在工業(yè)化迅速發(fā)展的大時(shí)代，缺少不了壓力變送器、流量計(jì)、液位計(jì)、密度計(jì)、差壓變送器等儀表把現(xiàn)場(chǎng)第一數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦た叵到y(tǒng)上，為整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)充當(dāng)控制、檢測(cè)等一系列的眼睛，接下來華恒儀表為您解讀工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最前沿的壓力變送器使用情況。
　　摘 要: 文章探討了對(duì)液位變送器靜態(tài)角度進(jìn)行高精度測(cè)量的方法。該方法在兩臺(tái)經(jīng)緯儀觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上利用雙站交會(huì)算法計(jì)算各被測(cè)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，據(jù)此得出液位變送器靜態(tài)旋轉(zhuǎn)角度。文章還利用 Matlab 和數(shù)學(xué)仿真的方法對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行了計(jì)算分析，提出了改進(jìn)措施。
　　引言
　　隨著科技的進(jìn)步和設(shè)備自動(dòng)化需求的提升，液位變送器被越來越廣泛地應(yīng)用于光電跟蹤、武器發(fā)射、安全監(jiān)控等各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)液位變送器定位角度的精度要求也越來越高，往往需要精確到角分級(jí)。典型的液位變送器一般同時(shí)具備方位和俯仰兩套回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，分別用于實(shí)現(xiàn)方向和高低的角度定位。對(duì)這兩個(gè)方向進(jìn)行靜態(tài)角度測(cè)量，以確定裝置的定位精度是該類設(shè)備調(diào)試和試驗(yàn)過程中必須進(jìn)行的工作。本文提出了一種實(shí)用且通用的液位變送器靜態(tài)角度測(cè)量方法，并對(duì)它的測(cè)量精度進(jìn)行了核算。
　　1 原理
　　1． 1 概述
　　如圖 1 所示，當(dāng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)過角度∠a 時(shí)，旋轉(zhuǎn)體上的某一條切線轉(zhuǎn)過∠b?？梢灾?ang;a = ∠b，也就是說，只要測(cè)得∠b，也就得到了該旋轉(zhuǎn)體實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度。
　　測(cè)量原理示意
　　2 測(cè)量誤差分析
　　測(cè)量誤差主要由儀器誤差、架設(shè)誤差、觀測(cè)誤差、計(jì)算誤差等幾個(gè)部分組成。其中計(jì)算由軟件完成，所有變量取雙精度浮點(diǎn)數(shù)，因此計(jì)算誤差可以忽略不計(jì)。其它三部分誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響均體現(xiàn)在對(duì)被測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)和定位上［3］。
　　儀器誤差即所用的經(jīng)緯儀的測(cè)角精度，為 2" 。觀測(cè)誤差由人工瞄準(zhǔn)造成，屬于隨機(jī)誤差，每次均不相同。所使用經(jīng)緯儀非常小刻度為 1" ，則觀測(cè)誤差非常大為 0． 5" 。
　　架設(shè)誤差屬于系統(tǒng)誤差，架設(shè)完成后進(jìn)行測(cè)量時(shí)不會(huì)變化。在計(jì)算過程中，架設(shè)誤差體現(xiàn)為公式( 2) 中的( x1 ，y1 ，z1 ) 和( x2 ，y2 ，z2 ) 。通常設(shè)經(jīng)緯儀一位于坐標(biāo)原點(diǎn)，即( x1 ，y1 ，z1 ) 恒等于( 0，0，0) ，y2未出現(xiàn)在公式中，所以只需考慮 x2 和 z2 的影響。架設(shè)時(shí)兩臺(tái)經(jīng)緯儀間進(jìn)行對(duì)覘標(biāo)定，可設(shè)經(jīng)緯儀二位于以經(jīng)緯儀一為原點(diǎn)的坐標(biāo)系的 X 軸上。則 x2即為兩臺(tái)經(jīng)緯儀間的直線距離，z2 = 0。但由于儀器誤差和觀測(cè)誤差的存在，z2 可能實(shí)際上不為 0，即經(jīng)緯儀二可能不是正好位于 X 軸上。z2 的實(shí)際值與儀器誤差、觀測(cè)誤差和 x2 有關(guān)，見下式z2 = x2 × tan( 儀器誤差 + 觀測(cè)誤差
　　使用 Matlab 和數(shù)學(xué)仿真相結(jié)合的方法對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行定量分析［4］。從公式( 2) 中可以看出，經(jīng)緯儀二的高度坐標(biāo) y2 未出現(xiàn)在公式中，對(duì)空間點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)量沒有影響。又從公式( 1) 中可以看出，經(jīng)緯儀一的高度坐標(biāo) y1 在計(jì)算空間直線夾角時(shí)會(huì)被約減掉，對(duì)角度計(jì)算沒有影響。所以在計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，可令儀器與待測(cè)直線位于一個(gè)水平面中，即忽略高低角 ε。在圖 3 所示的模擬方位測(cè)量環(huán)境中，“OXYZ”為測(cè)量坐標(biāo)系，“0＇ X＇ Y＇ Z＇ ”為液位變送器坐標(biāo)系，經(jīng)緯儀一位于測(cè)量坐標(biāo)系原點(diǎn)，經(jīng)緯儀二位于X 軸正向上，待測(cè)直線為液位變送器前點(diǎn)和后點(diǎn)的連線，初始位置時(shí)令其與 X 軸平行，隨后繞 Y＇ 軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)過 α［5］。虛線所示為兩臺(tái)經(jīng)緯儀對(duì)于前點(diǎn)和后點(diǎn)的瞄準(zhǔn)線。設(shè)待測(cè)直線長(zhǎng)度為 l，液位變送器與 X軸之間的距離為 d，經(jīng)緯儀二在 X 軸上的坐標(biāo)為 x2 。
　　根據(jù)矢量代數(shù)的方法就能得到兩臺(tái)經(jīng)緯儀對(duì)前點(diǎn)、后點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)前后的理論觀測(cè)值( 見表 1) 。此時(shí)將 l，d，x2 ，α 定為一個(gè)任意的確定值，就可以根據(jù)第 1 節(jié)所述原理計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)角。
　　接下來將儀器誤差和觀測(cè)誤差引入理論觀測(cè)值。為使觀測(cè)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響非常大化，應(yīng)讓前后兩條直線角度變化非常大且方向相反，因此可按非常后加入架設(shè)誤差。因?yàn)橛杏^測(cè)誤差的存在，使得經(jīng)緯儀二實(shí)際上并不正好位于 X 軸上。
　　4 結(jié)束語(yǔ)
　　本文既介紹了對(duì)液位變送器靜態(tài)角度進(jìn)行高精度測(cè)量的理論依據(jù)，也對(duì)這種測(cè)量方法的誤差進(jìn)行了定量的計(jì)算分析。這些均是作者實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，被多個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐證明是切實(shí)可行的，希望對(duì)今后相類似項(xiàng)目的研制能有一些借鑒意義。也正因?yàn)榇?，這些方法肯定也存在它們的局限性，或者理論模型不夠準(zhǔn)確，或者操作方法不夠簡(jiǎn)便，需要更多、更進(jìn)一步的工程實(shí)踐來完善，更需要這方面的專家不吝批評(píng)指正。
　　儀器儀表是工業(yè)化進(jìn)程的基石，只有選用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動(dòng)化流程才能夠更加自動(dòng)化。