一种汽车罐车侧装式液位计现场检测方法及检测装置与流程

1.本发明涉及特种设备检验检测领域；特别是涉及一种汽车罐车侧装式液位计现场检测方法及检测装置。


背景技术：

2.汽车罐车属于特种设备，液化气体汽车罐车有最大充装量的要求，罐体至少设置一个液位计，液位计应有液面指示刻度与容积的对应关系。目前，液化气体汽车罐车主要采用旋转管式液位计、旋转式浮球液位计和侧装式液位计，前两种是传统液位计，侧装式液位计是新出现的产品，如何对侧装式液位计进行检验是检验机构面临的实际问题。侧装式液位计与前两者结构有所不同：一、液位计所有部件在同一横截面上，安装在筒体中部，液面高度的变化带动浮球在横截面内转动，并带动锥齿轮、传动轴和指针转动，在仪表上显示数值；二、侧装式液位计的浮球采用的是长圆形（中间为圆柱体，两端为半球体）浮球，而不是圆球形，在液面升降过程中，长圆形浮球与液面的相对位置随着转动角度的不同而不断变化，浮球液面以下部分的体积与浮球转动角度表现为复杂的非线性对应关系，采用解析法计算浮球液面下体积十分困难，即浮球与液面的相交线不断变化，测量基准在不断变化，无法直接确定测量基准，也就无法通过钢卷尺间接测量液位的变化，而传统的圆球形浮球，由于排开的液体体积不变，因此浮球浸入液体部分的形状不变，浮球与液面的相交线保持不变，即测量基准线不变；三是若拆卸后检验，由于液位计借助齿轮传动，并且有支撑结构，受安装精度限制，安装过程中将产生新的随机误差。
3.目前，对液位计的检验主要是采用拆卸后，利用水箱法进行检验，无法满足侧装式液位计的现场检验需求；而根据模拟法利用钢卷尺间接测量液位，由于侧装式浮球为长圆形结构，无法确定测量基准面，因此也无法实现；故侧装式液位计的检测工作成为罐车检验工作的一个难点。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够现场对侧装式液位计进行检测的方法以及检测装置。
5.本发明所采用的技术方案是，一种汽车罐车侧装式液位计现场检测方法，包括步骤a．在数据处理系统中录入基础数据，包括筒体半径r、液位计浮球中心到旋转轴的距离l、液体密度ρ、浮球长度l、浮球直径d；b．电机匀速带动液位计转动，完成扭矩mf、液位计浮球转动角度θ和液位计示数h
′
同步测量；扭矩mf、液位计浮球转动角度θ和液位计示数h
′
分别由扭矩传感器、角度传感器和视频监视器测量得到，将测量得到的扭矩mf、液位计浮球转动角度θ和液位计示数h
′
数据实时传输到数据处理系统；c．在数据处理系统中模拟计算得到不同液位计浮球转动角度θ下的浮球排开液体
体积v与液面相对浮球中心位置s的对照表；d．根据步骤b测量得到的液位计浮球转动角度θ、扭矩mf，通过计算和查表得到液位计浮球转动角度θ与液面高度h的对照表；e．至少选定五个检测点；对某一检测点j，查看视频监视器数据得到液位计示数h
′
，检测点j的实际液面高度为h；f.计算各检测点液位计误差和液位计回差；g．液位计是否合格的判定：当最大误差满足、回差满足时，为合格；其中，hm为液位计量程。
6.所述步骤b，电机匀速转动包括电机正向匀速转动和电机反向匀速转动；所述电机正向匀速转动时，带动液位计从最低液位转动到最高液位，完成上行程扭矩m
f1
、上行程液位计浮球转动角度θ1和上行程液位计示数的测量；所述电机反向匀速转动时，带动液位计从最高液位转动到最低液位，完成下行程扭矩m
f2
、下行程液位计浮球转动角度θ2和下行程液位计示数的测量；所述步骤c，建立浮球模型，浮球长度为l、浮球直径为d，浮球的长度方向与竖直方向重合，坐标系原点位于浮球中心；建立一个尺寸为l*d*d，外切于浮球的长方体；对长方体进行均匀取样，取样点数量和密度取决于n，取样点的坐标为（xi，yj，zk）；根据浮球直径d和长度l，判断取样点（xi，yj，zk）是否在浮球内，将判断的结果赋值给p
ijk
；当取样点位于浮球内时，将p
ijk
赋值为1；否则将p
ijk
赋值为0；当液位计浮球转动角度为θ，液面高度为h，液面相对浮球中心位置s=h-（r-l
·
cosθ）时，h取值在[r
‑ꢀ
l
·
cosθ-l/2，r
‑ꢀ
l
·
cosθ+l/2]区间内，对取样点坐标（xi，yj，zk）进行坐标变换，变换后的坐标为；当时，坐标变换后的取样点位于液面高度h以下；判断取样点是否在浮球内并在液面高度h以下，将判断的结果赋值给，判断公式为： 当取样点在浮球内并且在液面高度h以下时，将赋值为1，否则赋值为0；浮球排开的液体体积v：其中， n为取样密度因子；得到液位计浮球转动角度为θ、液面相对浮球中心位置为s时，浮球排开的液体体积v；改变液面相对浮球中心位置s的数值，按上述步骤进行计算，将结果输出为某一液位计浮球转动角度θ下浮球排开的液体体积v与液面相对浮球中心位置s的对照表；改变液位计浮球转动角度θ，按上述步骤进行计算，得到不同液位计浮球转动角度θ下的浮球排开液体体积v与液面相对浮球中心位置s的对照表；
所述步骤d，液位计浮球转动角度θ与液面高度h的对照表包括上行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表和下行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表；根据上行程和下行程分别测量得到的上行程液位计浮球转动角度θ1与上行程扭矩m
f1
、下行程液位计浮球转动角度θ2与下行程扭矩m
f2
，计算得到上行程液位计浮球转动角度为θ1和下行程液位计浮球转动角度为θ2时浮球实际排开的液体体积v1和液体体积v2；将计算得到的浮球实际排开的液体体积v1和液体体积v2与根据步骤c模拟得到的浮球排开的液体体积v与液面相对浮球中心位置s对照表中的体积数值进行比较和插值计算，确定液面相对浮球中心位置，进而计算得到上行程液位计浮球转动角度θ1对应的液面高度h1和下行程液位计浮球转动角度θ2对应的液面高度h2，输出为上行程液位计浮球转动角度与液面高度的对照表和下行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表；所述步骤e，所述的液位计示数h
′
，包括上行程液位计示数和下行程液位计示数，根据步骤d得到的上行程转动角度与液面高度的对照表和下行程转动角度与液面高度对照表，查看视频监视器数据得到检测点j对应的上行程液位计示数和下行程液位计示数，检测点j的实际液面高度为h，检测点j的实际液面高度h的数值在上行程液位计浮球转动角度与液面高度的对照表和下行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表中得到。
[0007]
所述步骤f，各检测点液位计误差，各检测点液位计回差；其中，hm为液位计量程，为上行程液位计示数，为下行程的液位计示数，h
′
为液位计示数，h为检测点的实际液面高度。
[0008]
一种汽车罐车侧装式液位计现场检测装置，用于实现汽车罐车侧装式液位计现场检测方法，包括，支撑平台、电机、减速器、扭矩传感器、液位计连接件、角度传感器、视频监视器安装支架、视频监视器和数据处理系统；所述电机和减速器安装在支撑平台上，减速器输出端与扭矩传感器连接，扭矩传感器和角度传感器通过液位计连接件与液位计相连；所述视频监视器安装支架上安装有视频监视器；所述扭矩传感器、角度传感器、视频监视器的数据通过传输线发送至数据处理系统。
[0009]
所述液位计连接件为双u型槽，所述u型槽的圆轴为圆形中空结构，u型槽与被测件液位计浮球杆相连。
[0010]
所述支撑平台为四脚架结构，四脚架的四个支腿分别在相互垂直的两个方向，且与竖直方向夹角为5
°
~20
°
，分为上段支腿和下段支腿，下段支腿底部为球形结构。
[0011]
所述视频监视器安装支架一端为圆形卡箍结构，固定在液位计仪表盘上，视频监视器安装支架另一端为圆形或方形，用于安装视频监视器，视频监视器轴线与液位计仪表盘轴线重合；所述视频监视器通过安装支架固定在液位计仪表正上方。
[0012]
本发明的有益效果是，通过电机和减速器带动液位计转动，通过测量扭矩间接得到浮力数值，进而得到浮球排开的液体体积，解决了无法现场检测侧装式液位计所受浮力的难题，提高了工作效率。提出通过模拟计算的方法，利用计算机计算的快速和便捷性，得到不同转动角度下浮球排开液体体积和液面相对于浮球中心位置的对照表，进而确定实际
液面高度，解决了无法采用解析方法确定实际液面高度的难题，为侧装式液位计检测提供了理论依据和解决方案。本发明适用于各种形式的浮球，特别是长圆形浮球。为完成该方法本发明的检测装置结构简单，安装方便，特别适用于罐车筒体为圆弧面结构，保证检测环境的稳定。
附图说明
[0013]
图1 是侧装式液位计现场检测方法流程图；图2是计算机模拟程序流程图；图3是液位计受力分析示意图；图4是液位计匀速转动时受扭矩作用示意图；图5是液位计检测时基础数据说明示意图；图6是某一转动角度下液面高度不同时浮球排开液体体积与液面位置示意图；图7浮球尺寸说明以及在计算机内建立的浮球模型坐标系示意图；图8液位计检测装置现场布置图；图9 液位计检测装置示意图；图10支撑平台示意图；图11液位计连接件示意图。
[0014]
图中：1、支撑平台 2、电机 3、减速器 4、扭矩传感器5、液位计连接件 6、角度传感器 7、视频监视器安装支架8、视频监视器 9、液位计 10、数据处理系统。
具体实施方式
[0015]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：如图1和图2所示，本发明一种汽车罐车侧装式液位计现场检测方法，首先，检查罐车内部已进行残液（气）处理、蒸汽吹扫等并取样分析；气体分析结果满足人员进入的要求；核实液位计的型式、型号、公称压力、精度等级及量程是否符合要求；检验液位计各零部件有无损伤变形、表盘刻度是否清晰；如液位计有不符合项，更换相应的液位计部件；检测开始后，停止该罐车的其他检验项目。
[0016]
a．在罐车检验现场组装检测装置，在数据处理系统中录入基础数据；如图5和图7所示，基础数据包括筒体半径r、液位计浮球中心到旋转轴的距离l、液体密度ρ、浮球长度l、浮球直径d。
[0017]
b．设置扭矩传感器、角度传感器和视频监视器同步测量并将测量的数据实时传输到数据处理系统，测量的数据包含扭矩mf、液位计浮球转动角度θ和液位计示数h
′
，分别由扭矩传感器、角度传感器和视频监视器测量得到，视频监视器将记录测量过程中液位计示数变化的视频传输到数据处理系统；控制电机正向匀速转动，带动液位计从最低液位转动到最高液位，完成上行程扭矩m
f1
、上行程液位计浮球转动角度θ1和上行程液位计示数的测量；控制电机反向匀速转动，带动液位计从最高液位转动到最低液位，完成下行程扭矩mf2
、下行程液位计浮球转动角度θ2和下行程液位计示数的测量；c．在数据处理系统中模拟计算得到不同液位计浮球转动角度θ下的浮球排开液体体积v与液面相对浮球中心位置s的对照表；某一液位计浮球转动角度下浮球排开的液体体积与液面高度（液面高度和液面相对于浮球中心位置是液面参照不同基准时给出的两种表述方式，两者可以相互转换）的关系示意图如图6所示，若干个液面高度h1、h2、h3……hi
…
分别对应浮球排开的液体体积v1、v2、v3……vi
…
。
[0018]
通过计算机编制程序模拟计算，建立浮球模型，浮球竖直放置时，浮球的长度方向与竖直方向重合，坐标系如图7所示，坐标原点位于浮球中心，建立一个尺寸为l*d*d，外切于浮球的长方体，其中，l.浮球长度，d.浮球直径。
[0019]
对长方体进行均匀取样，取样点的坐标为（xi，yj，zk）；）；）；数值n为取样密度因子，决定了取样的数量、密度和计算结果的精度；根据浮球直径d和长度l，判断取样点（xi，yj，zk）是否在浮球内，将判断的结果赋值给p
ijk
；如果取样点坐标（xi，yj，zk）满足，则取样点位于浮球的直筒部分；如果取样点坐标（xi，yj，zk）满足且，则取样点位于浮球的球体部分。
[0020]
当取样点位于浮球内时，将p
ijk
赋值为1；否则p
ijk
赋值为0；因此判断取样点是否在浮球内的公式为；式中，and为与运算，or为或运算，abs为取绝对值；当液位计浮球转动角度为θ，液面高度为h，液面相对浮球中心位置s=h-（r-l
·
cosθ）时，h取值在[r
‑ꢀ
l
·
cosθ-l/2，r
‑ꢀ
l
·
cosθ+l/2]区间内，对取样点进行坐标变换，新的坐标系相对原坐标系发生平移和旋转，液位计旋转轴为新的坐标原点，新的坐标系转动角度为θ，坐标变换后取样点的坐标为：
当时，坐标变换后的取样点位于液面高度h以下；判断取样点是否在浮球内并在液面高度h以下，将判断的结果赋值给，判断公式为： 当取样点在浮球内并且在液面高度h以下时，将赋值为1，否则将赋值为0；则当液位计浮球转动角度为θ，液面高度为h，即液面相对浮球中心位置为s，n取值足够大时，浮球排开的液体体积v为：改变液面相对浮球中心位置s的数值（即改变数值h），计算当液面高度h取值在区间内时，浮球排开的液体体积v与液面相对浮球中心位置s的对应关系，为便于查表，计算机输出的表格为某一液位计浮球转动角度θ下浮球排开的液体体积v与液面相对于浮球中心位置s的对照表。
[0021]
改变液位计浮球转动角度θ的数值，按照上述步骤计算，得到不同液位计浮球转动角度θ下浮球排开的液体体积v与液面相对于浮球中心位置s的对照表。
[0022]
d．根据步骤b测量得到的液位计浮球转动角度θ、扭矩mf，通过计算和查表得到液位计浮球转动角度θ与液面高度h的对照表；液位计浮球转动角度θ与液面高度h的对照表包括上行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表和下行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表。
[0023]
根据上行程和下行程分别测量得到的上行程液位计浮球转动角度θ1与上行程扭矩m
f1
、下行程液位计浮球转动角度θ2与下行程扭矩m
f2
，上行程液位计浮球转动角度θ1和上行程扭矩m
f1
、下行程液位计浮球转动角度θ2与下行程扭矩m
f2
在时间上一一对应，根据公式计算得到上行程液位计浮球转动角度为θ1和下行程液位计浮球转动角度为θ2时浮球实际排开的液体体积v1和液体体积v2；对上行程液位计浮球转动角度θ1和下行程液位计浮球转动角度为θ2，将计算得到的浮球实际排开的液体体积v1和液体体积v2与根据步骤c得到的浮球排开的液体体积v与液面相对浮球中心位置s对照表中的体积数值进行比较并进行插值，确定上行程液位计浮球转动角度θ1对应的液面相对浮球中心位置s1和下行程液位计浮球转动角度θ2对应的液面相对浮球中心位置s2，进而计算得到上行程液位计浮球转动角度θ1对应的液面高度h1和下行程液位计浮球转动角度θ2对应的液面高度h2，其中h1=r-（l
·
cosθ
1-s1）、h2=r-（l
·
cosθ
2-s2）；对步骤b测量得到的所有上行程液位计浮球转动角度与上行程扭矩和下行程液位计浮球转动角度与下行程扭矩，按上述步骤计算，最终结果输出为上行程液位计浮球转动角度与液面高度的对照表和下行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表；
得到液位计浮球转动角度θ与液面高度h对照表的具体过程如下：当测量的液位计浮球转动角度为θ时，对应的扭矩为mf，则浮球实际排开液体的体积为，通过查看步骤c得到的浮球排开的液体体积v与液面相对浮球中心位置s的对照表，当浮球排开的液体体积v与液面相对浮球中心位置s的对照表中的体积vi等于v（其中v=mf/（ρ
·g·
l
·
sinθ））时，液面相对浮球中心位置si就是实际的液面位置，或者当浮球排开的液体体积v与液面相对浮球中心位置s的对照表中的体积vi与v（其中v=mf/（ρ
·g·
l
·
sinθ））接近时，插值计算得到液面相对浮球中心位置si，液面相对浮球中心位置si就是实际的液面位置；液面高度h=r-（l
·
cosθ-si），这样液位计浮球转动角度θ与液面高度h建立了对应关系，对由步骤b测量得到的所有的液位计转动角度和扭矩，按以上步骤进行计算，就可以得到液位计浮球转动角度θ与液面高度h 的对照表；s为液面相对于浮球中心的高度位置，当s为负时，表示液面位置在浮球中心以下。
[0024]
e．至少选定五个检测点；对某一检测点j，根据步骤d得到的上行程液位计浮球转动角度与液面高度的对照表和下行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表，由于角度传感器数据和视频监视器数据在时间上一一对应，因此液位计浮球转动角度、液位计示数和实际液面高度在时间上一一对应，由视频监视器得到上行程液位计示数和下行程液位计示数，检测点j的实际液面高度为h，检测点j的实际液面高度h的数值在上行程液位计浮球转动角度与液面高度的对照表和下行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表中得到；f.计算每个检测点的测量误差；计算各检测点回差 ；其中，hm为液位计量程，为上行程液位计示数，为下行程的液位计示数，为液位计示数，h为检测点的实际液面高度。
[0025]
g．液位计是否合格的判定。当最大误差满足、回差满足 ,判定结果为合格 ，反之为不合格。
[0026]
如图8至图11所示，一种汽车罐车侧装式液位计现场检测装置，用于实现汽车罐车侧装式液位计现场检测方法，包括，支撑平台1、电机2、减速器3、扭矩传感器4、液位计连接件5、角度传感器6、视频监视器安装支架7、视频监视器8和数据处理系统10；所述电机2和减速器3安装在支撑平台1上，采用电机和减速器的组合，控制检测时液位计9的匀速转动，能够保证检测数据的准确性，减速器输出端与扭矩传感器4连接，扭矩传感器4和角度传感器6通过液位计连接件5与液位计9相连；所述视频监视器安装支架7上安装有视频监视器8；所述扭矩传感器4、角度传感器6、视频监视器8的数据通过传输线发送至数据处理系统10。
[0027]
液位计连接件为双u型槽结构，所述u型槽的圆轴为圆形中空结构，u型槽与被测件液位计浮球杆相连保证了连接的牢固性，u型槽上设置有四个螺栓孔，用于安装锁紧螺栓，锁紧螺栓兼有锁紧和调节连接件位置的功能，液位计连接件的圆轴为圆形中空结构，便于与液位计旋转轴实现对中，本装置共有两个液位计连接件，一个与扭矩传感器相连，另外一个与角度传感器相连。
[0028]
支撑平台1为四脚架结构，四脚架支撑平台具有便携性，能够适应罐内的狭窄空间，四脚架的四个支腿分别在相互垂直的两个方向，分为上段支腿和下段支腿，上段支腿为
中空结构，并以螺纹连接的形式固定在安装支座上，下段支腿套在上段支腿内部，可以上下移动，并可以通过锁紧螺栓锁紧，便于调节；下段支腿的底部为球形结构，保证与筒体圆弧面的接触，安装支座上有若干个螺栓孔，用于安装电机和减速器等检测设备；分布在两个垂直方向的四个支腿，与竖直方向夹角为5
°
~20
°
，且支腿长度可以调节，因此支撑平台能够适用于罐车筒体的圆弧面结构；支腿能够拆卸，能够调节支撑平台的高度。
[0029]
视频监视器安装支架7一端为圆形卡箍结构，固定在液位计仪表盘上，视频监视器安装支架7另一端为圆形或方形或其他结构形式，用于安装视频监视器，视频监视器可以通过夹子等部件与支架相连，卡箍结构端和视频监视器的安装端之间通过三个间隔120
°
的支撑杆连接，保证了视频监视器轴线与液位计仪表盘轴线重合，保证正视于仪表盘，减少读取示数时的人眼误差。
[0030]
实施例：首先，检查罐车内部已进行残液（气）处理、蒸汽吹扫等并取样分析；气体分析结果满足人员进入的要求；核实液位计的型式、型号、公称压力、精度等级及量程是否符合要求；检验液位计各零部件有无损伤变形、表盘刻度是否清晰；如液位计有不符合项，更换相应的液位计部件；检测开始后，停止该罐车的其他检验项目。
[0031]
1.在罐车内部组装检测装置，安装支撑平台、电机、减速器等设备；2.一个液位计连接件与扭矩传感器连接，另一个液位计连接件与角度传感器连接；3．在液位计的显示仪表上安装视频监视器安装支架，调整视频监视器的位置使其正视于仪表；4．将扭矩传感器、角度传感器、视频监视器的数据传输线连接到数据处理系统，扭矩传感器、角度传感器和视频监视器分别用于测量扭矩mf、液位计浮球转动角度θ和液位计示数h
′
，并设置扭矩传感器、角度传感器和视频监视器同步测量并将测量的数据实时传输到数据处理系统；5．在数据处理系统中录入筒体半径r（1250mm）、液位计浮球中心到旋转轴的距离为l（1150mm）、液体密度ρ（516.7kg/m3，20℃）和浮球的几何尺寸（浮球长度l=120mm，浮球半径d=60mm）。
[0032]
6．打开控制开关，电机正向匀速转动，带动液位计从最低液位转动到最高液位，完成上行程扭矩m
f1
、上行程液位计浮球转动角度θ1和上行程液位计示数的测量，扭矩传感器和角度传感器的数据实时传输到数据处理系统，视频监视器将记录液位计示数变化的视频传输到数据处理系统；同理，电机反向匀速转动，带动液位计从最高液位转动到最低液位，完成下行程扭矩m
f2
、下行程液位计浮球转动角度θ2和下行程液位计示数的测量；7.在数据处理系统中模拟计算得到不同液位计浮球转动角度θ下浮球排开的液体体积v与液面相对于浮球中心位置s的对照表。
[0033]
由于液位计存在检测盲区，假定要检测的液位计浮球转动角度范围为20
°
~160
°
。
[0034]
得到某一液位计浮球转动角度θ下浮球排开的液体体积v与液面相对于浮球中心位置s的对照表和利用蒙特卡罗方法计算某一液位计浮球转动角度下浮球排开的液体体积的过程示例如下：根据浮球的几何尺寸在计算机中建立浮球模型，并建立一个长方体，尺寸为120*
60*60 mm，外切于浮球。
[0035]
对长方体进行均匀取样，n=128，取样点坐标如下：如下：如下：根据浮球直径和长度，判断取样点是否在浮球内：以的取样点为例，取样点的坐标由于，且则取样点位于浮球的球体部分， 令。
[0036]
当液位计浮球转动角度θ为135
°
，液面高度h为2063 mm，即液面相对浮球中心位置s=2063-（1250-1150
×
cos135
°
）=-0.17 mm时，对取样点的坐标进行坐标变换，；；；由于，因此取样点位于液面以上，令；按上述方式判断所有取样点，并计算的数量，则浮球排开的液体体积v为：这样就得到了液位计浮球转动角度θ为135
°
，液面相对浮球中心位置s=-0.17mm时，浮球排开液体的体积v。
[0037]
按照以上步骤，改变液面相对浮球中心位置s的数值，即相应改变液面高度h，其中s=h-（1250-1150
×
cos135
°
），计算h取值在区间
时浮球排开液体的体积v，则得到液位计浮球转动角度为135
°
时浮球排开的液体体积v与液面相对浮球中心位置s之间的对照表。
[0038]
改变液位计浮球转动角度θ的数值，按照上述步骤进行计算，则可以得到不同液位计浮球转动角度θ下浮球排开的液体体积v（表中体积v的单位：mm3）与液面相对于浮球中心位置s的对照表，示例如下：在蒙特卡罗方法计算体积的过程中，取样点的数量对计算精度有较大影响。在本实施例中，结果显示当n=128时，即可得到较精确的结果。验证如下：当液位计浮球转动角度为0
°
，s=60mm时，浮球全部没入液体内，浮球排开的液体体积为浮球的全部体积，浮球理论体积由蒙特卡罗方法得到的浮球排开的液体体积v=282530误差为：0.075%，在可接受范围，验证了蒙特卡罗方法的可行性和精度。
[0039]
例如当上行程测量得到的上行程液位计浮球转动角度θ1为45
°
、上行程扭矩m
f1
为
0.751251 n
·
m时，浮球实际排开的液体体积为 =182447.4116 mm3查看浮球排开的液体体积v与液面相对于浮球中心位置s的对照表可知，s=10时，v（10）=181309.12 mm3; s=11时，v（11）=185158.01 mm3也就是实际液面位置介于位置s=10和s=11之间，由插值可得：v1=182447.4116 mm
3 时，对应液面相对浮球中心位置s1=10.29574451 mm，则液面高度为：h1=r-（l
·
cosθ
1-s1）=447.1229461mm=0.44712 m，这样就得到上行程测量过程中，上行程液位计浮球转动角度θ1为45
°
时，液面高度h1=0.44712 m，得到了液位计浮球转动角度与液面高度的对应关系。
[0040]
对上行程检测过程的所有数据，按上述步骤进行计算（可以在计算机内编制程序自动计算），可以得到20
°
~160
°
测量范围内液位计浮球转动角度与与液面高度的对应关系，列出上行程液位计浮球转动角度和液面高度的对照表1。
[0041]
表1 上行程液位计浮球转动角度（
°
）与液面高度（mm）的对照表 同理可以对下行程检测过程的所有数据进行计算，得到20
°
~160
°
测量范围内液位计浮球转动角度与液面高度的对应关系，列出下行程液位计浮球转动角度和液面高度的对照表2。
[0042]
表2 下行程液位计浮球转动角度（
°
）与液面高度（mm）的对照表
在对照表1和对照表2内选定五个检测点，如取检测点分别为0.2m、0.7m、1.2m、1.7m、2.3m，在表1中插值得出上行程液位计浮球转动角度，在表2中插值得出下行程液位计浮球转动角度，结果如下表3所示： 表3 液面高度与上行程液位计浮球转动角度和下行程液位计浮球转动角度的对应关系对于选定的检测点，实际液面高度、液位计浮球转动角度和液位计示数在时间上一一对应，通过视频监视器可以得到上行程液位计示数和下行程液位计示数，检测点的实际液面高度为h，在此实施例中，实际液面高度h分别为0.2m、0.7m、1.2m、1.7m、2.3m；则对于选中的检测点的测量误差。
[0043]
每个检测点的回差为；hm在液位计仪表盘上读取。
[0044]
经过以上步骤，得到了各检测点的误差和回差；8．结果判定：当最大误差满足、回差
满足时，判定结果为合格。
[0045]
本发明汽车罐车侧装式液位计现场检测方法，其原理如下：当液位计处于静止状态或匀速转动状态时，对液位计进行受力分析，重力为液位计结构受到的重力，作用于重心。由于液位计通常具有配重块，因此其重心通常不在浮球上。阻力为转轴处传动结构的阻力，一般以阻力矩的方式体现，各个力的作用位置和方向如图3所示。
[0046]
浮力的方向总是竖直向上的，而浮球是长圆形结构（中间为圆柱体结构，两端为半球体结构），当液面上升时，浮球在同一平面内绕轴做圆周运动，因此在罐车内部，受现场条件限制，无法直接测量浮力的大小。
[0047]
可以对液位计模型进行如下简化，如图4所示。当液位计匀速转动时，有：mo+ mg=mf，式中：mo：转轴处的阻力矩；mg：重力力矩；mf：浮力力矩；在计算浮力时，取液位计浮球中心到旋转轴的距离为l，则浮力力臂为，则可以得到浮球所受的浮力， 根据阿基米德原理，浮球所受浮力f等于浮球排开的液体的重量，即：；因此：，即：。
[0048]
图5中黑色阴影部分为浮球排开的液体体积。
[0049]
图5中：r：罐车筒体半径（内径），单位是m；l：液位计浮球中心到旋转轴的距离，单位是m；h：实际液面高度，单位是m；θ：浮球转过的角度，单位是
°
；ρ：液体密度，单位是kg/m3；：是重力加速度，。
[0050]
由于浮球为长圆形结构（中间为圆柱体结构，两端为半球体结构），液位计在转动过程中，浮球总是处于倾斜的位置，当浮球处于某一转动角度时，虽然通过扭矩可以得到浮球排开的液体体积v，但是浮球排开的液体体积v和液面高度h之间的对应关系会随着浮球转动角度的变化而变化，浮球的角度发生变化，液面以下部分的浮球形状不断发生变化，无法通过解析方法推导得到液面高度h，也就无法得到液面与浮球的交界面到底是h1、h2还是h3，参见图6，也就无法编制通用计算机程序，无法开发液位计检测装置。
[0051]
本发明提出通过模拟计算的方法确定浮球排开液体的体积与液面相对浮球中心位置之间的关系，并与通过扭矩计算得到的体积进行比较，确定液面位置，进而确定液面高度。
[0052]
值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，也可用基本相同的结构，可以实现本发明的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
当取样点在浮球内并且在液面高度h以下时，将赋值为1，否则赋值为0；浮球排开的液体体积v：其中， n为取样密度因子；得到液位计浮球转动角度为θ、液面相对浮球中心位置为s时，浮球排开的液体体积v；改变液面相对浮球中心位置s的数值，按上述步骤进行计算，将结果输出为某一液位计浮球转动角度θ下浮球排开的液体体积v与液面相对浮球中心位置s的对照表；改变液位计浮球转动角度θ，按上述步骤进行计算，得到不同液位计浮球转动角度θ下的浮球排开液体体积v与液面相对浮球中心位置s的对照表；所述步骤d，液位计浮球转动角度θ与液面高度h的对照表包括上行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表和下行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表；根据上行程和下行程分别测量得到的上行程液位计浮球转动角度θ1与上行程扭矩m
f1
、下行程液位计浮球转动角度θ2与下行程扭矩m
f2
，计算得到上行程液位计浮球转动角度为θ1和下行程液位计浮球转动角度为θ2时浮球实际排开的液体体积v1和液体体积v2；将计算得到的浮球实际排开的液体体积v1和液体体积v2与根据步骤c模拟得到的浮球排开的液体体积v与液面相对浮球中心位置s对照表中的体积数值进行比较和插值计算，确定液面相对浮球中心位置，进而计算得到上行程液位计浮球转动角度θ1对应的液面高度h1和下行程液位计浮球转动角度θ2对应的液面高度h2，输出为上行程液位计浮球转动角度与液面高度的对照表和下行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表；所述步骤e，所述的液位计示数h
′
，包括上行程液位计示数和下行程液位计示数，根据步骤d得到的上行程转动角度与液面高度的对照表和下行程转动角度与液面高度对照表，查看视频监视器数据得到检测点j对应的上行程液位计示数和下行程液位计示数，检测点j的实际液面高度为h，检测点j的实际液面高度h的数值在上行程液位计浮球转动角度与液面高度的对照表和下行程液位计浮球转动角度与液面高度对照表中得到；所述步骤f，各检测点液位计误差，各检测点液位计回差；其中，h
m
为液位计量程，为上行程液位计示数，为下行程的液位计示数，h
′
为液位计示数，h为检测点的实际液面高度。3.一种汽车罐车侧装式液位计现场检测装置，用于实现权利要求1所述的汽车罐车侧装式液位计现场检测方法，其特征在于，包括，支撑平台（1）、电机（2）、减速器（3）、扭矩传感器（4）、液位计连接件（5）、角度传感器（6）、视频监视器安装支架（7）、视频监视器（8）和数据处理系统（10）；所述电机（2）和减速器（3）安装在支撑平台（1）上，减速器输出端与扭矩传感器（4）连接，扭矩传感器（4）和角度传感器（6）通过液位计连接件（5）与液位计（9）相连；所述视频监视器安装支架（7）上安装有视频监视器（8）；所述扭矩传感器（4）、角度传感器（6）、视频监视器（8）的数据通过传输线发送至数据处理系统（10）。4.根据权利要求3所述的汽车罐车侧装式液位计现场检测装置，其特征在于，所述液位
计连接件为双u型槽，所述u型槽的圆轴为圆形中空结构，u型槽与被测件液位计浮球杆相连。5.根据权利要求3所述的汽车罐车侧装式液位计现场检测装置，其特征在于，所述支撑平台（1）为四脚架结构，四脚架的四个支腿分别在相互垂直的两个方向，且与竖直方向夹角为5
°
~20
°
，分为上段支腿和下段支腿，下段支腿底部为球形结构。6.根据权利要求3所述的汽车罐车侧装式液位计现场检测装置，其特征在于，所述视频监视器安装支架（7）一端为圆形卡箍结构，固定在液位计仪表盘上，视频监视器安装支架（7）另一端为圆形或方形，用于安装视频监视器，视频监视器轴线与液位计仪表盘轴线重合；所述视频监视器通过安装支架固定在液位计仪表正上方。

技术总结
本发明公开了一种汽车罐车侧装式液位计现场检测方法及检测装置，包括录入基础数据；上、下行程数据测量；模拟得到V与S对照表；计算得到θ与H对照表；选定检测点，确定上、下行程液位计示数；计算液位计误差和回差；结果判定。检测装置包括支撑平台、电机、减速器、扭矩传感器、液位计连接件、角度传感器、视频监视器和数据处理系统；测量结果发送至数据处理系统。有益效果是，通过测量扭矩得到浮力，解决了现场无法直接测量液位计所受浮力的难题。模拟计算得到不同角度下V和S对照表，进而确定液面高度，解决了无法采用解析方法确定液面高度的难题。适用于各种形式的浮球。检测装置结构简单，安装方便。安装方便。安装方便。


技术研发人员：马中强 王恒 黄小宇 牛卫飞 崔仕博 吴彦峰 杨宇博 张益铭 周旭 孙继钊
受保护的技术使用者：天津市特种设备监督检验技术研究院（天津市特种设备事故应急调查处理中心）
技术研发日：2022.02.08
技术公布日：2022/3/8