儲罐液位檢測系統(tǒng)

1、儲罐液位檢測系統(tǒng) 姓名：王行智 學號:B13043622 日期：2014.11.18 儲油罐液位檢測系統(tǒng)設計一 、設計要求我國石油資源豐富,采油煉油企業(yè)眾多,儲油罐是儲存油品的重要設備,儲油罐液位的精確計量對生產(chǎn)廠庫存管理及經(jīng)濟運行影響很大。但國內許多反應罐、大型儲油罐的液位計量仍采用人工檢尺和分析化驗的方法,其他參數(shù)的測定也沒有實行實時動態(tài)測量,這樣易引發(fā)安全事故,無法為生產(chǎn)操作和管理決策提供準確的依據(jù)。采用計算機自動監(jiān)測技術,實時監(jiān)測儲油罐液位、溫度等參數(shù),可以方便了解生產(chǎn)狀況,及時監(jiān)視、控制容器液位及溫度等,保障安全平穩(wěn)生產(chǎn)。試設計儲油罐（圓柱體型）液位的實時監(jiān)測系統(tǒng)。二、方案設計超聲波

2、發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。聲學式物位檢測方法就是利用超聲波的性質，通過測量聲波從發(fā)射至接收到被測物位界面所反射的回波的時間間隔來確定物位的高低超聲波發(fā)射器被置于容器底部，當它向液面發(fā)射短促的脈沖時，在液面處產(chǎn)生反射，回波被超聲接收器接收。若超聲發(fā)射器和接收器到液面的距離為H，聲波在液體中的傳播速度為v，則有如下簡單關系： （1）超聲波接收超聲波接收放大整形、濾

3、波門控電路單片機40KHZ震蕩頻率超聲波發(fā)射圖1 原理框圖三、傳感器工作原理超聲波測距原理是超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2。超聲波的接收和發(fā)射是基于壓電效應和逆壓電效應。具有壓電效應的壓電晶體在受到聲波聲壓的作用時，晶體兩端將會產(chǎn)生與聲壓變化同步的電荷，從而把聲波（機械能）轉換成電能；反之，如果將交變電壓加在晶體兩個端面的極上，沿著晶體厚度方向將產(chǎn)生與所加交

4、變電壓同頻率的機械振動，向外發(fā)射聲波，實現(xiàn)了電能與機械能的轉換。因此，用作超聲發(fā)射和接收的壓電晶體也稱換能器。（a）液介式，探頭固定安裝在液體中最低液位之下。（b）氣介式，探頭安裝在最高液位之上的空氣或其它氣體中。（c）固介式，把一根傳聲固體棒插入液體中，上端要高出最高液位之上，探頭安裝在傳聲固體棒的上端。圖2超聲波測距原理圖四、程序設計 程序流程圖ADAD轉換結果送DEBUF3ADPTR開始1DEBUF賦初始值P1ADPTR#FEF3HP1AA#0DPTRA保護現(xiàn)場BAA的內容高4位清零SWAP A取結果ABADPTRACALL DELAYACAAL DISP1結果低4位送DEBUF4ANL

5、 A,#0FH返回開始111結果送發(fā)光二極管P1AP3.3$ ?否是五、超聲波測液位的電路圖 圖3超聲波測液位電路圖1、發(fā)射裝置超聲波發(fā)射單元包括振蕩電路和驅動電路振蕩電路是由2塊555集成電路組成，IC1（555）組成超聲波脈沖信號發(fā)生器它產(chǎn)生40 kHz的方波脈沖電路如圖4（a）所示電路圖5中第二級反相器輸出的電壓由RA（3K電阻和滑動變阻器）的調節(jié)，可以改變輸入到第一級反相器輸入端的相位當相位達到同相時，實現(xiàn)正反饋，就成了穩(wěn)定的振蕩器振蕩周期公式為T=2.2RAC當RB足夠大時，第一級反相器的輸入電流可忽略不計由于超聲波換能器中心頻率都有偏差，所以RB采用電位計，可以調節(jié)到最佳諧振點，這

6、也是不用單片機產(chǎn)生方波的原因電路中IC1和IC2同時得到相位相反的2路控制脈沖，提供給驅動電路驅動控制采用了L293型直流電機PWM調速芯片，它內部的H橋電路可以產(chǎn)生相位相反的兩路脈沖驅動電路的直流電源電壓可以改變，以適應不同傳感器對電壓的要求振蕩電路中產(chǎn)生方波的兩端，分別接到驅動電路3OUTA、3OUTBB端控制輸出電路中輸出使能端，由單片機產(chǎn)生控制信號對其控制。 圖4超聲波測液位發(fā)射裝置電路圖圖5超聲波測液位發(fā)射裝置電路圖2、接收裝置超聲波接收單元中包括：模擬放大、濾波電路、電平轉換電路，如圖6所示模擬放大器選用高精度儀用放大器LM318作為信號放大與濾波之用，它的單位增益帶寬為15 MH

7、z，超出音頻范圍能夠滿足40 kHz的要求。在放大電路的負反饋回路中接入電容C1構成低通濾波器電容的選擇可由公式。求出f為采用的超聲波頻率因為多諧振蕩器中有高頻分量噪聲，所以通過低通濾波器將高頻噪聲濾掉經(jīng)過2極放大后，通過電容耦合，信號與參考電壓比較產(chǎn)生高低電平，經(jīng)過控制部分由單片產(chǎn)生7-8個周期的高電平，經(jīng)過放大器驅動后，經(jīng)GaAs發(fā)光二極管(LED)把信號發(fā)射出去，在信號控制端I/V轉換后，控制L293來產(chǎn)生40KHz的超聲波。圖6超聲波測液位發(fā)射裝置電路圖六、超聲波測液位參數(shù)選擇1、總體描述超聲波發(fā)生電路為超聲波發(fā)生電路。雙定時器IC1555組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。低電平變成正負尖頂脈沖，經(jīng)過

8、3AOUT得到負尖頂脈沖，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉。單穩(wěn)態(tài)翻轉輸出的高電平持續(xù)約1ms，即tw11R5C51 ms。IC2555組成多諧振蕩器，接地電阻振蕩頻率f140 kHz。該振蕩器振蕩受單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出電平控制。當單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出高電平時，多諧振蕩器產(chǎn)生振蕩，IC2555的引腳3輸出約40個頻率為40 kHz、占空比約50%的矩形脈沖?？紤]到多諧振蕩器起振階段不穩(wěn)定，因此設計輸m脈沖數(shù)較多。若輸出脈沖數(shù)太少，則發(fā)射強度小，測量距離短。但脈沖數(shù)過多，發(fā)射持續(xù)時間長，在距離被測物較近時，脈沖串尚未發(fā)射完，這樣導致先發(fā)射出的脈沖產(chǎn)生的回波將到達接收端，影響測距結果，造成測距盲區(qū)增大。超聲波脈沖驅動

9、電路，可提高驅動超聲波發(fā)送傳感器的脈沖電壓幅值，有效進行電/聲轉換，增強發(fā)射超聲波的能力，增大測量距離。40 kHz脈沖串的一路經(jīng)反相器，再經(jīng)由并聯(lián)的反相器反相；其另一路經(jīng)南并聯(lián)的反相器反相。2、參數(shù)計算發(fā)射裝置由兩塊555集成電路組成。IC1（555）組成超聲波脈沖信號發(fā)生器，工作周期計算公式如下，實際電路中由于元器件等誤差，會有一些差別。條件: RA =9.1M、 RB=150K、 C=0.01F TL = = 1 msec （2） TH = = 64 msec （3）IC2組成超聲波載波信號發(fā)生器。由IC1輸出的脈沖信號控制，輸出1ms頻率40kHz，占空比50的脈沖，停止64ms。計算

10、公式如下：條件: RA =1.5K、 RB=15K TL = = 10sec （4） TH = 11sec （5） = 46.0 KHz （6）3、器件選擇R1,R3,R4選用普通電阻，起限流的作用。R2選用1000K滑動變阻器，調節(jié)接收端信號。C1和C2選用100PF電解電容，作為晶振起電路電容。ICl和IC2均選用NE555型時基集成電路。TCT40-10T和TCT40-10R分別為發(fā)送和接收裝置頭。超聲波接收頭和IC4組成超聲波信號的檢測和放大。反射回來的超聲波信號經(jīng)IC4的2級放大1000倍（60dB），第1級放大100倍（40dB），第2級放大10倍（20dB）。由于一般的運算放大器

11、需要正、負對稱電源，而該裝置電源用的是單電源（9V）供電，為保證其可靠工作，這里用R1和R2進行分壓，這時在IC4的同相端有4.5V的中點電壓，這樣可以保證放大的交流信號的質量，不至于產(chǎn)生信號失真。倍壓檢波電路取出反射回來的檢測脈沖信號送至單片機進行處理。信號比較、測量、計數(shù)和顯示電路，即比較和測量從發(fā)出的檢測脈沖和該脈沖被反射回來的時間差。4、系統(tǒng)需要的元器件清單表1 元器件清單序號元器件類型元器件規(guī)格數(shù)量備注1C1, C2100pF2晶振電容2Q1, Q290124PNP3UN1TCT40-10T1發(fā)送頭4UN2TCT40-10R1接收頭5R1,R3,R41M3電阻6L1LED1指示燈7U

12、5CX20106A1紅外接收8LR74LS045非門9B11.5V3電源10R21000K1滑動變阻七、總結現(xiàn)在，超聲波液位計|物位儀的工業(yè)用途迅速擴大。這個一度成本高昂卻不甚可靠的技術現(xiàn)在變得簡單易用，價格低廉。超聲波物位儀現(xiàn)已常規(guī)用于液位測量、流程監(jiān)控以提高產(chǎn)品質量、檢測缺陷、確定有無以及其它方面。這些傳感器還能減少由損壞部件產(chǎn)生的廢品，以及由此引起的停工時間，從而提高生產(chǎn)率。該項技術還沿著這個方向繼續(xù)研發(fā)新產(chǎn)品。物位檢測的精度主要取決于超聲脈沖的傳播時間和超聲波在介質中的傳播速度。前者可用適當?shù)碾娐愤M行精確測量，后者易受介質溫度、成分等變化的影響，因此，需要采取有效的補償措施9。通過本次傳感器課程設計對之前學過的各種傳感器原理與應用有了進一步深刻的認識，了解到了傳感器在人們日常生活中的作用，而且還對超聲波測液位測量電路進行的深入的學習