磁致伸縮液位計由國外引進、隨后國產(chǎn)化以來，由于其準確度高、穩(wěn)定性好、安裝簡單、性價比高等特點，在石油、化工、水利、食品等行業(yè)得到了日益普遍的采用，尤其是在石油儲運過程中稱為一種重要的液位測量儀器。本文在利用國家鐵路罐車容積計量站量傳實驗室的原有硬件、軟件基礎(chǔ)上，擴展了鐵路罐車容積量傳系統(tǒng)的功能，研制了一套經(jīng)濟、合理，適用于磁致伸縮液位計檢定或校準的裝置，可用于磁致伸縮液位計的量值溯源，解決目前大量程磁致伸縮液位計無法量值溯源的問題，也適用于其它浮子式傳感器的液位計。

1、測量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理

1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計

       用2-3mm厚不銹鋼板制作一個（500*500/4000）mm3的長方體槽連接在底座上，作為介質(zhì)槽，頂部加溢流管。底座用（700*700*15）mm3的不銹鋼板經(jīng)機加工制成。底座上安裝兩個相互垂直的長水準泡，下面安裝三個調(diào)整水平的螺絲。介質(zhì)槽的一個面開一（300*5000）mm3矩形孔，鑲嵌透明度高、變形小的玻璃或有機玻璃作為視窗。在玻璃或有機玻璃上鑲嵌儀支量程為0-3500mm的光柵尺作為標準器。光柵尺為密封式線位移傳感器，選擇的光柵尺采納數(shù)為：柵距0.02mm（50線對/mm），分辨力1μm，讀數(shù)誤差±10μm。視窗旁邊安裝一導軌，導軌上安裝攝像頭和光柵尺位移傳感器固定在步進電機上，計算機控制步進電機驅(qū)動攝像頭和位移傳感器在導軌上移動，攝像頭用于觀察液面的高度，通過軟件獲得光柵尺光柵尺位移傳感器的數(shù)字信號，傳輸給控制室計算機。

       介質(zhì)槽頂部安裝防塵蓋，邊緣為直口，扣在長方體槽的上端。中間開一個直徑為150mm的圓孔，作為被檢伸縮磁致伸縮液位計的入口。圓孔邊緣焊上短節(jié)和法蘭，以固定被檢磁致伸縮液位計。金屬部分全部做防銹處理。測量裝置由一下部件組成：介質(zhì)槽，底座、視窗、固定液位計的法蘭和防塵蓋、光柵尺、數(shù)據(jù)采集卡、導軌、步進電機、攝像頭、進水（電磁閥管、排水（電磁閥）管、調(diào)整螺絲、長水準泡、微調(diào)（電磁閥）管、計算機、信號處理單元、軟件。

1.2工作原理

       被檢磁致伸縮液位計從測量裝置上方圓孔裝入，垂直立在底座后，用法蘭固定。通過計算機控制步進電機，帶動攝像頭和位移傳感器在導軌上上下移動，在控制室遠程觀察液面的高度，傳感器讀出各個液面高度。測量介質(zhì)為過濾后的自來水。被檢磁致伸縮液位及的電源線、信號線接入鐵路罐車容積量傳系統(tǒng)，利用量傳系統(tǒng)的相關(guān)信號處理單元和軟件，通過計算機軟件界面顯示被檢磁致伸縮液位計的讀數(shù)。磁致伸縮液位計的輸出信號一般采用4-20mA標準電流信號或RS485數(shù)字信號，可計入鐵路罐車容積量傳系統(tǒng)進行信號處理，并由軟件界面顯示讀數(shù)。以光柵尺讀數(shù)作為標準值，被檢磁致伸縮液位計讀數(shù)與標準值進行比較，得到各點的示值誤差（或修正值）。

2、測量過程

2.1 0-3500mm量程液位計的測量

（1）將側(cè)臉該裝置安放在具有5m高度操作平臺的實驗室內(nèi)。利用調(diào)整螺絲和長水準泡將裝置調(diào)整水平。

（2）利用操作平臺，將被檢磁致伸縮液位計固定在介質(zhì)槽的法蘭上。

（3）操作人員通過攝像頭控制器，觀察調(diào)整射向頭影像的清晰度。

（4）連接被檢磁致伸縮液位計的電源線、信號線。

（5）通過計算機控制進水電磁閥打開，水進入介質(zhì)槽并使液位計的浮子浮起，停止進水。

（6）待液面穩(wěn)定后，通過監(jiān)視器觀察，由計算機控制步進電機，使攝像頭與頁面平齊，光柵尺采集卡才寄出位移傳感器輸出的距離信號。根據(jù)光柵尺采集的數(shù)據(jù)對計算機顯示的磁致伸縮液位計讀數(shù)進行初始化。

（7）通過計算機控制進水電磁閥打開，水進入介質(zhì)槽內(nèi)到達需要測量的液位后，停止進水（可通過微調(diào)電磁閥調(diào)整液位）。通過計算機控制步進電機，使攝像頭與液面平齊，讀取計算機顯示的光柵尺位移傳感器的讀數(shù)和磁致伸縮液位計讀數(shù)并記錄。（8）重復(fù)（7）的步驟，按規(guī)程測量其它各點。

磁致伸縮液位計

2.2大量程液位計的測量

      上述檢定（校準）過程適用于量程小于0-3500mm的磁致伸縮液位計。目前，常用磁致伸縮液位計的量程從3m到20m不等（一般來說超過5m的為軟桿結(jié)構(gòu)，以便于運輸時將軟桿盤起來）。對于測量大型儲罐上用的大量程液位計，上述裝置的原理、總體結(jié)構(gòu)、信號處理單元、軟件、測量過程等同樣適用，支隊一些組成部件加以改動即可投入使用；同時，鐵路罐車容積量傳實驗室的內(nèi)部空間為檢定大量程液位計提供了充足的場地。

       當測量大量程液位計時，做如下設(shè)計：將介質(zhì)槽的底部開一個孔，使磁致伸縮液位計的測量桿從底座開孔伸出去，然后用法蘭、螺栓、橡膠密封圈將水密封住，這樣即可對磁致伸縮液位計分段測量，解決了大量程液位計的溯源問題。具體操作方法如下：以測量一支10m量程的磁致液位計為例，按3.1過程（1）-（8）步驟測量完0-3500mm的示值范圍后，記錄后的一點與標準尺的偏差值。將介質(zhì)槽內(nèi)水放掉，拆下底座密封法蘭，將已測量過得0-3500mm部分通過介質(zhì)槽底座的孔伸到槽外，然后用密封橡膠圈、法蘭、螺栓將水密封住，不可有任何滲漏。通過計算機控制進水電磁閥打開，水進入介質(zhì)槽并使液位計的浮子漂浮起來，停止進水。再通過計算機微調(diào)將液位計的浮子調(diào)整到剛才測量后的一點的位置，這時介質(zhì)槽內(nèi)的液面作為該次檢定（校準）的起始點。重復(fù)以上步驟，將一支10m的量程液位計分段測量完畢。

3、介質(zhì)密度對測量結(jié)果的影響及修正

       磁致伸縮液位計的液位測量是建立在浮子可以準確反映頁面位置這一基礎(chǔ)上的，而浮子在介質(zhì)中的浸沒成都隨著介質(zhì)密度的變化而變化，可見，浮子式液位計的測量與介質(zhì)的密度油罐。傳統(tǒng)的浮子式液位計本身的測量準確度較低，該影響可以忽略；磁致伸縮液位計由于測量準確度很高，致使該影響非常顯著，不能忽略。浮子在介質(zhì)中的浸沒成都與浮子形狀、密度和介質(zhì)密度油罐。以一種環(huán)形浮子來說明介質(zhì)密度對液位測量的影響。試驗可知，在平時使用中被測介質(zhì)不為水的液位計用上述裝置測量時應(yīng)對測量結(jié)果進行修正。

4、測量不確定度

4.1測量模型

       磁致伸縮液位計的示值誤差：△=h-h0，式中：：h為磁致伸縮液位計的示值，mm；h0為光柵尺讀數(shù)，mm。

4.2各分量的標準不確定度

（1）光柵尺讀數(shù)誤差引入的標準不確定度分量，光柵尺讀數(shù)誤差δ=±10μm，服從均勻分布，于是μ1=5.77μm=0.0058mm

（2）光柵尺分辨力引入的標準不確定度分量光柵尺分辨力為1μm，服從均勻分布，于是u2=1μm*0.29=0.29μm=0.0003mm

（3）磁致伸縮液位計讀數(shù)引入的標準不確定度分量，磁致伸縮液位計分辨力為0.025mm，服從均勻分布，于是u3=0.025mm*0.29=0.0072mm

（4）磁致伸縮液位計測量重復(fù)性引入的標準不確定度分量 磁致伸縮液位計的測量重復(fù)性為0.001%，u4=0.001%*3500mm=00035mm

4.3合成標準不確定度ue，ue=0.036mm

4.4擴展不確定度U，取k=2，則有U=K*UE=2*0.036=0.072MM

5、結(jié)論

       根據(jù)國家計量檢定規(guī)程JJG971-2002《液位計》，液位計是指的較大允許誤差△=±（a%FS+b），這里a取較小值0.02；FS為液位計的滿量程3500mm；b為液位計的分辨力，b=0.025mm，則△=0.725mm。因此，本裝置滿足量值傳遞原則。