智能型浮筒液位計的校準方法
1.工作原理：
液位計是根據(jù)阿基米德浮力原理制造的一種變浮力液位計，能對容器內(nèi)的液位或界面進行連續(xù)測量，它由檢測部分和變送部分組成，如圖1所示。 檢測部分為一個封閉的長筒，簡稱浮筒。 浮筒掛在扭力管軸上，當容器內(nèi)液位或界面發(fā)生變化時，浮筒所受浮力FV發(fā)生變化，作用在扭力管上的力（與FA大小相等，方向相反）也就隨之變化，變送部分就是將扭力管所受到的力經(jīng)轉(zhuǎn)換放大后， 通常輸出（4~20）m A或（0~10）m A電流信號并遠傳至控制室，進行液位或界面的觀測、指示和調(diào)節(jié)。
通過對液位計工作原理的分析 ，我們采用“模 擬 液位”的方式，方法則采用“掛重法”（“掛重法”是一種離線校驗法，即將液位計從容器上拆下固定在支架上 ，用砝碼的重量代表浮筒在液位不同高度時所受重力和浮力的合力）。
（1）主要標準：①M1 級以上（包括M1級）標準砝碼，規(guī)格為1mg~2kg。②0.02級標準電流表。
（2）輔助標準及材料:①經(jīng)檢定合格的***大秤量為5kg、檢定分度值小于等于0.1g的電子天平。②經(jīng)檢定合格的***小分度值為0.02mm的游標卡尺。③I級5m鋼卷尺。④砝碼盤。⑤電阻箱。⑥棉布若干。
4.校準項目液位計的基本誤差、重復性和回差。
5.電路連接（1）電路連接圖如圖2所示 。（2）電路連接完畢 ， 除非制造廠另有規(guī)定 ， 校準之前的預(yù)熱時間一般為15min。
圖2電路連接圖
二、通用技術(shù)要求:
1.外觀要求
(1)液位計各部件應(yīng)裝配正確、牢固，完整無損，特別是浮筒應(yīng)無腐蝕和泄漏。
(2)液位計銘牌應(yīng)在明顯易見處，并標明浮筒重量、體積、工作介質(zhì)密度、測量范圍、生產(chǎn)廠家、制造日期等有關(guān)內(nèi)容。 (3)液位計的有關(guān)技術(shù)文件、使用說明書等資料應(yīng)完整、齊全。 (4)液位計應(yīng)有調(diào)整參數(shù)的按鈕或與通信器連接的通信端子。
2.防爆性能 液位計使用場所有防爆要求的，防爆等級必須符合要求。
3.校準環(huán)境 環(huán)境溫度:常溫。 地點:液位計可以在現(xiàn)場校準，也可以從現(xiàn)場取回在實驗室里進行校準.
三、校準項目和程序:
1.外觀檢查
(1)測試前查看浮筒有無損傷或缺陷，若有應(yīng)重新更換浮筒;對于使用過的浮筒，先用棉布擦干凈(必要時可用有機溶劑進行清洗)再進行檢查。
(2)按技術(shù)說明書要求檢查變送器參數(shù)設(shè)置按鈕，按鈕應(yīng)能正常動作，且變送器與通信器應(yīng)能正常通信。 (3)具有數(shù)碼指示的液位計變送器，顯示的亮度應(yīng)均勻，并不應(yīng)出現(xiàn)筆劃殘缺。
2.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測
(1)用電子天平稱出浮筒的質(zhì)量兩次，浮筒放置的位置盡量靠近天平秤盤中央，計算兩次稱量結(jié)果的算術(shù)平均值并與制造廠提供數(shù)據(jù)進行比較。
(2)在浮筒上均勻選取5點用游標卡尺測量其直徑，并計算5個點直徑測量數(shù)據(jù)的標準偏差，其值應(yīng)在液位計預(yù)期基本誤差的1/5以內(nèi)()在液位計預(yù)期基本誤差的1/5以內(nèi)時取算術(shù)平均值計算浮筒的體積， 并與制造廠提供的數(shù)據(jù)進行比較。 如果超出則認為該浮筒不滿足要求，由用戶自主選擇更換或降級使用。
4.計量性能校準（1）零點校驗時 ，砝碼盤與所加砝碼的質(zhì)量應(yīng)等于浮筒本身的質(zhì)量，即檢查液位在0%時的輸出電流，此時應(yīng)為4m A，否則要通過面板調(diào)整按鈕或通信 器進行調(diào)整 ，直到輸出4m A為止。（2 ） 滿量程校驗時 ， 砝碼盤與所加砝碼的重量等于浮筒的重量減去浮筒所能受到的***大浮力之差 ， 即檢查 液 位 在100%時 的 輸 出 電 流 ，此 時 應(yīng) 為20m A，否 則 要通過面板調(diào)整 按 鈕 或 通 信 器 進 行調(diào) 整 ，直 到 輸 出20m A為止。（3） 零點和滿量程調(diào)整完后 ， ***少按 0% 、25% 、50% 、75%、100%幾個輸出點進行校準 ，記錄進程和回程時各點的電流輸出值，用于計算基本誤差、重復性誤差和回差。（4）誤差計算方法智能型浮筒液位計的基本誤差采用滿量程誤差表示。①基本誤差計算Ei=Ii示-Ii標I100-I0×100% （3）式中：Ei———第 i 點的滿量程誤差 ，%；Ii 示———第 i 點的標準電流表顯示值，m A；Ii標———第i點的理論計算的電流值 ，m A；I100———滿 量 程 理 論 輸 出 電 流 值 ，m A；I0———零 點理論輸出電流值，m A。②重復性誤差計算在相同條件下測試3組數(shù)據(jù)，每點重復性用其中***大值減去***小值， 取各點中***大的計算結(jié)果作為智能型浮筒液位計的重復性誤差。δ=（δi）max=（Ii示 max-Ii示 minI100-I0）max×100% （4）式中：δ———智能型浮筒液位計的重復性誤差；δi———智能型浮筒液位計第i點的重復性誤差。③回差計算回差的校準與基本誤差校準一同進行， 回差應(yīng)小于基本誤差預(yù)期值的1/2。ΔA=Ad1-Ad2式中：ΔA———液位計回差，m A；Ad1、Ad2———液位計上行程和下行程各校準點的電流輸出值，m A。
1.數(shù)學模型根據(jù)式（1）和式（3）且約定液位計輸出信號為（4~20）m A，則有ΔI=I示-I標=I示-〔（m浮筒-mLx）×106π4D2ρL×16+4〕 （5）2.評估已知條件（1）標準設(shè)備①標稱值為 2kg 的 M1級標準砝碼，允差極限為±0.1g。②0.02 級標 準 電 流 表 ， 測 量 20m A 時 的 允 差 極 限為±0.004m A。③***大秤量為 5kg、 檢定分度值小于等于 0.1g 的電子天平，允差極限為±0.15g。④游標卡尺的允差極限為±0.02mm。⑤鋼卷尺的允差極限為±（0.1+0.1L）mm。（2）校準基礎(chǔ)數(shù)據(jù)①浮筒質(zhì)量=2.10kg②浮筒直徑=41.34mm。③浮筒長度=2.240m。④介質(zhì)操作密度=800kg/m3。
（3）不確定度評估
①標準砝碼帶入校準結(jié)果的不確定度分量u1（ΔI）=│墜ΔI墜mLx│×ΔmLx=16×106π441.342×800×2.24×0.0001≈0.0007m A②標準電流表帶入校準結(jié)果的不確定度分量u2（ΔI）=ΔI示=0.004m A③電子天平帶入校準結(jié)果的不確定度分量u3（ΔI）=│墜ΔI墜m浮筒│×Δm浮筒=16×106π441.342×800×2.24×0.00015≈0.0010m A④游標卡尺帶入校準結(jié)果的不確定度分量u4（ΔI）=│墜ΔI墜D│×ΔD=16×1062π441.343×800×2.24×0.02≈0.0016m A⑤鋼卷尺帶入校準結(jié)果的不確定度分量u5（ΔI）=│墜ΔI墜L│×ΔL=16×106π441.342×800×2.242×0.0003≈0.0009m A（4）不確定度合成u（ΔI）= u12（ΔI）+u22（ΔI）+u32（ΔI）+u42（ΔI）+u52（ΔI）%姨= 0.00072+0.0042+0.00102+0.00162+0.00092%姨=0.0046m A（5）擴展不確定度①一般校準k=2，因此擴展不確定度U=k×u（ΔI）=2×0.0046≈0.01m A②相對擴展不確定度Urel=0.0116×100%≈0.06%
由以上不確定度評估結(jié)果可以得出如下結(jié)論：本文所提出的校準方法可以對0.2級及其以下液位計開展校準業(yè)務(wù)。注：為提高評估結(jié)果的可靠程度，本文在計算“校準標準裝置”所引入的不確定度分量時，引用的是“極限誤差”而非其“標準不確定度”，請讀者注意。