肖 翀 湯志彪 何 勇

1.中國石化銷售有限公司江西分公司，南昌 330029 2.江西省計(jì)量測(cè)試研究院，南昌 330002

全站儀檢測(cè)立式金屬罐容量方法的探索

肖 翀1湯志彪2何 勇2

1.中國石化銷售有限公司江西分公司，南昌 330029 2.江西省計(jì)量測(cè)試研究院，南昌 330002

全站儀法測(cè)量立式金屬罐有兩種方法，即內(nèi)測(cè)法和外測(cè)法。本文主要論述這兩種方法原理與測(cè)量的基本過程，在同一立式金屬罐，以兩種測(cè)量法得到的半徑與容量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而來說明全站儀測(cè)量立式金屬罐方法重復(fù)性較好，且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果達(dá)到了國家檢定規(guī)程的要求。

立式金屬罐；全站儀；內(nèi)測(cè)；外測(cè)；容量

立式金屬罐是石油原油和成品油儲(chǔ)存并進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的重要計(jì)量器具，其容量檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性涉及貿(mào)易結(jié)算的金額巨大。但立式金屬罐容量傳統(tǒng)檢測(cè)方法工作量大，而且危險(xiǎn)性較高，多年來給檢測(cè)人員帶來不便，甚至有的金屬罐容量無法檢測(cè)。

近年來，隨著光電測(cè)距法的發(fā)展，為檢測(cè)立式金屬罐容量提供了新的解決方案。全站儀是智能化光電測(cè)距的典型產(chǎn)品，通過開發(fā)相關(guān)控制軟件，使檢測(cè)過程自動(dòng)化程度高，可做到從數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的全程數(shù)字化，有利于減輕工作強(qiáng)度，提高整個(gè)檢測(cè)過程的效率，比傳統(tǒng)方法可減員1半以上。同時(shí)，全站儀法解決了傳統(tǒng)方法的局限，提高了對(duì)立式金屬罐容量檢測(cè)的覆蓋率，其結(jié)果的準(zhǔn)確性也確保了企業(yè)和消費(fèi)者的合法權(quán)益。

全站儀檢測(cè)立式金屬罐容量，其主要有外測(cè)和內(nèi)測(cè)兩種方法，前者跟傳統(tǒng)徑向偏差法的測(cè)量?jī)x原理一樣，后者原理是通過全站儀在罐內(nèi)掃描同一水平面不同的點(diǎn)，然后通過軟件根據(jù)各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，擬合成圓，得到圓的直徑即為該罐某平面的一個(gè)直徑。

1 全站儀內(nèi)測(cè)法的原理及程序

用內(nèi)測(cè)法對(duì)金屬立式罐進(jìn)行容量檢測(cè)時(shí)，理論上可將全站儀放置金屬罐罐內(nèi)的任何地方，但為了提高測(cè)量速度，一般盡量把儀器置于罐的中央。在任一角度設(shè)立個(gè)起始方向，這樣可以每隔一定的水平角度或距離來采集金屬罐內(nèi)壁相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)，在機(jī)載軟件的控制下，各圈板水平斷面測(cè)量時(shí)，全站儀自動(dòng)調(diào)整測(cè)點(diǎn)高度，保證斷面上各測(cè)點(diǎn)在規(guī)定的水平限差之內(nèi)，各點(diǎn)的坐標(biāo)自動(dòng)記錄在儀器內(nèi)存中。采集的測(cè)量點(diǎn)越密集，其計(jì)算出來的半徑就愈接近金屬罐的實(shí)際半徑，其采集簡(jiǎn)圖如圖1所示：

圖1 全站儀內(nèi)測(cè)法簡(jiǎn)圖

規(guī)定一個(gè)方向?yàn)閄方向，垂直X的方向?yàn)閅方向，豎直方向?yàn)閆方向，在此坐標(biāo)系下，設(shè)罐中心坐標(biāo)為（A，B），如圖1所示：

開始時(shí)，令A(yù)0=0，B0=0，按下列迭代公式進(jìn)行計(jì)算，

Am、Bm為 m步的罐中心坐標(biāo)X、Y的坐標(biāo)。

上面計(jì)算中第m步和第m-1步計(jì)算的金屬罐半徑Rm和Rm-1之差小于0.1mm，即＜0.1mm，R為最終的半徑。

2 外測(cè)法的原理及方法

外測(cè)法原理與光學(xué)垂直線法原理一樣，都是測(cè)量相對(duì)基圓的徑向偏差，所以又稱全站儀徑差法，主要是基圓圍尺測(cè)量和多測(cè)站徑差測(cè)量相結(jié)合，每一個(gè)測(cè)站架設(shè)后，切取立式罐的兩側(cè)夾角，然后把儀器定為該夾角的一半處，此時(shí)全站儀前方正對(duì)方向?yàn)閺较蚱罘较?，示意圖見圖2所示：

圖2 全站儀相切法徑差方向簡(jiǎn)圖

根據(jù)規(guī)程，測(cè)存每圈板的1/4與3/4處的數(shù)據(jù)，軟件就自動(dòng)轉(zhuǎn)化為各圈板的平距與基圓平距，最后相比較，來測(cè)量徑向偏差的大小，其簡(jiǎn)圖如圖3所示：

圖3 全站儀外測(cè)法簡(jiǎn)圖

3 內(nèi)外測(cè)法半徑對(duì)比

內(nèi)測(cè)法主要是測(cè)出相對(duì)于全站儀所處的坐標(biāo)的相對(duì)位置，測(cè)得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來，經(jīng)過軟件處理后，自動(dòng)倒出各圈板的內(nèi)徑；外測(cè)法是測(cè)量全站儀的中心位置與立式金屬罐的各圈板的平距。兩種方法各有其優(yōu)點(diǎn)，但內(nèi)測(cè)法必須進(jìn)罐體內(nèi)才能進(jìn)行測(cè)量，而外測(cè)法可以避之，即使在罐體裝載油料的情況下亦能進(jìn)行測(cè)量。外測(cè)法關(guān)鍵是全站儀中心點(diǎn)與罐體間平距需要一定的間距，且測(cè)量仰角不能太大（50o仰角范圍內(nèi)誤差可以忽略），激光點(diǎn)必須得穿過圓心的特點(diǎn)，對(duì)于立式金屬保溫罐，外測(cè)顯得無能為力了。與傳統(tǒng)的光學(xué)垂準(zhǔn)線測(cè)量法等比較，全站儀法還是有其相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)的。

為了實(shí)際檢驗(yàn)全站儀立式油罐容量標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng)的性能，2015年元月初，在江西石化某油庫，利用“全站儀立式油罐容量標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng)”內(nèi)測(cè)法獲取容量標(biāo)定結(jié)果，并與外測(cè)法容量標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行全面比對(duì)。

該石化基地新建圓筒立式油罐10多個(gè)，其中2000立方米對(duì)接內(nèi)浮拱頂罐3個(gè)。表1、2分別列出了罐號(hào)為2001#的2000立方米油罐容量標(biāo)定比對(duì)結(jié)果。從表中可以看出，全站儀容量標(biāo)定的結(jié)果，無論是其2次重復(fù)性，還是與外測(cè)法容量標(biāo)定結(jié)果的比較，其相對(duì)較差精度基本上比國標(biāo)中要求的1/1000高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

表1 2001#罐全站儀內(nèi)測(cè)法容量標(biāo)定重復(fù)性結(jié)果

表2 2001#罐全站儀內(nèi)外測(cè)容量標(biāo)定的對(duì)比結(jié)果

4 總結(jié)

全站儀檢測(cè)立式金屬罐容量法目前已得到廣泛的應(yīng)用，根據(jù)國家檢定規(guī)程，編制相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理運(yùn)算軟件，使得金屬罐的罐容表計(jì)算以及證書都一次性完成。全站儀法測(cè)量立式罐容量有著準(zhǔn)確度較高、效率高和兼容性好等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，漸漸得到客戶的信賴。除檢測(cè)立式金屬罐容量外，全站儀還可以檢測(cè)球罐與各種不規(guī)則的油罐容量等，在此不贅述。