一种高精度智能液位计连续标定校准装置

技术领域

本发明涉及仪器仪表领域，具体涉及一种高精度智能液位计连续标定校准装置。

背景技术

液位测量作为工业测量领域不可或缺的组成部分，液位计的准确性严重影响着生产安全的方方面面，特别是智能远传型的液位仪表，直接参与着化工及石化生产工艺的控制，如果其测量不准确，轻则造成生产的被检测产品质量缺陷，重则会发生储罐冒顶、反应罐爆炸等严重事故。

液位计相当于我们人的眼睛，特别是精细化工领域，其准确性能的检定和标定对安全生产和产品质量至关重要。

液位测量标定装置主要用来检测和修正被检定仪表的准确性能，其准确性能的高低对被检测或修正液位计的实际测量精度影响很大，如果液位测量标定装置本身的精度不高，那么标定不但不会提升被检测液位计的测量精度，反而会使液位计的偏差增大，所以液位检测装置的精度和稳定性对于液位计的准确性影响很大。

传统的液位标定装置和标定方法存在着诸多的不足，具体表现在：

一、现有技术大多无法实现自动采集和运算，大多数液位标定装置准确度和智能程度不高，大多采用肉眼观测刻度尺的方式读取液位，钢尺类测量最大的不足在于：常规钢尺刻度尺的最小刻度为1mm，决定了它的测量精度不会太高，刻度标尺刻度分布越密集，测量准确度越高，但实际标尺刻度也不会做到太密集，一方面太密集刻度线不易加工，同时人的肉眼也不宜于分辨，还需近距离数刻度线。另一个弊端在于针对不同的液位高度，观测方位是无法做到完全平视的，特别是液位是低液位时容易俯视，高液位时仰视，这样读取的液位数值是不准确的。如中国专利CN205808519U，采用连通器的测量原理，通过读取钢尺的刻度的方式记录液位，智能程度低，且只能标定浮筒液位计，检测产品单一，还存在着不同量程之间的浮筒液位计安装在校准装置上的时候，里面的浮子的零点位置是不同的，所以每次都需要根据量程的不同重新确定浮筒液位计的零点位置。

如中国专利CN210487023U和CN212621024U，它们均采用钢尺刻度方式，同样存在所有钢尺刻度观测法的所有缺点，读数不准确，且无法实现数据自动采集运算，只能人工记录运算，无法实现智能采集，且精度不高。

二、现有技术的标定装置大多只能测量单一的产品，无法做到通用，如中国专利CN20808519U采用钢尺且只能标定浮筒，如中国专利CN105987744A采用了光栅转换盘的方式，形齿槽与脉冲数字转换器相对应，通过脉冲控制矩形齿槽的方式运动，其运动控制误差教大，通常为一个矩形齿槽的误差，同时该方案采用雷达液位计相对工作台的运动模拟液位变化，没有实际液体，所以该原理只能测量标定雷达液位计，无法标定校准其他液位计。

三、现有标定校准方法还包括比较法，比较法的测量精度普遍优于人工检尺法，因为用来作为液位标准的液位计精度通常较高，但是就算当前精度最高的磁致伸缩液位计，其测量精度也通常为±1mm，采用比较法对于液位计的校准精度的提升有限。

四、目前市场上还出现了一些智能标定校测装置，如中国专利CN207231603U，该专利提出了采用手持激光测距仪发射激光的形式进行液位测量校准，其优势在于可实现在现场进行标定校准，智能程度相对较高，但是其还存在诸多不足，如其专利所述，“需要注意的是，浮子表面过于粗糙会影响测量精度，浮子表面过于光滑，反射光会影响激光测距仪的正常工作”；

该技术方案通过储罐内的液位体使浮子漂浮起来，通过伸缩管限制浮子的漂浮位置，但忽略了不同介质间，密度的不同会造成浮子淹没在液体里的高度不同，这样通过激光测距仪测出来的激光测距仪至浮子之间的距离是不准确的，这一部分带来的误差是不可忽略的；该技术方案在测量过程中还存在着需要反复调整旋转盘与水平之间的垂直度，垂直度对该方案的测量准确性影响至关重要，无形中增加了人工时间成本和增大了误差。

五、现有技术大多无法解决不同量程液位零点位置的确定问题，因为不同量程的液位计插深是不同的，所以将液位计安装在标定校准装置上的时候，通常需要用钢尺在外部测量计算出被检定液位计插深零点对应位置，并用记号笔进行标定，或记录当前钢尺刻度位置作为零点，标定其它位置液位时需要和标记位置或零点对应刻度值进行计算，误差大，且工作量大，容易出错。

六、现有技术大多无法实现信号自动采集，大多采用人眼抄刻度的方式，计算误差时也只能通过手工计算或者手工录入电脑进行计算，效率低下且准确率低。

七、现有技术大多无法实现自动控制液位升降，只能通过手动注水的方式，无法精确控制液位至指定标定校准点，只能少量多次频繁开关水泵和阀门修正液位高度。

八、现有技术大多无法实现标尺刻度自动随液位运动，所以就需要每次用钢尺去比对，除非钢尺零点固定，否则每次测量时就无法确保零点位置是否和之前一样。

九、现有技术未考虑标定流体的控制问题和流体标定注水过程中液位的波动问题，液位标定过程中，流体液面晃动太大不仅影响测量精度，还影响检测校准时间周期过长。

十、现有技术大多未考虑检测流体密度的问题，虽然检测的流体大多采用水作为检定流体，但不同的温度压力下，水的密度是不同的，所以要想提升测量精度就必须对检测流体的密度必须进行修正。

发明内容

本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种更加智能、精度更高、操作更加方便的高精度智能液位计连续标定校准装置。

本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：一种高精度智能液位计连续标定校准装置，其特征在于：包括检测装置和操作装置，所述检测装置包括框架，所述框架内设置有集水箱，所述集水箱一侧固定安装有水泵，所述框架顶部固定安装有工作台，所述工作台固定安装有立架，所述立架顶部设置有顶部水箱，所述顶部水箱顶部一侧设置有若干个水箱排气孔，所述顶部水箱顶部另一侧安装有高精度磁致伸缩液位计、远传液位计和温度变送器，所述顶部水箱底部安装有进水控制阀，所述进水控制阀连接有进水缓冲管，所述立架位于顶部水箱与工作台之间的部分设置有透明主管，所述透明主管远离顶部水箱的一端固定连接有透明主管下接管，所述透明主管下接管连接有支路控制阀组，所述支路控制阀组连接有支路管路组，所述支路控制阀组连接有主路控制阀，所述主路控制阀与集水箱连接，所述操作装置包括控制系统和上位机工作台，所述上位机工作台上设置有上位机，所述工作台还设置有多组校准支路。

作为一种优选方案：所述多组校准支路包括支路一，所述支路一包括支路一支撑架、支路一透明管、支路一伺服电机、支路一光栅尺、支路一连接固定板、支路一指示表、被检仪表一和被检仪表二，所述支路一透明管设置在支路一支撑架内，所述支路一伺服电机传动连接有支路一伺服电机驱动滑块，所述支路一伺服电机驱动滑块与支路一连接固定板固定连接，所述支路一连接固定板固定连接有支路一光栅尺触头，所述支路一光栅尺触头与支路一指示表固定连接，所述被检仪表一安装在支路一支撑架的顶部。

作为一种优选方案：所述支路一支撑架包括电动伸缩杆、固定底座、支路一下接管、仪表卡装下底板和仪表卡装上盖板，所述电动伸缩杆设置有两个，两个所述电动伸缩杆对称设置在仪表卡装下底板的两端，且两个所述电动伸缩杆与仪表卡装上盖板连接，所述固定底座设置有若干个螺纹孔。

作为一种优选方案：所述支路管路组包括支路一管路、支路二管路、支路三管路和支路四管路，所述支路控制阀组包括支路一控制阀、支路二控制阀、支路三控制阀、支路四控制阀和备用支路控制阀。

作为一种优选方案：所述支路一管路与支路一控制阀连接，所述支路二管路与支路二控制阀连接，所述支路三管路与支路三控制阀连接，所述支路四管路与支路四控制阀连接，所述备用支路控制阀与主路控制阀连接。

作为一种优选方案：所述高精度磁致伸缩液位计的底部贯穿顶部水箱并插装在透明主管内，所述进水缓冲管设置在透明主管内，所述控制系统采用PLC或单片机、DCS等自动控制系统进行控制、数据采集和计算，所述高精度磁致伸缩液位计、远传液位计和温度变送器均与控制系统电连接，所述远传液位计通过控制系统与水泵电连接。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发的优点是：

本发明公开了一种高精度智能液位计连续标定装置，主要用于智能自动化液位计量标定校准，其特征在于：所述标定装置设置有一个工作台，工作台下端设计有一个集水箱，工作台上面顶端设置有一个顶部水箱，所述顶部水箱内部设置有远传输出液位计控制下部集水箱的水泵实现为顶部水箱自动补水功能，所述顶部水箱下部设置有进水电磁阀连通至一透明主管内，透明主管内部设置有高精度磁致伸缩液位计，可通过磁致伸缩液位计采集透明管内实际液位信号至控制系统，控制顶部水箱下部的进水电磁阀以及透明主管下端的排水电磁阀实现液位的自动升降与控制；

所述工作台上还同时设置有多组独立透明管与透明主管并联，通过连通器原理可以控制每组独立管内部液位与透明主管一致，每组独立透明管与透明主管采用电磁阀连接控制，可实现不同的标定需求时的液位切换；

所述的每组独立支路透明管边上设置有一组伺服电机和光栅尺，标定前，前驱动伺服电机至液位计零点，并将该点光栅尺和伺服电机采集到的信号自动设定为零点，液位变化多少，磁致伸缩液位计就会反馈给控制系统控制伺服电机，将伺服电机与光栅尺进行固定同步运动，就实现了液位信号自动采集，液位变化距离自动计算与之前采集的零点信号通过控制系统上位机自动进行运算并出具检验报告，实现整个液位标定过程的全自动化和智能化；

有效减少了人肉眼观测带来的测量误差，为了提升准确性，也可在支路透明管下设置高精度称重设备，通过称重计算液位高度的质量差来计算液位。采用了注水管长管及管径优化和调节阀控制的组合方案，使液位标定过程液位波动更小。采用电动伸缩杆夹紧方式用来固定安装被检定液位计，安装效率更高。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1是本发明一种高精度智能液位计连续标定装置的等轴侧示意图。

附图2是本发明一种高精度智能液位计连续标定装置的正视图。

附图3是附图2中A的放大示意图。

附图4是本发明的立架、顶部水箱和透明主管以及相关部件的相对位置关系示意图。

附图5是发明的顶部水箱的顶部结构示意图。

附图6是本发明的支路管路组与支路控制阀组以及相关部件的结构示意图。

附图7是本发明的支路一支撑架的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例：如附图1至7所示，一种高精度智能液位计连续标定校准装置，包括检测装置和操作装置，所述检测装置包括框架1，所述框架1内设置有集水箱2，所述集水箱2一侧固定安装有水泵3，所述框架1顶部固定安装有工作台4，所述工作台4固定安装有立架5，所述立架5顶部设置有顶部水箱6，所述顶部水箱6顶部一侧设置有若干个水箱排气孔6-1，所述顶部水箱6顶部另一侧安装有高精度磁致伸缩液位计10、远传液位计12和温度变送器13，所述顶部水箱6底部安装有进水控制阀8，所述进水控制阀8连接有进水缓冲管9，所述立架5位于顶部水箱6与工作台4之间的部分设置有透明主管7，所述透明主管7远离顶部水箱6的一端固定连接有透明主管下接管7-1，所述透明主管下接管7-1连接有支路控制阀组，所述支路控制阀组连接有支路管路组，所述支路控制阀组连接有主路控制阀27，所述主路控制阀27与集水箱2连接，所述操作装置包括控制系统14和上位机工作台16，所述上位机工作台16上设置有上位机15，所述工作台4还设置有多组校准支路，工作台4上设置有多组校准支路，可适用不同量程产品。

所述多组校准支路包括支路一，本实施例仅以支路一为例讲述原理，其余校准支路的工作原理均与支路一的工作原理相同，所述支路一包括支路一支撑架17、支路一透明管18、支路一伺服电机19、支路一光栅尺20、支路一连接固定板21、支路一指示表22、被检仪表一23和被检仪表二24，所述支路一透明管18设置在支路一支撑架17内，所述支路一伺服电机19传动连接有支路一伺服电机驱动滑块19-1，所述支路一伺服电机驱动滑块19-1与支路一连接固定板21固定连接，所述支路一连接固定板21固定连接有支路一光栅尺触头20-1，所述支路一光栅尺触头20-1与支路一指示表22固定连接，所述被检仪表一23安装在支路一支撑架17的顶部。

所述支路一光栅尺20的采用高分辨率光栅尺，所述支路一伺服电机19采用高精度伺服电机，本实施例中支路一伺服电机19的生产厂家是成都福誉科技有限公司，具体型号为：FSL40E1000-10C7，FSL40开放式丝杆模组，支路一光栅尺20的生产厂家是贵阳新天光电科技有限公司，具体型号为：JCXE-24F，所述每组支路均采用高精度光栅尺20和高精度伺服电机19替代传统钢米尺。

所述支路一支撑架17包括电动伸缩杆17-1、固定底座17-2、支路一下接管17-3、仪表卡装下底板17-4和仪表卡装上盖板17-5，所述电动伸缩杆17-1设置有两个，两个所述电动伸缩杆17-1对称设置在仪表卡装下底板17-4的两端，且两个所述电动伸缩杆17-1与仪表卡装上盖板17-5连接，所述固定底座17-2设置有若干个螺纹孔。

所述支路管路组包括支路一管路25-1、支路二管路25-2、支路三管路25-3和支路四管路25-4，所述支路控制阀组包括支路一控制阀26-1、支路二控制阀26-2、支路三控制阀26-3、支路四控制阀26-4和备用支路控制阀26-5。

所述支路一管路25-1与支路一控制阀26-1连接，所述支路二管路25-2与支路二控制阀26-2连接，所述支路三管路25-3与支路三控制阀26-3连接，所述支路四管路25-4与支路四控制阀26-4连接，所述备用支路控制阀26-5与主路控制阀27连接。

所述高精度磁致伸缩液位计10的底部贯穿顶部水箱6并插装在透明主管7内，所述进水缓冲管9设置在透明主管7内，所述控制系统14采用PLC或单片机、DCS等自动控制系统进行控制、数据采集和计算，所述高精度磁致伸缩液位计10、远传液位计12和温度变送器13均与控制系统14电连接，所述远传液位计12通过控制系统14与水泵3电连接。

本发明的工作原理：框架1内安装集水箱2，框架1的顶部安装工作台4，所述工作台4上安装有立架5，立架5的顶部放置有顶部水箱6，顶部水箱6的顶部一侧设置有若干个水箱排气孔6-1，所述顶部水箱6的顶部另一侧固定安装有高精度磁致伸缩液位计10、远传液位计12和温度变送器13，所述远传液位计12收集顶部水箱6内的水位信号，并将水位信号传输到控制系统14，控制系统14通过远传液位计12传输的水位信号控制水泵3的启停，水泵3通过上水管11将集水箱2内的水输送到顶部水箱6内。

所述顶部水箱6下部设置有进水控制阀8，所述进水控制阀8连接有进水缓冲管9，所述进水缓冲管9设置在透明主管7内，同时高精度磁致伸缩液位计10具有测量功能的部分也设置在透明主管7内，可通过所述高精度磁致伸缩液位计10采集透明主管7内实际液位信号至控制系统14，进水控制阀8和主路控制阀27实现液位的自动升降与控制。

所述工作台4上还可以同时设置有多组独立支路透明管与透明主管7并联，例如支路一透明管18与透明主管7并联，通过连通器原理可以控制各组支路透明管，如支路一透明管18内部液位与透明主管7一致，每组独立支路透明管与透明主管7采用支路管路组25和支路控制阀组26分别连接控制，可实现不同产品和量程时标定需求时的液位切换。

为了控制加水过程的稳定性，减小液位波动，采用在一定高度设置顶部水箱6的方式，通过水箱中水的自身重力作用，通过采用延伸至透明主管7底部的进水缓冲管9使水从底部向上流动，将水头控制在底部水内部，能有效减缓注水过程的液面波动，同时在顶部水箱6上部设置有多个水箱排气孔6-1时刻平衡水箱内部的压力差，减少波动。

为了提升测量精度，在顶部水箱6的上部安装温度变送器13及高精度磁致伸缩液位计10，将采集的信号通过控制系统14传输至上位机15，进行计算当前检测用水的密度，用以修正因为不同温度压力水的密度不同造成的标定校准误差，特别是针对浮力测量原理的磁翻板液位计、浮球液位计、磁致伸缩液位计以及智能浮筒液位计等。

进水控制阀8和主路控制阀27采用电动调节阀，通过调节和控制调节阀的阀门开度，可控制液位标定过程快慢和控制精度，如果想提升测量精度和稳定性，控制调节阀的开度通常调小即可。

支路一透明管18固定在支路一支撑架17内部，所述支路一支撑架17从四个方位都能观测到支路一透明管18，在所述支路一支撑架17的底部设置固定底座17-2，通过所述支路固定底座17-2上的螺纹孔将支路一支撑架17固定连接至工作台4上。

所述支路一支撑架17的顶端设置有仪表卡装下底板17-4，所述仪表卡装下底板17-4上设置有一组电动收缩杆17-1，电动收缩杆17-1伸缩杆顶部螺栓固定连接仪表卡装上盖17-5。通过控制电动伸缩杆17-1带动仪表卡装上盖17-5的伸缩距离来夹装拆卸被检仪表一23。

为了方便调整零位和观察液位准确性，在支路一光栅尺触头20-1上设置有支路一指示指针22，方便用来辅助观察实际水位判断控制系统的稳定性。

上位机15发出液位变化指令给控制系统14时，支路一伺服电机驱动滑块19-1带动支路一光栅尺触头20-1及支路一指示指针22自动运动至指定液位高度位置，同时控制系统14会同时通过高精度磁致伸缩液位计10的4-20mA模拟电流信号自动计算液位调整后的数值，并控制进水控制阀8加水或主路控制阀27放水至指定高度，因为光栅尺的精度优于0.005mm，所以通过光栅尺触头采集出来的位置信号比常规的钢尺精度要高很多，也避免了人肉眼观测角度造成的示值误差问题。

例如标定支路一上的被检仪表一23时，通过控制系统14驱动支路一伺服电机19上的支路一伺服电机驱动滑块19-1带动支路一光栅尺20上的支路一光栅尺触头20-1和支路一指示指针22移动至液位计零点，并将该点支路一光栅尺20和支路一伺服电机19采集到的信号自动设定为零点，液位变化多少，高精度磁致伸缩液位计10就会反馈给控制系统14控制支路一伺服电机驱动滑块19-1带动支路一光栅尺触头20-1运动指定距离，并将运动距离通过控制系统14反馈至上位机15，实现液位信号自动采集，上位机15会将每次采集的多点位置液位信号自动进行运算并出具检验报告，实现整个液位标定校准过程的自动化和智能化。

所有控制方式通过上位机15和控制系统14完成自动控制指令，所有控制阀采用电动调节阀或电动电磁阀。

例如当标定校准支路一时，如果要实现上水，支路一控制阀26-1打开，主路控制阀27关闭，支路二控制阀26-2关闭，支路三控制阀26-3关闭，支路四控制阀26-4关闭，备用支路控制阀26-5关闭，进水控制阀8打开，支路一对应的支路一透明管18就会和透明主管7液位因为进水控制阀8打开注水连通器原理而上升。

当需要降水时，进水控制阀8自动闭合，主路控制阀27自动打开，支路透明管中的水就会和透明主管7中的水通过主路控制阀27的打开流入底部集水箱2实现液位下降。

当透明主管7中的高精度磁致伸缩液位计10感应到液面变化时会实时发送信号至上位机15，当上位机15计算到液位上升或下降到指定位置时，会自动切换进水控制阀8或主路控制阀27实现液位自动控制。