雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管長度測量裝置及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管長度測量裝置，包括臥式車床、具有通訊模塊的數(shù)字千分尺、具有三軸光柵尺及其通訊模塊的溜板箱、計(jì)算機(jī)，所述數(shù)字千分尺、所述三軸光柵尺與所述計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所述臥式車床的導(dǎo)軌上設(shè)置有高度可調(diào)支架；同時(shí)公開了使用這種裝置的測量方法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是測量過程自動化，極大地提高生產(chǎn)效率，以適應(yīng)批量生產(chǎn)要求；可適應(yīng)不同長度的波導(dǎo)管，減少重復(fù)開發(fā)工作；測量精度高、重復(fù)性好，盡量減少人工因素的影響；采用數(shù)據(jù)庫記錄測試數(shù)據(jù)，增加產(chǎn)品的可追溯性。
【專利說明】雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管長度測量裝置及其測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液化天然氣雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管長度測量裝置及其測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，當(dāng)今社會對能源的需求越來越旺盛。液化天然氣作為一種清潔、高效的能源，使用日益廣泛，全球的貿(mào)易量也越來越大。雷達(dá)波導(dǎo)管被用于液化天然氣罐體液位高度測量中，它為電磁波提供定向傳播結(jié)構(gòu)，多根波導(dǎo)管通過法蘭拼接到一起，節(jié)點(diǎn)處的特氟龍片可以為雷達(dá)測距提供長度確定的參考點(diǎn)。正因?yàn)槿绱?，波?dǎo)管的長度精度對雷達(dá)液位計(jì)的精度有著直接的影響。
[0003]現(xiàn)有波導(dǎo)管長度測量中存在以下技術(shù)難點(diǎn):
[0004]I)環(huán)境溫度的控制和測量:波導(dǎo)管的材料是不銹鋼，因?yàn)殚L度的原因，波導(dǎo)管在不同溫度下的累積的長度變化非常大，為了保證長度測量的有效性，需要在測量長度時(shí)，保持室溫在20±1°C ;
[0005]2)長度的測量:波導(dǎo)管的測量精度要求在±0.1mm以內(nèi)，因?yàn)椴▽?dǎo)管的長度最高在6m左右，以現(xiàn)有的測量工具，很能通過直接觀測的方法得出精確的長度；
[0006]3)數(shù)據(jù)的整合、處理:為了減小人工操作可能帶來的失誤，測量系統(tǒng)要求，自動完成數(shù)據(jù)的加工、計(jì)算，自動將測量數(shù)據(jù)及最終結(jié)果存儲在遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)庫中，并在測量完成后，自動生成產(chǎn)品的測量報(bào)告；
[0007]4)測量時(shí)波導(dǎo)管的放置:因?yàn)椴▽?dǎo)管較長，需要選擇一種合適的放置方法，減小應(yīng)放置不當(dāng)產(chǎn)生形變對測量精度的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明目的:針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種精確測量雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管長度的裝置，同時(shí)提供使用這種裝置進(jìn)行測量的方法，保證雷達(dá)液位計(jì)的精度。
[0009]技術(shù)方案:一種雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管長度測量裝置，包括臥式車床、具有通訊模塊的數(shù)字千分尺、具有三軸光柵尺及其通訊模塊的溜板箱、計(jì)算機(jī)，所述數(shù)字千分尺、所述三軸光柵尺與所述計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所述臥式車床的導(dǎo)軌上設(shè)置有高度可調(diào)支架。
[0010]所述高度可調(diào)支架至少為二個(gè)，并按平均距離設(shè)置，盡量減少形變對測量精確度的影響。
[0011]所述三軸光柵尺的X軸、Z軸方向與所述溜板箱的行進(jìn)方向平行，所述數(shù)字千分尺固定在所述溜板箱的Z軸平臺上，所述數(shù)字千分尺的頂針伸縮方向與Z軸平行。
[0012]一種使用上述的測量裝置對雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管進(jìn)行長度測量的方法，包括以下步驟:
[0013](I)選取一根波導(dǎo)管作為標(biāo)準(zhǔn)管，在權(quán)威部門測得其在溫度T為20±0.5°C下的精確長度，并由已知材料的熱膨脹系數(shù)，計(jì)算其在實(shí)際溫度T1下的長度；
[0014](2)波導(dǎo)管安裝:波導(dǎo)管平放在臥式車床上，兩端固定，中間通過高度可調(diào)支架支撐；
[0015](3)標(biāo)準(zhǔn)管校準(zhǔn):安裝標(biāo)準(zhǔn)管，將數(shù)字千分尺頂針對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)管法蘭盤的某一固定位置，轉(zhuǎn)動溜板箱Z軸搖柄將數(shù)字千分尺向標(biāo)準(zhǔn)管方向旋進(jìn)10.00mm，然后通過計(jì)算機(jī)對三軸光柵尺和數(shù)字千分尺同時(shí)歸零，此時(shí)三軸光柵尺的讀數(shù)為零，即標(biāo)準(zhǔn)管的相對位移為零；
[0016](4)待測管測量:卸除標(biāo)準(zhǔn)管，更換待測管，轉(zhuǎn)動溜板箱Z軸搖柄將數(shù)字千分尺頂針向待測管方向旋進(jìn)直至其讀數(shù)為零，將待測管沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)一圈，數(shù)字千分尺用來計(jì)算管子的微小偏差，計(jì)算機(jī)對因旋轉(zhuǎn)帶來的微小變化取算術(shù)平均值，此時(shí)三軸光柵尺X軸、Z軸讀數(shù)與數(shù)字千分尺讀數(shù)的算術(shù)平均值之和即為待測管與標(biāo)準(zhǔn)管的長度差值；
[0017](5)通過公式計(jì)算得待測管長度。
[0018]測量環(huán)境室溫控制在20 ± I °C。
[0019]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是測量過程自動化，極大地提高生產(chǎn)效率，以適應(yīng)批量生產(chǎn)要求；可適應(yīng)不同長度的波導(dǎo)管，減少重復(fù)開發(fā)工作；測量精度高、重復(fù)性好，盡量減少人工因素的影響；采用數(shù)據(jù)庫記錄測試數(shù)據(jù)，增加產(chǎn)品的可追溯性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]附圖為本發(fā)明測量裝置的硬件連接示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0022]如附圖1所示，一種雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管長度測量裝置，是以儀器儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)和測試技術(shù)為基礎(chǔ)，采用模塊式結(jié)構(gòu)和RS232總線等通訊協(xié)議，根據(jù)波導(dǎo)管設(shè)計(jì)要求，研制出的具有高度開放性、自動化和適用性的系統(tǒng)。主要包括臥式車床1、具有通訊模塊的數(shù)字千分尺2、具有三軸光柵尺及其通訊模塊的溜板箱3、計(jì)算機(jī)4，數(shù)字千分尺2、三軸光柵尺與計(jì)算機(jī)4連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
[0023]三軸光柵尺的X軸、Z軸方向與溜板箱的行進(jìn)方向平行，數(shù)字千分尺2固定在溜板箱3的Z軸平臺上，數(shù)字千分尺2的頂針伸縮方向與Z軸平行。
[0024]臥式車床I作為波導(dǎo)管6測量的載體，車床的長度大于7m，基本滿足波導(dǎo)管的長度要求。當(dāng)波導(dǎo)管兩端固定平放時(shí)，中間部分會產(chǎn)生形變，導(dǎo)致長度測量不準(zhǔn)確。相對來說，銳角過渡的模型比拋物線過度的模型更加逼近真實(shí)的受力情況。為了消除形變對測量的影響，在臥式車床I的導(dǎo)軌上按平均距離設(shè)置多個(gè)高度可調(diào)支架5，這樣撓度值對測量誤差的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。
[0025]數(shù)字千分尺、三軸光柵尺的測量精度都達(dá)到0.0lmm,完全滿足測量精度要求。
[0026]因?yàn)椴▽?dǎo)管的長度遠(yuǎn)大于普通長度測量工具，因此本發(fā)明采用一種間接的方法來測量波導(dǎo)管的長度。使用上述的測量裝置對雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管進(jìn)行長度測量的方法，具體包括以下步驟:
[0027](I)選取一根波導(dǎo)管作為標(biāo)準(zhǔn)管:
[0028]在權(quán)威機(jī)構(gòu)測得其在溫度T(20±0.5°C范圍內(nèi))下的精確長度Lcal(T),并由已知材料的熱膨脹系數(shù)α，由公式a =Lcal⑴=Lcal (20) +Lcal (20) * α * (Τ-20)，計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)管在20°C時(shí)的長度。
[0029]校準(zhǔn)時(shí)，由Lcal (T1) = Lcal (20) +Lcal (20) * a * (Tr20) = Lcal (20) +Corrcal (T1)，計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)管在T1溫度下的長度。
[0030]測試時(shí)，通過測量得到待測管與標(biāo)準(zhǔn)管的長度差值Λ Lpipe(T2)，即可通過公式b:。一 _=3，計(jì)_賺臟棚試環(huán)境T2溫度下的長度。
[0031](2)波導(dǎo)管安裝:安裝要求是將波導(dǎo)管平放在臥式車床上，兩端固定，中間通過高度可調(diào)支架支撐。
[0032](3)標(biāo)準(zhǔn)管校準(zhǔn):安裝標(biāo)準(zhǔn)管，將數(shù)字千分尺頂針對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)管法蘭盤最為參照的某一固定位置，轉(zhuǎn)動溜板箱Z軸搖柄將數(shù)字千分尺向標(biāo)準(zhǔn)管方向旋進(jìn)10.00_，然后通過計(jì)算機(jī)對三軸光柵尺和數(shù)字千分尺同時(shí)歸零，此時(shí)三軸光柵尺的讀數(shù)為零，即標(biāo)準(zhǔn)管的相對位移為零。
[0033](4)待測管測量:卸除標(biāo)準(zhǔn)管，更換待測管，轉(zhuǎn)動溜板箱Z軸搖柄將數(shù)字千分尺頂針向待測管方向旋進(jìn)直至其讀數(shù)為零，將待測管沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)一圈，數(shù)字千分尺用來計(jì)算管子的微小偏差，計(jì)算機(jī)對因旋轉(zhuǎn)帶來的微小變化取算術(shù)平均值，此時(shí)三軸光柵尺X軸、Z軸讀數(shù)與數(shù)字千分尺讀數(shù)的算術(shù)平均值之和即為待測管與標(biāo)準(zhǔn)管的長度差值八 Lpipe (T2)。
[0034]數(shù)字千分尺可以保證在更換待測管時(shí)測量微小的偏移量，同時(shí)也使得與待測管的可靠接觸，又不致擠壓而造成形變，起到了方便更換待測管的作用。
[0035](5)通過公式b計(jì)算得待測管長度。
[0036]本發(fā)明中通過計(jì)算機(jī)作為人機(jī)交互界面，也是其安裝的基于Labview的測試軟件的載體，實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)全數(shù)字化的采集分析，具有軟硬件資源豐富、擴(kuò)展性強(qiáng)，測試過程自動化、測試精度高、重復(fù)性好、操作方便、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。
[0037]本發(fā)明測量時(shí)，要求測試裝置應(yīng)統(tǒng)一放置在一處封閉較好的房間內(nèi)，房間配有大功率的中央空調(diào)系統(tǒng)，可以保證測量環(huán)境室溫控制在20±1°C。而且臥式車床的左右側(cè)、車床導(dǎo)軌上、標(biāo)準(zhǔn)管上以及測試房間的多處位置，都配有經(jīng)過校準(zhǔn)的溫度傳感器，并與計(jì)算機(jī)連接到一起進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過測試軟件對波導(dǎo)管附近的溫度傳感器求算術(shù)平均值，得出計(jì)算所需要的溫度，充分保證了測量時(shí)，對當(dāng)前溫度實(shí)時(shí)、有效地檢測和監(jiān)控。如果環(huán)境室溫超出允許溫度范圍，測試軟件給出信息提示，并停止當(dāng)前測試，直到溫度滿足要求。
【權(quán)利要求】
1.一種雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管長度測量裝置，其特征在于:包括臥式車床(I)、具有通訊模塊的數(shù)字千分尺(2)、具有三軸光柵尺及其通訊模塊的溜板箱(3)、計(jì)算機(jī)(4)，所述數(shù)字千分尺(2)、所述三軸光柵尺與所述計(jì)算機(jī)(4)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所述臥式車床(I)的導(dǎo)軌上設(shè)置有高度可調(diào)支架(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管長度測量裝置，其特征在于:所述高度可調(diào)支架(5)至少為二個(gè)，并按平均距離設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管長度測量裝置，其特征在于:所述三軸光柵尺的X軸、Z軸方向與所述溜板箱(3)的行進(jìn)方向平行，所述數(shù)字千分尺(2)固定在所述溜板箱(3)的Z軸平臺上，所述數(shù)字千分尺(2)的頂針伸縮方向與Z軸平行。
4.一種使用權(quán)利要求1-3任一所述的測量裝置對雷達(dá)液位計(jì)用波導(dǎo)管進(jìn)行長度測量的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)選取一根波導(dǎo)管作為標(biāo)準(zhǔn)管，在權(quán)威部門測得其在溫度T為20±0.5°C下的精確長度，并由已知材料的熱膨脹系數(shù)，計(jì)算其在實(shí)際溫度T1下的長度； (2)波導(dǎo)管安裝:波導(dǎo)管平放在臥式車床上，兩端固定，中間通過高度可調(diào)支架支撐； (3)標(biāo)準(zhǔn)管校準(zhǔn):安裝標(biāo)準(zhǔn)管，將數(shù)字千分尺頂針對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)管法蘭盤的某一固定位置，轉(zhuǎn)動溜板箱Z軸搖柄將數(shù)字千分尺向標(biāo)準(zhǔn)管方向旋進(jìn)10.0Omm,然后通過計(jì)算機(jī)對三軸光柵尺和數(shù)字千分尺同時(shí)歸零，此時(shí)三軸光柵尺的讀數(shù)為零，即標(biāo)準(zhǔn)管的相對位移為零； (4)待測管測量:卸除標(biāo)準(zhǔn)管，更換待測管，轉(zhuǎn)動溜板箱Z軸搖柄將數(shù)字千分尺頂針向待測管方向旋進(jìn)直至其讀數(shù)為零，將待測管沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)一圈，數(shù)字千分尺用來計(jì)算管子的微小偏差，計(jì)算機(jī)對因旋轉(zhuǎn)帶來的微小變化取算術(shù)平均值，此時(shí)三軸光柵尺X軸、Z軸讀數(shù)與數(shù)字千分尺讀數(shù)的算術(shù)平均值之和即為待測管與標(biāo)準(zhǔn)管的長度差值； (5)通過公式計(jì)算得待測管長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:測量環(huán)境室溫控制在20±1°C。
【文檔編號】G01B11/02GK104296633SQ201410606049
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】楊震, 倪益武 申請人:康士伯船舶電氣（江蘇）有限公司