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酸液液位計(jì)在立式罐底量增量測量中的應(yīng)用
立式金屬罐是國際間石油化工產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)算的主要計(jì)量器具之一，也是我國國內(nèi)貿(mào)易結(jié)算的重要計(jì)量器具，對其容量的準(zhǔn)確計(jì)量，直接關(guān)系到我國對內(nèi)、對外貿(mào)易的經(jīng)濟(jì)利益。而要準(zhǔn)確地計(jì)量立式罐容量，給出液位H 與相應(yīng)的容量V（H）之間的關(guān)系，必須涉及到罐底量增量的測量與計(jì)算問題。本文針對于這個(gè)常見測量需求提出一個(gè)新的思路，就是通過酸液液位計(jì)進(jìn)行相應(yīng)液位的測量。
1.1 立式罐底量的形成立式金屬罐一般都是在現(xiàn)場焊接安裝，底板直接鋪在油罐基礎(chǔ)上。底板受到罐內(nèi)油料壓力和罐基礎(chǔ)支撐力，所受合力為零。油罐基礎(chǔ)是油罐殼體本身和所儲(chǔ)油品重量的直接承載物，并將這些載荷傳遞給地基土壤。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)數(shù)10cm，甚至更多。立式罐罐底呈不規(guī)則形狀，罐底量指罐底*高點(diǎn)平面以下的罐底容量，
如圖1 陰影部分所示。
圖1 罐底量及相對液位測量點(diǎn)分布圖
1.2 立式罐底量測量的基本方法現(xiàn)有的測量方法有容量比較法和幾何測量法。
1.2.1 容量比較法容量比較法是將水或石油產(chǎn)品從標(biāo)準(zhǔn)罐注入到被檢定罐內(nèi)，直至液體將罐底*高突起部分恰好浸沒為止，這時(shí)罐底的底量就等于從標(biāo)準(zhǔn)罐中注入被檢定罐中的液體之體積。
1.2.2 幾何測量法根據(jù)立式金屬罐容量試行檢定規(guī)程，把圓錐體底圓分成M 個(gè)同心圓，根據(jù)所分圓環(huán)面積相等條件決定半徑。圓錐體分為一個(gè)小圓錐和多個(gè)圓臺(tái)。在每個(gè)圓心圓周測N 個(gè)點(diǎn)，即測N 個(gè)點(diǎn)到罐底中心的高度。底量測量原理見圖2。
罐底不規(guī)則圓錐體體積見式（1）。
式中：K=M · N；R 為罐底的半徑；H0 為罐底中心高度；HI 為圓周（I）上測點(diǎn)高度；HM-1 為圓周（M-1） 上測點(diǎn)高度。M 和N 由精度確定。通常取M=N=8，則此時(shí)底部變形量為：
在容量比較法中標(biāo)準(zhǔn)罐本身就存在誤差，而幾何測量法是在空罐的情況下測量的，裝液后罐底量一定會(huì)有不同程度的沉降，所以要對其作進(jìn)一步的修正。這就要求能在線測量罐底量隨液位高度增加引起的變化。為此，本文提出了一種新的實(shí)時(shí)測量方法：酸液液位計(jì)法。
2.1 測量方案及系統(tǒng)硬件構(gòu)成測量系統(tǒng)構(gòu)成如圖3 所示。
將酸液液位計(jì)逐一安放于各測量點(diǎn)、罐底中心點(diǎn)、下計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)和參照點(diǎn)上（如圖1 和圖2），這樣各點(diǎn)的液位高度被酸液液位計(jì)轉(zhuǎn)換成4~20mA電流信號，經(jīng)模擬量測量模塊轉(zhuǎn)換成RS-485 電平后，再通過RS-485 總線實(shí)時(shí)傳入計(jì)算機(jī)，并根據(jù)JJG168-2002 檢定規(guī)程中給出的立式罐底量計(jì)算公式算出不同液位修正量，形成底量增量的修正表，與原有的罐容表形成完整的罐容表，從而建立了新的立式罐計(jì)量檢定系統(tǒng)。
2.2 酸液液位計(jì)工作原理
2.2.1 工作原理酸液液位計(jì)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4~20mA 的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，這一信號可通過電纜遠(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，保證了測量精度。例如：設(shè)投入到液體中的變送器膜片受到液體壓力為P，大氣壓力為P0，液體比重為T，液位深為H，則P=P0+TH。由于用導(dǎo)氣電纜引入大氣壓力從而抵消了大氣壓力的影響，所以P=TH。若被測液體比重一定，則液體壓力P 與液位深度成正比關(guān)系，則測得液體壓力P 就能知道液體的深度。
2.2.2 采用中空透氣電纜進(jìn)行大氣補(bǔ)償?shù)脑碛?strong>酸液液位計(jì)測量原理圖可知，加在敏感元件上的壓力為P=P0+ H。如果敏感元件完全密封在殼體里，內(nèi)部一點(diǎn)氣也不透的話，大氣的變動(dòng)對于敏感元件來說，就相當(dāng)于水深變化—樣。例如，當(dāng)被測量的水深為5m 時(shí)（比重=1），大氣壓強(qiáng)變動(dòng)10mmbar，則造成的測量誤差為：10mmbar=1.01972×102mmH2O，5m=5000mmH2O，誤差為：101.97/5000≈2%。由此可見，大氣變動(dòng)對液位測量造成的誤差是相當(dāng)大的。為了解決這一問題，在保證液位計(jì)密封性能的前提下，加裝帶有透氣管的屏蔽電線，可從根本上解決大氣變動(dòng)給酸液液位計(jì)帶來的測量誤差問題。
2.2.3 酸液液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
（1）能實(shí)時(shí)測量罐底各點(diǎn)液位，并傳入電腦形成底量增量容積表。
（2）經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性能可靠、安裝方便，而且完全可以達(dá)到油罐測量精度。
（3）密封性好，測量元件不與介質(zhì)直接接觸，這樣就避免了介質(zhì)對元件的腐蝕，故可測量各種油品。
（4）采用中空透氣電纜進(jìn)行大氣補(bǔ)償，有效抵消了大氣壓力影響造成的誤差。
2.3 模擬量測量模塊EDA9017模擬量測量模塊EDA9017 能測量酸液液位計(jì)輸出的4~20mA 電流信號。輸出為RS-485 電平，可用雙絞線遠(yuǎn)傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。其指令集為ASCⅡ碼或16 進(jìn)制，方便計(jì)算機(jī)編程。EDA9017 采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通過RS-485 總線傳入計(jì)算機(jī)，由于距離較近，速度要求不高，所以計(jì)算機(jī)可與EDA9017 通過串行口COM1 進(jìn)行通訊。由于EDA9017 輸出的是RS-485 電平，而一般的計(jì)算機(jī)串行口兼容是RS-232 電平，所以要用RS-232/RS-485 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。RS-232/RS-485 轉(zhuǎn)換器采用EDA485G，它是雙向的轉(zhuǎn)換器，既可把RS-485 電平轉(zhuǎn)換成RS-232 電平，又可把RS-232 電平轉(zhuǎn)換成RS-485 電平。
2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用VB6.0 開發(fā)，可運(yùn)行于Windows98、Windows XP 平臺(tái)。PC 機(jī)作為上位機(jī)處于主動(dòng)狀態(tài)，通過編程完成各種功能，如讀寫配置、數(shù)據(jù)采集、保存及處理等功能。而下位機(jī)EDA9017 主要完成數(shù)據(jù)上傳功能。EDA9017 的通訊協(xié)議遵循ASCⅡ碼協(xié)議格式，與上位計(jì)通信之前必須進(jìn)行初始化，用軟件對其進(jìn)行模塊地址和波特率的配置。本文提出的酸液液位計(jì)法在不破壞立式罐底量計(jì)量特性的前提下實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)測量，有助于提高立式罐底量測量的準(zhǔn)確度，對于罐底量增量是一種經(jīng)濟(jì)適用的測量方法。
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