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液位變送器靜態(tài)角度通用高精度測量方法探討

作時間:2019-08-01  來源:  作者:
   

 摘 要: 文章探討了對液位變送器靜態(tài)角度進行高精度測量的方法。該方法在兩臺經(jīng)緯儀觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上利用雙站交會算法計算各被測點的空間三維坐標(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)仿真的方法對測量誤差進行了計算分析,提出了改進措施。3Od壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
引言
隨著科技的進步和設(shè)備自動化需求的提升,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)控等各個技術(shù)領(lǐng)域,對液位變送器定位角度的精度要求也越來越高,往往需要精que到角分級。典型的液位變送器一般同時具備方位和俯仰兩套回轉(zhuǎn)機構(gòu),分別用于實現(xiàn)方向和高低的角度定位。對這兩個方向進行靜態(tài)角度測量,以確定裝置的定位精度是該類設(shè)備調(diào)試和試驗過程中必須進行的工作。本文提出了一種實用且通用的液位變送器靜態(tài)角度測量方法,并對它的測量精度進行了核算。
 
1 原理
1. 1 概述
如圖 1 所示,當(dāng)一個旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)過角度∠a 時,旋轉(zhuǎn)體上的某一條切線轉(zhuǎn)過∠b。可以知道∠a = ∠b,也就是說,只要測得∠b,也就得到了該旋轉(zhuǎn)體實約hou慕嵌取?/div>
測量原理示意
2 測量誤差分析
測量誤差主要由儀器誤差、架設(shè)誤差、觀測誤差、計算誤差等幾個部分組成。其中計算由軟件完成,所有變量取雙精度浮點數(shù),因此計算誤差可以忽略不計。其它三部分誤差對計算結(jié)果的影響均體現(xiàn)在對被測點的觀測和定位上[3]。
 
儀器誤差即所用的經(jīng)緯儀的測角精度,為 2" 。觀測誤差由人工瞄準(zhǔn)造成,屬于隨機誤差,每次均不相同。所使用經(jīng)緯儀#小刻度為 1" ,則觀測誤差#大為 0. 5" 。
 
架設(shè)誤差屬于系統(tǒng)誤差,架設(shè)完成后進行測量時不會變化。在計算過程中,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,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)時兩臺經(jīng)緯儀間進行對覘標(biāo)定,可設(shè)經(jīng)緯儀二位于以經(jīng)緯儀一為原點的坐標(biāo)系的 X 軸上。則 x2即為兩臺經(jīng)緯儀間的直線距離,z2 = 0。但由于儀器誤差和觀測誤差的存在,z2 可能實際上不為 0,即經(jīng)緯儀二可能不是正好位于 X 軸上。z2 的實際值與儀器誤差、觀測誤差和 x2 有關(guān),見下式:
z2 = x2 × tan( 儀器誤差 + 觀測誤差) ( 3)
0190801160723.jpg
使用 Matlab 和數(shù)學(xué)仿真相結(jié)合的方法對測量誤差進行定量分析[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,對空間點的坐標(biāo)測量沒有影響。又從公式( 1) 中可以看出,經(jīng)緯儀一的高度坐標(biāo) y1 在計算空間直線夾角時會被約減掉,對角度計算沒有影響。所以在計算旋轉(zhuǎn)角度時,可令儀器與待測直線位于一個水平面中,即忽略高低角 ε。在圖 3 所示的模擬方位測量環(huán)境中,“OXYZ”為測量坐標(biāo)系,“0' X' Y' Z' ”為液位變送器坐標(biāo)系,經(jīng)緯儀一位于測量坐標(biāo)系原點,經(jīng)緯儀二位于X 軸正向上,待測直線為液位變送器前點和后點的連線,初始位置時令其與 X 軸平行,隨后繞 Y' 軸逆時針轉(zhuǎn)過 α[5]。虛線所示為兩臺經(jīng)緯儀對于前點和后點的瞄準(zhǔn)線。設(shè)待測直線長度為 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經(jīng)緯儀對前點、后點在旋轉(zhuǎn)前后的理論觀測值( 見表 1) 。此時將 l,d,x2 ,α 定為一個任意的確定值,就可以根據(jù)第 1 節(jié)所述原理計算得到旋轉(zhuǎn)角。
 
接下來將儀器誤差和觀測誤差引入理論觀測值。為使觀測誤差對測量結(jié)果的影響#大化,應(yīng)讓前后兩條直線角度變化#大且方向相反,因此可按#后加入架設(shè)誤差。因為有觀測誤差的存在,使得經(jīng)緯儀二實際上并不正好位于 X 軸上。
 
4 結(jié)束語
本文既介紹了對液位變送器靜態(tài)角度進行高精度測量的理論依據(jù),也對這種測量方法的誤差進行了定量的計算分析。這些均是作者實際工作中的經(jīng)驗總結(jié),被多個項目實踐證明是切實可行的,希望對今后相類似項目的研制能有一些借鑒意義。也正因為此,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便,需要更多、更進一步的工程實踐來完善,更需要這方面的專家不吝批評指正。
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