【正文】 特別的注意，一般極間絕緣電阻應(yīng)在數(shù)百兆歐以上。例如，溫度變化可引起極板尺寸、間隙大小和介電常數(shù)的變化 。而極板面上潮氣凝結(jié)的薄膜將引起很大的電容改變 。 因此，傳感器的絕緣材料必須具有高的絕緣性能，足夠的機(jī)械強(qiáng)度，高的形狀穩(wěn)定性，良好的抗?jié)裥阅堋? 電容變送器的設(shè)計； 電容變送器設(shè)計首要考慮的問題； 電容變送器的構(gòu)成包括電容傳感器，信號處理電路組 成，其功能是將檢測到的信號時通過傳輸電路送到上位機(jī)采集板卡。 所以本設(shè)計采用矩形平行板電容傳感器，原油在兩個平行板之間通過，結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，容易維護(hù)，只要選擇合適的距離就可以極大的減小掛料的可能。 常見的金屬極板材料有 :銀、銅、金、鋁、青銅、鋅、黃銅等。它塑性好、易加工、耐腐蝕、無磁性、美觀耐用。由于銀比較昂貴，因而銅是被廣泛應(yīng) 用的最佳導(dǎo)電體和導(dǎo)熱體。 ()l 直流充 放電法 直流充放電方法 1261 是利用充放電引起電荷的轉(zhuǎn)移的原理把被測電容轉(zhuǎn)換為電壓值，然后通過電因頻率轉(zhuǎn)換電路把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。圖中， Vl 為基準(zhǔn)直流電壓， Cf為參考電容， Cp 價為被測電容， V0 為輸出電壓， K、凡、凡為 CMOS電子開關(guān)， Kl 和 K3 聯(lián)動，且由外部 555 提供 2KHz 時鐘脈沖驅(qū)動，使 Kl 與 K3跟 K2 成為交互啟閉，啟閉時間與 V0的波形見圖 .43。 當(dāng) K2 閉合時，顯然有： fpC C p 1 F 0= Q = C V = C VQ （ 53） 由式 和式 ，得： 01VVpfCC? （ 54） 由上式表明，輸出電壓 Vo 幅值與價成正比。這種測量電路具有 的分辨率，良好的零點(diǎn)和長期工作穩(wěn)定性，開關(guān)電容轉(zhuǎn)換電路的特點(diǎn)漂移小，測量準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，并且?guī)缀醪皇懿⒙?lián)漏電阻的影響。 C／ V 渾轉(zhuǎn)換的具體電路如圖 所示。檢測器在電路設(shè)計上以電容反饋為主，反饋電阻凡的作用是用來防止直流偏置電流向 C 充放電而導(dǎo)致運(yùn)放飽和。當(dāng) Rf 足夠大，使得 1ffj R C? ?? 時 （例如，當(dāng) f=500kHz， Cf=10pf， Rf=10MΩ，則 1ffj R C? ?? ）， 則式 可簡化為： 0 ()xtfCV t VC?? (56) 從式 ，檢測器的輸出與被測電容成比例。 CV? 轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)放要具有寬頻帶、低漂移、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。 2001( ) ( )RRV t V t??? (57) 然后將所得到的信號通過模擬乘法器和低通濾波器經(jīng)過通過 A/D 轉(zhuǎn)換送入上位機(jī)。而直接 C 壓變換法是利用 RC 電路的充放電和集成運(yùn)放或者集成電壓比較器，將電容 C直接轉(zhuǎn)化為頻率 f，無需后接電路，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。 我的 設(shè)計采用的直接 C/F 變換法是利用 RC 電路的充放電和集成運(yùn)放或者集成電壓比較器，將電容 C 直接轉(zhuǎn)化為頻率 f典型的是利用集成定時器 555 接成多諧振蕩器來實現(xiàn) C/F 用變換，如圖 9所示。 電容充電回路為電源經(jīng) R1和 R2到電容 C，放電回路為電容 C經(jīng) R2至 7腳。設(shè)周期為 T，充電時間為 tl，放電時間為 t2。而且輸出電壓電平與 TTL電平兼容， Vo可以直接輸入到后續(xù)信號處理電路中進(jìn)行測量。變送器做一體極大的減小了引線電容，設(shè)計所需要的元器件也很少，只是一個片子，幾個電阻和兩個二極管，如果不調(diào)占空比為，就不需要 二極管。 電容變送器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計； 本文設(shè)計的電容變送器很好地解決了前面要考慮的問題。輸送到沉降罐中的原油需加熱到 80℃進(jìn)行分離，此時原油的粘度系數(shù)大大降低，被縛住的可能性也大大降低。本設(shè)計的電容變送器是一個平行的銅板結(jié)構(gòu)，檢測電極 和激勵電極上涂上一層絕緣漆，保證極板與介質(zhì)絕緣，而且還會增強(qiáng)抗腐蝕性。整個極板用環(huán)氧樹脂封裝，以保證其良好的密封性。 其次，電容邊緣效應(yīng)的影響。如圖 11所示。目前常采用的消除引線電容的方法有 :將電子線路的前級放在靠近傳感器的地方，以減少電纜長度和電纜位置變化的影響 。由于本設(shè)計的傳感器探頭電容變化量很小，變換電路也十分簡單所以考慮采用第一種方法，把 V/F 電路和電容傳感器做成一體，這樣很好的解決了引線電容的影響。 最后，溫度對介電常數(shù)的影響。即使是油罐內(nèi)的溫度有上下變化，由于對各點(diǎn)溫度的影響是相同的，而且系統(tǒng)只需測出介電常數(shù)變化的突變點(diǎn)就行了，所以，對整個系統(tǒng)來說，溫度的變化不會有很大影響。 本設(shè)計中針對邊緣效應(yīng)和泄漏電容問題的解決； 電容傳感器的電容在工作時的電容變化量很小的，往往受到邊緣效應(yīng)的影響和泄漏電容的影響 。這些泄漏電容不僅降低了轉(zhuǎn)換的效率，而且由于它隨條件而變，很不穩(wěn)定，從而將引起測量的誤差。 (1)邊緣效應(yīng)的影響。為了消除邊緣效應(yīng)的影響，采用設(shè)置保護(hù)環(huán)的方法，如圖 。在本設(shè)計中，極板 20 10mm，保護(hù)環(huán)的寬度是 6mm，極板 1 和保護(hù)環(huán)之間的距離是 3mm。同時，將兩個電極涂上絕緣漆。采用電容式傳感器測量，現(xiàn)場的阻抗特性時常影響電容的測量。采用絕緣漆將有效的減小漏電流的大小。 傳感器的使用周期的長短關(guān)系著整體系統(tǒng)的性能。傳感器的使用環(huán)境極其復(fù)雜。原油中含有大量的腐蝕物質(zhì) (主要是有機(jī)物 )，傳感器在其應(yīng)用中的大難度是抗腐蝕性的好壞。 (3)引線電容的消除 由于系統(tǒng)的引線比較長 (1sm)，必須考慮消除引線電容的影響。采用“雙層屏蔽等電位傳輸”技術(shù) 。由于本設(shè)計的傳感器在油罐中，變換電路也十分簡 單所以考慮采用第一種方法，電路的前級和傳感器做成一體。四細(xì)分電路提高光電編碼器輸出信號的精度 。計數(shù)電路對經(jīng)過細(xì)分后的脈沖信號計數(shù)，并且將計數(shù)值傳送到 CPU進(jìn)行信號處理，從而得到位移量。 鍵盤 圖 13 位移變送器結(jié)構(gòu)框圖 光電編碼器原理及四細(xì)分電路 光電編碼器，又稱光電碼盤、光電角位置傳感器。其應(yīng)用范圍不僅僅局限于角位移，角速度測量等場合，在直線位移，尤其是大位移測量領(lǐng) 域也越來越廣泛。與其它同類用途的傳感器相比，光電軸角編碼器具有精度高、測量范圍廣、體積小、重量輕、使用可靠、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的性能價格比。美國、日本、德國等國都有百萬臺以上的光電編碼器的市場，在長度測量、角度測量、速度測量和相位測量方面廣泛的應(yīng)用。 ； 光電編碼器的基本結(jié)構(gòu)見圖 15所示。光電編碼器的碼盤是采用照相腐蝕工藝，在一塊圓形光學(xué)玻璃上刻有透光和不透光的碼形。 光 電 碼 盤 四 細(xì) 分 變 向 計 數(shù) 數(shù) 據(jù) 處 理 鍵盤 顯示 圖 14光電編碼器機(jī)構(gòu)原理圖 根據(jù)碼盤結(jié)構(gòu)的不同，光電編碼器分為絕對式編碼器和增量式編碼器。 圖 15 絕對式編碼器碼盤 圖 16 增量式 編碼器碼盤 絕對式光電編碼器旋轉(zhuǎn)一周輸出不同數(shù)碼，每個數(shù)碼對應(yīng)一個固定的位置。增量式光電編碼器經(jīng)光敏感元件和信號處理電路產(chǎn)生相應(yīng)的 A相、 B相和Z相三個輸出脈沖信號。必須后接一個計數(shù)系統(tǒng)，在計數(shù)器中對某個基數(shù)進(jìn)行加或減，從而記錄旋轉(zhuǎn)的角位移量。這樣即使編碼器計數(shù)存在誤差，也不會存在積累誤差，每圈進(jìn)行一次誤差回零。本課題所要測量的位移范圍約 20 米，因此本設(shè)計采用增量式光電編碼盤。因此檢測位置時，可利用 正反兩路計數(shù)脈沖的相位關(guān)系進(jìn)行辨向 。 在本系統(tǒng)中，采用增量式光電碼盤作為位置檢測裝置。假設(shè)碼盤每轉(zhuǎn)動一周輸出 m 個脈沖，電機(jī)直徑為 d，若檢測到碼盤輸出了 n 個脈沖，則位移 : dns m?? 。 光電編碼器是高精度控制系統(tǒng)經(jīng)常采用的位移檢測傳感器。目前國內(nèi)生產(chǎn)的光電編碼器大多不超過 500 叼轉(zhuǎn)，若要提高編碼器的分辨率，其價格也將大大增加。因此，實際應(yīng)用常采用細(xì)分的方法來提高光柵的分辨精度。 在一個周期內(nèi) A、 B 脈沖信號共有四個上下沿，而每個沿之間相差 90。因此， A、 B 兩相脈沖的每個前沿和后沿實際上都對 應(yīng)著 1/4 柵距的位移信息。如果將這兩個信號經(jīng)四倍頻后再進(jìn)行脈沖當(dāng)量的標(biāo)定，無疑是充分發(fā)揮了光電碼盤最高精度的潛力。這也就提醒我們，由于光電碼盤的最高精度潛力為 1/4，所以，并不是相差 90“的兩個信號經(jīng)更多細(xì)分就更好，而只有四細(xì)分才是實際可用的方案科。 考慮誤差及成本方面 給的原因， 本設(shè)計采用由可編程邏輯器件構(gòu)成的位移檢測系統(tǒng)的方案。 該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)相比，具有以下突出特點(diǎn) : (1)在線測量，測量可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 (2)傳感器制作簡單，維護(hù)成本低。探頭也便于拆卸清洗，大大的延長了 傳感器的壽命。 電容法油罐多液位測量系統(tǒng)對于目前國內(nèi)油田高含水率的油田，節(jié)約能源，降低成本，有重要的參考和應(yīng)用價值。 在該測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)展功能如實現(xiàn)多測量系統(tǒng) 組態(tài)控制，加入 TC 邢 P 協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程可靠快速傳輸?shù)?。致謝 從我們步入我們的大學(xué) 長江大學(xué)開始，我們時刻都在受到這個美麗而又好學(xué)的學(xué)校的滋潤，如今我們即將離去，這里首先我我要感謝長江大學(xué)的全體教職工，感謝長江大學(xué)！ 本課題從選題到現(xiàn)在，無論是從 課題的選定、課題的指導(dǎo)、論文的撰寫、實驗條件的提供等方面給予了全面支持 ，朱老師的悉心培養(yǎng)，熱心的引導(dǎo)，使我們成長了很多，還有朱 老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、學(xué)識淵博，在學(xué)術(shù)方面一絲不茍，對自動化系統(tǒng)研究方面的知識非常全面，并具有 敏銳的洞察力，這些都將成為我以后工作和學(xué)習(xí)的榜樣 朱老師為我們付出了諸多心血和汗水，感謝朱老師。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織 已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計 （論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本 人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 致 謝 時間飛逝， 大學(xué) 的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這 四年 的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。本次畢業(yè)設(shè)計大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問題的能力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方方面面都有很大的進(jìn)步。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計。郭謙功老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。再次對周巍老師表示衷心的感謝。 另外，我還要感謝大學(xué)四年和我一起走過的同學(xué)朋友對我的關(guān)心與支持，與他們一起學(xué)習(xí)、生活，讓我在大學(xué)期間生活的很充實，給我留下了很多難忘的回憶。 致 謝 四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要劃上句號，心中是無盡的難舍與眷戀。 回首四年，取得了些許成 績，生活中有快樂也有艱辛。 學(xué)友情深，情同兄妹。 在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開父母的鼓勵和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。是他們在我畢業(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵， 給了我很多解決問題的思路， 在此表示衷心的感激。他無論在理論上還是在實踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝 他 耐心的輔導(dǎo)。