【正文】 ..................................................................... 21 8279 接口電路與鍵盤顯示電路 ............................................................................... 22 可編程鍵盤 /顯示器接口芯片 8279 簡介 ......................................................... 22 8279 接口電路設(shè)計 ............................................................................................ 24 MC1413 介紹 ...................................................................................................... 25 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 V 蜂鳴音報警接口 ....................................................................................................... 25 第 4 章 軟件設(shè)計 ............................................................................................................... 27 軟件總體設(shè)計 ........................................................................................................... 27 軟件設(shè)計總體框圖 ............................................................................................ 27 軟件程序中各部分模塊介紹 ............................................................................ 27 超聲波驅(qū)動與數(shù)據(jù)處理模塊 ................................................................................... 28 超聲波發(fā)射程序 ................................................................................................ 29 外部中斷 0 的中斷服務(wù)程序 ............................................................................ 29 功能模塊 ................................................................................................................... 29 鍵盤與顯示子程序 ................................................................................................... 30 第 5 章 誤差分析 ............................................................................................................... 33 聲速隨溫度變化的情況分析以及補(bǔ)償方法 ........................................................... 33 渡越時間對測量結(jié)果的影響及減小誤差的辦法 ................................................... 34 結(jié)束語 ................................................................................................................................. 35 致 謝 ................................................................................................................................. 36 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 37 附 錄 ................................................................................................................................. 39 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 1 第 1 章 緒 論 液位 測量儀 的現(xiàn)狀 液位測量儀 的現(xiàn)狀 液位 測量儀 早期大多采用機(jī)械原理，但近年來隨著電子技術(shù)的應(yīng)用，逐步向機(jī)電一體化發(fā)展，并且發(fā)展了許多新的測量原理。在傳統(tǒng)原理中也滲透了電子技術(shù)及微機(jī)技術(shù)，結(jié)構(gòu)有了很大的改善，功能有了很大的提高。從國 內(nèi) 外液位儀表發(fā)展的技術(shù) 方向看，當(dāng) 前主要有三個熱點： ① 接觸測量方式的液位儀 ； ② 非接觸測量方式的液位儀；③ 新原理的小型液位 開關(guān) [2][7]。 目前使用的液位儀有以下幾種： (1)人工檢尺 利用浸入式刻度鋼皮尺測量液位，取樣測量油溫和密度，通過計算，得到儲液的體積和重量，這是至今仍然在全世界廣泛使用的儲罐計量方法，也可把它用作現(xiàn)場檢驗其他測量儀表的參考手段。人工液位測量的精度一般為 177。2mm的人為誤差。 (2)機(jī)械鋼帶式液位儀 60 年代到 80 年代初期，開始研制和使用各種鋼帶式液位儀。這種液位儀采用一個又大又重的浮子，由一條多孔鋼帶將浮子連接至一個 恒轉(zhuǎn)矩裝置或平衡錘。浮子的重量足以帶動多孔鋼帶通過齒輪裝置推動機(jī)械計數(shù)器作現(xiàn)場顯示，同時帶動電動變送器，以便獲得遠(yuǎn)距離顯示。由于滑輪機(jī)械裝置的摩擦力和鋼帶重量，這類液位儀的測量誤差一般約為 177。(4～ 10)mm。機(jī)械鋼帶式液位儀的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、價格低；缺點是：僅能測液位，傳動部件多，可靠性較差，又因需要罐內(nèi)安裝，維護(hù)困難。適用范圍為存儲非腐蝕液體的常壓罐、高壓罐。 (3)智能化液位儀 伺服式液位儀是此類儀表的代表。這類儀表通過一個平衡浮子和重力敏感裝置，測量浮子的重量 (在液面、液內(nèi)、界面上有不同的浮力 )，并 控制伺服電機(jī)動作升降浮子，跟蹤液位變化，同時發(fā)出遠(yuǎn)傳信號。伺服式液位儀的微機(jī)智能化，使得它的跟蹤誤差可達(dá) 。同時還能補(bǔ)償液面高低對鋼絲繩產(chǎn)生的附加重量的誤差，最高精度可達(dá) 177。另外還可以測量密 度、界位等計量參數(shù)，具有自診斷及通信功能。由于幾乎沒有傳動部件 ， 因此儀表可靠性高。目前荷蘭 Enraf 公司的 ATG 854 伺服液位儀精度可達(dá) 177。lmm， 主要適用于儲罐的精密計量。 (4)超聲波液位儀 超聲波液位儀是非接觸液位 測量 儀中發(fā)展最快的一種。該技術(shù)基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測物體表面產(chǎn)生反射 的原理。智能化的超聲波液位 測量 儀帶有一個功能很強(qiáng)的智能回波分析軟件包。它可以將各種干擾過濾出來，識別多重回波，長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 2 分析信號強(qiáng)度和環(huán)境溫度等有關(guān)信息，這樣即便在有擾動條件下讀數(shù)也是精確的。新型氣密結(jié)構(gòu)、耐腐蝕的超聲換能器可測量高達(dá) 15m的液位， E+H 公司研制的 Prosonic FMU860/861/862 超聲液位儀精度可達(dá) 177。% FMU 40/41 超聲液位儀精度可達(dá) 177。2mm，輸出信號符合 HART 協(xié)議或 profibus 總線標(biāo)準(zhǔn)或 FF 總線標(biāo)準(zhǔn)。 (5)雷達(dá)液位儀 雷達(dá)液位 儀 發(fā)明于 60 年代 ，通常采用調(diào)頻雷達(dá)原理，利 用同步調(diào)頻脈沖技術(shù)，將微波發(fā)射器和接收器安裝在罐頂，向液面發(fā)射頻率調(diào)制的微波信號。當(dāng)接收到回波信號時，由于來回傳播時間的延遲，發(fā)射頻率發(fā)生了改變。將兩種信號混合處理，所得信號的差頻正比于罐頂?shù)揭好嬷g的距離。雷達(dá)液位 儀 特別適用于高粘度或高污染的產(chǎn)品，如瀝青等。雷達(dá)液位 儀 的測量精度較高，而且無需定期維修和重新定標(biāo)，但是安裝比較復(fù)雜且價格不菲。 (6)激光液位儀 其測量原理同超聲波式液位儀，只是用光波代替超聲波。即傳感器發(fā)射激光，照射被測物面、液面，接收反射光，將從發(fā)射至接收的時間換算成液位。激光的光束是很窄的 ，在液位儀中通過光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成約 20mm 寬的光束，這樣即使被測物面很粗糙，漫反射光也能被傳感器接收。激光液位儀非常適用于開口很 窄 的容器及高溫、高粘度的測量對象。 (7)γ射線液位儀 該技術(shù)是基于 γ 射線對不同物質(zhì)產(chǎn)生不同衰減的理論，將放射源鉆 60 或艷 137置于一個防護(hù)容器內(nèi)，放在被測容器的一側(cè)，在其對面，裝有一個檢測器，當(dāng) γ射線穿透容器時，它被衰減，其衰減率取決于被測液體的密度、吸收系數(shù)和厚度。液位越高，衰減越大，接收器將 γ射線量變?yōu)楣饷}沖信號，再由光電倍增管轉(zhuǎn)換為電脈沖信號。由于液位與 γ射線衰減量是非線性關(guān) 系，所以必須通過統(tǒng)計標(biāo)定。 γ射線液位儀特別適用于傳統(tǒng)測量儀表不能解決的測量問題，因為測量件沒有任何部件與被測物體相接觸。 E+H 公司提出了一個 “ 點放射 /棒探頭接收 ” 的概念，這樣放射源被降到最小，而且容易安裝，目前該公司研制的 FMG671 已用于過程控制。 (8)新原理的小型液位開關(guān) 在液位儀 表 智能化的同時，一些利用新檢測原理、新型電子部件構(gòu)成的小型現(xiàn)場液位開關(guān)大量推向市場，使液位儀表呈現(xiàn)兩極發(fā)展的趨勢。較典型的是利用超聲波穿透空氣及液體時衰減率的顯著差別來檢測液面的超聲液位開關(guān)；利用空氣和液體對振動體的阻尼差別 來檢測液位的振動式液位開關(guān)；以及利用空氣和液體電導(dǎo)率的不同來檢測液位的電導(dǎo)式液位開關(guān)。液位開關(guān)信號可現(xiàn)場顯示，還能發(fā)出控制信號，有的還采用二線制，能直接和計算機(jī)接口。德國 Krohne 公司的 LS3000 諧振振動開關(guān)精度可達(dá) 177。1mm。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 3 儲罐 液位測 量儀表的現(xiàn)狀 立式油罐主要分布在煉油廠、化工廠和石油銷售公司三大系統(tǒng)。從計量方法看主要有三種：檢尺法、液位法和靜壓法。 目前國內(nèi)計量儀表的發(fā)展主要采用引進(jìn)加仿制等手段，還有許多合資企業(yè)代理國外相應(yīng)產(chǎn)品。近年來中科院聲學(xué)所、武漢大學(xué)都研制了光纖液位測量系統(tǒng)，北 京航天智控工程公司研制的 UBG 光導(dǎo)電子液位儀精度可達(dá) 177。2mm， METI 型磁效應(yīng)液位儀采用磁效應(yīng)原理，精度為 %， 1995 年又推出了 BL30 雷達(dá)液位儀，精度為 177。[1+(空高 )x3‰] ?？偤笥土涎芯克钚卵兄频?UGJ98 型光導(dǎo)式油罐計量遙測系統(tǒng)，采用光柵干涉原理，以圓光柵傳感器為核心，結(jié)合高速數(shù)據(jù)采集和抗干擾處理技術(shù)及 RS485總線標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了機(jī)光電一體化，一次儀表不帶電，系統(tǒng)綜合精度達(dá)到 177。2mm。 超聲波油量測量儀的研究目的及意義 在石油化工領(lǐng)域中，儲油罐中油量的 測 量越來越顯示出其重要地位 。目前石化部門使用的大型儲 油 罐大多是立式圓柱形 油 罐或球形 油 罐，其容量一般在 1000～100000m3 之間，很小的測量誤差會造成很大的絕對誤差。因此提高油 量 的 測 量精度和自動化管理水平，其重要性是明顯的。從 80 年代開始，隨著微電子、計算機(jī)、光纖、超聲波、傳感器等高科技的迅猛發(fā)展，一些發(fā)達(dá)國家紛紛將各種新技術(shù)、新方法、新儀表滲入到儲罐計量領(lǐng)域，使儲罐油量自動計量達(dá)到了 “ 多功能、高精度、現(xiàn)場化 ”的新階段。 人工檢尺法是利用浸入式刻度鋼皮尺測量液位，操作人員需要爬到儲罐的頂部進(jìn)行測量。這種方法的缺點是測量精度低，速度 慢，勞動強(qiáng)度大，不便于微機(jī)管理。機(jī)械鋼帶式液位儀傳動部件多，可靠性較差，又因需要罐內(nèi)安裝，維護(hù)困難。伺服式液位儀屬機(jī)械式測量裝置，機(jī)械磨損會直接影響其測量精度，需定期維修和重新標(biāo)定，工作壽命仍不是很長，測量的重復(fù)精度較低，且安裝困難。雷達(dá)液位儀的測量精度較高，但安裝較為復(fù)雜，而且價格相當(dāng)昂貴。激光的傳播速度很快，不便于信號處理。γ射線液位儀使用了放射源，易引起對環(huán)境的污染。 由上一節(jié)可知，現(xiàn)在已有多種液位儀供用戶選擇，但考慮到價格、安裝的方便與否、測量的精度等等問題，對于資金并不充裕的小型加油站來說，可供選 擇的油量測量儀就不多了。研制一種安裝、使用簡便，測量準(zhǔn)確又價格低廉的油量測量儀就是本課題要完成的任務(wù)。 超聲波在空氣中的傳播速度為 340 米 /秒，與光的傳播速度 (3x108米 /秒 )相比小很多，因此對超