人妻第一次尝试黑人,久久久无码国产精品无码三区三区,亚洲日本一区二区一本一道,人妻丰满熟妇av无码久久奶水

<dl id="gymk0"><delect id="gymk0"></delect></dl>

<dl id="gymk0"></dl>

<noframes id="gymk0"><bdo id="gymk0"></bdo></noframes>

<pre id="gymk0"><fieldset id="gymk0"></fieldset></pre>

<tfoot id="gymk0"><del id="gymk0"></del></tfoot>

浮子式液位計測量原理

技術(shù)資料 2019年6月16日 02:24:04

摘要：

文中針對浮子式液位計原位校準的問題, 在介紹浮子式液位計測量原理的基礎(chǔ)上, 設(shè)計一套浮子式液位計原位校準系統(tǒng), 并介紹系統(tǒng)的軟硬件組成、關(guān)鍵技術(shù), 分析系統(tǒng)精度。最后, 通過實驗驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性, 為浮子式液位計原位校準提供借鑒和參考。

液位儀表常用于過程控制中的液位檢測。近年來, 由于液位儀表精度和液位計量自動化要求的不斷提高, 使液位儀表廣泛應(yīng)用于液位測量領(lǐng)域[1]。浮子式液位計因其精度高、環(huán)境適應(yīng)性強、安裝方便等特點被廣泛應(yīng)用于油庫、貨輪、造紙等行業(yè)[2]。

目前, 液位計常見的檢定是在實驗室環(huán)境下進行的, 短量程 (2 m以內(nèi)) 的液位計一般采用水箱法檢定, 中長量程 (2 m以上) 的液位計一般采用比較法檢定。兩種檢定方法如下:

1) 水箱法[3]。檢定前, 用水平儀檢查主水箱底座及有機玻璃管支架是否水平。安裝待檢液位計并調(diào)整安裝精度, 進行正、反行程檢定, 進行逐點控制并讀數(shù), 使檢定點均勻分布在被檢液位計整個測量范圍內(nèi), 直至液位升降到測量上下限。在示值檢定過程的同時, 調(diào)整電信號示值, 使之與其檢定值一一對應(yīng)。

2) 比較法[4]。比較法是利用高一級別的長度計量儀器去檢定和校準液位計。高一級別的長度計量儀器通常選用高精度激光測距儀、雙頻激光干涉儀、光柵尺和磁柵尺等一系列高精度儀器。將被檢液位計拆卸之后, 運輸?shù)礁咭患墑e的檢定單位 (省計量院、國家計量院) 對該液位計進行標定, 期間可能由于運輸、安裝等不確定因素對被檢液位計本身和其檢定結(jié)果造成一定的影響。

液位計現(xiàn)場安裝完成以后標注的是在實驗室安裝環(huán)境下的參數(shù), 現(xiàn)場環(huán)境條件與實驗室環(huán)境條件差別較大, 液位計的安裝精度也很難達到實驗室內(nèi)的要求, 而安裝后對液位計進行調(diào)試也只是確保量程上、下限的準確度, 未做過現(xiàn)場全量程的校準, 導致浮子式液位計在實際使用中出現(xiàn)計量不可靠的問題。針對此問題, 本文設(shè)計了一套浮子式液位計原位校準系統(tǒng), 確保液位計安裝后的精度準確可靠。

1 浮子式液位計原位校準系統(tǒng)研究

1.1 浮子式液位計測量原理

浮子式液位計的結(jié)構(gòu)如圖1所示, 液位計的傳感器工作時, 傳感器的電路部分將在波導絲上激勵出脈沖信號, 該信號沿波導絲傳播時會在波導絲的周圍產(chǎn)生脈沖磁場。在液位計的傳感器導桿外配有一浮子, 浮子可以沿導桿隨液位的變化而上下滑動。在浮子內(nèi)部有一組永久磁鐵。當脈沖磁場與浮子產(chǎn)生的磁場相遇時, 浮子周圍的磁場發(fā)生改變使得由磁致伸縮材料做成的波導絲在浮子所在的位置產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)波脈沖, 這個脈沖以固定的速度沿波導絲傳回并由超聲換能器檢出。通過測量脈沖信號與扭轉(zhuǎn)波的時間差可以精確地確定浮子所在的位置, 即液面的位置[5]。

圖1 浮子式液位計結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)整體設(shè)計

為了方便攜帶和運輸, 一般6 m以上量程的液位計采用柔性軟纜材料, 6 m以內(nèi)量程的液位計采用不銹鋼鋼管材料。浮子式液位計根據(jù)測量精度可分為毫米級和亞毫米級。

1) 系統(tǒng)精度設(shè)計。本文針對量程為0～6 m、精度為±1 mm的液位計進行校準。根據(jù)計量學理論, 標準裝置的精度應(yīng)該高出被檢設(shè)備的0.3～1個數(shù)量級, 故校準裝置精度應(yīng)不大于±0.3 mm, 長度計量儀器精度應(yīng)不大于±0.1 mm。

2) 系統(tǒng)功能設(shè)計。由于系統(tǒng)對浮子式液位計進行現(xiàn)場校準, 且浮子式液位計多在油庫油罐等環(huán)境使用, 故所用儀器和裝置應(yīng)具有便攜、安裝方便、操作簡單等特點和防爆等功能。根據(jù)現(xiàn)場測試環(huán)境, 系統(tǒng)采用提升裝置托舉浮子模擬浮子在液面的運動。

浮子上下滑動過程中, 因提升裝置制造誤差等原因, 頂板會發(fā)生傾斜, 故應(yīng)補償頂板傾斜帶來的偏差。液面靜止時為水平面, 浮子隨液面上下運動, 運動軌跡為鉛垂線, 故浮子的移動距離應(yīng)歸算至鉛垂線上。由于校準現(xiàn)場光線較暗, 還應(yīng)考慮測距過程中儀器的精密照準問題。

1.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

圖2 系統(tǒng)硬件組成示意圖

1—提升裝置;2—攝像機;3—頂板;4—電子傾斜儀 5—反射棱鏡;6—浮子式液位計;7—液位計顯示器 8—精密測距儀 (內(nèi)置電子傾斜儀) ;9—可平移基座 10—TLINK控制器;11—PC機

系統(tǒng)硬件由精密測距儀、可平移基座、電子傾斜儀、提升裝置以及頂部裝置等組成, 如圖2所示。提升裝置有三個可調(diào)節(jié)支撐腳, 伸縮桿頂端安置圓水準器, 通過調(diào)節(jié)支撐腳螺桿將伸縮桿調(diào)至鉛垂方向。提升裝置一端連接頂板, 另一端設(shè)置配重, 頂板中間有凹槽, 凹槽可以放入液位計導桿中并托起浮子, 使浮子上下滑動。頂板下部安裝測距儀配套的棱鏡和攝像機, 上部安裝電子傾斜儀。棱鏡正下方安裝精密測距儀, 由于在測量過程中頂板會發(fā)生傾斜導致棱鏡發(fā)生一定的偏離, 故將測距儀置于可平移基座上, 確保測距儀可以精確地對準棱鏡中心。精密測距儀、電子傾斜儀和液位計通過TLINK控制器與計算機連接, 實現(xiàn)儀器的供電、指令的發(fā)送和數(shù)據(jù)的傳輸。

1.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)液位計原位校準的要求, 軟件劃分為5個模塊, 分別為工程屬性模塊、垂直度測量模塊、聯(lián)機測量模塊、數(shù)據(jù)解算模塊以及數(shù)據(jù)管理模塊。工程屬性模塊記錄液位計的型號、液位計的編號、測量時間、測量地點、測量人員和測量次數(shù)等基本信息。垂直度測量模塊利用全站儀獲取導桿中心點坐標, 通過最小二乘原理擬合導桿的空間軸線并計算其方程, 最終解算擬合軸線的直線度和垂直度[6]。聯(lián)機測量模塊對液位計、精密測距儀和電子傾斜儀進行聯(lián)機測量, 通過軟件向儀器發(fā)送指令, 對獲取的數(shù)據(jù)進行提取和預(yù)處理, 將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)解算模塊主要對數(shù)據(jù)進行解算并輸出報表, 其中包括精密測距儀的垂線偏差, 頂板的傾斜偏差等, 最后通過多源數(shù)據(jù)的聯(lián)合解算, 得到液位計在不同量程范圍內(nèi)的改正值。數(shù)據(jù)管理模塊是對原始數(shù)據(jù)和解算的結(jié)果進行查看和刪除操作。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 導桿垂直度測量

液位計在現(xiàn)場安裝過程中, 由于加工誤差以及人為因素的影響會出現(xiàn)安裝誤差。如圖3所示, 液位計安裝完成以后, 液位計的導桿應(yīng)與鉛垂線平行, 由于安裝誤差導致導桿與鉛垂線方向存在夾角θ, 待校準液位計量程為0～6 m、精度±1 mm, 根據(jù)誤差影響“忽略不計原則”, 液位計豎直時與液位計傾斜時量程差應(yīng)不超過0.3 mm, 故計算夾角θ。

$θ = \arccos \frac{6 000 - 0.3}{6 000} \approx 0.57 ° . (1)$

θ = \arccos \frac{6 000 - 0.3}{6 000} \approx 0.57 ° . (1)

圖3 液位計安裝示意圖

因此, 校準前應(yīng)首先檢驗液位計的安裝精度, 若液位計垂直度超過0.57°, 則應(yīng)對液位計重新進行安裝。

液位計導桿的截面一般為圓形, 導桿比較細長, 現(xiàn)場無法安裝全站儀的反射棱鏡和反射片, 因此利用全站儀的無棱鏡功能[7], 通過測量一些特征點計算出導桿圓心坐標。

如圖4所示, 距離導桿5 m左右架設(shè)全站儀Ti, 用全站儀十字絲的豎絲切準導桿的左邊沿, 得到水平角和天頂距角度分別為 (HzL, VL) , 保持垂直角不變, 切準導桿的右邊沿得到水平角和天頂距角度分別為 (HzR, VL) , 計算左右水平角的平均值HZ:

$Η_{Ζ} = (Η_{Ζ L} + Η_{Ζ R}) / 2 . (2)$

Η_{Ζ} = (Η_{Ζ L} + Η_{Ζ R}) / 2 . (2)

將全站儀定位于 (HZ, VL) 處, 啟用無合作目標測量, 得到方位角、天頂距和斜距 (HZ, VL, S) 。

圖4 導桿中心點坐標測量示意圖

計算得到導桿中心的點坐標Oi (xi, yi, zi) :

${\begin{cases} x_{i} = (S s i n V_{L} + R) \cos Η_{Ζ}, \\ y_{i} = (S s i n V_{L} + R) \sin Η_{Ζ}, \\ z_{i} = S c o s V_{L} . \end{cases} (3)$

{\begin{cases} x_{i} = (S s i n V_{L} + R) \cos Η_{Ζ}, \\ y_{i} = (S s i n V_{L} + R) \sin Η_{Ζ}, \\ z_{i} = S c o s V_{L} . \end{cases} (3)

式中:R為導桿的半徑。

為保證導桿垂直度的測量精度, 應(yīng)盡可能觀測浮子式液位計導桿的全量程范圍, 最后將中心點坐標進行直線擬合, 根據(jù)直線方程計算出導桿的垂直度。

2.2 精密測距儀數(shù)據(jù)內(nèi)插與修正

精密測距儀的精度選用雙頻激光干涉儀氣浮導軌實驗裝置檢定, 裝置的不確定度為:U=± (0.2 μm+4.6×10–7L) (L單位為m, K=3) 。因此, 可將干涉儀的測距值作為參考值。

如圖5所示, 將棱鏡中心與干涉儀的CCR角隅棱鏡中心放置在同一高度且位于干涉儀的測距軸線上。調(diào)整測距儀位置, 使其測距軸線與干涉儀的測距軸為同一條直線, 以減小阿貝誤差[8], 避免增加更多的誤差來源。

開始時, 小車置于測距儀端, 將干涉儀示值置零, 測距儀測量第一個點, 然后向干涉儀方向移動小車, 每隔0.5 m采集一次數(shù)據(jù), 直至小車距離測距儀10.5 m處。將測距儀的相對移動值與干涉儀的參考值進行比對[9]。

實驗數(shù)據(jù)及處理結(jié)果如圖6所示, 經(jīng)計算均方根誤差為RMS=0.14 mm, 測距儀的精度超出了系統(tǒng)要求。

圖5 檢定方案示意圖圖6 精密測距儀誤差折線圖

圖5 檢定方案示意圖 圖6 精密測距儀誤差折線圖

從圖6中可以看出, 誤差期望值并不為零, 誤差的分布情況并不符合偶然誤差的特點。經(jīng)過幾次重復實驗, 測量結(jié)果與第一次實驗數(shù)據(jù)差別不大。根據(jù)殘余誤差觀察法, 可以確定該測距儀存在系統(tǒng)誤差。通過最小二乘法對誤差進行線性擬合, 擬合直線的方程為:

$y = 0.016 17 x + 0.02 . (4)$

y = 0.016 17 x + 0.02 . (4)

式中:x為測距儀距離, m, y為改正值, mm。

經(jīng)線性改正后的誤差分布如圖7所示, 改正后的均方根誤差為RMS=0.08 mm, 經(jīng)線性改正后的精度達到0.1 mm的系統(tǒng)要求。

2.3 系統(tǒng)傾斜改正

1) 測距軸線傾斜改正。浮子移動距離應(yīng)歸算至鉛垂線上, 但測量時測距軸線與鉛垂線存在夾角, 故對測距值進行傾斜改正。如圖8所示。

從圖6中可以看出, 當測距儀軸線L與鉛垂線夾角為α時, 會導致液體深度H測量不準確, 即二者之間存在差值Δ, 其計算式:

$Δ = L - Η = L - L c o s α . (5)$

Δ = L - Η = L - L c o s α . (5)

式中:α可由精密測距儀內(nèi)的電子傾斜儀測量得出。

2) 頂部裝置傾斜改正。由于提升裝置的加工誤差、伸縮桿不垂直等原因?qū)е马敯灏l(fā)生傾斜, 引起測距值的偏差, 如圖9所示。

若傾斜前與傾斜后頂板之間的夾角為β, 根據(jù)棱鏡中心至浮子中心的距離D, 由下式可求得頂板傾斜偏差改正值γ。

$γ = D \times \sin β . (6)$

γ = D \times \sin β . (6)

圖7 線性改正后的誤差

圖8 測距儀軸線傾斜示意圖

圖9 頂板傾斜偏差示意圖

圖9 頂板傾斜偏差示意圖

3) 實驗驗證及數(shù)據(jù)分析。由于實驗室內(nèi)條件的限制, 本文對一個標稱精度為±1 mm、量程為3 m的液位計進行了實驗測試。實驗室內(nèi)環(huán)境溫度為20 ℃, 導桿的垂直度為0.346°, 實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

為了方便直觀判讀和分析, 將表1中的數(shù)據(jù)繪制折線圖如圖10所示。

1) 系統(tǒng)誤差的判別。用不同公式計算標準差比較法判斷測量數(shù)據(jù)是否存在系統(tǒng)誤差。

表1 實驗測試數(shù)據(jù)

mm

液位計	精密測距儀	液位值	參考值	差值
0.00	241.37	0.00	0.00	0.00
311.33	556.65	311.33	315.28	-3.95
517.00	762.70	205.67	206.05	-0.38
972.33	1 217.14	455.33	454.44	0.89
1 337.00	1 583.70	364.67	366.56	-1.89
1 871.67	2 117.69	534.67	533.99	0.68
2 369.67	2 615.99	498.00	498.30	-0.30
2 865.67	3 110.62	496.00	494.64	1.36
2 365.67	2 611.35	-500.00	-499.27	-0.73
1 866.67	2 111.52	-499.00	-499.83	0.83
1342.00	1 586.65	-524.67	-524.87	0.20
981.33	1 227.32	-360.67	-359.33	-1.34
584.67	830.09	-396.67	-397.23	0.56
317.00	563.57	-267.67	-266.52	-1.15
24.67	271.04	-292.33	-292.54	0.20
RMS=1.40

按照白塞爾[10]公式計算中誤差為:

$σ_{1} = \sqrt{\frac{\sum_{i = 1}^{n} v_{i}^{2}}{n - 1}} . (7)$

σ_{1} = \sqrt{\frac{\sum_{i = 1}^{n} v_{i}^{2}}{n - 1}} . (7)

按別捷爾斯公式:

$σ_{2} = 1.253 \frac{\sum_{i = 1}^{n} | v_{i} |}{\sqrt{n (n - 1)}} . (8)$

σ_{2} = 1.253 \frac{\sum_{i = 1}^{n} | v_{i} |}{\sqrt{n (n - 1)}} . (8)

圖10 液位計測試數(shù)據(jù)折線

$\begin{array}{l} 令 \frac{σ_{2}}{σ_{1}} = 1 + μ . (9) \\ 若 | μ | \geq \frac{2}{\sqrt{n - 1}} . (10) \end{array}$

\begin{array}{l} 令 \frac{σ_{2}}{σ_{1}} = 1 + μ . (9) \\ 若 | μ | \geq \frac{2}{\sqrt{n - 1}} . (10) \end{array}

則說明測量中存在系統(tǒng)誤差。

實驗數(shù)據(jù)中, $n = 14, \frac{2}{\sqrt{n - 1}} = 0.55$

n = 14, \frac{2}{\sqrt{n - 1}} = 0.55

mm, 表2是對液位計系統(tǒng)誤差的分析結(jié)果。

表2 系統(tǒng)誤差分析結(jié)果

σ1	σ2	$\frac{σ_{2}}{σ_{1}}$	$\| μ \|$	分析結(jié)果
1.31	1.20	0.91	0.31	因為 $\| μ \| < \frac{2}{\sqrt{n - 1}}$

2) 粗差的判別。在測量中, 粗差主要是由測量條件異常變化產(chǎn)生的誤差, 一般以異常值或孤值形式表現(xiàn)出來[11]。本文利用3σ (萊以特準則) 對粗差進行判斷和剔除[12]。表3是對實驗數(shù)據(jù)的粗差分析結(jié)果。

表3 粗差分析結(jié)果

ΔMAX	σ	3σ	分析結(jié)果
-3.97	1.31	3.93	因為\|ΔMAX\|>3σ , 存在粗差, 剔除

3) 精度分析。通過實驗數(shù)據(jù)分析得到, 粗差產(chǎn)生的原因是液位計讀數(shù)出現(xiàn)跳動引起的, 將第一次實驗數(shù)據(jù)的粗差剔除后重新計算均方根誤差為RMS=0.94 mm, 液位計測試精度滿足其標稱精度。通過對精度為±1 mm的浮子式液位計進行原位校準, 驗證了校準裝置的穩(wěn)定性和可靠性。

由于條件有限, 本系統(tǒng)只是在室溫條件下進行的測試, 沒有在低溫和高溫條件下測試, 如果該系統(tǒng)用來測量高溫或低溫液體的液位, 性能需要進一步測試, 溫度的變化會對系統(tǒng)和液位計精度產(chǎn)生一定的影響[13]。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計一套浮子式液位計原位校準系統(tǒng), 分別對系統(tǒng)的硬件和軟件進行介紹, 并詳細論述系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù), 最后對系統(tǒng)進行實驗驗證和數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)選用精密測距儀作為標準器, 通過提升裝置帶動浮子模擬液位變化, 利用TLINK控制器與計算機進行數(shù)據(jù)交換, 由軟件進行數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示、分析、比對, 自動完成對液位計的校準。該方法不僅減小人員和環(huán)境對液位計精度的影響, 而且降低原位校準的難度, 提高工作效率, 為浮子式液位計的原位校準提供一定的參考和借鑒意義。

上一個：超聲波流量計原理計算水利工程選型

下一個：超聲波流量計的原理與應(yīng)用

返回頂部

0517-8699 6066 歡迎來電咨詢

<abbr id="myywe"></abbr>

<fieldset id="myywe"><xmp id="myywe"></xmp></fieldset>