智能型浮筒液位計(jì)的校準(zhǔn)方法
1.工作原理：
液位計(jì)是根據(jù)阿基米德浮力原理制造的一種變浮力液位計(jì)，能對(duì)容器內(nèi)的液位或界面進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，它由檢測(cè)部分和變送部分組成，如圖1所示。 檢測(cè)部分為一個(gè)封閉的長(zhǎng)筒，簡(jiǎn)稱(chēng)浮筒。 浮筒掛在扭力管軸上，當(dāng)容器內(nèi)液位或界面發(fā)生變化時(shí)，浮筒所受浮力FV發(fā)生變化，作用在扭力管上的力（與FA大小相等，方向相反）也就隨之變化，變送部分就是將扭力管所受到的力經(jīng)轉(zhuǎn)換放大后， 通常輸出（4~20）m A或（0~10）m A電流信號(hào)并遠(yuǎn)傳至控制室，進(jìn)行液位或界面的觀測(cè)、指示和調(diào)節(jié)。
通過(guò)對(duì)液位計(jì)工作原理的分析 ，我們采用“模 擬 液位”的方式，方法則采用“掛重法”（“掛重法”是一種離線(xiàn)校驗(yàn)法，即將液位計(jì)從容器上拆下固定在支架上 ，用砝碼的重量代表浮筒在液位不同高度時(shí)所受重力和浮力的合力）。
（1）主要標(biāo)準(zhǔn)：①M(fèi)1 級(jí)以上（包括M1級(jí)）標(biāo)準(zhǔn)砝碼，規(guī)格為1mg~2kg。②0.02級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電流表。
（2）輔助標(biāo)準(zhǔn)及材料:①經(jīng)檢定合格的***大秤量為5kg、檢定分度值小于等于0.1g的電子天平。②經(jīng)檢定合格的***小分度值為0.02mm的游標(biāo)卡尺。③I級(jí)5m鋼卷尺。④砝碼盤(pán)。⑤電阻箱。⑥棉布若干。
4.校準(zhǔn)項(xiàng)目液位計(jì)的基本誤差、重復(fù)性和回差。
5.電路連接（1）電路連接圖如圖2所示 。（2）電路連接完畢 ， 除非制造廠另有規(guī)定 ， 校準(zhǔn)之前的預(yù)熱時(shí)間一般為15min。
圖2電路連接圖
二、通用技術(shù)要求:
1.外觀要求
(1)液位計(jì)各部件應(yīng)裝配正確、牢固，完整無(wú)損，特別是浮筒應(yīng)無(wú)腐蝕和泄漏。
(2)液位計(jì)銘牌應(yīng)在明顯易見(jiàn)處，并標(biāo)明浮筒重量、體積、工作介質(zhì)密度、測(cè)量范圍、生產(chǎn)廠家、制造日期等有關(guān)內(nèi)容。 (3)液位計(jì)的有關(guān)技術(shù)文件、使用說(shuō)明書(shū)等資料應(yīng)完整、齊全。 (4)液位計(jì)應(yīng)有調(diào)整參數(shù)的按鈕或與通信器連接的通信端子。
2.防爆性能 液位計(jì)使用場(chǎng)所有防爆要求的，防爆等級(jí)必須符合要求。
3.校準(zhǔn)環(huán)境 環(huán)境溫度:常溫。 地點(diǎn):液位計(jì)可以在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，也可以從現(xiàn)場(chǎng)取回在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行校準(zhǔn).
三、校準(zhǔn)項(xiàng)目和程序:
1.外觀檢查
(1)測(cè)試前查看浮筒有無(wú)損傷或缺陷，若有應(yīng)重新更換浮筒;對(duì)于使用過(guò)的浮筒，先用棉布擦干凈(必要時(shí)可用有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗)再進(jìn)行檢查。
(2)按技術(shù)說(shuō)明書(shū)要求檢查變送器參數(shù)設(shè)置按鈕，按鈕應(yīng)能正常動(dòng)作，且變送器與通信器應(yīng)能正常通信。 (3)具有數(shù)碼指示的液位計(jì)變送器，顯示的亮度應(yīng)均勻，并不應(yīng)出現(xiàn)筆劃殘缺。
2.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測(cè)
(1)用電子天平稱(chēng)出浮筒的質(zhì)量?jī)纱危⊥卜胖玫奈恢帽M量靠近天平秤盤(pán)中央，計(jì)算兩次稱(chēng)量結(jié)果的算術(shù)平均值并與制造廠提供數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
(2)在浮筒上均勻選取5點(diǎn)用游標(biāo)卡尺測(cè)量其直徑，并計(jì)算5個(gè)點(diǎn)直徑測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，其值應(yīng)在液位計(jì)預(yù)期基本誤差的1/5以?xún)?nèi)()在液位計(jì)預(yù)期基本誤差的1/5以?xún)?nèi)時(shí)取算術(shù)平均值計(jì)算浮筒的體積， 并與制造廠提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。 如果超出則認(rèn)為該浮筒不滿(mǎn)足要求，由用戶(hù)自主選擇更換或降級(jí)使用。
4.計(jì)量性能校準(zhǔn)（1）零點(diǎn)校驗(yàn)時(shí) ，砝碼盤(pán)與所加砝碼的質(zhì)量應(yīng)等于浮筒本身的質(zhì)量，即檢查液位在0%時(shí)的輸出電流，此時(shí)應(yīng)為4m A，否則要通過(guò)面板調(diào)整按鈕或通信 器進(jìn)行調(diào)整 ，直到輸出4m A為止。（2 ） 滿(mǎn)量程校驗(yàn)時(shí) ， 砝碼盤(pán)與所加砝碼的重量等于浮筒的重量減去浮筒所能受到的***大浮力之差 ， 即檢查 液 位 在100%時(shí) 的 輸 出 電 流 ，此 時(shí) 應(yīng) 為20m A，否 則 要通過(guò)面板調(diào)整 按 鈕 或 通 信 器 進(jìn) 行調(diào) 整 ，直 到 輸 出20m A為止。（3） 零點(diǎn)和滿(mǎn)量程調(diào)整完后 ， ***少按 0% 、25% 、50% 、75%、100%幾個(gè)輸出點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn) ，記錄進(jìn)程和回程時(shí)各點(diǎn)的電流輸出值，用于計(jì)算基本誤差、重復(fù)性誤差和回差。（4）誤差計(jì)算方法智能型浮筒液位計(jì)的基本誤差采用滿(mǎn)量程誤差表示。①基本誤差計(jì)算Ei=Ii示-Ii標(biāo)I100-I0×100% （3）式中：Ei———第 i 點(diǎn)的滿(mǎn)量程誤差 ，%；Ii 示———第 i 點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電流表顯示值，m A；Ii標(biāo)———第i點(diǎn)的理論計(jì)算的電流值 ，m A；I100———滿(mǎn) 量 程 理 論 輸 出 電 流 值 ，m A；I0———零 點(diǎn)理論輸出電流值，m A。②重復(fù)性誤差計(jì)算在相同條件下測(cè)試3組數(shù)據(jù)，每點(diǎn)重復(fù)性用其中***大值減去***小值， 取各點(diǎn)中***大的計(jì)算結(jié)果作為智能型浮筒液位計(jì)的重復(fù)性誤差。δ=（δi）max=（Ii示 max-Ii示 minI100-I0）max×100% （4）式中：δ———智能型浮筒液位計(jì)的重復(fù)性誤差；δi———智能型浮筒液位計(jì)第i點(diǎn)的重復(fù)性誤差。③回差計(jì)算回差的校準(zhǔn)與基本誤差校準(zhǔn)一同進(jìn)行， 回差應(yīng)小于基本誤差預(yù)期值的1/2。ΔA=Ad1-Ad2式中：ΔA———液位計(jì)回差，m A；Ad1、Ad2———液位計(jì)上行程和下行程各校準(zhǔn)點(diǎn)的電流輸出值，m A。
1.數(shù)學(xué)模型根據(jù)式（1）和式（3）且約定液位計(jì)輸出信號(hào)為（4~20）m A，則有ΔI=I示-I標(biāo)=I示-〔（m浮筒-mLx）×106π4D2ρL×16+4〕 （5）2.評(píng)估已知條件（1）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備①標(biāo)稱(chēng)值為 2kg 的 M1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼，允差極限為±0.1g。②0.02 級(jí)標(biāo) 準(zhǔn) 電 流 表 ， 測(cè) 量 20m A 時(shí) 的 允 差 極 限為±0.004m A。③***大秤量為 5kg、 檢定分度值小于等于 0.1g 的電子天平，允差極限為±0.15g。④游標(biāo)卡尺的允差極限為±0.02mm。⑤鋼卷尺的允差極限為±（0.1+0.1L）mm。（2）校準(zhǔn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)①浮筒質(zhì)量=2.10kg②浮筒直徑=41.34mm。③浮筒長(zhǎng)度=2.240m。④介質(zhì)操作密度=800kg/m3。
（3）不確定度評(píng)估
①標(biāo)準(zhǔn)砝碼帶入校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度分量u1（ΔI）=│墜ΔI墜mLx│×ΔmLx=16×106π441.342×800×2.24×0.0001≈0.0007m A②標(biāo)準(zhǔn)電流表帶入校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度分量u2（ΔI）=ΔI示=0.004m A③電子天平帶入校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度分量u3（ΔI）=│墜ΔI墜m浮筒│×Δm浮筒=16×106π441.342×800×2.24×0.00015≈0.0010m A④游標(biāo)卡尺帶入校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度分量u4（ΔI）=│墜ΔI墜D│×ΔD=16×1062π441.343×800×2.24×0.02≈0.0016m A⑤鋼卷尺帶入校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度分量u5（ΔI）=│墜ΔI墜L│×ΔL=16×106π441.342×800×2.242×0.0003≈0.0009m A（4）不確定度合成u（ΔI）= u12（ΔI）+u22（ΔI）+u32（ΔI）+u42（ΔI）+u52（ΔI）%姨= 0.00072+0.0042+0.00102+0.00162+0.00092%姨=0.0046m A（5）擴(kuò)展不確定度①一般校準(zhǔn)k=2，因此擴(kuò)展不確定度U=k×u（ΔI）=2×0.0046≈0.01m A②相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel=0.0116×100%≈0.06%
由以上不確定度評(píng)估結(jié)果可以得出如下結(jié)論：本文所提出的校準(zhǔn)方法可以對(duì)0.2級(jí)及其以下液位計(jì)開(kāi)展校準(zhǔn)業(yè)務(wù)。注：為提高評(píng)估結(jié)果的可靠程度，本文在計(jì)算“校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)裝置”所引入的不確定度分量時(shí)，引用的是“極限誤差”而非其“標(biāo)準(zhǔn)不確定度”，請(qǐng)讀者注意。