CN107747995A - 一种高压直流换流阀冷却系统的液位计现场检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种高压直流换流阀冷却系统的液位计现场检测系统，包括平台支架、变送器基座、浮球基座、步进电机、直线位移机构、控制模块、计算机模块、钢直尺、激光测距仪；所述的控制模块用于控制步进电机、接收变送器基座上的变送器头与激光测距仪的电信号，所述的计算机模块用于处理控制模块的输出信号，所述的变送器基座、浮球基座、步进电机、直线位移机构均设置在平台支架上。优点是，所述的控制模块用于控制步进电机、接收变送器基座上的变送器头与激光测距仪的电信号，所述的计算机模块用于处理控制模块的输出信号，所述的变送器基座、浮球基座、步进电机、直线位移机构均设置在平台支架上。
Description
技术领域
本发明涉及液位计测量技术领域，具体为一种高压直流换流阀冷却系统的液位计现场检测系统及方法。
背景技术
液位计应用的扩展和技术的更新，对检定装置的检定效率、准确度和自动化程度等方面提出了越来越高的要求。目前，各直流换流站阀冷系统均配备了各种类型的液位计，对阀冷系统膨胀水箱、喷淋水池等液位进行测量，测量信号上送至阀冷保护系统及控制系统的补水控制模块。目前国内的液位计检定技术普遍采用连通器原理，体积庞大，仅能在实验室进行检定，而各类液位计均体积较大不便于运输，且在运输过程中易受物流影响收到损坏。因此，研制一种检定效率高、实用性强的现场级液位计检测装置及相应检测方法显得尤为重要。
目前国内检测液位计的机构主要为各省、市计量检测研究院以及其他计量检测机构。一般利用连通器原理，采用水箱和模拟方法结合的方式对液位计进行检测，液位计的安装和测量均采用人工方式，测量用标准器通常为直尺，需针对不同液位计定制固定夹具。传统的方法有几项缺陷：(1)传统的检测方法装置庞大，仅能用于实验室检测，对于液位计的送检而言，效率低下，而且对于液位计的运输有较高要求。(2)传统的检测方法每由于液位计是垂直插入检定用水箱中，液位计的检测需要针对不同类型的液位计定制固定夹具，这个过程耗时较长，严重影响检测效率。(3)传统的检测方法安装和测量(包括每个测量点的水位控制)均采用人工方式，测量用标准器通常为直尺，人工读数误差偏大。(4)传统的检测方法每次检测均需要耗费近百升纯净水，经济性差。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种应用于各直流换流站液位计现场检测，能够方便携带、实现高精度测量、模拟检测、受环境因素影响小并具备自动控制测量功能的液位计现场检测系统及方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种高压直流换流阀冷却系统的液位计现场检测系统，包括平台支架、变送器基座、浮球基座、步进电机、直线位移机构、控制模块、计算机模块、钢直尺、激光测距仪；所述的变送器基座用于夹持固定液位计的变送器头、所述的浮球基座用于夹持固定液位计浮球，所述的变送器基座、浮球基座分别设置在直线位移机构的，所述的步进电机带动直线位移机构使浮球基座相对变送器基座实现来回直线运动，所述的钢直尺的测量方向、激光测距仪的射线方向与直线位移机构的运动方向在同一水平面相互平行，且钢直尺与激光测距仪的零点位置与变送器基座位置关系对应；所述的浮球基座上设有垂直于钢直尺的指示箭头和垂直并抵挡激光测距仪的射线的挡板，所述的指示箭头与挡板随浮球基移动；所述的控制模块用于控制步进电机、接收变送器基座上的变送器头与激光测距仪的电信号，所述的计算机模块用于处理控制模块的输出信号，所述的变送器基座、浮球基座、步进电机、直线位移机构均设置在平台支架上。
作为上述方案的改进，所述的直线位移机构包括直线导轨、传动皮带、导轨滑块；所述的变送器基座设置在直线导轨的一端，导轨滑块设置在直线导轨上滑动，所述的浮球基座设置在导轨滑块上，所述的传动皮带平行设置在直线导轨外周且覆盖直线导轨全行程，所述的导轨滑块与传动皮带上的一动点连接，所述的传动皮带通过所述的步进电机带动。
作为上述方案的改进，所述的钢直尺、激光测距仪、直线位移机构上均设有水平仪。
一种高压直流换流阀冷却系统的液位计现场检测方法，具体步骤如下：
步骤1.对液位计进行安装固定，并进行水平调整。
步骤2.如液位计为设定点可调，则进行步骤10，如不是则设定检测点数量，包括上限点、下限点和检测点在内不少于5个点。
步骤3.设备初始化，设备带动液位计确定满量程和零点位置，同时移动至各检测点位置。
步骤4.对具有电源供电的液位计进行通电预热。
步骤5.各检测点示值测量，检测时用“对准被检看标准”法，被检液位计从零位开始上行程测量逐渐到各检测点，直至上限。然后开始下行程逐渐到各检测点，直至下限。期间，用激光测距仪测量各检测点的示值，并将数据上传到控制模块。
步骤6.循环步骤5三次。
步骤7.示值误差的计算取整个测量过程中示值误差最大值作为该液位计的示值误差。各检测点的示值误差按式(1)、(2)计算：
Δ1＝Hd-Hw1 (1)
Δ2＝Hd-Hw2 (2)
式中：
Δ1，Δ2，分别为被检液位计上、下行程的示值误差。
Hw1，Hw2，分别为被检液位计上、下行程示值对应的标准液位计的示值。
Hd，被检液位计的示值。
步骤:8：回差的计算。回差按式(3)计算，液位计的回差应不超过示值最大允许误差的绝对值。
ΔH＝|Hw1-Hw2| (3)
式中：
Hw1，Hw2，分别为上、下行程同一液位示值时的标准液位示值(多次测量则取ΔH的最大值)。
步骤9.液位输出信号误差的计算，控制模块在读取标准液位计的示值Hw1和Hw2的同时，同时也读取被检液位计的输出电流值I1和I2，按公式(4)计算输出误差:
式中：
分别为液位计上、下行程的输出误差。
I1，I2，分别为液位计上、下行程的输出电流值。
Im，液位计的变送输出量程。
Hm，液位计的量程(即FS)。
I0，液位计的变送输出起始值。
步骤10.设定点误差和切换差的计算。对于设定点可调的液位计，在步骤2应选择是，控制模块将控制在液位计量程的10％，50％，90％附近的设定点上进行测量。从零位开始逐渐开始上行程，在接近设定点液位计的输出状态改变时，测量模块将记录状态改变前的测量值Hsw1(上切换值)。然后缓慢进行下行程，当输出状态再次改变时，记录状态再次改变前的测量值Hsw2(下切换值)。系统会自动进行三个循环的检测。取整个测量过程中误差最大的作为该液位计的设定点误差。设定点误差按照式(5)计算，切换差按照式(6)计算。
Δsw＝[(Hsw1+Hsw2)/2]-Hsp (5)
Δsd＝|Hsw1-Hsw2| (6)
式中：
Δsw，液位计的设定点误差。
Hsw1，Hsw2，分别为上、下行程输出状态改变时读得的水箱水位值(或三个循环的平均值)。
Hsp，设定点液位值。
步骤11.数据处理，计算机模块对步骤4至步骤10的测量结构和计算结构进行统计通过逻辑判断，自动形成检定报告。
本发明具有以下有益效果：
1、伺服控制系统控制测量点。通过伺服系统的精确闭环控制，能够更加精确地将浮球移动至每个测量点，避免因为人工操作或机械控制水位无法精确定位测量点的问题。
2、测量功能进行了优化。传统的检定是通过人工在钢直尺读数的方式进行，本发明中的激光测距的应用，能够代替人工读数，降低读数误差，同时也能大大提高效率。
3、数据记录和误差计算由计算模块完成。传统检测需手工记录大量检测数据，相比而言，本发明对提高检定效率有质的提升。
4、本专利所发明的液位计检定装置能够实现自动化检定过程，检定时间缩短了3/4，准确度提高1倍。同时，与国内已有装置相比，该装置具有成本较低、方便运输、适用于现场、适应性广、针对性强、自动化程度高等优点，具有较好的推广价值。
附图说明
图1为实施例1的检测系统的结构示意图。
图2为实施例1的检测系统的正面结构示意图。
图3为实施例2的检测方法液位计设定点不可调误差计算逻辑图。
图4为实施例2的检测方法液位计设定点可调误差计算逻辑图。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示，一种高压直流换流阀冷却系统的液位计现场检测系统，包括平台支架1、变送器基座2、浮球基座3、步进电机4、直线位移机构5、控制模块6、计算机模块7、钢直尺8、激光测距仪9；所述的变送器基座2用于夹持固定液位计的变送器头10、所述的浮球基座3用于夹持固定液位计浮球11，所述的变送器基座2、浮球基座3分别设置在直线位移机构5的，所述的步进电机4带动直线位移机构5使浮球基座3相对变送器基座2实现来回直线运动，所述的钢直尺8的测量方向、激光测距仪9的射线方向与直线位移机构5的运动方向在同一水平面相互平行，且钢直尺8与激光测距仪9的零点位置与变送器基座2位置关系对应；所述的浮球基座3上设有垂直于钢直尺8的指示箭头12和垂直并抵挡激光测距仪9的射线的挡板13，所述的指示箭头12与挡板13随浮球基移动；所述的控制模块6用于控制步进电机4、接收变送器基座2上的变送器头10与激光测距仪9的电信号，所述的计算机模块7用于处理控制模块6的输出信号，所述的变送器基座2、浮球基座3、步进电机4、直线位移机构5均设置在平台支架1上。所述的直线位移机构5包括直线导轨14、传动皮带15、导轨滑块16；所述的变送器基座2设置在直线导轨14的一端，导轨滑块16设置在直线导轨14上滑动，所述的浮球基座3设置在导轨滑块16上，所述的传动皮带15平行设置在直线导轨14外周且覆盖直线导轨14全行程，所述的导轨滑块16与传动皮带15上的一动点连接，所述的传动皮带15通过所述的步进电机4带动。所述的钢直尺8、激光测距仪9、直线位移机构5上均设有水平仪17。
实施例2
一种高压直流换流阀冷却系统的液位计现场检测方法，具体步骤如下：
步骤1.对液位计进行安装固定，并进行水平调整；
步骤2.如液位计为设定点可调，则进行步骤10，如不是则设定检测点数量，包括上限点、下限点和检测点在内不少于5个点；
步骤3.设备初始化，设备带动液位计确定满量程和零点位置，同时移动至各检测点位置；
步骤4.对具有电源供电的液位计进行通电预热；
步骤5.各检测点示值测量，检测时用“对准被检看标准”法，被检液位计从零位开始上行程测量逐渐到各检测点，直至上限；然后开始下行程逐渐到各检测点，直至下限；期间，用激光测距仪测量各检测点的示值，并将数据上传到控制模块；
步骤6.循环步骤5三次；
步骤7.示值误差的计算取整个测量过程中示值误差最大值作为该液位计的示值误差；计算逻辑见图3。各检测点的示值误差按式(1)、(2)计算：
Δ1＝Hd-Hw1 (1)
Δ2＝Hd-Hw2 (2)式中：
Δ1，Δ2，分别为被检液位计上、下行程的示值误差；
Hw1，Hw2，分别为被检液位计上、下行程示值对应的标准液位计的示值；
Hd，被检液位计的示值；
步骤:8：回差的计算；回差按式(3)计算，计算逻辑见图3。液位计的回差应不超过示值最大允许误差的绝对值；
ΔH＝|Hw1-Hw2| (3)
式中：
Hw1，Hw2，分别为上、下行程同一液位示值时的标准液位示值(多次测量则取ΔH的最大值)；
步骤9.液位输出信号误差的计算，计算逻辑见图3。控制模块在读取标准液位计的示值Hw1和Hw2的同时，同时也读取被检液位计的输出电流值I1和I2，按公式(4)计算输出误差:
式中：
分别为液位计上、下行程的输出误差；
I1，I2，分别为液位计上、下行程的输出电流值；
Im，液位计的变送输出量程；
Hm，液位计的量程(即FS)；
I0，液位计的变送输出起始值；
步骤10.设定点误差和切换差的计算；对于设定点可调的液位计，在步骤2应选择是，控制模块将控制在液位计量程的10％，50％，90％附近的设定点上进行测量；从零位开始逐渐开始上行程，在接近设定点液位计的输出状态改变时，测量模块将记录状态改变前的测量值Hsw1(上切换值)；然后缓慢进行下行程，当输出状态再次改变时，记录状态再次改变前的测量值Hsw2(下切换值)。系统会自动进行三个循环的检测；取整个测量过程中误差最大的作为该液位计的设定点误差；计算逻辑见图4。设定点误差按照式(5)计算，切换差按照式(6)计算；
Δsw＝[(Hsw1+Hsw2)/2]-Hsp (5)
Δsd＝|Hsw1-Hsw2| (6)
式中：
Δsw，液位计的设定点误差；
Hsw1，Hsw2，分别为上、下行程输出状态改变时读得的水箱水位值(或三个循环的平均值)；
Hsp，设定点液位值；
步骤11.数据处理，计算机模块对步骤4至步骤10的测量结构和计算结构进行统计通过逻辑判断，自动形成检定报告。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (4)
1.一种高压直流换流阀冷却系统的液位计现场检测系统，其特征在于，包括平台支架、变送器基座、浮球基座、步进电机、直线位移机构、控制模块、计算机模块、钢直尺、激光测距仪；所述的变送器基座用于夹持固定液位计的变送器头、所述的浮球基座用于夹持固定液位计浮球，所述的变送器基座、浮球基座分别设置在直线位移机构的，所述的步进电机带动直线位移机构使浮球基座相对变送器基座实现来回直线运动，所述的钢直尺的测量方向、激光测距仪的射线方向与直线位移机构的运动方向在同一水平面相互平行，且钢直尺与激光测距仪的零点位置与变送器基座位置关系对应；所述的浮球基座上设有垂直于钢直尺的指示箭头和垂直并抵挡激光测距仪的射线的挡板，所述的指示箭头与挡板随浮球基移动；所述的控制模块用于控制步进电机、接收变送器基座上的变送器头与激光测距仪的电信号，所述的计算机模块用于处理控制模块的输出信号，所述的变送器基座、浮球基座、步进电机、直线位移机构均设置在平台支架上。
2.根据权利要求1所述的一种高压直流换流阀冷却系统的液位计现场检测系统，其特征在于，所述的直线位移机构包括直线导轨、传动皮带、导轨滑块；所述的变送器基座设置在直线导轨的一端，导轨滑块设置在直线导轨上滑动，所述的浮球基座设置在导轨滑块上，所述的传动皮带平行设置在直线导轨外周且覆盖直线导轨全行程，所述的导轨滑块与传动皮带上的一动点连接，所述的传动皮带通过所述的步进电机带动。
3.根据权利要求1所述的一种高压直流换流阀冷却系统的液位计现场检测系统，其特征在于，所述的钢直尺、激光测距仪、直线位移机构上均设有水平仪。
4.一种高压直流换流阀冷却系统的液位计现场检测方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1.对液位计进行安装固定，并进行水平调整；
步骤2.如液位计为设定点可调，则进行步骤10，如不是则设定检测点数量，包括上限点、下限点和检测点在内不少于5个点；
步骤3.设备初始化，设备带动液位计确定满量程和零点位置，同时移动至各检测点位置；
步骤4.对具有电源供电的液位计进行通电预热；
步骤5.各检测点示值测量，检测时用“对准被检看标准”法，被检液位计从零位开始上行程测量逐渐到各检测点，直至上限；然后开始下行程逐渐到各检测点，直至下限；期间，用激光测距仪测量各检测点的示值，并将数据上传到控制模块；
步骤6.循环步骤5三次；
步骤7.示值误差的计算取整个测量过程中示值误差最大值作为该液位计的示值误差；各检测点的示值误差按式(1)、(2)计算：
Δ1＝Hd-Hw1 (1)
Δ2＝Hd-Hw2 (2)
式中：
Δ1，Δ2，分别为被检液位计上、下行程的示值误差；
Hw1，Hw2，分别为被检液位计上、下行程示值对应的标准液位计的示值；
Hd，被检液位计的示值；
步骤:8：回差的计算；回差按式(3)计算，液位计的回差应不超过示值最大允许误差的绝对值；
ΔH＝|Hw1-Hw2| (3)
式中：
Hw1，Hw2，分别为上、下行程同一液位示值时的标准液位示值(多次测量则取ΔH的最大值)；
步骤9.液位输出信号误差的计算，控制模块在读取标准液位计的示值Hw1和Hw2的同时，同时也读取被检液位计的输出电流值I1和I2，按公式(4)计算输出误差:
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式中：
分别为液位计上、下行程的输出误差；
I1，I2，分别为液位计上、下行程的输出电流值；
Im，液位计的变送输出量程；
Hm，液位计的量程(即FS)；
I0，液位计的变送输出起始值；
步骤10.设定点误差和切换差的计算；对于设定点可调的液位计，在步骤2应选择是，控制模块将控制在液位计量程的10％，50％，90％附近的设定点上进行测量；从零位开始逐渐开始上行程，在接近设定点液位计的输出状态改变时，测量模块将记录状态改变前的测量值Hsw1(上切换值)；然后缓慢进行下行程，当输出状态再次改变时，记录状态再次改变前的测量值Hsw2(下切换值)。系统会自动进行三个循环的检测；取整个测量过程中误差最大的作为该液位计的设定点误差；设定点误差按照式(5)计算，切换差按照式(6)计算；
Δsw＝[(Hsw1+Hsw2)/2]‐Hsp (5)
Δsd＝|Hsw1-Hsw2| (6)
式中：
Δsw，液位计的设定点误差；
Hsw1，Hsw2，分别为上、下行程输出状态改变时读得的水箱水位值(或三个循环的平均值)；
Hsp，设定点液位值；
步骤11.数据处理，计算机模块对步骤4至步骤10的测量结构和计算结构进行统计通过逻辑判断，自动形成检定报告。
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