一种球罐容积的测定方法技术

本发明专利技术公开了一种球罐容积的测定方法，它是在绕球罐圆周方向和到球罐壁的垂直距离大于２倍球罐半径的位置上，通过测量距离、水平角和垂直角度测定球罐容积的。该方法具有简便、快速和适用性强的优点，尤其适合用于大型球罐容积的测定。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于，更具体的说是一种通过测定球罐半径得到容积的方法。球罐一般固定在支撑架上，主要用于存储和计量液化石油气、天然气及其它化工产品，标定球罐就是最终确定球罐在不同液位高度的盛液量，以进行罐内液体存量和输转量的计算。球罐的标定方法主要分为两类。第一类为液体测定法，是通过计量罐、计量管或流量计向球罐内注入标准体积液体或自球罐内输出液体到已知体积的计量罐中测定的。这类方法对大型容器的测定成本较高，一般很少使用。第二类为几何测量法，即通过直接或间接手段测量球罐的周长或半径计算球罐的容积。主要有围尺法和经纬仪法两种。GB/T15181-94《球形罐容积标定法(围尺法)》是通过测量一条赤道圆周和两条竖直圆周的周长来标定球罐容积的，其赤道圆周可用光学垂准仪投点测量。围尺法有较高的标定精度，适用于在球罐有理想圆度，并能直接围尺的情况。但是因为多数球罐并非有理想圆度，而且由于围尺路径上的障碍物会不可避免地影响实际操作，不能直接围测整个圆周，必须分段测量，所以围尺法的准确性大打折扣。此外，围尺时的高空作业会带来测量人员的安全问题，调整尺带围绕大圆周的操作缓慢，降低了测量效率。尽管水平大圆周也可改用光学铅垂法测量，避免了高空作业，但在地面投点测量半径时，卷尺的非水平状态容易产生测量误差。JJG642-90所述的经纬仪法，是利用经纬仪根据球罐的横向大圆周的左右切点和竖向大圆周的上下切点来测定水平夹角和竖直夹角，再根据三测站横向切线夹角的角平分线确定球罐中心和球罐中心在水平面上的投影，用卷尺测量此投影到经纬仪中心投影的距离，再由该距离、水平夹角及竖直夹角计算球罐水平大圆周和竖直大圆周的半径。经纬仪法避免了高空作业，但存在如下缺陷(1)在同一测站，很难做到既能观察到横向大圆周的左切点，又能观察到右切点，既能观察到竖向大圆周的上切点，又能观察到下切点。(2)由于经纬仪观测点一般低于赤道方向，因此，理论上根本无法切测到赤道的左右切点，实际切测到的左右切点在水平面上投影形成的圆周半径要小于赤道半径。(3)测量程序烦琐费时。本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种简便、适用性强、精度高的测定球罐容积的新方法。我们发现，在距球罐一定距离的某个位置上，对准球心方向，测定球心水平角、垂直角和在该方向上测点到罐壁的距离，再获得球罐的任意切线方向的水平角和垂直角数据后，可由所得数据计算球罐壁切点到球心的半径，进而求得球罐的容积。本专利技术提供的方法是按照下列步骤进行的1、在绕球罐圆周方向的地面上，建立至少三个测站，每个测站到球罐壁的垂直距离至少为球罐半径的2倍。2、确定球心方向的水平角HM和垂直角VM(1)选择可看到与正对圆周的左右交汇点的水平弦，记录左、右交汇点的水平角HL、HR，由HM=(HL+HR)/2计算球心水平角HM，(2)选择可看到与正对圆周的上下交汇点的垂直弦，记录上、下交汇点的垂直角VU、VD，由VM=(VU+VD)/2计算球心垂直角VM，3、将仪器的水平角和垂直角调整为HM和VM，并获得球心方向到球罐壁的距离D；4、切向测量在正对球面圆周上，选择均匀分布的至少8个切点，测量每个切点的垂直角VP和对应于HM的水平夹角θ’；5、由公式R=D1-(sinVPsinVMcosθ′+cosVPcosVM)21-1-(sinVPsinVMcosθ′+cosVPcosVM)2]]>求得相对于每个切点的球罐半径R，取各切点球罐半径的算术平均值为该测站的球罐半径；6、在完成第一测站的测量之后，将光电测距仪移至其它测站，按步骤2～5进行同样测量和计算；7、取各测站所得半径的算术平均值为球罐半径并按常规方法计算球罐容积。下面结合附图说明本专利技术提供的测定方法的原理。图中S-测站中心；O-球心；M-OS与球面的交点；P-对应光电测距仪中心的球面切点；P’,O’-P,O的水平投影；θ-SP和SO的夹角；θ’-SP’和SO‘的夹角；VP’-SP与SP’的夹角；VM’-SO与SO‘的夹角。在附图的直角三角形SPO中，OP=OM=R,SM=D，OP=SO*sinθ=(OM+SM)*sinθR=(R+D)*sinθR=D*sinθ/(1-sinθ)…………………………………………(1)公式(1)中，D由光电测距仪直接得到，θ无法直接获得，为此，需确定θ与其他已知量的关系。因P’O’2=SP’2+SO’2-2*SP’*SO’*cosθ’SP’=SP*cosVp’SO’=SO*cosVm’则P’O’2=SP2*cos2VP’+SO2*cos2VM’-2*SP*SO*cosVP’*cosVM’*cosθ’……(2)因P’O’2=OQ2=OP2-PQ2=OP2-(PP’-OO’)2OP=SO*sinθPP’=SP*sinVP’OO’=SO*sinVM’则P’O’2=SO2*sin2θ-SP2*sin2VP’-SO2*sin2VM’+2*SP*SO*sinVP’*sinVM’…(3)由(2)式和(3)式及SP=SO*cosθ可得cosθ=cosVP’cosVM’cosθ’+sinVP’sinVM’………………………(4)因为VM’和VP’分别为光电测距仪所示的球心方向和切线方向垂直角VP和VM的余角，则所以(4)式为cosθ=sinVPsinVMcosθ’+cosVPcosVM………………………(5)公式(5)表明了立体夹角θ和水平夹角θ‘的关系，其中VP、VM、θ’可由测量得到，由公式(5)可求得sinθ，sinθ=1-cos2θ=1-(sinVPsinVMcosθ′+cosVPcosVM)2---(6)]]>再根据公式(1)和(6)可求各切点相应半径R。本方法所说的测站在球罐圆周方向上最好均匀分布且各测站到球罐距离保持基本相同，每个测站所选定的正对球面圆周上的切点数目，应选择均匀分布的至少8个切点，以使组合观测范围完全覆盖球罐圆周的情况下，可以基本相互抵消由于球罐的不圆度引起的误差。球罐平均半径的测量误差是△R,m为测站数，n为到球罐壁的垂直距离与球罐半径R的比值，△Ri为每个测站所得球罐半径的误差，由△R=×∑(△Ri)可知，△R与m、n和ΔRi的关系。因此，本方法所说的测站数应不少于三个，所说的测站到球罐壁的垂直距离应至少为球罐半径的2倍。本方法在确定球心方向时，可选择多条水平弦和垂直弦，以各水平弦和垂直弦对中结果的算术平均值作为球心的水平角HM和垂直角VM。本方法步骤7中所述的常规方法是指扣除罐壁厚度、计算球体体积等计算过程。本方法所用的仪器由测距单元和测角单元两部分组成，它们可以是独立的两部分，在测量现场临时组合；也可以是已将测距和测角单元同轴组合在一起的全站式电子测距仪，这样可以免去现场组合带来的平行性调整和误差修正的麻烦。当测距单元和测角单元是独立的两部分时，有同轴配置和平行配置两种方式，较好的是同轴配置方式。如测距单元和测角单元为平行配置时，所测得的距离D应由D=D-(Rb-Rb2-c2)]]>修正到球心方向，式中D’是平行配置时测距单元的测距数据，Rb本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定球罐容积的方法，其特征是该方法按照下列步骤进行： （１）、在绕球罐圆周方向的地面上，建立至少三个测站，每个测站到球罐壁的垂直距离至少为球罐半径的２倍。 （２）、确定球心方向的水平角Ｈ↓［Ｍ］和垂直角Ｖ↓［Ｍ］： （ｉ）选择可看到与正对圆周的左右交汇点的水平弦，记录左、右交汇点的水平角Ｈ↓［Ｌ］、Ｈ↓［Ｒ］，由Ｈ↓［Ｍ］＝（Ｈ↓［Ｌ］＋Ｈ↓［Ｒ］）／２计算球心水平角Ｈ↓［Ｍ］， （ｉｉ）选择可看到与正对圆周的上下交汇点的垂直弦，记录上、下交汇点的垂直角Ｖ↓［Ｕ］、Ｖ↓［Ｄ］，由Ｖ↓［Ｍ］＝（Ｖ↓［Ｕ］＋Ｖ↓［Ｄ］）／２计算球心垂直角Ｖ↓［Ｍ］， （３）、将仪器的水平角和垂直角调整为Ｈ↓［Ｍ］和Ｖ↓［Ｍ］，并获得球心方向到球罐壁的距离Ｄ； （４）、切向测量：在正对球面圆周上，选择均匀分布的至少８个切点，测量每个切点的垂直角Ｖ↓［Ｐ］和对应于Ｈ↓［Ｍ］的水平夹角θ’； （５）、由公式＊＊＊求得相对于每个切点的球罐半径Ｒ，取各切点球罐半径的算术平均值为该测站的球罐半径； （６）、在完成第一测站的测量之后，将光电测距仪移至其它测站，按步骤（２）～（５）进行同样测量和计算； （７）、取各测站所得半径的算术平均值为球罐半径并按常规方法计算球罐容积。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏进祥，关鸿权，李凤岐，林庆，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，中国石化集团石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]