课程设计 储油罐液位、温度实时检测设计

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1、储油罐液位、温度实时检测第16页1.系统总体说明11.1课题任务规定的设计要求11.2设计方法比较11.3设计特色12.总体解决方案概述23.所用传感器简介[4][5]33.1光纤传感器33.2超声波传感器43.3半导体热敏电阻54.系统描述64.1温度传感器PPM电路[1][6]64.2超声波测距[2][3]74.3传感器PPM电路[8]9第16页4.4复合及脉冲光发射电路104.5脉冲甄别电路[8]104.6单片机数据处理[7][8]115.光推动系统的功率与信号通道设计[9][10]135.1光推动

2、系统简介135.2光推动通道136.附录146.1存在的问题146.2解决的办法147.致谢158.参考资料16第16页1.系统总体说明1.1课题任务规定的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

3、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（圆柱体型）液位、温度的实时监测系统。1.2设计方法比较液位测量方法温度测量方法直接测量法间接测量法接触测量非接触测量目测式液位测量法接触测量非接触测量膨胀式温度计辐射式温度计电容式超声波式电阻式亮度温度计电阻式红外式热电耦式比色温度计静压式激光式压力式光导纤维温度计电感式光电式热感式微波式表1现有方法总结1.3设计特色采用光纤传输，实现测量无电回路，避免电信号引起的危险，动态效应好，可以远端控制，实现数字脉冲的传输，避免干

4、扰。第16页1.总体解决方案概述本次设计，我们采用光纤传输光推动油罐多参数侧量，系统的总体方案如图2.1所示。它由三部分组成:(1)测量现场的超声波液位传感器及其控制电路以及脉冲位置调制(PPM)电路，三只半导体热敏电阻以及脉冲位置调制(PPM)电路，多个不同宽度窄脉冲信号复用电路，PPM信号发射电路和光电转换供电电路。(2)二次仪表的脉宽鉴别、信号解调、信号处理以及LD光源驱动电路。(3)探头与二次仪表之间功率和信号双向光纤传输通道部分。图2.1系统的总体方案图2.2系统中传感器安装位置第16页1.所用

5、传感器简介[4][5]1.1光纤传感器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。时至今日，光纤传感器己成为现代传感器技术发展方向之一，各国在光纤传感理论和应用上进行了大量的研究工作。尤其是近几年，它的发展异常迅速，呈现出巨大的开发潜力，受到一些工业先进国家研究单位的高度重视光纤传感

6、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。由光纤、光源和光探测器组成的典型光纤传感器如图3.1.1图3.1.1光纤传感器结构简介光纤波导原理：光纤由折射率n1（光密介质）较大的纤芯，和折射率n2（光疏介质）较小的包层构成。当光线以较小的入射角θ1由光密介

7、质1射向光疏介质2（n1>n2）时,根据Snell定律有：第16页图3.1.2光纤基本结构当＝90º时，，此时有：，称为临界角。由图可见，当时，光纤再介质内产生连续向前的全反射。同理，由图和Snell定律可导出光线由折射率为n0的外界介质（空气n0＝1）射入纤芯时实现全反射的临界角为：NA定义为“数值孔径”。一般：NA=0.2~0.4对应张角11.5º~23.6º1.1超声波传感器总体上讲，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

8、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。目前较为常用的是压电式超声波发生器。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