摘要: 綜述了包括人工測量及自動測量等國內(nèi)外油罐測量方法，并對每一種測量方法進(jìn)行了分析評價(jià);提出改進(jìn)油罐測量方法的若干想法，指出了油罐測量方法的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞: 油罐;測量;液位儀;自動化

一、油罐測量方法概述

油罐測量是煉油廠、油庫、加油站等部門的一項(xiàng)重要工作，測量方法也是多種多樣。從廣義測量方法上可分為直接測量與間接測量。

通常，我們需要得到油罐中油品的體積或者是油品的質(zhì)量。由于不能夠通過高度測量直接計(jì)算出儲油體積，因此體積的測量通過測量油罐的液位，借助國家認(rèn)可的油罐容積表計(jì)算，誤差一般為0.2%，容積表反映了油高與儲油體積的關(guān)系式: ;油品質(zhì)量的測量一般通過測量油品的壓差來計(jì)算得到。

二、油罐測量方法簡述

最早的油罐測量方式是利用帶有刻度的浸入帶尺或探測尺進(jìn)行人工測量，現(xiàn)有人工量油尺、浮子鋼帶直讀式、浮球式、磁翻球式液位計(jì)等。這些測量方法直觀、可信度高、使用簡單，并且造價(jià)低，但讀數(shù)誤差較大。目前該方法在全世界依然廣泛使用，并且經(jīng)常作為標(biāo)檢其它儀表的標(biāo)準(zhǔn)。

1930年左右出現(xiàn)了浮標(biāo)尺液位儀，它在罐內(nèi)采用大而重的浮標(biāo)，以便產(chǎn)生足夠的驅(qū)動力。浮標(biāo)由一條纜繩與罐外的平衡塊相連，平衡塊帶有一個(gè)指針，能沿著油罐的外壁移動，外壁上帶有標(biāo)尺較新式的浮標(biāo)尺是由一條多孔鋼帶將浮標(biāo)連接至一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩裝置。多孔鋼帶通過一個(gè)鏈輪推動一個(gè)簡單的機(jī)械計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器的功能是作為現(xiàn)場顯示器，在顯示器上連接一個(gè)電子變送器。該液位儀典型的機(jī)械測量系統(tǒng)的精度一般在10mm范圍內(nèi)。此類液位儀由于機(jī)械摩擦因素的存在，可靠性比較差，但成本較低，使用仍然比較廣泛。

靜壓式油罐液位儀(HTG)中所謂的“靜壓測量法”采用高精度的壓力傳感器，對油品壓力進(jìn)行精確測量，根據(jù)油罐的幾何參數(shù)將其換算成質(zhì)量，省去了測溫度、測密度兩個(gè)環(huán)節(jié)(對測質(zhì)量而言)，減少了系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，因而可以獲得很高的計(jì)量精度。HTG系統(tǒng)測量質(zhì)量可達(dá)到0.5%的精度，但是測量液位的誤差卻達(dá)到40～60mm。

混合庫存測量系統(tǒng)(HIMS)將現(xiàn)代液位測量技術(shù)與HTG結(jié)合在一起，綜合了他們各自的優(yōu)點(diǎn)。它使用現(xiàn)代的伺浮或雷達(dá)液位儀來準(zhǔn)確測量液位，以便準(zhǔn)確計(jì)算庫存體積;同時(shí)，它又使用靜壓力測量變送器，準(zhǔn)確測量整個(gè)液面高度的密度，用于計(jì)算質(zhì)量。

油罐液位超聲波測量方法很多，應(yīng)用最廣泛的是脈沖回波法。其基本原理是:超聲波換能器由脈沖信號激勵發(fā)出超聲波，超聲波通過介質(zhì)傳播到達(dá)液面，形成反射波，反射波再經(jīng)介質(zhì)傳播返回到換能器，換能器把聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，由二次儀表測出超聲波從發(fā)射到接受所需的時(shí)間，再根據(jù)超聲波在介質(zhì)中傳播的速度和換能器的安裝高度，計(jì)算出液面高度。但是其精度較低，不適合高精度測量。國外產(chǎn)品的精度一般在0.1%～0.5%左右。

20世紀(jì)90年代出現(xiàn)浮子鋼帶式液位儀(VAREC2500)，它將鋼帶的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為碼盤的角位移，通過測量碼盤的角位移來獲得液位值。

電容式測量儀是通過測量介質(zhì)的介電常數(shù)，轉(zhuǎn)換后得到液位參數(shù)。由于介電常數(shù)是含水率的函數(shù)，而含水率僅隨深度變化，因此，介電常數(shù)也僅僅是隨深度變化。所以過渡層中含水率與深度的關(guān)系是

其中，α是含水率， 是過渡層厚度， 是由過渡層上部與油層相接觸處起并向過渡層內(nèi)部計(jì)算的距離。

利用油氣水介電常數(shù)的差別來確定各相界面相對于油罐的位置，從而使得計(jì)算油罐中儲油量的方法簡便，這種方法適合于測量罐中含水率為0～100%的任何情況。

光導(dǎo)電子液位儀是新型的測量裝置，它利用重力平衡方式和光導(dǎo)測量原理進(jìn)行液位自動測量。該液位儀由浮子、鋼帶、信息碼帶、重錘組成力平衡系統(tǒng)，液位信號可利用光電原理直接從信息碼帶上讀取，信息碼帶上既有人眼讀取的十進(jìn)制刻度，也有光電讀取的液位信息。碼帶上信號由液位變送器讀取后，以數(shù)字方式直接傳送給二次顯示儀表。信息的讀取變送沒有經(jīng)過任何機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換或電量轉(zhuǎn)換，取樣精度高，且無變送誤差，儀表的測量精度可達(dá)到 。

三、各種測量方法的比較

四、改進(jìn)測量方法的一些想法

基于油品長期儲存及其它原因，同一油罐內(nèi)的油品在不同高度上，密度不是按比例增加的，會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，而非線性分布，并且油罐儲量是油高和油品密度的獨(dú)立函數(shù)，再者油罐頂部是一個(gè)不穩(wěn)定的參照點(diǎn)，因此我們應(yīng)該采用雙參數(shù)、高精度、由下而上的測量方法。

自動化測量一般使用傳感器采集油罐的數(shù)據(jù)，傳感器一般分為直接可以讀取數(shù)據(jù)的和必須經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換才能得到數(shù)據(jù)的兩種類型，目前一般應(yīng)用第二種傳感器，因此，要提高測量的精度我們應(yīng)該:1、減少二次儀表的誤差。二次儀表引起的誤差主要包括信號傳輸延時(shí)誤差、信號處理誤差和脈沖計(jì)數(shù)誤差，一旦二次儀表設(shè)計(jì)完成，其硬件和軟件引起的誤差相對確定，其傳輸延時(shí)誤差和信號處理誤差可以通過計(jì)算或?qū)崟r(shí)修正。減小脈沖計(jì)數(shù)誤差的方法是采用高速計(jì)數(shù)器。2、著力研究傳感器，使得它能夠直接將測得的數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

測量的智能化程度需進(jìn)一步提高。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于油罐液位測量技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)裝置的故障自動診斷、信號智能辨識、油品泄漏自動報(bào)警等功能，既提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，又增加了液位計(jì)的功能。

總之，目前國內(nèi)油罐儲量測量系統(tǒng)存在著精度低、可靠性差、穩(wěn)定性差的問題，不能滿足實(shí)際的需要，因此油罐儲量測量仍普遍采用人工測量方法。高可靠性、高精度的油罐儲量測量系統(tǒng)是目前國內(nèi)研究的難題，也具有非常好的研究價(jià)值。

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