雷达液位计用波导管长度测量装置及其测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种雷达液位计用波导管长度测量装置，包括卧式车床、具有通讯模块的数字千分尺、具有三轴光栅尺及其通讯模块的溜板箱、计算机，所述数字千分尺、所述三轴光栅尺与所述计算机连接进行数据传送，所述卧式车床的导轨上设置有高度可调支架；同时公开了使用这种装置的测量方法。本发明的优点是测量过程自动化，极大地提高生产效率，以适应批量生产要求；可适应不同长度的波导管，减少重复开发工作；测量精度高、重复性好，尽量减少人工因素的影响；采用数据库记录测试数据，增加产品的可追溯性。
【专利说明】雷达液位计用波导管长度测量装置及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液化天然气雷达液位计用波导管长度测量装置及其测量方法。
【背景技术】
[0002]随着人类社会的进步和经济的快速发展，当今社会对能源的需求越来越旺盛。液化天然气作为一种清洁、高效的能源，使用日益广泛，全球的贸易量也越来越大。雷达波导管被用于液化天然气罐体液位高度测量中，它为电磁波提供定向传播结构，多根波导管通过法兰拼接到一起，节点处的特氟龙片可以为雷达测距提供长度确定的参考点。正因为如此，波导管的长度精度对雷达液位计的精度有着直接的影响。
[0003]现有波导管长度测量中存在以下技术难点:
[0004]I)环境温度的控制和测量:波导管的材料是不锈钢，因为长度的原因，波导管在不同温度下的累积的长度变化非常大，为了保证长度测量的有效性，需要在测量长度时，保持室温在20±1°C ;
[0005]2)长度的测量:波导管的测量精度要求在±0.1mm以内，因为波导管的长度最高在6m左右，以现有的测量工具，很能通过直接观测的方法得出精确的长度；
[0006]3)数据的整合、处理:为了减小人工操作可能带来的失误，测量系统要求，自动完成数据的加工、计算，自动将测量数据及最终结果存储在远端的数据库中，并在测量完成后，自动生成产品的测量报告；
[0007]4)测量时波导管的放置:因为波导管较长，需要选择一种合适的放置方法，减小应放置不当产生形变对测量精度的影响。
【发明内容】
[0008]发明目的:针对上述问题，本发明的目的是提供一种精确测量雷达液位计用波导管长度的装置，同时提供使用这种装置进行测量的方法，保证雷达液位计的精度。
[0009]技术方案:一种雷达液位计用波导管长度测量装置，包括卧式车床、具有通讯模块的数字千分尺、具有三轴光栅尺及其通讯模块的溜板箱、计算机，所述数字千分尺、所述三轴光栅尺与所述计算机连接进行数据传送，所述卧式车床的导轨上设置有高度可调支架。
[0010]所述高度可调支架至少为二个，并按平均距离设置，尽量减少形变对测量精确度的影响。
[0011]所述三轴光栅尺的X轴、Z轴方向与所述溜板箱的行进方向平行，所述数字千分尺固定在所述溜板箱的Z轴平台上，所述数字千分尺的顶针伸缩方向与Z轴平行。
[0012]一种使用上述的测量装置对雷达液位计用波导管进行长度测量的方法，包括以下步骤:
[0013](I)选取一根波导管作为标准管，在权威部门测得其在温度T为20±0.5°C下的精确长度，并由已知材料的热膨胀系数，计算其在实际温度T1下的长度；
[0014](2)波导管安装:波导管平放在卧式车床上，两端固定，中间通过高度可调支架支撑；
[0015](3)标准管校准:安装标准管，将数字千分尺顶针对准标准管法兰盘的某一固定位置，转动溜板箱Z轴摇柄将数字千分尺向标准管方向旋进10.00mm，然后通过计算机对三轴光栅尺和数字千分尺同时归零，此时三轴光栅尺的读数为零，即标准管的相对位移为零；
[0016](4)待测管测量:卸除标准管，更换待测管，转动溜板箱Z轴摇柄将数字千分尺顶针向待测管方向旋进直至其读数为零，将待测管沿顺时针方向旋转一圈，数字千分尺用来计算管子的微小偏差，计算机对因旋转带来的微小变化取算术平均值，此时三轴光栅尺X轴、Z轴读数与数字千分尺读数的算术平均值之和即为待测管与标准管的长度差值；
[0017](5)通过公式计算得待测管长度。
[0018]测量环境室温控制在20 ± I °C。
[0019]有益效果:与现有技术相比，本发明的优点是测量过程自动化，极大地提高生产效率，以适应批量生产要求；可适应不同长度的波导管，减少重复开发工作；测量精度高、重复性好，尽量减少人工因素的影响；采用数据库记录测试数据，增加产品的可追溯性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]附图为本发明测量装置的硬件连接示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0022]如附图1所示，一种雷达液位计用波导管长度测量装置，是以仪器仪表技术、计算机技术、自动化控制技术和测试技术为基础，采用模块式结构和RS232总线等通讯协议，根据波导管设计要求，研制出的具有高度开放性、自动化和适用性的系统。主要包括卧式车床1、具有通讯模块的数字千分尺2、具有三轴光栅尺及其通讯模块的溜板箱3、计算机4，数字千分尺2、三轴光栅尺与计算机4连接进行数据传送。
[0023]三轴光栅尺的X轴、Z轴方向与溜板箱的行进方向平行，数字千分尺2固定在溜板箱3的Z轴平台上，数字千分尺2的顶针伸缩方向与Z轴平行。
[0024]卧式车床I作为波导管6测量的载体，车床的长度大于7m，基本满足波导管的长度要求。当波导管两端固定平放时，中间部分会产生形变，导致长度测量不准确。相对来说，锐角过渡的模型比抛物线过度的模型更加逼近真实的受力情况。为了消除形变对测量的影响，在卧式车床I的导轨上按平均距离设置多个高度可调支架5，这样挠度值对测量误差的贡献可以忽略不计。
[0025]数字千分尺、三轴光栅尺的测量精度都达到0.0lmm,完全满足测量精度要求。
[0026]因为波导管的长度远大于普通长度测量工具，因此本发明采用一种间接的方法来测量波导管的长度。使用上述的测量装置对雷达液位计用波导管进行长度测量的方法，具体包括以下步骤:
[0027](I)选取一根波导管作为标准管:
[0028]在权威机构测得其在温度T(20±0.5°C范围内)下的精确长度Lcal(T),并由已知材料的热膨胀系数α，由公式a =Lcal⑴=Lcal (20) +Lcal (20) * α * (Τ-20)，计算得出标准管在20°C时的长度。
[0029]校准时，由Lcal (T1) = Lcal (20) +Lcal (20) * a * (Tr20) = Lcal (20) +Corrcal (T1)，计算得出标准管在T1温度下的长度。
[0030]测试时，通过测量得到待测管与标准管的长度差值Λ Lpipe(T2)，即可通过公式b:。一 _=3，计_赚臟棚试环境T2温度下的长度。
[0031](2)波导管安装:安装要求是将波导管平放在卧式车床上，两端固定，中间通过高度可调支架支撑。
[0032](3)标准管校准:安装标准管，将数字千分尺顶针对准标准管法兰盘最为参照的某一固定位置，转动溜板箱Z轴摇柄将数字千分尺向标准管方向旋进10.00_，然后通过计算机对三轴光栅尺和数字千分尺同时归零，此时三轴光栅尺的读数为零，即标准管的相对位移为零。
[0033](4)待测管测量:卸除标准管，更换待测管，转动溜板箱Z轴摇柄将数字千分尺顶针向待测管方向旋进直至其读数为零，将待测管沿顺时针方向旋转一圈，数字千分尺用来计算管子的微小偏差，计算机对因旋转带来的微小变化取算术平均值，此时三轴光栅尺X轴、Z轴读数与数字千分尺读数的算术平均值之和即为待测管与标准管的长度差值八 Lpipe (T2)。
[0034]数字千分尺可以保证在更换待测管时测量微小的偏移量，同时也使得与待测管的可靠接触，又不致挤压而造成形变，起到了方便更换待测管的作用。
[0035](5)通过公式b计算得待测管长度。
[0036]本发明中通过计算机作为人机交互界面，也是其安装的基于Labview的测试软件的载体，实现了用计算机全数字化的采集分析，具有软硬件资源丰富、扩展性强，测试过程自动化、测试精度高、重复性好、操作方便、性价比高的优点。
[0037]本发明测量时，要求测试装置应统一放置在一处封闭较好的房间内，房间配有大功率的中央空调系统，可以保证测量环境室温控制在20±1°C。而且卧式车床的左右侧、车床导轨上、标准管上以及测试房间的多处位置，都配有经过校准的温度传感器，并与计算机连接到一起进行实时监测，并通过测试软件对波导管附近的温度传感器求算术平均值，得出计算所需要的温度，充分保证了测量时，对当前温度实时、有效地检测和监控。如果环境室温超出允许温度范围，测试软件给出信息提示，并停止当前测试，直到温度满足要求。
【权利要求】
1.一种雷达液位计用波导管长度测量装置，其特征在于:包括卧式车床(I)、具有通讯模块的数字千分尺(2)、具有三轴光栅尺及其通讯模块的溜板箱(3)、计算机(4)，所述数字千分尺(2)、所述三轴光栅尺与所述计算机(4)连接进行数据传送，所述卧式车床(I)的导轨上设置有高度可调支架(5)。
2.根据权利要求1所述的雷达液位计用波导管长度测量装置，其特征在于:所述高度可调支架(5)至少为二个，并按平均距离设置。
3.根据权利要求1所述的雷达液位计用波导管长度测量装置，其特征在于:所述三轴光栅尺的X轴、Z轴方向与所述溜板箱(3)的行进方向平行，所述数字千分尺(2)固定在所述溜板箱(3)的Z轴平台上，所述数字千分尺(2)的顶针伸缩方向与Z轴平行。
4.一种使用权利要求1-3任一所述的测量装置对雷达液位计用波导管进行长度测量的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)选取一根波导管作为标准管，在权威部门测得其在温度T为20±0.5°C下的精确长度，并由已知材料的热膨胀系数，计算其在实际温度T1下的长度； (2)波导管安装:波导管平放在卧式车床上，两端固定，中间通过高度可调支架支撑； (3)标准管校准:安装标准管，将数字千分尺顶针对准标准管法兰盘的某一固定位置，转动溜板箱Z轴摇柄将数字千分尺向标准管方向旋进10.0Omm,然后通过计算机对三轴光栅尺和数字千分尺同时归零，此时三轴光栅尺的读数为零，即标准管的相对位移为零； (4)待测管测量:卸除标准管，更换待测管，转动溜板箱Z轴摇柄将数字千分尺顶针向待测管方向旋进直至其读数为零，将待测管沿顺时针方向旋转一圈，数字千分尺用来计算管子的微小偏差，计算机对因旋转带来的微小变化取算术平均值，此时三轴光栅尺X轴、Z轴读数与数字千分尺读数的算术平均值之和即为待测管与标准管的长度差值； (5)通过公式计算得待测管长度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于:测量环境室温控制在20±1°C。
【文档编号】G01B11/02GK104296633SQ201410606049
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】杨震, 倪益武 申请人:康士伯船舶电气（江苏）有限公司