基于單片機(jī)的分段電容式液位測(cè)量的研究-全文預(yù)覽
【正文】 )PD6(ICP) PC6(TOSC1)PD7(OC2) PC7(TOSC2)RESET VCCXTAL2 VCCXTAL1 VCCGND AVCCGND AREFGND GND ATmega16單片機(jī) 人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)人機(jī)接口電路包括三部分：按鍵電路、LED指示燈電路和LCD顯示電路。而每設(shè)電容傳感器中都含有一個(gè)ATmega8單片機(jī)，因此ATmega8單片機(jī)共有十個(gè)。 單片機(jī)的選用單片機(jī)是整個(gè)液位測(cè)量系統(tǒng)的核心，各個(gè)電容傳感器的測(cè)量電容過(guò)程，測(cè)量結(jié)果的處理并計(jì)算液位，人機(jī)交互以及通信全部以單片機(jī)為核心，并通過(guò)單片機(jī)的協(xié)調(diào)保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。(2)外部窄間條件，如溫度、濕度、動(dòng)氣清潔度等等。安裝調(diào)試過(guò)程也是保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要手段。(2)硬件設(shè)計(jì)。影響系統(tǒng)的可靠性有內(nèi)部和外部?jī)煞矫?。LCD顯示實(shí)現(xiàn)油氣油水界面位置顯示、油層厚度顯示、不同功能狀態(tài)下內(nèi)容顯示。南ATmega8作為中繼，接受ATmegal6單片機(jī)的控制，進(jìn)行該段電容傳感器的初始化，電容測(cè)量、結(jié)果的傳送。一路給十段電容傳感器，稱為傳感器電源；另一路給電容傳感器之外的所有電路供電，稱為主電源。最關(guān)鍵的是每一段電容傳感器都具有獨(dú)立的電容檢測(cè)模塊，可以進(jìn)行高速電容測(cè)量，ATmegal6單片機(jī)可以實(shí)時(shí)的讀取每一段的電容值用于計(jì)算。電容傳感器外電極公用．套在整個(gè)電容傳感器外部。全部安裝在傳感器頂部的防水盒中。(I)測(cè)量參數(shù)：油氣界面和油水界面位置，其中油水界面屬于油／乳化層界面和乳化層／水界面混合的界面(2)測(cè)量范圍：100cm(3)測(cè)量精度：177。抽油泵在向外抽油時(shí)速度比較快，因此需要液位測(cè)量裝置具有較快的測(cè)量速度。(3)能抑制寄生電容和CMOS模擬開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的耦合電容。(2)測(cè)量電路中使用的CMOS模擬開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的耦合電容。(2)油與水的界面是一個(gè)隨含水率變化的非清晰的界面，即乳化層的問(wèn)題，在分段電容式傳感器中處于乳化層的每一段電容傳感器測(cè)量到的電容值是一個(gè)隨含水率變化而變化的值，由油到水的過(guò)程即是含水率逐漸變大的過(guò)程，電容值也隨之而變大。 幾種特殊情況的處理在油氣界面和油水界面測(cè)量時(shí)還會(huì)遇到以下幾種特殊情況。 這樣兩個(gè)界面分布在不同的電容傳感器中，每一段電容傳感器可以獨(dú)立測(cè)量該段的電容值，將傳統(tǒng)電容式液位測(cè)量方法的原理應(yīng)用于每一段的電容傳感器中，這樣就解決了傳統(tǒng)電容式液位測(cè)量方法不適宜用于三種介質(zhì)油氣、油水雙界面的測(cè)量的問(wèn)題。分段電容式液位測(cè)量是將傳統(tǒng)電容式液位測(cè)量中的一段圓柱形電容傳感器分成了Ⅳ段相互獨(dú)立的圓柱形電容傳感器，每一段相互并聯(lián)，相互絕緣并獨(dú)立引線，相當(dāng)于從上至下形成了Ⅳ個(gè)I／N量程的電容傳感器，每一段獨(dú)立檢測(cè)電容，通過(guò)Ⅳ個(gè)電容傳感器的測(cè)骨=結(jié)果計(jì)算并判斷油氣、油水雙界面的位置。(3)油與水的分界面并不是一個(gè)清晰的界面，而是一個(gè)隨著油的含水量由大到小變化的從水到油的過(guò)渡帶，稱之為乳化層。溫度對(duì)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(shí)水的介電常數(shù)約為88，而溫度達(dá)到50度時(shí)，水的介電常數(shù)下降到70，變化是比較的大的。但是在實(shí)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(wèn)題必須予以考慮，這些問(wèn)題主要有：(1)在測(cè)罩得到傳感器電容值之后計(jì)算液面的高度需要知道各個(gè)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(gè)固定的值，而是一個(gè)隨著各種條件變化而變化的值。已知D、d和L三個(gè)參數(shù)的值，根據(jù)測(cè)量到的電容值C即可計(jì)算出該介質(zhì)的介電常數(shù)ε。因此提出了以電容式液位測(cè)量方法為基礎(chǔ)的分段電容式液位測(cè)量法。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(guò)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。兇此對(duì)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。time 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(guó)從石油出口國(guó)轉(zhuǎn)為石油凈進(jìn)口國(guó)以來(lái)，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。通過(guò)測(cè)量各分段電容傳感器然后對(duì)測(cè)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。本課題正是研究這樣一種測(cè)量技術(shù)，通過(guò)測(cè)量電容，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)多界面液位測(cè)量。關(guān)鍵詞：傳感器；分段電容；液位測(cè)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 real石油本身具有毒性，進(jìn)入海洋后不僅會(huì)對(duì)海洋環(huán)境、野生動(dòng)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(zhǎng)的。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。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外液位測(cè)量方法的比較分析可以看出，大多數(shù)方法雖然可以測(cè)量油氣和油水兩個(gè)界面，但是對(duì)環(huán)境以及被測(cè)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)。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。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(shí)測(cè)量得到的電容值就可以計(jì)算出油的高度H。油水界面檢測(cè)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(huì)有輕微的變化，這樣勢(shì)必會(huì)影響傳感器的測(cè)量精度。因此，必須要對(duì)傳統(tǒng)電容式液位測(cè)量方法進(jìn)行改進(jìn)，使之適應(yīng)雙界面位置的測(cè)量。因此，要將電容式液位測(cè)量方法應(yīng)用到油水界面檢測(cè)中，需要對(duì)傳統(tǒng)電容式液位測(cè)量方法進(jìn)行改進(jìn)。因?yàn)槊恳欢坞娙輦鞲衅鞯膬?nèi)電極直徑d、外電極直徑D、傳感器高度L都是固定的．而且在常溫環(huán)境下．空氣的介電常數(shù)為l，水的介電常數(shù)為80左右，．水和油兩者介電常數(shù)相差將近40倍．比較易于區(qū)分，,由此可以判斷油氣界面位于段，油水界面位于段。這樣就解決了因?yàn)榻橘|(zhì)的介電常數(shù)隨外界各種條件變化而變化對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響，實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)自標(biāo)定自校正，從而提高了測(cè)量精度。在測(cè)量過(guò)程中，遇到該段充滿空氣、油或者水時(shí)實(shí)時(shí)的更新單片機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)值。分段電容式液位測(cè)量系統(tǒng)中的雜散電容主要來(lái)自三個(gè)方面：(1)連接電容內(nèi)外極板與測(cè)量電路電線的寄生電容，其值大約為100pF／m。(2)測(cè)量靈敏度高、低噪聲、低漂移。為了精確控制抽油裝置，需要液位測(cè)量裝置具有較高的測(cè)量精度。海水中含有各種具有腐蝕性的礦物質(zhì)，兇此傳感器需要具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。上部包括電源模塊，
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