夾具系統(tǒng)并配合自動檢定系統(tǒng)軟件等技術(shù)手段，保障量值傳遞的準確可靠。

一、裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

       液位測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。本裝置的液位數(shù)據(jù)采集部分由精密磁柵尺、PRC 控制系統(tǒng)及觸摸屏計算機組成，運動控制部分由平臺驅(qū)動系統(tǒng)、升降桿控制系統(tǒng)、限位開關(guān)等組成，其模塊圖如圖 2 所示。

1. 數(shù)學模型

       液位測量值 L 為 L=L1cosα+L2+Lt

式中：L1——液位數(shù)據(jù)采集部分的測量數(shù)據(jù)；L2——模擬測量時液位計導桿由于重力產(chǎn)生的撓度帶來的影響；Lt——溫度帶來的影響；α——磁柵尺相對水平線的傾斜角。

2. 工作原理

       測量系統(tǒng)應用了水平軌道帶動浮子模擬液位升降，并配合磁柵尺精確定位。通過觸控屏設(shè)置好檢測距離、各個點位，PRC 控制電機帶動滑塊在軌道上運行設(shè)定好的各段距離，在每個點位停留一段時間（時間可設(shè)定），客戶觀察數(shù)值。由于測量距離太長，為了減少重力產(chǎn)生的撓度影響，被檢品下方分段設(shè)置支撐機構(gòu)，運行中 PRC 自動運算，控制支撐機構(gòu)規(guī)避滑塊運行。系統(tǒng)還包括被檢液位計的（4~20）mA 輸出電流測量模塊，并配有限位開關(guān)，保證浮子夾具水平位移時安全可靠。

二、裝置技術(shù)特點

1. 標準器準確度指標極高

       系統(tǒng)配有高準確度電流表，準確度為 0.05 級，用（4~20）mA 的電流數(shù)值去界定被檢液位計是否符合準確度等級要求。通過準確度為 0.005mm 的磁柵尺配合，顯示器可實現(xiàn)位移數(shù)值的實時顯示。在檢測準確度為 0.1 級的浮子液位計時，滿足檢定規(guī)程中標準器擴展不確定度不超過被檢液位計 1/4的要求。

2. 量程寬，占地面積小

       檢定裝置所配備的水平導軌與電機驅(qū)動系統(tǒng)模擬液位檢定，檢定范圍可達到 3m。上位機的自動測試系統(tǒng)操作界面如圖 3 所示，該系統(tǒng)可把液位計全量程分為 1 到 10 個測量點。在檢測時，可自由選擇手動模式或自動模式，大約 10 分鐘即可完成一臺液位計的示值檢定。并且，該系統(tǒng)采用臥式模擬檢定方案，不受實驗室層高影響，只需大約 10 平方米的房間即可進行檢定工作。

3. 測量種類齊全，操作簡單

       該系統(tǒng)設(shè)計時經(jīng)過充分的市場調(diào)研，能開展浮子液位計、磁致伸縮液位計、壓力式液位計和液位開關(guān)等十幾種液位計的檢定工作。

三、檢定方法

       檢定時，將浮子液位計臥式安放在檢定臺的支架上，安裝時檢查磁性浮球和浮球?qū)U的外觀，不應有彎曲、碰傷等缺陷，磁性浮球能在導桿上自由無阻礙地滑動。將二線制纜線與裝置上位機相連，調(diào)整浮球至導桿的零位，進行零位誤差的讀取。然后將浮球與浮球夾具連接，并在上位機輸入滿量程，進行自動檢定。檢定裝置會把被檢液位計分為滿量程的（0，1/4，1/2，3/4，1）進行檢定，在每個檢定點電機系統(tǒng)會停留 1 分鐘，方便檢定員對電流表讀數(shù)。標準電流值為（4，8 , 12 , 16，20）mA。

       在上行程測量完后，系統(tǒng)會自動返程進行下行程的檢定，從而完成液位計的示值誤差檢定；并且在浮球與浮球夾具水平移動時，升降桿控制系統(tǒng)可以自動進行升降，減小導桿受重力產(chǎn)生的撓度影響。在檢定液位開關(guān)時，系統(tǒng)可以在上下行程中自動讀取開關(guān)動作時產(chǎn)生的相應信號。

四、檢定能力驗證

       驗證方法依據(jù) JJF1033-2016《計量標準考核規(guī)范》采用傳遞比較法。選擇的被測對象為浮子液位計，測量輸出值的zui大示值誤差為 y=0.01mA，擴展不確定度為 U=0.028%（k=2）。 然 后， 用 精密數(shù)字壓力計并搭配水箱進行檢測，測量輸出值的zui大允許誤差為 y0=0.008mA，擴展不確定度為U0=0.015%（k=2）。依據(jù)能力驗證評定方法，該系統(tǒng)滿足的要求

       本裝置的成功研制，使天津市計量院的液位計檢定工作處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。經(jīng)過半年多的運行證明，該裝置結(jié)構(gòu)合理、測量準確、方便快捷，使用效果良好。