光功率推动电容式差压传感器在液位测量中的应用.pptVIP

光功率推动电容式差压传感器在液位测量中的应用 摘要 本文介绍了电容式差压传感器油罐液位高度测量系统的基本组成，分析了此系统的基本工作原理,提出了关于此系统液位测量的差压方法,从理论和实验上论证测量电路的微功耗特点。 引言 测量系统的组成 测量系统的工作原理 测量电路功耗计算 信号处理 对原油储罐精确检测、计量和及时掌握储罐库存，关系到灌区以及相关生产装置的安全和平稳运作、油品交换中的计量和经济核算。同时，准确检测油位防止油品溢出，也是确保安全生产和环境保护的重要手段。近年来,先后出现了钢带浮子式、司服式、雷达式、超导式、静压式等检测方法。但是，相关的仪表和系统均存在不同程度的缺点，主要是精度低、有机械可动部件、可靠性低、安装保护不便，缺乏人身安全保障等。针对这种状况，本文提出了液位测量的差压方法。 引言 测量系统的组成 ? ? 由于电容式差压传感器安全没有传动机构，尺寸紧凑，抗振性好，且精确度高，调整零点和量程时互不干扰，而电容式差压传感器还具有线性好，灵敏度高，稳定性强和抗干扰的优点，近来得到广泛应用。因此我们采用电容式差压传感器测量油罐液面高度。 差压变送器测量油罐液面高度系统如图1所示。它主要由4部分组成：光功率推动、测量电路、光纤传输和单片机信号处理与数字显示。测量电路中的振荡器产生1 kHz方波来驱动激光二极管LD，LD发出高强度光功率信号，通过光纤传输被光电池转换成交流电压，经过升压再经整流，输出光功率电压的电平为3.4～5 V，本系统采用3.5 V电压。传感器采用1151型差压变送器将液面高度信号转换成脉宽信号，将脉宽信号转换成脉位信号；光纤传输过程是将脉位信号转换成光信号，通过光纤传输到信号处理单元，并将光信号恢复成脉宽信号；最后由单片和微型计算机对信号进行处理，并将结果显示。 差压传感器的工作原理 差压是变间隙式电容传感器，它是由2块定极板和1块动极板组成。工作原理示意如图所示。 公式为： 测量电路的工作原理 本系统的测量电路全部采用微功耗的CMOS元器件，电路设计如图3。 图中CL,CH为差压传感器的2个电容，双稳态触发器的Q端输出高电平UH时则通过R1对CL充电， CH通过VD2放电。当CL上电压高于参考值(用或门CD4047的阀值电压值作为参考值Ur)时，触发器翻转，Q为低电平，Q端输出为高电平并通过R2对CH充电，而CL通过VD1放电。当CH上电压高于参考值时，触发器再次翻转。如此反复，产生脉冲波。脉冲波经过CD4047低功耗单稳态触发器将脉宽转换成脉位，脉位信号经过或门传送给半导体发光二极管LED，将脉位经过光纤传输出去。脉冲宽度由电容CL和CH的值决定。 测量电路功耗计算 本系统采用CD4047单稳态触发器目的将脉宽变成脉位，通过光电转换减少功耗。光信号的传输采用光纤传输，光纤传输中光功率的大小对环境没有影响。经实验测得，整个前置电路的功耗为300LW。与相同条件的同类系统的前置电路相比，本系统设计的电路在工作中消耗的功耗非常小，可以说是微功耗的。这就保证了信号检测在易燃易爆环境中的安全进行，即差压式电容传感器在油罐液位测量中的可行性和推广性。 信号处理 本系统的信号处理过程非常简单，根据系统的实际需要，设计了系统的计算机控制单元。测量电路将电信号转换成光信号，光信号通过光纤传输到处理端。首先处理端的光电管将光脉冲转换成电脉冲信号，在传输过程中,信号衰减较大，因此必须将信号放大。经过二级放大，电脉冲信号进入双稳态触发器由脉位信号转换成脉宽信号。恢复后的脉宽信号就被送入到计算机控制单元8031的P3、4端口，经过计算机采集、数据处理来实现参数的计算，得出液位高度信号，进行显示、打印和报警等一系列操作。由于脉宽信号与电容量的大小有关，运用单片机测出脉冲宽度，就可以计算出传感器的电容改变量。 8031的内部时钟频率是6 MHz，计数器的计数周期为2Ls，所能计数的最大脉宽可达到130 ms，这对于系统来说已经足够了。