立式金屬罐是工業(yè)生產(chǎn)中最為常見(jiàn)的計量容器之一，相比較于臥式儲罐，立式儲罐的計量準確度一直廣受關(guān)注，在為立式儲罐的特殊性，影響立式金屬儲罐準確度的因素較多，最中影響最大，最復雜的就是如何準確計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)至今日，對其變化規律的掌握仍然不太準確。在中華人民共和國國家計量檢定規程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(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)生的規律。油罐裝油后，基礎將發(fā)生下沉，隨地基土壤空隙的不同，基礎沉陷量也不同，嚴重時(shí)沉陷量可達10cm。頂裝式柴油液位計在底量測量中的應用，將會(huì )實(shí)現在線(xiàn)實(shí)時(shí)測量，建立底量容積表，從而提高立式金屬罐底量測量的準確度。本文針對于立式金屬罐的測量方法提出的解決方案，采用頂裝式柴油液位計法進(jìn)行底量的實(shí)時(shí)測量，對此方法進(jìn)行評價(jià)，構建完整的基于頂裝式柴油液位計的底量增量實(shí)時(shí)測量系統。
1容量比較法
將水或液體石油產(chǎn)品從標準金屬量器或流量計注入到被檢定罐內，同時(shí)用量油尺測出罐底注入的液面高度，直至液體分別浸沒(méi)至下計量基準點(diǎn)和罐底最高突起部分，測量注入液體的溫度，進(jìn)行修正。從標準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，下計量基準點(diǎn)的液高為底量高度。用容量比較法測量罐底，根據實(shí)際測量數據，用線(xiàn)性插值法計算出相應高度容量。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。
采用容量比較法測量立式罐底量具有直觀(guān)、準確度高的特點(diǎn)．但費時(shí)費力、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)法用幾何法測量時(shí)才采用。
2頂裝式柴油液位計法
2.1頂裝式柴油液位計工作原理
頂裝式柴油液位計由壓力傳感器、信號放大器及轉換電路組合成一體，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，將有電信號輸出。此信號經(jīng)過(guò)放大轉換后即可把液位高度轉換成4mA-20mA 的標準電流信號，這一信號可通過(guò)電纜遠傳至計算機或遠程監控站。其中變送器采用導氣電纜將大氣壓力引入敏感元件背壓一側，導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基于頂裝式柴油液位計的測量方法
測量點(diǎn)的確定：測量點(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。測量點(diǎn)的數目由底量測量所需準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算同心圓環(huán)至中心距離：
式中：R—第一圈板內半徑；
m—等分圓環(huán)的數量。
計算方法：用此方法測量罐底,其罐底最高點(diǎn)以下容量（V底），罐底部排量如圖中斜線(xiàn)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)疊加得下式計算：
V排=πR2（）（1）
式中：V底—罐底部分容量，為高度h的函數；
h0—罐底中心高度；
hⅠ，hⅡ……hm-1—圓周m-1測量點(diǎn)高度。
V底=πR2-V排 （2）
在中華人民共和國國家計量檢定規程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，它的最大絕對誤差為：
20000×（±0.1%）=±20mm=±2cm。
一般情況下，立式油罐底量大約在40cm～50cm，則使用此型號的頂裝式柴油液位計對底量的測量精度為：±（2/50）=±4 %。
雖然對底量來(lái)說(shuō)頂裝式柴油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，誤差可達到10cm，精度為：10/50=20%。
從而，我們可以看出，采用頂裝式柴油液位計法，在很大程度上提高了測量精度。
3系統設計
將頂裝式柴油液位計逐一安放于各測量點(diǎn)、罐底中心點(diǎn)、下計量基準點(diǎn)和參照點(diǎn)上，這樣各點(diǎn)的液位高度被頂裝式柴油液位計轉換成4mA～20mA 電流信號，數據采集部分采用EDA9017 模擬量測量模塊可應用于對壓力、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機作為數據處理終端，以COM端作為數據采集端口，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接口轉換器，實(shí)現數據轉換。數據到達上位機后，軟件部分采用VB6.0進(jìn)行編程，完成數據的分析處理，形成完整的底量增量系統，并與國家大容量檢定系統相連接，完善立式金屬罐的檢定系統。
4底量容量表計算
任意一座立式罐，當罐內液位不斷上升時(shí)，會(huì )產(chǎn)生底量增加值△V，即由于罐底板下降導致罐容量增加。當液位值從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。當液位上升到Hk1的一瞬間．罐底板突然“失穩”，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，底量增量△v不斷增大 ，每一小區間上可看作線(xiàn)性變化，直至液位達到Hx2時(shí)停止，該區域內罐底板變形屬于自身彈性形，故又可稱(chēng)為彈性變形區。在此區域內，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。
在液位高度從下計量基準點(diǎn)到底量最高點(diǎn)時(shí)，JJG168—2005中，罐底單位高度的容量計算采用區間線(xiàn)性插值法，但是，因測量很難是線(xiàn)性的，結果誤差較大，所以。在此采用準確度較高的拋物插值法。根據式（1）、式（2）和式（3）可分別計算出液高為h0、hⅠ、hⅡ、……、hm-1、hm時(shí)對應的體積 V0、 VI、VⅡ、……、Vm-1、Vm，由拉格朗日插值多項式可確定區間（hm，hm-1）內k高度的插值體積，插值函數為：
圖1罐底變形規律曲線(xiàn)
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。
在底量最高點(diǎn)以上，每個(gè)小區間上，將液面高度與底量增量看作線(xiàn)性變化，即可得出單位高度所對應得底量增量值。將某一立式金屬罐從裝滿(mǎn)液體到空罐整個(gè)使用過(guò)程進(jìn)行一次完整的測量，在每一段時(shí)間間隔內記錄所測量的數據，通過(guò)上位機的處理，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結束語(yǔ)
通過(guò)對立式金屬罐底量測量方法的分析與研究可見(jiàn)，運用頂裝式柴油液位計法對底量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)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(shí)際情況有一定的差距，隨著(zhù)測量技術(shù)的發(fā)展，立式金屬罐底量的測量精度還會(huì )有進(jìn)一步的改善。