液位計自動檢測校準裝置的開發與研究

＊孟繁辰

（玉衡檢測（天津）有限公司 天津 300459）

引言

化工工藝生產中液位計的檢定、校準很重要；我公司設計開發了一套自動檢測校準裝置，是利用不同原理來測量液位計能否滿足自身準確度要求的標準裝置；按照國家液位計檢定規程開發的一套液位計檢測校準專用設備。化工工藝生產中液位計檢測校準設備，既滿足了各種液位計檢測、校準、調試技術要求；又可以通過西門子PLC S7-1200可編程控制器的編程、組態王組態，在計算機上自動顯示（示值誤差、輸出值誤差及設定點誤差、回差等參數）值；設備采用標準化的設計技術，配置有三套多功能標準信號源，4～20mA、1～5V，標準智能壓力信號發生器；交直流穩壓電源及溫度傳感器、標尺、耐壓及密封性試驗裝置；完全符合國家液位計檢定規程。

1.化工工藝生產中液位計檢測校準裝置開發

液位計廣泛應用于工業過程中的罐、釜、塔、器、爐、渠等內部液位或界面的測量。

液位計作為各種液位的計量器具，通過液位計進行液位測量在很大程度上避免了人工檢尺檢測所帶來的不利因素。同時液位計的類型有磁浮式、壓力式、超聲波、磁翻板和雷達等。液位計自動檢測校準裝置作為重要的計量器具，它的準確度檢測校準，直接關系到企業的整體經營情況，所用能源節檢等經濟指標，因此，對液位計的檢測具有很大的意義。現有技術中，在檢測液位計尤其是大量程液位計時由于其長度容易造成液位計的彎曲影響檢測精度。因此液位計檢測裝置顯得尤為重要。

目前已經產生了很多位計檢測裝置，根據其原理和方式不同可以分為反射式液位計檢定裝置、差壓式液位計檢定裝置和水箱式液位計檢定裝置。現有技術中的計檢測裝置的功能局限性太小，現如今自動化以及物聯網迅速發展，如何將檢測校準裝置與自動化以及物聯網結合是現如今需要解決的問題。

2.液位計檢測校準裝置功能

液位計自動檢測校準系統，包括液位計自動檢測校準裝置、數據采集系統和上位機，所述數據采集系統連接液位計自動檢測校準裝置，用于采集液位計自動檢測校準裝置中的各個參數，上位機連接數據采集系統，用于接收并顯示采集到的數據。

表1 檢定項目和使用中校準項目表

如圖1所示，液位計自動檢測校準裝置的尺寸為1800mm×800mm×2800mm，液位計自動檢測校準裝置包括測量儲水罐、移動腳輪、底座、儲水箱、電器箱和頂板，其中底座的底部安裝四個移動腳輪，底座的頂部分別安裝測量儲水罐和蓄水箱，儲水箱的出水口通過水泵和進水截止閥連接測量儲水罐的入水口，測量儲水罐的出水口通過出水截止閥連接儲水箱的入水口，入水口與出水口使用PPR管路與其他設備進行連接。測量儲水罐的底部分別安裝高精度變送器（高精度變送器是針對什么進行檢測的：高精度（0.02級）變送器作為標準壓力、液位的標準設備，與被檢測校準的各種液位測量儀表的測量參數進行比對，比對出的測量值，經過數據采集系統PLC可編程控制器的編程及運算，可自動顯示出比對的測量誤差值。）和溫度變送器，儲水箱的頂部安裝電器箱，電器箱的輸入端連接液位計自動檢測校準裝置，電器箱的內部安裝數據采集系統，頂板固裝在測量儲水罐的頂部，用于放置雷達式與投入型液位計。

圖1 液位計自動檢測校準裝置圖

技術標準參考“液位計檢測標準”達到技術要求0.5～1級；利用PC/PPI電纜線組成PLC與組態王工控組態軟件監控系統，以及利用物聯網組成組態王工控組態軟件監控系統，組態王工控組態軟件還可以自動顯示，編制顯示策略，輸出實時數據，打印檢測校準報表，操作菜單設計等一系列強大的功能。

自動顯示檢測校準數據：根據液位計量程，自動設置測點、設定點，通過設定的控制和測量時序，準確控制液位計位置、采集液位計電流及相關溫度數據、壓力數據，控制水泵的進排液和溢流閥的啟閉，由溢流口準確復現液位高度，實現液位計的自動檢定；對檢定過程采集的數據進行處理，得到檢定點、設定點、液位計信號輸出誤差的檢定結果。其中，根據液位計量程，將采集的液位計電流信號轉化為液位數據，實現液位計示數獲取。

3.液位計自動檢測校準裝置組成

（1）設備外形尺寸：1800mm×800mm×2800mm（長寬高）；40mm×40mm鋁合金框架結構，4個移動腳輪（其中兩個可鎖定）；液位控制組件，包括PPR管路、溢流口、供液泵、溢流閥、手動閥，實現液位的準確自動復現。預留幾個標準接口，可外接法蘭和螺紋，各種液位計都可在設備上檢測校準，就可以實現液位計的垂直安裝，方便、快捷、牢固。

（2）數據采集控制系統：PLC S7-1200編程環境軟件為技術標準，它可以對S7-1200所有功能進行編程。數據采集控制系統包括計算機、控制器、數據采集模塊、伺服驅動器、繼電器模塊、傳感器，傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器及編碼器。控制器：內含PLC、采集模塊及配電模塊；上位計算機安裝Win10及組態王工控組態軟件，自動顯示當前溫度；可直接讀取標準表和被校驗表參數（示值誤差、輸出值誤差及設定點誤差、回差），（加裝交流2kW穩定度1%穩壓電源與直流穩壓電源），手動填寫直尺數據等。技術標準參考“液位計檢測標準”達到技術要求即可；利用PC/PPI電纜線組成PLC與組態王工控組態軟件監控系統，以及利用物聯網組成組態王工控組態軟件監控系統，組態王工控組態軟件還可以自動顯示，編制顯示策略，輸出實時數據，打印檢測校準報表，操作菜單設計等一系列強大的功能。

（3）自動顯示檢測校準數據：根據液位計量程，自動設置測點、設定點，通過設定的控制和測量時序，準確控制液位計位置、采集液位計電流及相關溫度數據、壓力數據，控制水泵的進排液和溢流閥的啟閉，由溢流口準確復現液位高度，實現液位計的自動檢定；對檢定過程采集的數據進行處理，得到檢定點、設定點、液位計信號輸出誤差的檢定結果。其中，根據液位計量程，將采集的液位計電流信號轉化為液位數據，實現液位計示數獲取。

4.液位計自動檢測校準操作方法[1]

(1)硬件系統操作

①設備牢靠插好三項插座；②打開交流穩壓電源的漏電保護開關，使其工作2min后，正常提供220V交流電壓，電源箱的電源指示燈亮；③將水泵的水閥F1-1打開30°角，打開進水閥F1-2；④將電源箱的按鍵開關按下接通，水泵通電啟動；⑤這時液位檢測罐開始進水，手動控制進水閥F1-2與回水閥F2-1，穩定檢測位置；⑥通過手動控制進水量，選擇檢測點位置，0%、25%、50%、75%、100%上行程和下行程；⑦壓力標準器（0.05級）與標準差壓變送器（0.075級），作為標準器。

(2)軟件系統操作

①打開交流穩壓電源的漏電保護開關，使其工作2min后，正常提供220V交流電壓，電源箱的電源指示燈亮；電源箱中的可編程控制器S7-1200 PLC及模塊上電工作；②連接好物聯網通訊網線，使可編程控制器S7-1200 PLC與計算機主機相聯接；③連接好后，啟動計算機安裝好的圖標，進入組態編程界面；④點擊圖標計算機進入自動檢測校準界面；⑤計算機自動檢測校準界面上自動顯示：罐內溫度、濕度、絕緣電阻、耐壓值及檢測點位置，0%、25%、50%、75%、100%上行程和下行程等參數；⑥自動計算出最大誤差、回差，并在界面上設置兩個開關，更方便顯示和反復操作。

5.液位計檢測校準示值誤差（計算機自動顯示）[2]

(1)液位計示值的最大允許誤差有兩種表示方式

①示值的最大允許誤差為±α%FS

其中：α可以是0.01、0.02、(0.03)、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5；

FS為液位計的量程，mm或cm。

②示值的最大允許誤差為±N

其中：N為直接用長度單位表示的最大允許誤差，mm或cm，可在0.5、1、2、5、10、20、50中選取。

(2)輸出值誤差

具有信號輸出功能的液位計，輸出值最大允許誤差應不超過輸出量程的±C%FS。其中：C可以是O.05、O.1、O.2、O.5、1.0、1.5、2.0、2.5；

FS為液位計輸出值的量程，mA或V。

(3)回差

液位計示值和輸出值的回差應不超過其最大允許誤差的絕對值。

(4)設定點誤差

具有位式控制的液位計，其設定點誤差限為±α’%FS或（±N'）。

其中：α’可以是O.1、O.2、O.5、1.0、1.5、2.0、2.5；

N’為直接用長度單位表示的最大允許誤差，mm或cm。

(5)切換差

具有位式控制的液位計，切換差應不超過設定點誤差限絕對值的2倍。

表2 標準儀器及配套設備

液位計自動檢測校準設備屬于計量標準裝置，是液位計檢定工作必不可少的主要設備，具有較好的實用價值，對液位計檢測技術的發展起到一定的推動作用。同時裝置具有成本低、操作簡便、準確度高、適應性廣、針對性強、自動化程度高等優點，適合在全行業甚至全國范圍內推廣應用。

液位計自動檢測校準設備經過了長時間的重復性和穩定性考核，技術指標穩定，符合JJG 971-2019《液位計》對檢定設備的要求，能夠滿足各種類型液位計的檢定，取得良好的效果。特別是提高了檢定過程的自動化程度和檢定效率，降低了勞動強度。同時，也減少了人為操作對檢定結果的影響，提高了檢定的準確度。

圖2 自動顯示檢測校準數據

6.結束語

化工工藝生產中液位計自動檢測校準設備屬于計量標準裝置，是液位計檢定工作必不可少的主要設備，具有較高的先進性及實用價值。同時液位計自動檢測校準裝置研制，具有操作簡便、準確度高、針對性強、使用方便、自動計算顯示等優點，適合在全檢定校準行業乃至推廣到全國范圍內應用。

經調研與研究，新開發裝置與原有的裝置對比，實現了自動化檢定過程，檢定時間縮短了3/4，準確度提高1倍。同時實現過程監控、自動檢定、數據采集、自動計算、精準檢測、參數處理等功能，具有操作人為干預少、檢定校準效率高、檢測結果準確等優勢的液位計自動檢測校準裝置，實現了對各種類型液位開關及液位計的檢測校準。具有良好的應用和推廣價值。