JJF(京) 5004-2024 三維激光掃描儀法臥式金屬罐容積校準(zhǔn)規(guī)范

CalibrationSpecific2024-05-16發(fā)布2024-07-01實(shí)施三維激光掃描儀法臥式CalibrationSpecificationfo歸口單位：北京市市場監(jiān)督管理局主要起草單位：內(nèi)蒙古自治區(qū)計(jì)量測試研究院參加起草單位：烏海市檢驗(yàn)檢測中心本規(guī)范主要起草人：參加起草人：I （8） （9） 同構(gòu)成支撐本規(guī)范制定的基礎(chǔ)性系列規(guī)范，結(jié)合我國臥式金屬罐1三維激光掃描儀法臥式金屬罐容積校準(zhǔn)規(guī)范本規(guī)范適用于使用三維激光掃描儀法（光電幾何測量法容積（10～100）m3的臥3.1.3臥式金屬罐內(nèi)水平掃描圈面積areaofhorizontalscanningcirclein將三維激光掃描儀放入臥式金屬罐內(nèi)，在測量軟件驅(qū)的光電幾何測量法，包括豎直掃描法和水平掃描法，三維激光掃描儀通過掃描測量臥式金屬罐內(nèi)3.1.7水平掃描法horizon2屬罐容積(見附錄A)。3.2計(jì)量單位4概述4.2結(jié)構(gòu)臥式罐是水平安裝的圓筒形金屬罐，由筒體、封頭(頂板)、計(jì)量口、人孔、進(jìn)出管線及其它附件組成。筒體為臥式圓筒形，由若干圈板焊接而成(見圖1)。3環(huán)境溫度：(5～40)℃;環(huán)境濕度：相對濕度不大于85%。滿足在爆炸性氣體危險場許誤差為±0.2℃,并滿足47.2.1豎直掃描法7.2.1.1在臥式罐檢尺點(diǎn)，用測深鋼卷尺測量罐內(nèi)豎直徑、罐內(nèi)余液液位高度；用鋼直尺7.2.1.2按照三維激光掃描儀使用說明書，用數(shù)據(jù)線連接三維激光掃描儀和裝有測量和計(jì)算軟件的計(jì)算機(jī)，將三維激光掃描儀固定安放在專用測量支將三維激光掃描儀放在臥式罐內(nèi)部，接近底部，若罐內(nèi)有余液，要將液面之上(不接觸液面),盡可能放平，并在人孔口固定好測量支架。打開三位激光掃描儀和計(jì)算機(jī)開關(guān)，在測量軟件內(nèi)輸入被測臥式罐的頂板類型、(掃描點(diǎn)數(shù)等距離分布)等，由計(jì)算機(jī)驅(qū)動三維激光掃描儀自動掃描測量，三維激光掃描儀首先進(jìn)行自動整平，整平后建立如圖2或圖3所示的三維直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)是測站中心(坐標(biāo)系的建立是隨意的)。在圖2中，三維坐標(biāo)按(1)式計(jì)算：xp、yp、Zp---P點(diǎn)(測量點(diǎn))的三維坐標(biāo)mm;JJF(京)5004-20245φ---線段0P與坐標(biāo)平面xoy的夾角(線段0P在坐標(biāo)平面xoy內(nèi)的正投影與線段0P的夾角)°或rad;在圖3中，三維坐標(biāo)按(2)式計(jì)算：xp、y、zp---P點(diǎn)(測量點(diǎn))的三維坐標(biāo)mm;φ---線段0P與坐標(biāo)平面xoy的夾角(線段0P在坐標(biāo)平面xoy內(nèi)的正投影與線段OP的夾角)°或rad;67.2.1.3掃描測量(見圖4)b)坐標(biāo)原點(diǎn)在掃描平面內(nèi)，垂直于罐體水平走向線掃描一圈，取該掃描圓圈上的四個c)坐標(biāo)原點(diǎn)在掃描平面內(nèi)，掃描平面平行于罐體水平走向向量，并垂直于水平面掃描半圈多(能掃描到該掃描平面上罐體兩端最遠(yuǎn)部位),確定封頭位置和罐體的傾斜情況；d)根據(jù)上述確定的掃描圓圈圓心位置，該圓心在掃描平面矯正封頭位置；加強(qiáng)罐體兩段最遠(yuǎn)部位的掃描，確定罐內(nèi)總長；e)垂直于罐體水平走向線，在直圓筒長的1/8、3/8、5/8、7/8處(或設(shè)定的其它比例)掃描圓周，確定罐體各掃描圓周的半徑和直徑，完成第一次掃描測量；f)在掃描測量過程中，遇到障礙物可以選擇跳過該點(diǎn)7.2.1.4用三維激光掃描儀掃描測量的同時，用溫度計(jì)測量臥式罐內(nèi)的環(huán)境溫度。7.2.1.5符合用戶安全要求的臥式罐，校準(zhǔn)人員用鋼直尺、鋼卷尺等進(jìn)罐測量罐內(nèi)附件體積和附件相對計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)的起始點(diǎn)和終點(diǎn)高度。罐內(nèi)附件包括扶出油管等。也可按施工圖紙?zhí)峁┑匿摬某叽?或鋼材質(zhì)量),計(jì)算附件體積。7.2.1.6臥式罐應(yīng)進(jìn)行三次容積值測量，取其平均值，第二、三次的測量方法和第一次相77.2.1.7三維激光掃描儀測量臥式傾斜角度，罐內(nèi)直圓筒（含直圓筒伸長體）容積，頂V總---罐底至罐內(nèi)高度H處罐內(nèi)總?cè)莘eL；V直---罐底至罐內(nèi)高度H處罐內(nèi)直圓筒（含直圓筒伸長體）容積L；V頂---罐底至罐內(nèi)高度H處罐兩端頂板（封頭）總?cè)莘eL；V附---罐底至罐內(nèi)高度H處罐內(nèi)附件體積L。為零點(diǎn)，但液位計(jì)有測量盲區(qū)時，容積表也該液位以下高度和本次校準(zhǔn)液位計(jì)最高液位以上高度的容積值只作為參考，不作計(jì)量使9.2容積表可以使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行編制。軟件可校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)在校準(zhǔn)證書或報告上反映。校準(zhǔn)證書或報告應(yīng)至少包括如下信息：a)標(biāo)題：“校準(zhǔn)證書”；b)實(shí)驗(yàn)室名稱和地址；c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)（如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同d)證書或報告的唯一性標(biāo)識（如編號），每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識；e)客戶的名稱和地址；f)被校對象的描述和明確標(biāo)識；g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期，若與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性及應(yīng)用有關(guān)時，應(yīng)說明被校對象的接收8h)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識，包括名稱及代號；i)本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明；k)校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明；m)校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識；n)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明；o)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)制證書或報告的聲明。決定的，因此送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)9a)確定臥式罐內(nèi)殘留液體體積，測量檢尺點(diǎn)內(nèi)豎直徑、余液液位高度、罐內(nèi)氣溫、計(jì)量c)確定罐內(nèi)水平掃描圈數(shù)。一般，在同一A.2校準(zhǔn)操作平，并在測量軟件內(nèi)，輸入水平掃描圈數(shù)、相鄰水平掃掃描點(diǎn)數(shù)等，7.2.1.3a)確定罐體走向，7.2.1.3b)測量軟件自動確定各水平掃描圈位置后，先掃描最下部的水平掃描圈面積，在每個水平掃描圈的掃描過程中，要確定如圖A.2所示的Ai、Bi、Ci的三維坐標(biāo)，測量坐標(biāo)原點(diǎn)到這四點(diǎn)的距離，并要測量出∠AiOiBi、∠BiOiCi、∠CiOiDi和∠DiOiAi的大小。測量完成，從臥式罐中取出三維激光掃描儀。BiAiOOiCiDi注：Ai、Bi、Ci、Di分別是第i個水平掃描圈上的點(diǎn)；Oi點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)在第i個水平掃描圈平面內(nèi)的正投影點(diǎn)。三維激光掃描儀法臥式金屬罐容積校準(zhǔn)系統(tǒng)應(yīng)具有符合本規(guī)范規(guī)定數(shù)學(xué)模型的容積計(jì)算軟件，該容積計(jì)算軟件應(yīng)具有人工剔除離群值的L1iBiAiL1iBiL4iL3iLL4iL3iL2iOiCiDiOCiDiO注：O點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)；Oi點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)在第i個水平掃描圈平面內(nèi)的正投影點(diǎn)。L1 i2OiCiL2iOiCi2L3i=L3i=L4iiAii2BiAiL1iL2iLL1iL2iL4iL3iS4iOiS2iS1iS3iCiDiSi+S2i2i)2∠BiOiCi2S2i=L2iL3isin∠CiOiDi23i4i)2∠DiOiAi2S4i=L4iL1isin∠BiOiAi2Si---第i個水平掃描圈面積mm2；S1i---扇形BiOiCi面積mm2；S2i---三角形CiOiDi面積mm2；S3i---扇形DiOiAi面積mm2；S4i---三角形AiOiBi面積mm2；﹤AiOiBi、﹤CiOiBi、﹤CiOiDi、﹤AiOiDi的單位為弧度rad。V2V2---測量區(qū)域累積容積L；Si---第i個水平掃描圈面積mm2；e)液位高度hi處臥式罐容積Vhi（20℃)計(jì)算公式見（A.3）式V2Vhi---液位高度hi處臥式罐容積L；V1---測量區(qū)域最低點(diǎn)以下殘留液體體積L；V2---液位高度hi時測量區(qū)域累積容積L。A.4容積表編制 10)/dir110)/di1di0)20)2r2a2b2c2di= 1)21)21)2di=第m步： )2rm di)2a0r1～rm----第一步到第m步圓圈半徑計(jì)算結(jié)果mm；a1～am----第一步到第m步圓圈圓心坐標(biāo)x的計(jì)算結(jié)果mm；b1～bm----第一步到第m步圓圈圓心坐標(biāo)y的計(jì)算結(jié)果mm；c1～cm第一步到第m步圓圈圓心坐標(biāo)z的計(jì)算結(jié)果mm。當(dāng)連續(xù)兩次計(jì)算半徑之差的絕對值｜rm－rm-1|≤0.1mm時，停止上述迭代計(jì)算，并以B.1.3罐體傾斜狀態(tài)下，準(zhǔn)確性受到影響的測得值，要對其h=(L2?Lh---頂板平均高度mm；L2---罐體內(nèi)總長mm；L1---直圓筒長度mm。h2R1R1弧形頂球缺部分內(nèi)半徑mm；r---過渡曲線體內(nèi)半徑mm，由制造圖紙獲得或者擬合二次曲面求解得到；R---直圓筒內(nèi)半徑mm；h---弧形頂內(nèi)高mm。R1---弧形頂球缺部分內(nèi)半徑mm；r---過渡曲線體內(nèi)半徑mm，由制造圖紙獲得或者擬合二次曲面求解得到；h---弧形頂內(nèi)高mm。β=arcsinzC、zD---分別是C點(diǎn)和D點(diǎn)的z坐標(biāo)mm。當(dāng)計(jì)量口檢尺點(diǎn)內(nèi)豎直徑與直圓筒的平均直徑不一致時，則在計(jì)算直圓筒部分容積H=H1+?H1（B.7）H---修正后的計(jì)量高度mm；H1---檢尺點(diǎn)測出的液高mm；?H1=(D1D1---檢尺點(diǎn)測出的內(nèi)豎直徑mm；D---直圓筒的平均內(nèi)直徑mm。D′D＇---修正前（環(huán)境溫度t，大氣壓強(qiáng)p時）的線段長度mm；D′DHHV1H---直圓筒在計(jì)算高度為H時的部分總?cè)莘eL；D---直圓筒的平均內(nèi)直徑mm；R---直圓筒的平均內(nèi)半徑mm；H---計(jì)算高度mm。2L1V1---直圓筒部分的總?cè)莘eL；L1---直圓筒的總長（含其伸長體長度）mm。(R?H)×2RH?H2×1R41 625V2H---計(jì)算高度為H時兩端球缺體的部分容積L；R1---球缺頂平均內(nèi)半徑mm，由制造圖紙獲得或者擬合二次曲面求解得到；R直圓筒的平均內(nèi)半徑mm；h---球缺頂平均內(nèi)高mm；H---計(jì)算高度mm。V222)V2---兩端球缺頂總?cè)莘eL；h---球缺頂平均內(nèi)高mm。V3HV3HV3H---計(jì)算高度為H時兩端半橢球頂?shù)牟糠秩莘eL；R---直圓筒的平均內(nèi)半徑mm；h---半橢球頂平均內(nèi)高mm；H---計(jì)算高度mm。V3（B.15）V3---兩端半橢球頂總?cè)莘eL；R---直圓筒的平均內(nèi)半徑mm；h---半橢球頂平均內(nèi)高mm。V4H=V4H---計(jì)算高度為H時兩端圓錐頂?shù)牟糠秩莘eL；R---直圓筒的平均內(nèi)半徑mm；h---圓錐頂平均內(nèi)高mm；H---計(jì)算高度mm。V4V4---兩端圓錐頂總?cè)莘eL；h---圓錐頂平均內(nèi)高mm。矩形旋轉(zhuǎn)體的容積并入直圓筒容積計(jì)算，弧形頂容積只計(jì)算球缺和半弓形旋轉(zhuǎn)體容積之x1=rsinθx211?r)sinθx=f(H)V5H=AH(x)dx=f)dx（B.19）00y0HRHRxx2hrsinθhV500rsinθV5---兩端弧形頂總?cè)莘eL；h---弧形頂平均內(nèi)高mm；R1---弧形頂球缺部分內(nèi)半徑mm；r---弧形頂過渡曲線體內(nèi)半徑mm，由制造圖紙獲得或者擬合二次曲面求解得到。半徑為r，內(nèi)高為h，且具有以下關(guān)系式，見（B.21）式和（B.22）式：hD=hR/(R?r)（B.21）hd=hr/(R?r)（B.22）hD---以直圓筒平均內(nèi)半徑R為半徑的大圓錐平均內(nèi)高mm；hd---以r為內(nèi)半徑的小圓錐的平均內(nèi)高mm。V6H---計(jì)算高度為H時兩端圓臺頂?shù)牟糠秩莘eL；R---直圓筒的平均內(nèi)半徑mm；H---計(jì)算高度mm。VH=3R?R+R?R?R2hDR2arcsin2HH22VH=3R?R+R?R?RRR?H2RR?HV6H---計(jì)算高度為H時兩端圓臺頂?shù)牟糠秩莘eL；R---直圓筒的平均內(nèi)半徑mm；r---圓臺頂端小圓平均內(nèi)半徑mm；V6H=V6H---計(jì)算高度為H時兩端圓臺頂?shù)牟糠秩莘eL；R---直圓筒的平均內(nèi)半徑mm；r---圓臺頂端小圓平均內(nèi)半徑mm；V6H---計(jì)算高度為H時兩端圓臺頂?shù)牟糠秩莘eL；R---直圓筒的平均內(nèi)半徑mm；r---圓臺頂端小圓平均內(nèi)半徑mm；H---計(jì)算高度mm。V6=V6H---兩端圓臺頂總?cè)莘eL；r---圓臺頂端小圓平均內(nèi)半徑mm；h---圓臺頂平均內(nèi)高mm。B.3.1直圓筒（含伸長筒體）容積（計(jì)算B.3.1.1部分容積計(jì)算公式見（B.V1H（B.28）R---直圓筒的平均內(nèi)半徑mm；HG---高端液高mm；當(dāng)L1tanβ<HG≤2R時2HGRHGR2HGRHGR2HG---高端液高mm；HD---低端液高mm，HD=HG?L1tanβ;22R-L1tanβ0β0βR RL當(dāng)HG>2R時（B.30）V1---直圓筒總?cè)莘eL；R---直圓筒的平均內(nèi)半徑mm；B.3.1.2利用計(jì)量口所測液位高度計(jì)算部分容積時，高端液高和計(jì)HJ=HGcosβ+Dsinβtanβ?(L1?a)sinβHJ=HGcosβ+Dtanβsinβ?asinβHJ---測深鋼卷尺在計(jì)量口所測的液位高度mm；HG---臥式罐內(nèi)高端液高mm（見圖B.3D---直圓筒的平均內(nèi)直徑mm；a---計(jì)量口至最近直圓筒體和封頭連接處的距離mm（見圖B.4L1---直圓筒內(nèi)總長mm；a入口入口e 2（B.33）HG---高端液高mm；h---頂板內(nèi)高mm。罐內(nèi)扶梯、加強(qiáng)圈等，可視為至上而下均勻工圖紙（外測時）提供的鋼材質(zhì)量（鋼材尺寸對于罐底設(shè)有一個凹陷部分作為沉降分離設(shè)施的臥用三維激光掃描儀測量臥式罐直圓筒（含直V=V直+V頂3RV3R2V---罐內(nèi)計(jì)量高度H時，臥式罐內(nèi)容積L；V直---罐內(nèi)計(jì)量高度H時，直圓筒（包括伸長體）內(nèi)容積L；V頂---罐內(nèi)計(jì)量高度H時，兩端頂板總?cè)莘eL；L1---直圓筒（包括伸長體）的長度mm；H罐內(nèi)計(jì)量高度mm；h---兩端頂板平均高度mm。當(dāng)H＜R時c2當(dāng)H=R時c2當(dāng)R＜H＜2Rc2當(dāng)R＞H時c3ππhH36當(dāng)R=H時c3當(dāng)R＜H時c3c42RH2RH?H2c2c3c4123直圓筒內(nèi)半徑Ri/mm直圓筒內(nèi)直徑Di/mm直圓筒長度L1i/mm罐內(nèi)總長L2i/mm兩端封頭平均高度himmL/(3c3)=10.5044L。三維激光掃描儀和鋼卷尺測量同一臥式罐的罐內(nèi)C.6.2.2輸入量H的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(H)的評定 由測深鋼卷尺的檢定證書可知：MPE=±2.0mm,呈均勻分布，k=3,u(H)=2.0C.6.2.3輸入量R的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(R)的評定C.6.2.4輸入量h的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(h)的評定c(L1)=-0.5,c(L2)=0.5,L1和L2相互獨(dú)立，u(h)={[c(L1)×u(L1)]2+[c(L2)×u(L2)]2}1/2=4.0820mm。uB分量u(xi)u(xi)的值靈敏系數(shù)ci合成標(biāo)準(zhǔn)不確｜u(xi)u(L1)三維激光掃描儀直圓u(H)測深鋼卷尺罐內(nèi)計(jì)量u(R)三維激光掃描儀直圓u(h)三維激光掃描儀頂板uc2+[uA2}1/2=33.2155LUr=U/V×100%=0.35序號iti/℃Ri＇/mmL1i＇/mmL2i＇/mmhi＇/mm123水平掃描圈序號i水平掃描圈面積Si/L垂直步長△Hi/mm123F.2.2本容積表所示為20℃時的容積，在罐壁式中：Vt——罐壁溫度ts時的容積m3；ts=(7tL+tA)/8(F.2)對于帶有絕熱層殼壁的油罐（保溫罐），可采用ts=tL。20式中：ht——溫度修正后的罐內(nèi)液位高度mm；h20——20℃時測深鋼卷尺的示值mm；ac——測深鋼卷尺的線膨脹系數(shù)℃-1。si(t)=1tt21t3)-33-14103-633-30Pi?10Pi1Pi+20Pi+1Pi+2Pi-1、Pi、Pi+1、Pi+2——插值曲線的控制記作Pi(si,ti)，si（橫坐標(biāo)）代表第i個控制點(diǎn)的罐內(nèi)液位高度,單位為mm；ti（縱坐標(biāo)）代表20℃時，第i個控制點(diǎn)的罐內(nèi)液體體積,單位為L。每個測量點(diǎn)Qi有兩個坐標(biāo)hi和vi，記作Qi(hi,vi)，hi（橫坐標(biāo)）代表第i個測量點(diǎn)的罐內(nèi)液位高度,單位為mm；vi（縱坐標(biāo)）代表20℃時，第i個測量點(diǎn)的罐內(nèi)液體體積,Pi?1+4Pi+Pi+1=6Qi（H.2）P0+4P1+P2=6Q1P1+4P2+P3=6Q2P2+4P3+P4=6Q3Pn?1+4Pn+Pn+1=6Qn共n個方程n+2）個未知數(shù)，需補(bǔ)充兩個邊界條件方程才能求解；根據(jù)臥式罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，補(bǔ)充邊界條件方程（H.3）式和（H.4）式H.5）式是用測量點(diǎn)反算控制點(diǎn)2Pn+1?5Pn+4Pn?1?Pn?2=0