能源计量中容量量值传递技术研究

摘 要：近些年，我国在石油开发及探测方面有着飞速的发展，由于我国地大物博，边疆地区的石油能源勘测，数据的处理与交易计算方式与内陆没有形成一致性，因此提出本课题的研究，即通过将容量量值技术应用于能源计量中。金属量器在能源计量中发挥着重要的作用，本研究以量器容量的检验评定为目标，阐述了容量计量方法与发展方向，就量器容量检验评定原理与设计进行说明，分析了容量量值传递过程中的核心技术操作，研发出金属量器容量检验评定方法。结果表明，该种方法具有可操作性强，节省时间，精度高，可重复使用的特征。

关键词：能源计量;容量量值;传递技术;研究探讨

1 概述

近些年，石油在国际中交易的比重逐渐增多，其中较为核心内容之一即为容量量值传递技术，该技术的数据对油产品的计量方式有着重要的影响。我国不同省市的计量研究单位，计量站点，经授权的容量计量机构等检验评定量器容积的方法比较相似，即依据自来水的压力进行水量的注入，以容量对比法为基础，采取人为读取数据并进行容积检查验证任务，一旦需要检验评定的量器数量上升，检验流程便成为了重复的工作，且数量对工作的展开有一定的影响，工作人员的作业强度无形中变成了高负荷;在控制版面与数据的记录方面需要人为进行手工操作，这对检验评定的客观性有一定的挑战，数据的精度有待进一步提高。在硬件设备的选取方面，国内较国外落后，检验评定的方法跟不上国际的步伐，实验完成的数据在存储方法的选择方面不合理，数据核算出错率较高，在提供水箱的同时，缺少过滤介质与结构不断重复环节，致使实验结束后的水流向下水道，这对公共下水道的正产运行产生了一定程度上的压力。金属量器主要用于科研方面的探索，在工作计量器具方面的使用较少，因此做到精准与高效的计量标准有一定的难度。相较于流量计（容量，动态流量变化计量设备），金属量器使用的情况明显少于流量计，同时容量量值传递过程的服务佣金与工作人员付出的精力严重失衡，因此容量量值传递技术的相关研究目前仍处于初级阶段。

2 衡量法的研究现状

科学技术在不断进步，目前的基础标准量限为0.6mL-2kL，该种量限不能迎合医疗行业与能源行业交易的需求，将基础标准量限相向延伸是目前市场所需，延伸范围约1mL-1wL。国际标准ISO3694（1985），国家标准GB6681-86《实验室用水方法与具体实验》及2002《玻璃材质标准量器》国家检查评定规章提到：以5k mL为水平，在其水平之下的蒸馏水需要使用导电率小于等于0.09mS/m。

在对该水平下的量器水质量进行检测是，需要去掉介质的质量，通过对管理接连处进行检测，连接乳胶管，对玻璃材质管道进行改进，将注水量自动化应用其中以防渗透漏出现象。容量基础标准装备出现于二十世纪中期，由于客观条件在当时使用天平进行称量，砝码的增加与减少均通过手动完成，实际作业环境与称量实验室没有任何间隔，实际测量过程中便存在着称量工作时间较长，定位精度不高重复定位，工作人员作业量大，容器内介质温度与密度受当时环境影响，数据收集与整理采用手动完成。自动化检测的研究方法，主要以计算机为辅助工具，对数据进行智能采集与调控，研发容器与增加减少部件，隔离配置，自动化可以使砝码自动变化，同时使称量工作与操作环境互不干扰，并且实现了称量过程的实时拍摄，在自动化检测平台上，介质质量与温度可以与输出相关指示一致，软件收集数据，汇总数据并自动生成检查评定报告，实践证明，自动化可以将人力成本降低，提高了基础标准配置的精确度。水密度计可用于容器检验，但因玻璃材质浮标计量受环境影响，使得介质中其他物质的吸附，在使用水密度计期间自身质量发生的改变等情况时有发生，这对测量目标密度有严重的影响，水密度则是重要影响因素。

3 容量对比法研究现状

量器内液体水温度与容器壁温度测量方法，在标准量期的检查评定与实际使用过程中，水温测试允许误差为正负0.2摄氏度，相应的容积允许误差则为正负4×10-4，在研究过程中需要因素与环境中空气温度湿度相关性，便于后期进行结构调整。在进行量器检查评定时通常使用水作为介质，设定阀门关闭的时间可以降低容器壁内残留物造成的容量偏差。

在实际计量过程中，介质品类，温度湿度等均会使残留物产生改变，对容量计量带来一定的偏差。就手动记录介质位置，开关阀门等耗时耗力的实际情况，进行自动化读取介质具体位置，温度等操作，使进出排液卡管可以自动控制，完成量器的自动化检查评定，测验与校正。正常情况下，量器检查評定在常温常压下进行，温度为20摄氏度容积数值，航空航天则使用特定容器，如零下一百多度的液氧罐，零到四十多度的液化石油气罐。检测特定量器测量时，需要对实际情况下的气温，压力等进行校正。量器第一级别配置，量限范围约1-201L，扩展的浮动约5×10-5，应用于第二级别配置量器，体积管流量计的检测，不同方式金属管道测量方面，量器有着比较多元化的应用，目前的水平已经不能满足容量量值传递需求。因此将量限范围扩至1-2k L是比较合理的。

加油装备属于交通工具燃料方面的计量器具，范围广，涉及面较大并与投资者与消费者的利益直接相关，涉及到国家燃油税收情况。至此，国内对于燃油机自主性研发还是缺少系统规范性，这使得交通加油工具没有一定的保障。因此，交通工具燃油机则在出售的时候确保了维护消费者权力问题。交通工具逐渐普及，如汽车几乎家家都有至少一辆，同时尾气排放量也在大幅增加。为了减少污染，可以设立环保燃料加气站点，将其进行改装，在我国直辖市与一线城市进行试点。能源计量的研究对其实际监督的检测，确保较高的精度，将千百万位消费者权益进行保障，这对环境治理也有一定的积极引导作用。

4 容量计量方法

主要分为三类，分别为衡量法，容量对比法与几何方法。

4.1 衡量计量方法原理

以量器内液体介质水为对象，对其进行质量与密度及温度的获取，最后求得具体体积的方式，数学表达形式为量器标准容量浮标水平线下水的质量（用M表示，单位为g），水的实时温度（用t表示，单位为℃），水的密度（用ρ水表示，单位为g/m3），并获取同一时间段内空气密度（用ρ气表示，单位为g/m3），由此可以将容量V20（单位L）表达为：

V20=M[1+β（20-t）]×10-3/（ρ砝-ρ气）ρ砝（ρ水-ρ气）（1）

表达式中材料密度的标准砝码用ρ砝表示，空气密度用ρ气表示，水密度ρ水用表示，体积膨胀指数用β表示，量器内水的质量用M表示，即M=m表+m补+（L2-L1）s。该过程使用的硬件配置包含天平，量器，砝码，水密度计，温度计，秒表。该种测量方法主要应用于量值重复出现的情况，也适用于非标装情况下的量器检查，在测量过程中，对于客观操作环境要求相对较苛刻，恒温恒压，测量步骤繁琐。

4.2 容量对比法基本原理

使用较高级别的量器通过将水倒入倒出，与目标量器进行对比并得出体积的过程，表达式为：

V20=VB[1+β1（t1-20）+β2（20-t2）+βW（t2-t1）]（2）

上式中，V20表示20摄氏度时的对比容积数值，VB表示20摄氏度时的标准量器容积数值，t1表示标准量器的水温度，t2表示对比量器水温度，β1标准量器体积膨胀指数，β2表示对比量器体积膨胀指数，βW表示水的体积膨胀指数。该过程使用的硬件配置有级别较高的量器，温度计，秒表。主要应用于较小容器的测量（对准确度有着较高的标准），在使用该方法进行量器的测量过程中，室温与水温均小于等于5摄氏度。

4.3 几何方法原理

测算容积的几何数值，包括内部与外部并获取体积数值的方法。该种测量方法使用硬件设备包含软尺与变形尺，水平标准器，偏差测量仪器，滑轮，标尺，温度计。主要适用于较大型且规则几何体，如球形，长方形等的测算。该种测量方法对客观环境要求不是很高，可以在室内进行。

5 检查评定设备原理与设计

最高级别量器使用衡量法进行检查评定，中间级别量器通过最高级别量器对比进行检查评定，最低级别量器通过中检级别量器对比进行检查评定，三者之间相互独立又相互依存，本研究以检查评定为依据，采用容量对比法与衡量法对量器数据进行检查评定以达到高效，精准的目标。

量器容量检查评定设备包含以下内容。标准，即量器;天平与密度计，容量瓶;数据获取设备，即传感器，便携传送设备，温度计;协助设备，重复使用水箱，液压调控，注水设备，手动数据读取台阶;调控设备，即电源，开关按钮，虚拟输入输出单元，调控开关;数据搜集与分析设备，即数据搜集系统与计算机软件分析系统，检验数据的核算，数据存储的备份等。本研究以中级量器与天平，密度计为标准量器，使用通信为上层与下层连接，将计算机自动化的理念应用其中。

6 容量量值传递过程中的核心技术

在研究中发现，最低级别量器对于纯度较高介质的使用频率较低，使用不同交易的油品，造成介质的污染较为严重。由于最低级别量器在能源交易中较长使用，因此对其量器的检查与评定是在容积颈部位置进行水箱分离设置。液体水处于水箱顶部，不参与整体的重复循环，该部分约占整个水箱体积的三分之一到四分之一左右，水箱主体位于其下层并装有隔离设备，以循环泵为连接枢纽进行重复使用直到实验完成。若水的质量接近目标量器容积数值，液体水平线上升速读加快，一旦调控环节出现问题，水泵持续输入水量，这将使液面水平线高于量器高度，水出现溢出现象，本次实验则以失败告终。为避免该问题的发生，在进行实验时，需要对水的注入量极值进行预算设定。一般情况下，水密度约1kg/m3，极值数据由大量的实验数据所得，对于常规检查评定有着关键的参考意义。一旦天平达到极值，调控设备则发出警报信号，水泵的开关设置改变，磁性开关自动断电，水泵终止作业，以水流逆向向上的作用，计量质量与目标质量相持平，液面水平达到实验要求，实验成功并结束。

7 结论

本研究以能源计量中容量量值传递技术为研究基础，对计量方法进行分类阐述，分析量值传递技术的未来发展方向，确定能源计量与容量量值传递技术相结合是未来发展趋势并以此为研究点进行容量量值計量原理与设计的说明，并就计量实验过程中的核心问题进行详细分析，解决了液面水平超出目标量器的问题，推进了实验的过程，使得实验可以成功顺利。在接下来的研究中，将从深层次的角度对容量量值传递技术进行分析，并与其他贸易相结合，密切联系人工智能，大数据进行科学实验研究。

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作者简介：

马丽波（1980- ），女，民族：汉，籍贯：内蒙古乌兰察布市集宁区，学历：大学本科，现有职称：副高级工程师，研究方向：计量检测。