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        磁翻板液位計的“模擬法”檢測方法

        時間:2021-10-07

        磁翻板液位計的“模擬”檢驗方法
        選要:通過對“實液法”的分析,提出了適用于磁翻板式液位計的“模擬法”。闡述了檢測過程,討論了通過標記V形磁鐵移動距離提高測量精度的一種環節方法,并進行了可行性和準確性的試驗驗證。
        0.前言:
        水平儀是一種用來衡量“水平”的儀器,它用于貿易結算.安全保護.環境監控,以及保證產品質量。多種型式液位計中,磁翻板式液位計由于其直觀、價格低廉、可靠、耐用,在各種罐體、槽型液位測量中得到了廣泛的應用。
        按照JJG971-2002《液位計檢定規程》的規定,量程小于2m的液位計一般是用實液檢定,測量距離大于2m的液位計,用模擬方法對其進行檢定或檢測。片面磁翻板式液位儀安裝在生產現場,由于客觀原因不能拆裝、送檢,只能用模擬方法來標定其誤差[3]。
        1.磁翻板液位計實液法
        1.1.磁翻板式液面儀的結構和工作原理:
        翻板式液面儀主要由磁浮子.浮子腔、磁翻柱等組成。磁浮子內置永磁體,通過一片鐵片在浮子面上形成一個均勻的圓形環形磁場,它以浮子軸為軸,向表面呈一個極性[4]。
        在使用之前,根據被測的液體密度來配重磁浮,確保工作時液位面和磁浮子的磁力作用線是相同的。浮子空腔與被測容器相通,浮子可以在腔內自由移動。磁力翻柱為兩色元件,可繞小軸靈活轉動,按不同磁性上下異色。
        在使用時,儀器的下端與容器的下端相通,上端與容器液位以上的一面相通(如果容器是開放的,磁翻板液位計的上端連通大氣)。按照Pasca定律,容器內的液面高度(液面)與液位計浮子內的液體高度(液面)相類似。磁浮在半浸入液中,配重后,浮力和重力相平衡。這時,所受力的是磁浮子。
        公式:ρ-被測液體密度;
        V—磁浮排出容量;
        g–局部重力加速度;
        G–磁浮系統的引力。
        因為浮子的質量是恒定的,它所受的重力是恒定的,重力時刻和浮力保持平衡,因此對應的浮力也是恒定的,根據這個公式(1)可以得到,磁浮子所排液的體積不變,由于磁浮子浸沒時,液面始終保持恒定,所以磁浮的位置能正確反映浮子腔內的液面,也就是被測液體的位置。隨著液位的變化,磁浮子的位置隨之發生變化,通過磁場吸引板面上的磁翻柱,使其繞小軸轉動,造成翻柱顏色變化,讀出不同顏色界限的位置,就可以讀出被測液位值信息。
        1.2.液體處理:
        用于液體測定的2m水槽液位計標準裝置(如圖1)。
        底連通器上設置2m長的水槽,帶長度標準的連通觀觀察管與被檢液位計的液面相像。檢驗時,首先將液位計安裝在支架上,按照規范要求,液位計與水平面垂直,偏差不大于1°,并選擇合適的檢定點。調節零點,當檢定用水槽水位為零時,調節磁翻板液位計的高度,調節被檢零位。檢定時,一般采用對正被檢看標準方法:調整定定水槽的水位,由零開始逐漸提高水位至液位計上所示的每一檢定點,直至上限;然后逐漸降低水位至液位計指示的各檢定點。在這段時間內,分別讀出上、下各檢定點水箱的水位示值(被檢磁翻板液位計對準被檢的判據為使檢點折柱線居中)。用標長標尺讀出管內凹液面底端的變化量,獲得標定值。
        1-附有長度標準的連通察管;2-2米水槽;3-被檢磁翻板液位計;4-固定支架;5-連通管道。
        2.磁翻板液面計的模擬檢定方法:
        現在常用的模擬方法是:拆下液位計底法蘭,用相應長度的鋼直尺從儀表底部推入儀表內磁浮子,以模擬水位變化。這種方法成本較低,但是在檢測時,還沒有好的讀數機構能準確讀數,而且浮子的運動不能與鋼直尺的運動完全吻合,造成測量不確定度大的缺陷。與此同時,將儀器底部法蘭拆下,極大地增加了這種方法操作的難度。
        為此,提出了一種操作簡單、不確定度低且易于實現的模擬方法,以及對磁翻板液位計示值誤差、回差等性能進行檢測。
        2.1仿真法操作。
        采用V形磁體(內置永磁鐵V形塊),吸引磁浮子來模擬液位變化。標定時,V形磁鐵在浮子腔中帶動磁浮子運動,進一步帶動磁翻柱翻轉,根據檢定規程,當液位計顯示液位檢定點時,用記號筆沿V形磁鐵與被檢儀表的貼合面作標記,然后再進行下一個檢定。完成一次行程后,用游標卡尺對對應標記點之間的距離作為實際磁浮移動的距離,并以游標卡尺記錄為標準值。
        2.2.模擬法可行性分析:
        2.2.1.磁浮子移動:
        通過對《實液法》的分析和介紹,磁翻板式液位計可以可靠地顯示液位,是根據阿基米德原理和磁場的作用,其工作原理就在于磁浮子與液面的相對位置在測量過程中始終不變,所以,如果采用模擬方法,首先要確定V形磁體與磁浮子之間的相對位置是否改變。
        假定磁浮子和V型磁鐵都是由許多小磁荷所構成,它們之間任一點起作用:
        -液位計管壁;2-V形磁鐵;3-磁浮。
        從中可以看出,磁浮與V型磁鐵的吸引力只與磁體間的距離有關,不受其它力的影響,因此可以認為只要磁力足夠大,將V形磁體和磁浮作為一個整體,移動時,兩個V形磁體之間的相對位移非常小,其移動距離為一種浮子移動距離。
        2.2.2.永久磁鐵移動距離標記:
        學校準數法是通過測量永磁鐵移動的距離而得準方法。因為磁翻柱液位計的精度不高,一般的長度測量工具(如:鋼尺、鋼卷尺)都可以滿足精度要求。獲得標準數值時,不確定度主要來自永磁鐵移動位置的標記。在標定過程中,用慢挪動永磁鐵帶動磁浮子向檢定點移動,在磁浮子帶動磁翻柱到達計量點后,用V型磁鐵來定位和標記。形鐵是一種重要的圓筒型定位工具,它在圓柱形浮子腔外沿軸向移動時,只能沿軸向移動或旋轉,無其它自由度,借助于V型磁鐵可保證標尺之間的平行度,有助于測長工具精確地測量標準值。
        2.3.V型磁鐵對儀器顯示器的影響:
        該方法中,V型磁鐵與磁浮磁場互相作用。每臺翻板式液位計磁力標準因使用方法不同而異,致使每一種翻板式液位計磁浮的磁場特性不盡相同,且工作過程中浮子腔壁復雜,磁鐵與浮子間的磁化現象難以定量。特定的操作以不影響儀器實際工作的情況為準。推薦使用磁場強度不超過400A/m的V型磁鐵[5]。
        3.驗證試驗:
        采用量程0~1500mm的被檢磁翻柱液位計作為被檢儀器,用模擬標定方法對其進行標定,與采用2m水槽標準裝置的標定結果相對照。
        先在液位計1000mm處,按照文中所述的方法重復測量10次,重復測量數據見表1。
        用2m標準設備,在液位計顯示1000mm時用2m標準設備進行重復測量,數據見表2。
        翻柱式液位計的標定,采用模擬法,在不影響測量不確定度的前提下,可實現翻柱式液位計的標定。
        與此同時,表1:用模擬方法檢測最大示值誤差為Δ=4mm;由表2:用實測法檢測***大示值誤差為5mm;兩者之間的差異為1mm,遠小于測量不確定度(U=5.0mm)。
        翻板式液位儀是一種測量液位的重要儀器,廣泛應用于各類生產現場。論文提出。
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