为了保证联合站中脱水过程的正常运行，就必须对原油储罐的原油界面，水界面的高度进行准确测量。现有的储罐多液位测量系统由于机械部分容易被原油敷住因而测量精度不高。因此，研制一套高效，可靠，安全的储油罐液位测量系统，提高储油罐的计量精度和自动化管理水平具有极其重要的意义。本文首先调研了储罐多液位测量方法的国内外发展现状。提出了基于超声波的传播特性的对储罐内多相液面液位进行的测量方案，即在罐顶和罐底分别安装超声波探头对储罐内的原油界面乳化层界面和浑水界面的高度进行测量。并通过实验对方案的可行性进行了论证。之后，对影响储罐上部和下部测量精度的因素进行了分析：对于储罐上部测量，提出运用反射挡板来对超声波进行实测声速补偿和运用喇叭谐振体来提高超声波的指向性和辐射效率的方法。对于下部测量，则对超声波在原油和浑水中的衰减进行了实验分析，并分别对超声波在原油中的经典衰减公式以及超声波在浑水中的衰减系数进行了修正和计算。对于系统，则对影响系统精度的因素进行了分析，提出了消除渡越误差以及提高回波信噪比的方法。在上述理论分析与实验研究的基础上，本文对储罐内多相液位测量系统的硬件构成和系统流程进行了设计。