立式金屬罐是工業(yè)中為常見的計量容器之一，相比較于臥式儲罐，立式儲罐的計量準(zhǔn)確度一直廣受關(guān)注，在為立式儲罐的特殊性，影響立式金屬儲罐準(zhǔn)確度的因素較多，中影響大，復(fù)雜的就是如何準(zhǔn)確計算立式金屬罐的底板在不同液位下產(chǎn)生變形時影響容積的變化，時至今日，對其變化規(guī)律的掌握仍然不太準(zhǔn)確。在中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程JJG 168-2005中提出測量方法有容量比較法和幾何測量法。然而，在空罐條件下測量底量容積，無論采用以上哪種方法，都無法反映出在實際裝液高度下這種變化發(fā)生的規(guī)律。油罐裝油后，基礎(chǔ)將發(fā)生下沉，隨地基土壤空隙的不同，基礎(chǔ)沉陷量也不同，嚴(yán)重時沉陷量可達(dá)10cm。投入式液位計在底量測量中的應(yīng)用，將會實現(xiàn)在線實時測量，建立底量容積表，從而提高立式金屬罐底量測量的準(zhǔn)確度。本文針對于立式金屬罐的測量方法提出的解決方案，采用投入式液位計法進(jìn)行底量的實時測量，對此方法進(jìn)行評價，構(gòu)建完整的基于投入式液位計的底量增量實時測量系統(tǒng)。

 

　　1容量比較法

　　將水或液體石油產(chǎn)品從標(biāo)準(zhǔn)金屬量器或流量計注入到被檢定罐內(nèi)，同時用量油尺測出罐底注入的液面高度，直至液體分別浸沒至下計量基準(zhǔn)點和罐底高突起部分，測量注入液體的溫度，進(jìn)行修正。從標(biāo)準(zhǔn)金屬量器或流量計中注入被檢定罐中的液體體積分別為死量和底量，下計量基準(zhǔn)點的液高為底量高度。用容量比較法測量罐底，根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)，用線性插值法計算出相應(yīng)高度容量。充液為水時，充水前后溫差小于10℃時，可不進(jìn)行溫度修正。

　　采用容量比較法測量立式罐底量具有直觀、準(zhǔn)確度高的特點．但費(fèi)時費(fèi)力、效率低，僅在立式罐容量小于700m3。或罐底為加熱管道所覆蓋，或無法用幾何法測量時才采用。

 

　　2投入式液位計法

　　2.1投入式液位計工作原理

　　投入式液位計由壓力傳感器、信號放大器及轉(zhuǎn)換電路組合成一體，可直接投入罐底。其中傳感器采用硅膜片傳感器，利用硅半導(dǎo)體壓力敏感元件作為檢測元件。置于流體中的壓力敏感元件，受正比于液體深度的壓力的作用，利用硅材料的壓阻效應(yīng)，將有電信號輸出。此信號經(jīng)過放大轉(zhuǎn)換后即可把液位高度轉(zhuǎn)換成4mA-20mA 的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，這一信號可通過電纜遠(yuǎn)傳至計算機(jī)或遠(yuǎn)程監(jiān)控站。其中變送器采用導(dǎo)氣電纜將大氣壓力引入敏感元件背壓一側(cè)，導(dǎo)氣電纜的通氣孔中繼箱與大氣相通，從而抵消了外界大氣壓力變化產(chǎn)生的影響，保證了測量精度。

　　2.2基于投入式液位計的測量方法

　　測量點的確定：測量點是在罐底上確定同心圓（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……m）和半徑（0-1，0-2……0-n）的交點的位置。測量點的數(shù)目由底量測量所需準(zhǔn)確度和它的凹凸不平的程度確定，同心圓到罐底中心的距離按照所分圓環(huán)面積相等的條件來確定，各圓環(huán)的半徑按以下公式計算同心圓環(huán)至中心距離：

　　式中：R—*先圈板內(nèi)半徑；

　　   m—等分圓環(huán)的數(shù)量。

　　計算方法：用此方法測量罐底,其罐底高點以下容量（V底），罐底部排量如圖中斜線所示，其中心部分可視為一個圓柱體加上一個圓錐體，兩者地面積相等，其他部分可視為環(huán)體積，通過疊加得下式計算：

　　

　　V排=πR2（）（1）

　　

　　式中：V底—罐底部分容量，為高度h的函數(shù)；

　　   h0—罐底中心高度；

　　   hⅠ，hⅡ……hm-1—圓周m-1測量點高度。

　　V底=πR2-V排 （2）

　　

　　在中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程JJG 168—2005中，取m=n=8，底量計算公式：

　　V底=πR2（0.119792-0.018229-0.015625Ⅰ～Ⅶ） （3）

　　

　　測量精度：在立式金屬油罐底量測量中，選用精度為±0.1%，量程為20m的投入式液位傳感器，它的大**誤差為：

　　20000×（±0.1%）=±20mm=±2cm。

　　一般情況下，立式油罐底量大約在40cm～50cm，則使用此型號的投入式液位計對底量的測量精度為：±（2/50）=±4 %。

　　雖然對底量來說投入式液位計的測量精度只有±4%，但是如果不采用此種方法，只能空罐條件下測量，誤差可達(dá)到10cm，精度為：10/50=20%。

　　從而，我們可以看出，采用投入式液位計法，在很大程度上提高了測量精度。

 

　　3系統(tǒng)設(shè)計

　　將投入式液位計逐一安放于各測量點、罐底中心點、下計量基準(zhǔn)點和參照點上，這樣各點的液位高度被投入式液位計轉(zhuǎn)換成4mA～20mA 電流信號，數(shù)據(jù)采集部分采用EDA9017 模擬量測量模塊可應(yīng)用于對壓力、溫度、電量等變送器輸出的4mA～20mA，信號的測量通訊接口為RS-485，利用PC機(jī)作為數(shù)據(jù)處理終端，以COM端作為數(shù)據(jù)采集端口，但由于EDA9017模塊通訊接口為RS-485接口，故采用MODEL485P作為RS-485/RS-232接口轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)到達(dá)上位機(jī)后，軟件部分采用VB6.0進(jìn)行編程，完成數(shù)據(jù)的分析處理，形成完整的底量增量系統(tǒng)，并與國家大容量檢定系統(tǒng)相連接，完善立式金屬罐的檢定系統(tǒng)。

 

　　4底量容量表計算

　　任意一座立式罐，當(dāng)罐內(nèi)液位不斷上升時，會產(chǎn)生底量增加值△V，即由于罐底板下降導(dǎo)致罐容量增加。當(dāng)液位值從0增加到Hk1時，罐底板狀態(tài)與空罐時相同，不發(fā)生任何變化 ，因此△v=0。當(dāng)液位上升到Hk1的一瞬間．罐底板突然“失穩(wěn)”，即突然產(chǎn)生大面積下沉變形，造成罐容量在空罐容積的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個增量△v。在液位由Hx1逐漸上升到Hx2的過程中，罐底板變形總體上仍呈下沉趨勢，底量增量△v不斷增大 ，每一小區(qū)間上可看作線性變化，直至液位達(dá)到Hx2時停止，該區(qū)域內(nèi)罐底板變形屬于自身彈性形，故又可稱為彈性變形區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，由于底量增量已經(jīng)改變了它的液位與容量關(guān)系，空罐容積表容量值已經(jīng)不再適用，須進(jìn)行實罐狀態(tài)下的修正。

　　在液位高度從下計量基準(zhǔn)點到底量高點時，JJG168—2005中，罐底單位高度的容量計算采用區(qū)間線性插值法，但是，因測量很難是線性的，結(jié)果誤差較大，所以。在此采用準(zhǔn)確度較高的拋物插值法。根據(jù)式（1）、式（2）和式（3）可分別計算出液高為h0、hⅠ、hⅡ、……、hm-1、hm時對應(yīng)的體積 V0、 VI、VⅡ、……、Vm-1、Vm，由拉格朗日插值多項式可確定區(qū)間（hm，hm-1）內(nèi)k高度的插值體積，插值函數(shù)為：

　　圖1罐底變形規(guī)律曲線

　　其中，s和e分別表示用于插值的（m+1）個點中的起點和終點

　　序號。

　　在底量高點以上，每個小區(qū)間上，將液面高度與底量增量看作線性變化，即可得出單位高度所對應(yīng)得底量增量值。將某一立式金屬罐從裝滿液體到空罐整個使用過程進(jìn)行一次完整的測量，在每一段時間間隔內(nèi)記錄所測量的數(shù)據(jù)，通過上位機(jī)的處理，獲得各時刻的底量修正值。由此，可以獲得較為完整的立式金屬油罐底量表。

　　5結(jié)束語

　　通過對立式金屬罐底量測量方法的分析與研究可見，運(yùn)用投入式液位計法對底量進(jìn)行實時在線測量可提高底量的測量精度。但是本文中將油罐的底量看作彈性形變，與實際情況有一定的差距，隨著測量技術(shù)的發(fā)展，立式金屬罐底量的測量精度還會有進(jìn)一步的改善。