標(biāo)準(zhǔn)金屬量器液面高度的測量方法

劉小剛

(龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所，福建 龍巖 364000)

標(biāo)準(zhǔn)金屬量器液面高度的測量方法

劉小剛

(龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所，福建 龍巖 364000)

文中提出了一種測量標(biāo)準(zhǔn)金屬量器液面高度的方法，該方法可在保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性前提下實(shí)現(xiàn)無需調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)金屬量器水平即可完成液面高度的測量。

標(biāo)準(zhǔn)金屬量器；水平調(diào)整；液面高度測量方法

1 引言

標(biāo)準(zhǔn)金屬量器是用于測量液體體積的計(jì)量器具，在容量和流量檢測中起著重要的作用，其廣泛應(yīng)用于石油化工等行業(yè)。

在檢測液體體積的操作過程中，標(biāo)準(zhǔn)金屬量器必須保證水平狀態(tài)[1]，否則測量得到的液位高度可能發(fā)生偏差，為了保證測量得到的液位高度是準(zhǔn)確的，目前國內(nèi)普遍采用在測量液位高度前使用水平儀對標(biāo)準(zhǔn)金屬量器進(jìn)行人工調(diào)整直至達(dá)到水平狀態(tài)，這種人工調(diào)整的方法存在工作繁瑣、效率低、對調(diào)節(jié)操作要求高等缺點(diǎn)；而一些燃油加油機(jī)自動檢定裝置利用水平傳感器、液位傳感器、電機(jī)和微處理器等電子設(shè)備將標(biāo)準(zhǔn)金屬量器自動調(diào)整至水平狀態(tài)，但這種裝置存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等問題。

因此，文中提出一種使用雙軸傾角傳感器、液位傳感器、微處理器測量液面高度的方法，實(shí)現(xiàn)無需調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)金屬量器水平即可完成液面高度的準(zhǔn)確測量。

2 結(jié)構(gòu)原理和測量方法

2.1 結(jié)構(gòu)示意圖

本方法中使用的標(biāo)準(zhǔn)金屬量器與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器區(qū)別在于：

（1）使用液位傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器的液位管、計(jì)量頸標(biāo)尺和讀數(shù)游標(biāo)；

（2）在標(biāo)準(zhǔn)金屬量器底部支架水平安裝一個雙軸傾角傳感器[2]，雙軸傾角傳感器在量器水平狀態(tài)下安裝，并確保雙軸傾角傳感器的安裝面要平行于水平面。

其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 本方法結(jié)構(gòu)示意圖

2.2工作原理

傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)金屬量器在進(jìn)行容積測量時，先要將標(biāo)準(zhǔn)金屬量器放置在堅(jiān)硬的平地上并調(diào)水平，然后將介質(zhì)注入量器中，待量器中的介質(zhì)氣泡消失后讀取液位高度，根據(jù)公式可以計(jì)算出此時量器內(nèi)液體的體積[3]。如果量器水平調(diào)整存在偏差（即不水平），液位傳感器采集的液位高度就不準(zhǔn)確，由此計(jì)算出來的介質(zhì)體積也就存在誤差。

本方法中使用的標(biāo)準(zhǔn)金屬量器能夠通過雙軸傾角傳感器和液位傳感器分別測得量器在不水平狀態(tài)下的傾角和液位高度，微處理器根據(jù)測得的傾角和液位高度通過數(shù)學(xué)公式將量器未經(jīng)過水平調(diào)整狀態(tài)下的液面高度換算到水平狀態(tài)下液面高度。

3 雙軸傾角傳感器的測量模型

圖2 雙軸傾角傳感器的測量模型示意圖

可得：

可得：

4測量方法

4.1 液面高度的測量模型

圖3 量器傾斜狀態(tài)下上椎體以上部分的剖面圖

圖3為標(biāo)準(zhǔn)金屬量器傾斜狀態(tài)下上椎體以上部分的剖面圖，剖切平面是由液位傳感器和計(jì)量頸中軸線構(gòu)成的平面。計(jì)量頸中軸線為，和液位傳感器所在平面為，與液面平面交于直線，液位傳感器零點(diǎn)到計(jì)量頸中軸線的垂線為；因?yàn)殡p軸傾角傳感器是在標(biāo)準(zhǔn)金屬量器水平狀態(tài)下安裝的，且安裝面平行于水平面，所以垂直于安裝面，平行于和安裝面的交線，則和的夾角為；為標(biāo)準(zhǔn)金屬量器在水平狀態(tài)下的液面高度；為液位傳感器測得的液面高度；為與的距離。

標(biāo)準(zhǔn)金屬量器的計(jì)量頸是一個圓柱形結(jié)構(gòu)[5]，只要量器內(nèi)介質(zhì)的體積不變，無論標(biāo)準(zhǔn)金屬量器如何傾斜，液面都與計(jì)量頸中軸線于同一點(diǎn)，該點(diǎn)到的距離是標(biāo)準(zhǔn)金屬量器在水平狀態(tài)下的液面高度。

4.2及值的確定

圖4 求解和的幾何圖形示意圖

圖5求解和的簡化圖

再將標(biāo)準(zhǔn)金屬量器傾斜另一個角度后，測得液位傳感器中的液面高度為，雙軸傾角傳感器X測量軸的傾角、Y測量軸的傾角，根據(jù)式（6）、（13）和（17）計(jì)算出軸與平面和水平面交線的夾角，軸與平面和水平面交線的夾角，此時由式（18）及式（23）得出：

4.3 測量過程

綜上所述，本方法標(biāo)準(zhǔn)金屬量器液面高度的測量方法分為以下幾個步驟：

（1）在標(biāo)準(zhǔn)金屬量器水平狀態(tài)下安裝雙軸傾角傳感器，雙軸傾角傳感器的安裝面要平行于水平面；

（2）在雙軸傾角傳感器首次安裝在量器上及安裝后雙軸傾角傳感器安裝位置發(fā)生變化時，通過上述實(shí)驗(yàn)方法求常數(shù)、；

5 結(jié)束語

文中提出的標(biāo)準(zhǔn)金屬量器液面高度的測量方法，能夠使標(biāo)準(zhǔn)金屬量器未經(jīng)過水平調(diào)整情況下完成液面高度的測量，并能保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。該方法具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、測量速度快等特點(diǎn)。

[1]JJG 259-2005《標(biāo)準(zhǔn)金屬量器》檢定規(guī)程 [S].

[2]楊潤澤，芝世磊，呂波．調(diào)平的測量誤差分析與傾角傳感器精度的選擇[J].傳感技術(shù)學(xué)報，2015，28(10)：1482-1484

[3]JJG 443-2015《燃油加油機(jī)》檢定規(guī)程[S].

[4]王超，徐曉輝，郭濤，閆明明．無線雙軸傾角傳感器的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34（8）：56-60.

[5]劉子勇．容量計(jì)量[M]．北京：中國計(jì)量出版社，2013.

Method for Measuring Height of Liquid Level for Standard Metal Tank

LIU Xiao-Gang
(longyan Product Quality Inspection, Longyan 364000, Fujian, China)

This paper presents a method for measuring the liquid level for the standard metal tank. This method can realize the measurement of the liquid level without adjusting the standard metal gauge level under the premise of ensuring the accuracy of the measurement result.

Standard metal scale; Level adjustment; Liquid level measurement method

2017-04-15

劉小剛，男，龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所所長，工程師