【正文】 6 是介電常數(shù)進(jìn)行計(jì)算，乳化層的介電常數(shù)無(wú)法確定，兇此該方法很難確定乳化層的位置，傳感器所能夠檢測(cè)到的只是一個(gè)近似的界面，兇此如何處理近似晃面并確定油水界面的位置是一個(gè)必須要考慮的問(wèn)題。這種方法不但對(duì)環(huán)境以及被測(cè)介質(zhì)要求不高，而且可以很好的測(cè)量油氣和油水雙界面 [3] 。 本論文首先介紹了各種液位測(cè)量的方法，然后對(duì)課題中所提的測(cè)量要求進(jìn)行分析給出了液位測(cè)量的需水分析，通過(guò)對(duì)比各種測(cè)量的方法選定了基丁分段電容的測(cè)量方式。對(duì)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。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(dòng)也會(huì)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)。 將每一段電容傳感器的電容值測(cè)量出之后，因?yàn)?1C 和 2C 為純空氣段 , 45CC、濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 和 6C 為純油段 , 8 9 10C C C、 、 為純水段，根據(jù)這幾個(gè)電容值，通過(guò)公式 2． 1分別 可以計(jì)算出當(dāng)前環(huán)境空氣、油和水的介電常數(shù)，然后將獲得的介電常數(shù)實(shí)時(shí)的用 于測(cè)量 3C 段油氣界面的位置 HX和 7C 段油水界面的位置 HY。 為了能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的反映溢油回收裝置中氣、油、水的狀態(tài)，了解溢油回收裝置的狀態(tài)，要求液位測(cè)量裝置能夠連續(xù)的將油氣，油水界面的位置測(cè)量出來(lái)，同時(shí)為了控制油泵抽油，還需要計(jì)算出油層的厚度，即油氣界面與油水界面的差值。十段獨(dú)立的電容傳感器每一段的結(jié)構(gòu)如下圖：聚四氟乙烯絕緣管內(nèi)是電容傳感器內(nèi)電極，高為 10cm， 中 間 是電容測(cè)量電路板，包括 ATmega8單片機(jī)、電濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 容測(cè)量電路和通訊電路，其中電容測(cè)量電路分別和電容傳感器內(nèi)、外電極相接。 (5)通信模塊：包括兩部分，傳感器內(nèi)部串行通信和外部 RS． 485總線通信，兩者使用的都是 ATmegal6和 ATmega8自帶的串行通訊模塊實(shí)現(xiàn)。 (2)主控電路部分 ：包括 ATmegal6單片機(jī)電路、人機(jī)接口電路。 因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)采用了 ATmegal6和 ATmega8分別作為數(shù)據(jù)采集與處理模塊單片機(jī)和電容傳感器單片機(jī)，因此軟件設(shè)計(jì)分成了兩部分： ATmegal6單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和 ATmega8單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。通過(guò)改進(jìn)直流充放電測(cè)量電路，基本消除了元件電容的影響。 (4)傳感器設(shè)計(jì)利用高性能而廉價(jià)的元器件，既簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，又節(jié)省傳感器的成本。 ② 人機(jī)交互功能：包括 LED系統(tǒng)運(yùn)行指示燈顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)， LCD顯示，用戶按鍵的讀取。 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)量濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 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。 影響系統(tǒng)的可靠性有內(nèi)部和外部?jī)煞矫妗? 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。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。 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。 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。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[2] 。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。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)。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。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。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 [9] 。 系統(tǒng)功能模塊劃分 系統(tǒng)按照功能可以劃分為以 下模塊： (1)電源模塊：將 +24V輸入電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)正常工作使用的 +5V電源，采用 雙電源工作。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，要精心挑選元器件，使其能夠滿足長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性的要求。通過(guò)綜合考慮，該系統(tǒng)采用了 AVR系列單片機(jī) 中的 ATmegal6和 ATmega8分別作為數(shù)據(jù)采集與處理模塊單片機(jī)和電容傳感器模塊單片機(jī)。 ④傳感器設(shè)置功能：通過(guò)按鍵操作能夠測(cè)量各段電容傳感器在空管、滿油和滿水狀態(tài)下的電容值，并將這些電容值存入 EEPROM中，供每 次系統(tǒng)重新運(yùn)行時(shí)讀取使用，該值將用于油氣界面位置和油水界面位置的計(jì)算。 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 參考文獻(xiàn) [1]《國(guó)家海洋局》編寫(xiě)組 .海洋環(huán)境保護(hù)與檢測(cè) .北京 :海洋出版社 ,1998. 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