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模拟法对磁翻板液位计进行检测的操作步骤及方

发布时间:2020-10-22   点击次数:

摘要:在分析"实液法”的基础上, 提出一种新的针对磁翻板液位计的“模拟法”检测方法。介绍其检测过程, 探讨了通过标记V形磁铁移动距离提高测量准确度的关键方法, 并对其可行性与准确性进行实验验证。 
 
0、引言:
 
“液位计”是测量“液位”量的仪表, 在贸易结算、安全防护、环境监测和保证产品质量中起到重要作用。众多类型液位计中, 磁翻板液位计因其显示直观、价廉物美和可靠耐用而被广泛应用于各种储罐与槽的液位测量[1]。
 
根据JJG 971-2002《液位计检定规程》的规定, 量程小于2 m的液位计一般采用实液进行检定, 量程大于2 m的液位计, 采用模拟的方法对其检定或检测[2]。同时, 安装于生产现场的部分磁翻板液位计, 由于客观原因无法拆卸和送检, 只能采用模拟法对其示值误差进行校准[3]。
 
1、磁翻板液位计实液检定方法:
 
1.1、磁翻板液位计的结构与工作原理:
 
磁翻板液位计主要由磁浮子、浮子腔体、磁性翻柱等组成。磁浮子内置永磁铁, 通过一块铁板使浮子表面形成以浮子轴线为轴均匀的圆环形磁场, 向外表现为一种极性[4]。
 
使用前, 按被测液体密度对磁浮子进行配重, 保证工作时液位面与磁浮子的磁力作用线为同一水平面。浮子腔体与被测容器连通, 浮子可在腔体内自由移动。磁性翻柱为可绕小轴灵活旋转的双色部件, 按不同磁性上下异色。
 
液位计工作时, 仪表下端与容器下端相连通, 上端与容器液位以上部分连通 (若容器为开放式, 磁翻板液位计上端连通大气) 。根据帕斯卡定律, 容器内部液体高度 (液位) 与液位计浮子腔体内液体高度 (液位) 相同。同时, 经过配重后的磁浮子半浸没于液体中, 浮力与重力相平衡。此时, 磁浮子的受力为
 
计算公式
 
式中:ρ—被测液体密度;
 
V—磁浮子排水体积;
 
g—当地重力加速度;
 
G—磁浮子所受重力
 
由于浮子质量不变, 所受重力不变, 重力时刻与浮力保持平衡, 所以相应的浮力也不变, 根据式 (1) 可得, 磁浮子所排液体体积不变, 即磁浮子浸没的液位始终不变, 因此, 磁浮子的位置准确地反映了浮子腔体内液位, 也就是被测液体的液位。当液位变化时, 磁浮子的位置随之产生改变, 通过磁场吸引面板上磁性翻柱, 使其绕小轴旋转, 引起翻柱颜色变化, 读取翻柱不同颜色界线的位置, 即可读取被测液位值信息。
 
1.2、实液法:
 
2 m水槽液位计标准装置 (如图1) , 用于实液法检测。
 
在底部连通的装置中, 2 m水槽、带有长度标准的连通观察管和被检液位计内液位相同。检测中, 先将液位计安装于支架上, 按规程要求, 液位计与水平面垂直, 偏差不大于1°, 并选择合适的检定点。调整零点, 在检定用水箱水位处于零位时, 通过调整磁翻板液位计高度, 调整被检零位。检定时, 通常用对准被检看标准方法:调节检定用水箱的水位, 从零开始逐渐升高水位到液位计指示的各检定点, 直至上限;然后逐渐降低水位到液位计指示的各检定点, 直至下限。期间, 分别读取上下行程中各检定点水箱的水位示值 (被检磁翻板液位计对准被检的判据是使检点处翻柱界线居中) 。标准值通过使用长度标准器读取管内液体凹液面底端的变化量取得。
 
图1 2 m水槽液位计标准装置
 
图1 2 m水槽液位计标准装置   下载原图
 
1-配有长度标准的连通观察管;2-2 m水槽;3-被检磁翻板液位计;4-固定支架;5-连通管道
 
2、磁翻板液位计模拟检定方法:
 
目前经常使用的模拟法检测过程为:拆卸下液位计底部法兰, 使用相应长度的钢直尺从仪表底部推动仪表内部磁浮子移动模拟水位变化。该方法成本低廉, 但在检测过程中, 没有好的读数机构对标准钢直尺读数, 并且浮子的运动与钢直尺的运动也无法完全吻合, 造成测量不确定度大的缺点。同时, 对仪表底部法兰的拆卸大大增加了该方法实际操作的难度。
 
针对以上情况, 提出一种操作简单、测量不确定度小和易实现的模拟方法, 检测磁翻板液位计示值误差、回差等性能。
 
2.1 模拟法的操作
 
本方法使用V形磁铁 (内置永磁铁的V形块) , 吸引磁浮子动作模拟液位变化。校准时, V形磁铁带动磁浮子在浮子腔内运动, 进一步带动磁翻柱翻转, 按检定规程当液位计显示液位检定点时, 使用记号笔沿V形磁铁与被检仪表的贴合面进行标记, 然后进行下一个检定点的检定。完成一次行程后, 将相应标记点间的距离作为磁浮子实际移动的距离, 使用游标卡尺进行测量, 作为标准值进行记录。
 
2.2 、模拟法的可行性分析:
 
2.2.1、 磁浮子的运动:
 
在对“实液法”的分析和介绍中可知, 磁翻板液位计能可靠显示液位是基于阿基米德原理和磁场作用, 其工作原理关键在于磁浮子与液面的相对位置在测量过程中始终不变, 因此在模拟法中V形磁铁与磁浮子相对位置是否改变是分析模拟法能否可行的重点。
 
假设磁浮子与V形磁铁均由许多微小的磁荷组成, 任意两点的作用:
 
计算公式
 
式中:F—磁荷间的相互所用力;
 
μ0—真空磁导率;
 
qm1—磁浮子磁荷的磁性;
 
qm2—永磁铁磁荷的磁性;
 
r—磁荷间的距离
 
根据式 (2) 可知, 磁荷与磁荷 (即磁浮子与V形磁铁) 之间的相互作用力大小与距离成反比, 与带磁量即磁性成正比。当操作人员用手拖动V形磁铁, 隔着磁翻板液位计浮子腔拖动磁浮子时, V形磁铁受手的拖动力、重力和管壁的摩擦力共同作用 (其中手的拖动力通过磁场作用于磁浮子上) 。磁浮子受重力、管壁的摩擦力和V形磁铁的磁力共同作用。如图2所示 (受力分析中不包括与磁浮子、V形磁铁相互作用无关的力) 。
 

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