摘要：本文介绍了项目“浮子液位计全自动模拟检定装置的研制”的立项背景、基本情况和项目取得的成果及主要创新。该项目采用了多项自主研发的关键技术，成功研制了国内首台卧式液位计模拟检定装置，该装置可以全自动进行液位计正反行程的检定，并且采集数据，利用zui大允许误差为 0.005mm 的磁栅尺，满足浮子液位计检定中的各项要求。

       本文设计的全自动浮子液位计模拟检定装置，采用了检定规程中的模拟法进行检定，利用磁栅尺和带动浮子水平移动的导轨夹具系统并配合自动检定系统软件等技术手段，保障量值传递的准确可靠。

一、装置系统结构

       液位测量系统结构如图 1 所示。本装置的液位数据采集部分由精密磁栅尺、PRC 控制系统及触摸屏计算机组成，运动控制部分由平台驱动系统、升降杆控制系统、限位开关等组成，其模块图如图 2 所示。

1. 数学模型

       液位测量值 L 为 L=L1cosα+L2+Lt

式中：L1——液位数据采集部分的测量数据；L2——模拟测量时液位计导杆由于重力产生的挠度带来的影响；Lt——温度带来的影响；α——磁栅尺相对水平线的倾斜角。

2. 工作原理

       测量系统应用了水平轨道带动浮子模拟液位升降，并配合磁栅尺精确定位。通过触控屏设置好检测距离、各个点位，PRC 控制电机带动滑块在轨道上运行设定好的各段距离，在每个点位停留一段时间（时间可设定），客户观察数值。由于测量距离太长，为了减少重力产生的挠度影响，被检品下方分段设置支撑机构，运行中 PRC 自动运算，控制支撑机构规避滑块运行。系统还包括被检液位计的（4~20）mA 输出电流测量模块，并配有限位开关，保证浮子夹具水平位移时安全可靠。

二、装置技术特点

1. 标准器准确度指标极高

       系统配有高准确度电流表，准确度为 0.05 级，用（4~20）mA 的电流数值去界定被检液位计是否符合准确度等级要求。通过准确度为 0.005mm 的磁栅尺配合，显示器可实现位移数值的实时显示。在检测准确度为 0.1 级的浮子液位计时，满足检定规程中标准器扩展不确定度不超过被检液位计 1/4的要求。

2. 量程宽，占地面积小

       检定装置所配备的水平导轨与电机驱动系统模拟液位检定，检定范围可达到 3m。上位机的自动测试系统操作界面如图 3 所示，该系统可把液位计全量程分为 1 到 10 个测量点。在检测时，可自由选择手动模式或自动模式，大约 10 分钟即可完成一台液位计的示值检定。并且，该系统采用卧式模拟检定方案，不受实验室层高影响，只需大约 10 平方米的房间即可进行检定工作。

3. 测量种类齐全，操作简单

       该系统设计时经过充分的市场调研，能开展浮子液位计、磁致伸缩液位计、压力式液位计和液位开关等十几种液位计的检定工作。

三、检定方法

       检定时，将浮子液位计卧式安放在检定台的支架上，安装时检查磁性浮球和浮球导杆的外观，不应有弯曲、碰伤等缺陷，磁性浮球能在导杆上自由无阻碍地滑动。将二线制缆线与装置上位机相连，调整浮球至导杆的零位，进行零位误差的读取。然后将浮球与浮球夹具连接，并在上位机输入满量程，进行自动检定。检定装置会把被检液位计分为满量程的（0，1/4，1/2，3/4，1）进行检定，在每个检定点电机系统会停留 1 分钟，方便检定员对电流表读数。标准电流值为（4，8 , 12 , 16，20）mA。

       在上行程测量完后，系统会自动返程进行下行程的检定，从而完成液位计的示值误差检定；并且在浮球与浮球夹具水平移动时，升降杆控制系统可以自动进行升降，减小导杆受重力产生的挠度影响。在检定液位开关时，系统可以在上下行程中自动读取开关动作时产生的相应信号。

四、检定能力验证

       验证方法依据 JJF1033-2016《计量标准考核规范》采用传递比较法。选择的被测对象为浮子液位计，测量输出值的zui大示值误差为 y=0.01mA，扩展不确定度为 U=0.028%（k=2）。 然 后， 用 精密数字压力计并搭配水箱进行检测，测量输出值的zui大允许误差为 y0=0.008mA，扩展不确定度为U0=0.015%（k=2）。依据能力验证评定方法，该系统满足的要求

       本装置的成功研制，使天津市计量院的液位计检定工作处于国内领先水平。经过半年多的运行证明，该装置结构合理、测量准确、方便快捷，使用效果良好。