儲油罐液位實時檢測與C#編程系統(tǒng)

1、儲油罐實時檢測目錄緒論1二方案設(shè)計12.1方案一12.2方案二22.3選擇方案32.4儲油罐裝置設(shè)計3三解決方案實施53.1方案描述53.2系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)53.3 方案模擬6四傳感器簡述84.1超聲波式(KS103超聲波測距)84.2熱敏電阻(ds18b20溫度傳感器)84.3 TS118-3 非接觸式紅外溫度傳感器9六課程總結(jié)10七參考資料117.1參考資料11緒論我國石油資源豐富，采油煉油企業(yè)眾多，儲油罐是儲存油品的重要設(shè)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(nèi)許多反應(yīng)罐，大型儲油罐的液位計量仍采用人工檢尺子和分析化驗的方法，其它參數(shù)的測定也沒有實行實時的動態(tài)測量

2、，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)。采用計算機自動檢測技術(shù)，實時監(jiān)測儲油罐的液位，溫度等參數(shù)，可以方便了解生產(chǎn)狀況，及時監(jiān)測，控制容器液位及溫度等，保障安全平穩(wěn)生產(chǎn)。通過使用傳感器來實時檢測液位和溫度可以提高效率和減少安全事故的發(fā)生。摘要：儲油罐 實時監(jiān)測 傳感器二方案設(shè)計根據(jù)現(xiàn)有的傳感器技術(shù)，我們設(shè)計以下兩個方案：2.1方案一液位測量方法溫度測量方法紅外測距傳感器熱敏電阻(ds18b20溫度傳感器)紅外測距傳感器如圖2-1所示。圖2-1紅外測距傳感器利用紅外信號遇到障礙物距離的不同反射的強度也不同的原理，進行障礙物遠近的檢測。熱敏電阻(ds18b20溫度傳感器)如圖

3、2-2所示:圖2-2該款溫度傳感器可以防水防油，在油罐中使用可防止油與導(dǎo)線接口的接觸，可以防止電流而引起的一些事故。2.2方案二液位測量方法溫度測量方法超聲波式(KS103超聲波測距)TS118-3 非接觸式紅外溫度傳感器超聲波式(KS103超聲波測距模塊)如圖2-3所示：圖2-3TS118-3 非接觸式紅外溫度傳感器如圖2-4所示:圖2-42.3選擇方案以下是功能相同的模塊的性能對比：紅外測距傳感器超聲波式(KS103超聲波測距)精度高，但測距范圍小，不滿足儲油罐的高度。精度高，測距范圍相對大，測長距離的價格也相對高些。備注:儲油罐的一般高度在8米到15米之間。熱敏電阻(ds18b20溫度傳

4、感器)TS118-3 非接觸式紅外溫度傳感器需要與被測物體接觸，增加布置難度。感溫范圍: -55 +125價格：便宜不需要與被測物質(zhì)相接觸，精度：<2%FS工作溫度：-20100價格:便宜有以上的性能決定使用方案二。在對原油進行溫度檢測時，由于儲油罐的體積比較大，除了使用非接觸式的紅外溫度傳感器外，本方案還增加使用接觸式的溫度傳感器來進行測量，在油罐的內(nèi)部的適當?shù)奈恢镁鶆虻胤植家恍﹤鞲衅鳎员愀泳鹊貙崟r監(jiān)控內(nèi)部的溫度。2.4儲油罐裝置設(shè)計在向儲油罐中添加和輸出油時，往往會造成液面波動，此時會對液位測量造成較大的誤差，因此設(shè)計如圖2-5所，圖2-6是長圓柱體液位測量裝置，該裝置低端有源

5、口，與外面的油罐形成連通器，即便油罐內(nèi)的油面波動幅度很大，而連通器里面的油面幾乎不會有明顯的晃動，模塊1是一個浮標，能漂浮在油面上，是用來反射紅外測距傳感器的光源，模塊1設(shè)計如圖2-7所示，該浮標放置在長圓柱體內(nèi)，位置由油面的高度決定，設(shè)置為該形狀，能防止浮標滾動，從而減少反射面與油之間的接觸而影響測距。模塊2是測距傳感器，該傳感器放置在圓柱體的最上面，與浮標成垂直線。接觸式溫度傳感器將在儲油罐的底部如圖2-8所示分布，這樣可以均勻地測量出石油的溫度，做到更加精確。對于非接觸式的溫度傳感器將安裝在儲油罐的頂上。 圖2-5 圖2-6 圖2-7 圖2-8三解決方案實施3.1方案描述本方案根據(jù)現(xiàn)有的

6、傳感器模塊和技術(shù)，對儲油罐的液位和溫度的實時檢測提出可行性的解決方案，從實際出發(fā)，并為儲油罐的整個系統(tǒng)進行設(shè)計，如圖2-6中所示設(shè)計出連通器的測量液位的裝置，在最上端安裝KS103超聲波測距傳感器，將發(fā)射信號在管道中傳輸，減少信號的損失，在到達浮標時返回，根據(jù)公式來計算出油液位的高度，該裝置能有有效降低測量中由于添加油的過程中的波動而造成的誤差。ds18b20溫度傳感器和TS118-3 非接觸式紅外溫度傳感器結(jié)合來對儲油罐的溫度進行系統(tǒng)的實時檢測，是用分布式的溫度測量能夠更加準確和實時地檢測出儲油罐內(nèi)的不同位置的溫度。接觸式的溫度傳感器使用防水防油的密封式工藝，杜絕線路與油的接觸，防止因電信號

7、而有可能帶來的安全隱患。各個模塊輸出的模擬信號將通過單片機的處理轉(zhuǎn)發(fā)到電腦的監(jiān)控程序，由程序計算出儲油罐的液位高度，方差，平均溫度和溫度的實時監(jiān)控曲線圖。3.2系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)圖如3-1所示：圖3-13.3 方案模擬方案將模擬在Arduino Uno開發(fā)板上(如圖3-3-1)。Arduino 是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。圖3-3-1傳感器搭建如圖3-3-2所示: 圖3-3-2 溫度傳感器儲油罐中的連通器測距模塊如圖3-3-3所示： 圖3-3-3數(shù)據(jù)處理實時檢測PC軟件如圖3-3-4所示：圖3-3-4四傳感器簡述4.1超聲波式(KS103超聲波測距)超聲波發(fā)生器可以分為

8、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。壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。超聲波測距原理是超聲波

9、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。KS103超聲波模塊性能：。1. 包含實時溫度補償?shù)木嚯x探測，高探測精度 。2. 采用專利技術(shù)的探測模式，探測范圍1cm1000cm(10米) 。3. 探測頻率可達500Hz，即每秒可探測500次 。4. 使用I2C/串口接口與主機通信，自動響應(yīng)主機的I2C/串口控制指令 。5. 使用工業(yè)級配

10、置，工作溫度 (-30+85)，寬工作電壓范圍 (3.0V5.5V)。6. 采用獨特的可調(diào)可調(diào)可調(diào)濾波降噪技術(shù)，電源電壓受干擾或噪音較大時，仍可正常工作。4.2熱敏電阻(ds18b20溫度傳感器)熱敏電阻(ds18b20溫度傳感器)儲油罐的溫度敏感元件采用半導(dǎo)體熱敏電阻。半導(dǎo)體熱敏電阻的優(yōu)點有：一是半導(dǎo)體熱敏電阻阻值大，在實現(xiàn)電阻到脈寬的轉(zhuǎn)換時，可減少RC轉(zhuǎn)換電路的動態(tài)功耗;二是具有T-PWM變換的高靈敏度，響應(yīng)速度快(時間常數(shù)小)和小體積等優(yōu)點。但半導(dǎo)體熱敏電阻存在特性參數(shù)分散性大，互換性差，電阻一溫度 為非線性關(guān)系等缺點。近年來由于材料及工藝的不斷改進，其溫度敏感特性得

11、到改善，在溫度測量與控制中得到廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)中采用高精度(誤差<0. 05 0C)的熱敏電阻，其阻值與溫度的關(guān)系為：式中： 被測溫度為T時的電阻值， 參考溫度為T0時的電阻值，B熱敏電阻的材料系數(shù)。系數(shù)B除與材料有關(guān)之外，還與材料所處溫度有關(guān)。材料確定之后，近似為一常數(shù)。合理選擇B值對溫度值的靈敏度、測量范圍、線性處理精度有直接影響，B值在近似常規(guī)條件下，熱敏電阻一溫度為指數(shù)函數(shù)關(guān)系。ds18b20溫度傳感器相關(guān)參數(shù):作電壓35V。912位分辨率可設(shè)。測溫范圍：-55125。精度：-1085范圍內(nèi)±0.5。每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待。多種不銹鋼防水封裝結(jié)構(gòu)可選，

12、適用范圍廣泛。4.3 TS118-3 非接觸式紅外溫度傳感器德國HL P公司TS118-3 紅外溫度傳感器采用熱電堆紅外非接觸測溫技術(shù)，可快速方便的測量熱的、危險的或難以接觸的物體，不會污染或損壞被測物體。測溫范圍從-40-3000，加上光路后測量距離從0-10米均可準確測量；廣泛應(yīng)用于耳溫槍，高溫計，二氧化碳檢測儀，氣候調(diào)節(jié)，產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測等領(lǐng)域的溫度測量。技術(shù)指標：1. 精 確 度： 80V/W。2. 濾波范圍： 814um。3. 輸 出： 4.4±1.1 mV。4. 工作溫度： 20100。5. 電氣連接： PC板安裝。6. 量 程： 跟處理電路相關(guān)（普通-20300）。六

13、課程總結(jié)經(jīng)過一周的課程設(shè)計實踐，讓我收獲很多，不僅在知識上，也在與人合作的能力上等等。關(guān)于儲油罐的課程設(shè)計的資料很多，在眾多的資料中，我們找出它們的優(yōu)點并總結(jié)現(xiàn)有的技術(shù)來提出自己的方案和想法。在擬定方案中也遇到不少的難題，例如在選定傳感器上，我們不僅考慮傳感器的性能還有它的成本，在經(jīng)過和組員的討論和網(wǎng)上查閱后才做了決定。在對當前的儲油罐的形狀，我們還設(shè)計出一個長的連通器來測量它的液位，該設(shè)計可以提高測量數(shù)據(jù)的準確性，尤其浮標的設(shè)計，能夠有效地防止浮標因為滾動的原因而導(dǎo)致反射面被石油粘到影響測量信號的反射。在溫度的測量的問題上我們也是從儲油罐的體積比較大，為了減少溫度區(qū)域化而導(dǎo)致的溫度偏差大，我們設(shè)計出多方面的溫度測量，不但有接觸式的溫度傳感器，同時也對儲油罐的上部空間的溫度也進行了測量，在多種溫度的數(shù)據(jù)中來求平均值得出儲油罐的平均溫度，當然也可以根據(jù)不同的溫度傳感器來分別反饋數(shù)據(jù)給計算機，讓監(jiān)控人員可以看到更多的區(qū)域的溫度，最好是把石油的溫度和石油上空部分的溫度分別經(jīng)行實時檢測。針對實際的