储罐液位监测系统.pdf
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1、精品文档 . 储 罐 液 位 检 测 系 统 专业: * 班级: * 学号: * 姓名: * 精品文档 . 摘 要 超声波液位测量是一种非接触式的测量方式, 它是利用超声波在同种介质中 传播速度相对恒定以及碰到障碍物能反射的原理研制而成的。与其它方法相比 ( 如电磁的或光学的方法 ), 它不受光线、被测对象颜色的影响,对于被测物处于 黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此, 研究超声波在高精度测距系统中的应用具有重要的现实意义。试设计储油罐 (圆 柱体型)液位、温度的实时监测系统。 对现采用的油罐测量技术作对比,选用合适的测量技术, 保证原油储罐的安 全,降低劳
2、动强度,取得良好的经济效益。 关键词:储油罐;液位测量;仪表;现状 精品文档 . 储油罐液位检测系统设计 一 、设计要求 我国石油资源丰富 , 采油炼油企业众多 , 储油罐是储存油品的重要设备, 储油 罐液位的精确计量对生产厂库存管理及经济运行影响很大。但国内许多反应罐、 大型储油罐的液位计量仍采用人工检尺和分析化验的方法, 其他参数的测定也没 有实行实时动态测量, 这样易引发安全事故, 无法为生产操作和管理决策提供准 确的依据。采用计算机自动监测技术 , 实时监测储油罐液位、 温度等参数 , 可以方 便了解生产状况 , 及时监视、控制容器液位及温度等 , 保障安全平稳生产。 试设计 储油罐(
3、圆柱体型)液位的实时监测系统。 二、方案设计 目前国内外工业生产中普遍采用间接的液位测量方法,如浮子式、液压式、 电容法、超声波法、磁致伸缩式、光纤等。 1、方案一 在光通信研究中发现,光纤受外界环境因素的影响,如压力、温度、电场、 磁场等环境条件变化时,将引起光纤传输的光波量,如光强、相位、频率、偏振 态等改变。如果能测量出光波变化的信息, 就可以知道导致这些光波量变化的压 力、温度、电场、磁场等物理量的大小,于是就出现了光纤传感器技术。光纤传 感器的信号载体是在光纤中传输的光,而光纤本身是一种介质材料, 这就赋予了 光纤传感器具有一些常规传感器无可比拟的优点,如灵敏度高、 响应速度快、 动
4、 态范围大、防电磁干扰、超高压绝缘、无源性、防燃防爆、适用于远距离遥测、 多路系统无地回路“串音”千扰、体积小、机械强度大、可灵活柔性挠曲、材料 资源丰富、成本低等。 精品文档 . 图 1 方案一原理框图 2、方案二 差压法测液位广泛地应用于生产过程,但在当被测液的密度随环境变化而变化的 情况下,差压法测液位的误差很大, 针对上述问题有人提出采用温度补偿法,但 由于石油原油的组成成分复杂, 各炼油厂提供的石油组分差异很大,甚至同厂不 同批次的石油物性参数也不一致,因此采用温度补偿法有一定的难度。 图 2 方案二原理框图 3、方案三 光源 光敏元件 被测对象 光导纤维 测得信息 (a) 功能型
5、光源 光敏元件 被测对象 光导纤维 测得信息 (b) 传导型 敏感元件 光敏元件 被测对象 光导纤维 测得信息 敏感元件 发光元件 差压传感器2 液位 H 定液位 H0 0 P 差压传感器1 1xU 1X U UX2 AD63 7 h P P/V转 换 2x UP/V 转换AD63 7 0 U 除 法 器 液 位 显 示 精品文档 . 总体上讲,超声波发生器可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波, 一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等; 机械方式有加尔统笛、 液哨和气流旋笛等。 它们所产生的超声波的频率、功率和 声波特性各不相同, 因而用途也各不相同。 目前
6、较为常用的是压电式超声波发生 器。 声学式物位检测方法就是利用超声波的性质,通过测量声波从发射至接收到 被测物位界面所反射的回波的时间间隔来确定物位的高低超声波发射器被置于 容器底部, 当它向液面发射短促的脉冲时,在液面处产生反射, 回波被超声接收 器接收。若超声发射器和接收器到液面的距离为H,声波在液体中的传播速度为 v,则有如下简单关系: (1) 图 3 方案三原理框图 通过方案比较,由于方案三的抗干扰能力较强,不与介质接触无可动部件, 工作十分可靠,故障率低,适应范围广。尤其适告高粘度、高腐蚀性介质的液位 测量;压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波有两 个压电晶片
7、和一个共振板。 当它的两极外加脉冲信号, 其频率等于压电晶片的固 有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。反 之,如果两电极间未外加电压, 当共振板接收到超声波时, 将压迫压电晶片作振 动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器了。 超声波接收 放大整形、滤波门控电路 单片机 40KHZ震荡频率超声波发射 1 2 Hvt 精品文档 . 三、传感器工作原理 超声波测距原理是超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时 开始计时, 超声波在空气中传播, 途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器 收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/
8、s,根据计时 器记录的时间t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离(s) ,即: s=340t/2 。超 声波的接收和发射是基于压电效应和逆压电效应。具有压电效应的压电晶体在受 到声波声压的作用时, 晶体两端将会产生与声压变化同步的电荷,从而把声波(机 械能)转换成电能;反之,如果将交变电压加在晶体两个端面的极上,沿着晶体 厚度方向将产生与所加交变电压同频率的机械振动,向外发射声波, 实现了电能 与机械能的转换。因此,用作超声发射和接收的压电晶体也称换能器。(a)液介 式,探头固定安装在液体中最低液位之下。 (b)气介式,探头安装在最高液位之 上的空气或其它气体中。(c)固介式,把一根传声固体棒
9、插入液体中,上端要高 出最高液位之上,探头安装在传声固体棒的上端。 图 4 超声波测距原理图 四、程序设计 1 程序流程图 精品文档 . 五、超声波测液位的电路图 AD转换结果送 DEBUF3 ADPTR 开始 1 DEBUF赋 初 始 值 DPTR #FEF3H P1A A#0 DPTRA 保 护 现场 B A的内容高 4位清零 SWAP A 取结果 AB ADPTR ACALL DELAY ACAAL DISP1 结果低 4位送 DEBUF4 ANL A,#0FH 返 回 开 1 1 1 结果送发光二极管P1 P3.3 $ ? 否 是 精品文档 . 图 5 超声波测液位电路图 1、发射装置
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