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新。該項目采用了多項自主研發的關鍵技術，成功研制了國內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，并且采集數據，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。

       本文設計的全自動浮子液位計模擬檢定裝置，采用了檢定規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并配合自動檢定系統軟件等技術手段，保障量值傳遞的準確可靠。

一、裝置系統結構

       液位測量系統結構如圖 1 所示。本裝置的液位數據采集部分由精密磁柵尺、PRC 控制系統及觸摸屏計算機組成，運動控制部分由平臺驅動系統、升降桿控制系統、限位開關等組成，其模塊圖如圖 2 所示。

1. 數學模型

       液位測量值 L 為 L=L1cosα+L2+Lt

式中：L1——液位數據采集部分的測量數據；L2——模擬測量時液位計導桿由于重力產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定好的各段距離，在每個點位停留一段時間（時間可設定），客戶觀察數值。由于測量距離太長，為了減少重力產生的撓度影響，被檢品下方分段設置支撐機構，運行中 PRC 自動運算，控制支撐機構規避滑塊運行。系統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，保證浮子夾具水平位移時安全可靠。

二、裝置技術特點

1. 標準器準確度指標極高

       系統配有高準確度電流表，準確度為 0.05 級，用（4~20）mA 的電流數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，顯示器可實現位移數值的實時顯示。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動系統模擬液位檢定，檢定范圍可達到 3m。上位機的自動測試系統操作界面如圖 3 所示，該系統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

       該系統設計時經過充分的市場調研，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導桿的外觀，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會停留 1 分鐘，方便檢定員對電流表讀數。標準電流值為（4，8 , 12 , 16，20）mA。

       在上行程測量完后，系統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，升降桿控制系統可以自動進行升降，減小導桿受重力產生的撓度影響。在檢定液位開關時，系統可以在上下行程中自動讀取開關動作時產生的相應信號。

四、檢定能力驗證

       驗證方法依據 JJF1033-2016《計量標準考核規范》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）。依據能力驗證評定方法，該系統滿足的要求

       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領先水平。經過半年多的運行證明，該裝置結構合理、測量準確、方便快捷，使用效果良好。