立式罐容量计量中应注意的几个问题

立式罐是国际间石油化工液体产品贸易计量结算的主要计量器具之一，也是我国对以上产品计量的重要强检计量器具。其计量的准确度如何，直接关系到企业和国家的经济利益以及国家计量信誉。为了保证该罐容量计量的准确性，首要问题是:检测标准装置的准确度必须符合国际标准ISO7507-2《光学基准线法》、ISO7507-4《光电内测距法》和我国JJG168-2005《立式金属罐容量》检定规程等规定的技术要求；同时，检测过程中，必须遵循其基本测量原则，科学准确地进行测量。

一、各圈板径向偏差或半径测量准确度要求

根据ISO7507-2、ISO7507-4和JJG168-2005，要求其检测设备测量的圈板径向偏差或半径*大误差不允许超过±2mm，以保证各圈板容量和总容量的计量准确度均在计量准确度允许范围之内。

ISO7507-2规定，每一条测量母线上所有测点的径向偏差均需测两次，当**次偏差读数记录之后，再微动磁性滑车，使其回到该测点，两次偏差读数之差不允许超过0.005英尺(1.5mm)。此时，以**次偏差读数为准，否则，应重新测量并查找原因。

ISO7507-2同时规定，当磁性滑车上行和下行到基圆位置时，其两次偏差读数之差也不能超过0.005英尺(1.5mm)。这就要求滑车运行在近于同一母线上。另外，ISO7507-2不仅对光学垂准仪的垂准度(1/20000)作了规定，还对其*短视距提出了要求，即当滑车处于**圈板板高3/4位置时，应能通过仪器清晰观测到滑车上水平刻度尺的读数。若仪器盲区过大，势必要选取第二圈板板高1/4位置作为基圆，由于此位置较高，难以围测得到准确的周长值。除此，还需围测**圈板3/4板高处的周长，给测量带来了不必要的困难。

ISO7507-4是通过光电测距仪(全站仪)测量罐体圈板半径或径向偏差的国际标准。该标准对测量准确度也作出了与ISO7507-2相同的规定，要求对每一圈板1/4和3/4高度处截面圆半径测量的*大允许误差不能超出±2mm。同时明确规定:对所有圈板而言，只有该圈板测量完备并对其测量数据的准确度经检验合格之后，方能进入下一圈板的测量。由此看来，测量过程要求仪器全部自动化是不现实的。

JJG168-2005对其检测仪器的准确度要求，也同国际标准一致。该规程表1“主要检定设备及技术参数”规定:所用设备均指准确度等级或*大允许误差:光学垂准仪测量范围为(0.9～25)m，在规定的测量范围内(>20m)分辨率为1mm、垂准单次测量*大误差优于±2mm；具导轨光学径向测量仪测量径向偏差测量范围为(0～180)mm，*大允许误差为±2mm。同样，在JJG988-2004《立式金属罐径向偏差测量仪》检定规程第5.2.5条光学垂准仪的计量性能要求中指出，光学垂准仪(配以移动式径向偏差测量仪)径向偏差测量的扩展不确定度，20m内不应超过2mm(<I>k</I>=2)；第5.1.3条指出，具导轨光学径向测量仪径向偏差测量的扩展不确定度，20m内不应超过2mm(<I>k</I>=2)。显而易见，此规定是非常明确的。

立式罐是国家强检计量器具，其容量检测仪器的准确度必须符合上述要求，方可获准使用。

二、全站仪测距准确度与大气修正

1.测距的准确度

根据JJG703-2003《光电测距仪》检定规程的规定，此类全站仪测距的准确度按标准偏差来分，分为4个等级。根据JJG168-2005的规定，只有I级全站仪测距标准偏差符合立式罐容量检测要求。按95%置信率考虑，I级全站仪测距*大误差为±2mm。目前，市销所谓准确度为±(2+2×10-6<I>D</I>)mm的全站仪，是Ⅱ级，其中±2mm是测距标准偏差的固定部分，不能修正；±2×10-6是标准偏差的比例系数(mm/m)；<I>D</I>为测量距离(m)。当这种全站仪应用于无棱镜反射模式(测罐)情况下，其测距标准偏差的固定误差可能增大到±3mm，甚至还会更大些(如反射面过分粗糙等)，此时，*大误差将为±6mm，甚至超出。显然，此误差已超出JJG168-2005的要求。故用全站仪测罐，全站仪的准确度应为一级。

2.测距值的大气修正

全站仪测距原理是:欲测量<I>A</I>、<I>B</I>两点的距离<I>D</I>，需将仪器置于<I>A</I>点，反射镜置于<I>B</I>点，仪器反射的光束自<I>A</I>至<I>B</I>，经反射镜反射后又返回仪器。设光速<I>C</I>为已知，光速在待测距离<I>D</I>上往返传播的时间为<I>t</I>，则距离。其中，I>C</I>0为真空中的光束值，其值为299792458m/s；<I>n</I>为大气折射率，它与测距仪所用的光源波长，测线上的气温、气压和湿度有关。当光源为氦氖激光(波长<I>λ</I>=0.6328mm)，仪器在设定的大气标准值为:<I>t</I>=20℃、气压<I>P</I>=760mmHg(101325Pa)、湿度<I>f</I>=10mmHg(1333.22Pa)状态下工作时，其大气折射率<I>n</I>修正为0；当仪器工作在非标准大气状态下，此时需输入实测温度和气压值，按以下Edlen公式对大气折射率<I>n</I>进行修正:

Δ<I>nt</I>·<I>P</I>·<I>f</I>=〔-93(<I>t</I>-20)+0.27(<I>P</I>-101325)-0.042(<I>f</I>-1333.22)〕×10-8 (1)

或根据式(1)，直接对测量示值<I>D</I>按式(2)进行修正:

<I>Dt</I>·<I>P</I>·<I>f</I>=<I>D</I>+〔93.0(<I>t</I>-20)-0.27(<I>P</I>-101325)+0.042(<I>f</I>-1333.22)〕<I>D</I>×10-8 (2)

由式(2)可知，测距时气温影响较大。当|<I>t</I>-20|=10℃、<I>D</I>=20m时，修正值|Δ<I>D</I>|=0.2mm。由此可知，在通常测量条件下，测距可不考虑温度和大气压力偏离标准值所造成的影响。若罐半径30m以上，|<I>t</I>-20|>10℃，则测距需考虑此项修正。

另外，由于罐容量表是20℃的容量值，故罐的测量半径还需通过式(3)将测量值<I>Rt</I>换算为标准温度20℃值<I>R</I>20:

<I>R</I>20=<I>Rt</I>〔1+<I>α</I>(20+<I>t</I>)〕 (3)

式中:<I>α</I>——罐材线胀系数。

如果罐的半径是通过围测基圆周长和径向偏差求得的，由于钢卷尺和罐材的线胀系数近似相等，而径向偏差(通常不超过200mm)修正量又可忽略不计，故此法求得的半径不需温度修正，即为标准温度值(20℃)。由此看来，通过径向偏差求取半径法优越于半径直接测量法。

三、水平测点均匀偶数分布与对称测量的必要性

由于罐的各圈板焊接不可能使其中心均位于同一铅垂线上，故所测得的同一截面各测点的径向偏差不等，如图1所示。此时，若由于某种原因不能实现测点对称等距分布进行测量，将会给测量结果带来明显的误差。为了减小此影响，除进行多点测量外，还需要使测点数为偶数，测点为等距对称分布，这是确保测量量值准确的必要条件。若由于盘梯或其他障碍物的影响，对此范围的多个测点径向偏差不能全部进行测量，此时仅依据局部测点测量求得的径向偏差平均值即会带来一定的附加误差。这里举一实例加以说明。2009年3月，某检测单位对一基圆周长为94326.5mm的油罐进行测量，第7圈板上截面的径向偏差平均值为105.8mm，所用垂准仪法测点的*大读数为145.5mm，若舍去此点，径向偏差平均值此时为101.2mm。于是，产生的附加误差为4.6mm(105.8-101.2)。为了免去此误差，必须用其他可行性检测仪器测量。另外，测量点必须远离竖焊缝300mm之外，也不能测量凹凸之处，**，因其没有代表性；第二，凹凸之处当罐内贮入液体之后会发生变化，会使罐体截面趋为近似理想圆。这已被实验证实。

图1 圈板中心偏离分析图

四、结束语

为使罐的容量计量达到国际标准和检定规程所要求的准确度，与国际接轨，确保企业、国家的经济利益，检测时，必须按计量法规规定，使用准确度合格的检测设备，同时按国际标准、国家计量检定规程的条款严格的科学计量。