【正文】 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）目 錄第一章 前言 3第二章 分段電容式液位測量原理及方法 42．1傳統(tǒng)電容式液位測量的介紹 4 4 5 6 6 幾種特殊情況的處理 7 微小電容測量原理 7第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計 9 9 9 9 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 10 11第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 13 13 13 單片機(jī)的選用 13 主控電路設(shè)計 14 ATmegal6單片機(jī)電路設(shè)計 14 人機(jī)接口電路設(shè)計 16第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 17 17 ATmegal6單片機(jī)軟件總體設(shè)計 17 ATmega8單片機(jī)軟件總體設(shè)計 18第六章 結(jié)束語 19參考文獻(xiàn) 20致 謝 21II 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要：溢油回收過程中進(jìn)行油水分離時，檢測油氣、油水界面所在位置以及油層厚度是至關(guān)葦要的一個環(huán)節(jié)，不僅需要能夠同時檢測油氣、油水兩個界面，還需要保證檢測結(jié)果是實時連續(xù)的，要求具有較快的檢測速度。本課題正是研究這樣一種測量技術(shù)，通過測量電容，利用單片機(jī)實現(xiàn)實時動態(tài)多界面液位測量。通過測量各分段電容傳感器然后對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理得到各界面位置是本文的總體思路。本論文首先介紹了各種液位測量的方法，然后對課題中所提的測量要求進(jìn)行分析給出了液位測量的需水分析，通過對比各種測量的方法選定了基丁分段電容的測量方式。通過闡述分段電容式液位測量的原理分析、實現(xiàn)、以及解決的問題，從硬件和軟件兩個方面詳細(xì)介紹了液位測量所需傳感器的設(shè)計和制作過程，最后是對傳感器的實驗及對實驗數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，從而驗證分段電容式測量液位的方法在本課題應(yīng)用中的選擇是正確的。關(guān)鍵詞：傳感器；分段電容；液位測量；單片機(jī)ABSTRACT：When separate oil from water at spilled oil recovery processing，the detection of oil—gas interface，oil—water interface and the oil thickness is a critical part，not only can detect oil gas interface and oilwater interface，but also need to ensure the results in real—time and continuous，requires faster detection speed．This issue is research a such of measurement that realtime and dynamic detect multi interface liquid level using micro—controller and capacitance measuring．By measuring the capacitance of sub—capacitor sensor then processing themeasured data to get the interface position is the overall idea of this paper．This paper first introduces the various liquid level measurement methods，and then analysis the requirements mentioned in the subject and provides liquid levelmeasurement needs，by paring selected variety of measurement methods andselected measurement based on subcapacitor sensor．Described the principle analyses of sub—capacitor sensor for liquid level measurement，implementation，and solution problems，go into detail about the design and production process of the liquid level measurement sensors from both hardware and software aspects，and finally is the experiment and analysis of the experiment and experimental data，thereby to verify the liquid level with sub—capacitor sensor in this topic is correct．KEY WORDS：Sensor；Sub—capacitor；Liquid Level；Single Chip Microputer第一章 前言自1993年我國從石油出口國轉(zhuǎn)為石油凈進(jìn)口國以來，石油進(jìn)口數(shù)量不斷上升，沿海的石油運(yùn)輸量大幅增加。我國進(jìn)口的石油90％是通過海上船舶運(yùn)輸來完成的。據(jù)統(tǒng)計，1973—2006年，我國沿海共發(fā)生大小船舶溢油事故2635起，其中溢油50噸以上的重大船舶溢油事故共69起，總溢油量37，077噸，平均每年發(fā)生兩起，平均每起污染事故溢油量537噸。石油本身具有毒性，進(jìn)入海洋后不僅會對海洋環(huán)境、野生動物和養(yǎng)殖資源等造成不同程度的危害，而且這種危害的周期往往是很長的。兇此對溢油治理方法和技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以便最大程度地減少溢油所造成的危害，具有重要的意義。溢油的處理方式基本有三種：生物法、化學(xué)法和物理法。對于海上溢油清除，物理法中的機(jī)械回收方法是最好的，不但清除了溢油，消除了溢油的危害，還回收了溢油，即保護(hù)了環(huán)境又保護(hù)了資源。溢油回收裝置是一種機(jī)械回收裝置，是溢油發(fā)生后處理溢油的一種有效裝置，能極大的減小溢油的危害并回收溢油，降低損失。該系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分是油水分離裝置，但是在油水分離過程中只有確定油氣界面和油水界面的位置，才能知道油層的厚度，控制油水分離裝置正常工作。因此需要設(shè)計一種液位傳感器，能夠檢測油氣、油水兩個界面的位置，而且要求傳感器具有較高的精度和良好的動態(tài)特性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近幾年來國內(nèi)外學(xué)者對于雙界面液位測量技術(shù)和裝置的研究取得了很大的進(jìn)展，發(fā)明了很多用于液位測量的儀器儀表，根據(jù)測量方式可以分為接觸式和非接觸式兩類。通過對國內(nèi)外液位測量方法的比較分析可以看出，大多數(shù)方法雖然可以測量油氣和油水兩個界面，但是對環(huán)境以及被測介質(zhì)的要求比較高，而且需要在油水界面比較清晰地情況下才能獲得比較準(zhǔn)確的液位數(shù)據(jù)。因此提出了以電容式液位測量方法為基礎(chǔ)的分段電容式液位測量法。這種方法不但對環(huán)境以及被測介質(zhì)要求不高，而且可以很好的測量油氣和油水雙界面。第二章 分段電容式液位測量原理及方法2．1傳統(tǒng)電容式液位測量的介紹傳統(tǒng)的電容式液位測量法一般使用兩個內(nèi)外電極相套的圓柱形電容傳感器,電容傳感器高度為L，內(nèi)電極直徑為d，外電極直徑為D，當(dāng)電容傳感器內(nèi)外電極之間充滿介電常數(shù)為ε的介質(zhì)時，其電容值的計算表達(dá)式如下： C= (21)其中,為真空的介電常數(shù),=F/m。由公式(21)可知，在保持D、d和L不變的情況下，電容的大小和介質(zhì)的介電常數(shù)ε呈線性關(guān)系。已知D、d和L三個參數(shù)的值，根據(jù)測量到的電容值C即可計算出該介質(zhì)的介電常數(shù)ε。當(dāng)電容傳感器內(nèi)外電極之間充滿兩種介質(zhì)時，比如油和氣，此時會有一個油氣界面,下部為油,高度為H,介電常數(shù)為，上部為空氣，高度為(LH)，介電常數(shù)為，此時相當(dāng)于將兩個電容傳感器并聯(lián)，電容值的計算表達(dá)式如下： (22)其中： 為油部分所產(chǎn)生的電容，為空氣部分所產(chǎn)生的電容，為電容傳感器中充滿空氣時的電容值,為油的介電常數(shù)，為空氣的介電常數(shù)。在環(huán)境不變的情況下總電容C與油的高度呈線性關(guān)系。將油的介電常數(shù)和空氣的介電常數(shù)代入(22)式,根據(jù)此時測量得到的電容值就可以計算出油的高度H。但是在實際應(yīng)用中，尤其是用丁海上溢油回收這樣的上作環(huán)境，有許多問題必須予以考慮，這些問題主要有：(1)在測罩得到傳感器電容值之后計算液面的高度需要知道各個介質(zhì)的介電常數(shù)，但是各介質(zhì)的介電常數(shù)并不是一個固定的值，而是一個隨著各種條件變化而變化的值。原油或者其他油品的介電常數(shù)與其含水率有關(guān)，在正常環(huán)境下，油水混合之后靜止一段時間后，因為油水互不相溶且油和水的密度不同導(dǎo)致油水分離，油浮于水的上方，兩者界面分明，油中的含水率相對固定，通過測量我們可以根據(jù)公式3．1計算出此時油的介電常數(shù)。但是在復(fù)雜的海洋環(huán)境下，有著復(fù)雜的物理化學(xué)變化，海水的運(yùn)動也會導(dǎo)致油和水也相互撞擊，互相滲透，導(dǎo)致油的含水率有很大的變化，因此很難確定油的介電常數(shù)。油水界面檢測中的另一介質(zhì)海水的介電常數(shù)也是變化的，由于海水中含有各種礦物質(zhì)和鹽分，不同區(qū)域的海水中含有的礦物質(zhì)和鹽分是不同的，即便是同一區(qū)域這些物質(zhì)的含量也會有輕微的變化，這樣勢必會影響傳感器的測量精度。溫度對于不同介質(zhì)介電常數(shù)也有一定得影響，尤其是水的介電常數(shù)受溫度的影響是非常明顯的，如表2．1所示，在0度時水的介電常數(shù)約為88，而溫度達(dá)到50度時，水的介電常數(shù)下降到70，變化是比較的大的。因此油水界面檢測中溫度對介電常數(shù)變化的影響所導(dǎo)致的測量誤差是必須要考慮的。表21水的介電常數(shù)與溫度的關(guān)系溫度01020304050介電常數(shù)88848076737