立式金屬罐是工業(yè)生產(chǎn)中*為常見(jiàn)的計(jì)量容器之一，相比較于臥式儲(chǔ)罐，立式儲(chǔ)罐的計(jì)量準(zhǔn)確度一直廣受關(guān)注，在為立式儲(chǔ)罐的特殊性，影響立式金屬儲(chǔ)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(jì)算立式金屬罐的底板在不同液位下產(chǎn)生變形時(shí)影響容積的變化，時(shí)至**，對(duì)其變化規(guī)律的掌握仍然不太準(zhǔn)確。在中華人民共和國(guó)**計(jì)量檢定規(guī)程JJG 168-2005中提出測(cè)量方法有容量比較法和幾何測(cè)量法。然而，在空罐條件下測(cè)量底量容積，無(wú)論采用以上哪種方法，都無(wú)法反映出在實(shí)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(shí)沉陷量可達(dá)10cm。啤酒罐液位計(jì)在底量測(cè)量中的應(yīng)用，將會(huì)實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)量，建立底量容積表，從而提高立式金屬罐底量測(cè)量的準(zhǔn)確度。本文針對(duì)于立式金屬罐的測(cè)量方法提出的解決方案，采用啤酒罐液位計(jì)法進(jìn)行底量的實(shí)時(shí)測(cè)量，對(duì)此方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，構(gòu)建完整的基于啤酒罐液位計(jì)的底量增量實(shí)時(shí)測(cè)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(jì)注入到被檢定罐內(nèi)，同時(shí)用量油尺測(cè)出罐底注入的液面高度，直至液體分別浸沒(méi)至下計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)和罐底*高突起部分，測(cè)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(jì)中注入被檢定罐中的液體體積分別為死量和底量，下計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)的液高為底量高度。用容量比較法測(cè)量罐底，根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，用線性插值法計(jì)算出相應(yīng)高度容量。充液為水時(shí)，充水前后溫差小于10℃時(shí)，可不進(jìn)行溫度修正。
采用容量比較法測(cè)量立式罐底量具有直觀、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)．但費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，僅在立式罐容量小于700m3?；蚬薜诪榧訜峁艿浪采w，或無(wú)法用幾何法測(cè)量時(shí)才采用。
2啤酒罐液位計(jì)法
2.1啤酒罐液位計(jì)工作原理
啤酒罐液位計(jì)由壓力傳感器、信號(hào)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(cè)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(hào)輸出。此信號(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)，這一信號(hào)可通過(guò)電纜遠(yuǎn)傳至計(jì)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(cè)量精度。
2.2基于啤酒罐液位計(jì)的測(cè)量方法
測(cè)量點(diǎn)的確定：測(cè)量點(diǎn)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(diǎn)的位置。測(cè)量點(diǎn)的數(shù)目由底量測(cè)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(lái)確定，各圓環(huán)的半徑按以下公式計(jì)算同心圓環(huán)至中心距離：
式中：R—*一圈板內(nèi)半徑；
m—等分圓環(huán)的數(shù)量。
計(jì)算方法：用此方法測(cè)量罐底,其罐底*高點(diǎn)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(gè)圓柱體加上一個(gè)圓錐體，兩者地面積相等，其他部分可視為環(huán)體積，通過(guò)疊加得下式計(jì)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(cè)量點(diǎn)高度。
V底=πR2-V排 （2）
在中華人民共和國(guó)**計(jì)量檢定規(guī)程JJG 168—2005中，取m=n=8，底量計(jì)算公式：
V底=πR2（0.119792-0.018229-0.015625Ⅰ～Ⅶ） （3）
測(cè)量精度：在立式金屬油罐底量測(cè)量中，選用精度為±0.1%，量程為20m的投入式液位傳感器，它的*大絕對(duì)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(hào)的啤酒罐液位計(jì)對(duì)底量的測(cè)量精度為：±（2/50）=±4 %。
雖然對(duì)底量來(lái)說(shuō)啤酒罐液位計(jì)的測(cè)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(cè)量，誤差可達(dá)到10cm，精度為：10/50=20%。
從而，我們可以看出，采用啤酒罐液位計(jì)法，在很大程度上提高了測(cè)量精度。
3系統(tǒng)設(shè)計(jì)
將啤酒罐液位計(jì)逐一安放于各測(cè)量點(diǎn)、罐底中心點(diǎn)、下計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)和參照點(diǎn)上，這樣各點(diǎn)的液位高度被啤酒罐液位計(jì)轉(zhuǎn)換成4mA～20mA 電流信號(hào)，數(shù)據(jù)采集部分采用EDA9017 模擬量測(cè)量模塊可應(yīng)用于對(duì)壓力、溫度、電量等變送器輸出的4mA～20mA，信號(hào)的測(cè)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(shí)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**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(jì)算
任意一座立式罐，當(dāng)罐內(nèi)液位不斷上升時(shí)，會(huì)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(shí)，罐底板狀態(tài)與空罐時(shí)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(gè)增量△v。在液位由Hx1逐漸上升到Hx2的過(guò)程中，罐底板變形總體上仍呈下沉趨勢(shì)，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(shí)停止，該區(qū)域內(nèi)罐底板變形屬于自身彈性形，故又可稱(chēng)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，必須進(jìn)行實(shí)罐狀態(tài)下的修正。
在液位高度從下計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)到底量*高點(diǎn)時(shí)，JJG168—2005中，罐底單位高度的容量計(jì)算采用區(qū)間線性插值法，但是，因測(cè)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(jì)算出液高為h0、hⅠ、hⅡ、……、hm-1、hm時(shí)對(duì)應(yīng)的體積 V0、 VI、VⅡ、……、Vm-1、Vm，由拉格朗日插值多項(xiàng)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(gè)點(diǎn)中的起點(diǎn)和終點(diǎn)
序號(hào)。
在底量*高點(diǎn)以上，每個(gè)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(duì)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(gè)使用過(guò)程進(jìn)行一次完整的測(cè)量，在每一段時(shí)間間隔內(nèi)記錄所測(cè)量的數(shù)據(jù)，通過(guò)上位機(jī)的處理，得到各時(shí)刻的底量修正值。由此，可以得到較為完整的立式金屬油罐底量表。
5結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)立式金屬罐底量測(cè)量方法的分析與研究可見(jiàn)，運(yùn)用啤酒罐液位計(jì)法對(duì)底量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量可提高底量的測(cè)量精度。但是本文中將油罐的底量看作彈性形變，與實(shí)際情況有一定的差距，隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，立式金屬罐底量的測(cè)量精度還會(huì)有進(jìn)一步的改善。