儲(chǔ)油罐液位實(shí)時(shí)檢測(cè)與C#編程系統(tǒng)

1、儲(chǔ)油罐實(shí)時(shí)檢測(cè)目錄緒論1二方案設(shè)計(jì)12.1方案一12.2方案二22.3選擇方案32.4儲(chǔ)油罐裝置設(shè)計(jì)3三解決方案實(shí)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(jiǎn)述84.1超聲波式(KS103超聲波測(cè)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(guó)石油資源豐富，采油煉油企業(yè)眾多，儲(chǔ)油罐是儲(chǔ)存油品的重要設(shè)備，儲(chǔ)油罐液位的精確計(jì)量對(duì)生產(chǎn)廠庫(kù)存管理及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響很大，但國(guó)內(nèi)許多反應(yīng)罐，大型儲(chǔ)油罐的液位計(jì)量仍采用人工檢尺子和分析化驗(yàn)的方法，其它參數(shù)的測(cè)定也沒(méi)有實(shí)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)測(cè)量

2、，這樣易引發(fā)安全事故，無(wú)法為生產(chǎn)操作和管理決策提供準(zhǔn)確的依據(jù)。采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)油罐的液位，溫度等參數(shù)，可以方便了解生產(chǎn)狀況，及時(shí)監(jiān)測(cè)，控制容器液位及溫度等，保障安全平穩(wěn)生產(chǎn)。通過(guò)使用傳感器來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)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(chǔ)油罐 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 傳感器二方案設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)有的傳感器技術(shù)，我們?cè)O(shè)計(jì)以下兩個(gè)方案：2.1方案一液位測(cè)量方法溫度測(cè)量方法紅外測(cè)距傳感器熱敏電阻(ds18b20溫度傳感器)紅外測(cè)距傳感器如圖2-1所示。圖2-1紅外測(cè)距傳感器利用紅外信號(hào)遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度也不同的原理，進(jìn)行障礙物遠(yuǎn)近的檢測(cè)。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(cè)量方法溫度測(cè)量方法超聲波式(KS103超聲波測(cè)距)TS118-3 非接觸式紅外溫度傳感器超聲波式(KS103超聲波測(cè)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(duì)比：紅外測(cè)距傳感器超聲波式(KS103超聲波測(cè)距)精度高，但測(cè)距范圍小，不滿(mǎn)足儲(chǔ)油罐的高度。精度高，測(cè)距范圍相對(duì)大，測(cè)長(zhǎng)距離的價(jià)格也相對(duì)高些。備注:儲(chǔ)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(cè)物體接觸，增加布置難度。感溫范圍: -55 +125價(jià)格：便宜不需要與被測(cè)物質(zhì)相接觸，精度：<2%FS工作溫度：-20100價(jià)格:便宜有以上的性能決定使用方案二。在對(duì)原油進(jìn)行溫度檢測(cè)時(shí)，由于儲(chǔ)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(lái)進(jìn)行測(cè)量，在油罐的內(nèi)部的適當(dāng)?shù)奈恢镁鶆虻胤植家恍﹤鞲衅鳎员愀泳鹊貙?shí)時(shí)監(jiān)控內(nèi)部的溫度。2.4儲(chǔ)油罐裝置設(shè)計(jì)在向儲(chǔ)油罐中添加和輸出油時(shí)，往往會(huì)造成液面波動(dòng)，此時(shí)會(huì)對(duì)液位測(cè)量造成較大的誤差，因此設(shè)計(jì)如圖2-5所，圖2-6是長(zhǎng)圓柱體液位測(cè)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(dòng)幅度很大，而連通器里面的油面幾乎不會(huì)有明顯的晃動(dòng)，模塊1是一個(gè)浮標(biāo)，能漂浮在油面上，是用來(lái)反射紅外測(cè)距傳感器的光源，模塊1設(shè)計(jì)如圖2-7所示，該浮標(biāo)放置在長(zhǎng)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(biāo)滾動(dòng)，從而減少反射面與油之間的接觸而影響測(cè)距。模塊2是測(cè)距傳感器，該傳感器放置在圓柱體的最上面，與浮標(biāo)成垂直線。接觸式溫度傳感器將在儲(chǔ)油罐的底部如圖2-8所示分布，這樣可以均勻地測(cè)量出石油的溫度，做到更加精確。對(duì)于非接觸式的溫度傳感器將安裝在儲(chǔ)油罐的頂上。 圖2-5 圖2-6 圖2-7 圖2-8三解決方案實(shí)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(duì)儲(chǔ)油罐的液位和溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)提出可行性的解決方案，從實(shí)際出發(fā)，并為儲(chǔ)油罐的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2-6中所示設(shè)計(jì)出連通器的測(cè)量液位的裝置，在最上端安裝KS103超聲波測(cè)距傳感器，將發(fā)射信號(hào)在管道中傳輸，減少信號(hào)的損失，在到達(dá)浮標(biāo)時(shí)返回，根據(jù)公式來(lái)計(jì)算出油液位的高度，該裝置能有有效降低測(cè)量中由于添加油的過(guò)程中的波動(dòng)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(lái)對(duì)儲(chǔ)油罐的溫度進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，是用分布式的溫度測(cè)量能夠更加準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)地檢測(cè)出儲(chǔ)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(hào)

7、而有可能帶來(lái)的安全隱患。各個(gè)模塊輸出的模擬信號(hào)將通過(guò)單片機(jī)的處理轉(zhuǎn)發(fā)到電腦的監(jiān)控程序，由程序計(jì)算出儲(chǔ)油罐的液位高度，方差，平均溫度和溫度的實(shí)時(shí)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(kāi)發(fā)板上(如圖3-3-1)。Arduino 是一款便捷靈活、方便上手的開(kāi)源電子原型平臺(tái)。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(chǔ)油罐中的連通器測(cè)距模塊如圖3-3-3所示： 圖3-3-3數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)檢測(cè)PC軟件如圖3-3-4所示：圖3-3-4四傳感器簡(jiǎn)述4.1超聲波式(KS103超聲波測(cè)距)超聲波發(fā)生器可以分為

8、兩大類(lèi)：一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類(lèi)是用機(jī)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(dòng)型等；機(jī)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(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。超聲波測(cè)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(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2。KS103超聲波模塊性能：。1. 包含實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償?shù)木嚯x探測(cè)，高探測(cè)精度 。2. 采用專(zhuān)利技術(shù)的探測(cè)模式，探測(cè)范圍1cm1000cm(10米) 。3. 探測(cè)頻率可達(dá)500Hz，即每秒可探測(cè)500次 。4. 使用I2C/串口接口與主機(jī)通信，自動(dòng)響應(yīng)主機(jī)的I2C/串口控制指令 。5. 使用工業(yè)級(jí)配

10、置，工作溫度 (-30+85)，寬工作電壓范圍 (3.0V5.5V)。6. 采用獨(dú)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(shí)，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(chǔ)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(diǎn)有：一是半導(dǎo)體熱敏電阻阻值大，在實(shí)現(xiàn)電阻到脈寬的轉(zhuǎn)換時(shí)，可減少RC轉(zhuǎn)換電路的動(dòng)態(tài)功耗;二是具有T-PWM變換的高靈敏度，響應(yīng)速度快(時(shí)間常數(shù)小)和小體積等優(yōu)點(diǎn)。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(diǎn)。近年來(lái)由于材料及工藝的不斷改進(jìn)，其溫度敏感特性得

11、到改善，在溫度測(cè)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(cè)溫度為T(mén)時(shí)的電阻值， 參考溫度為T(mén)0時(shí)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(duì)溫度值的靈敏度、測(cè)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(cè)溫范圍：-55125。精度：-1085范圍內(nèi)±0.5。每個(gè)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(guó)HL P公司TS118-3 紅外溫度傳感器采用熱電堆紅外非接觸測(cè)溫技術(shù)，可快速方便的測(cè)量熱的、危險(xiǎn)的或難以接觸的物體，不會(huì)污染或損壞被測(cè)物體。測(cè)溫范圍從-40-3000，加上光路后測(cè)量距離從0-10米均可準(zhǔn)確測(cè)量；廣泛應(yīng)用于耳溫槍?zhuān)邷赜?jì)，二氧化碳檢測(cè)儀，氣候調(diào)節(jié)，產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的溫度測(cè)量。技術(shù)指標(biāo)：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(guò)一周的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，讓我收獲很多，不僅在知識(shí)上，也在與人合作的能力上等等。關(guān)于儲(chǔ)油罐的課程設(shè)計(jì)的資料很多，在眾多的資料中，我們找出它們的優(yōu)點(diǎn)并總結(jié)現(xiàn)有的技術(shù)來(lái)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(guò)和組員的討論和網(wǎng)上查閱后才做了決定。在對(duì)當(dāng)前的儲(chǔ)油罐的形狀，我們還設(shè)計(jì)出一個(gè)長(zhǎng)的連通器來(lái)測(cè)量它的液位，該設(shè)計(jì)可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，尤其浮標(biāo)的設(shè)計(jì)，能夠有效地防止浮標(biāo)因?yàn)闈L動(dòng)的原因而導(dǎo)致反射面被石油粘到影響測(cè)量信號(hào)的反射。在溫度的測(cè)量的問(wèn)題上我們也是從儲(chǔ)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?cè)O(shè)計(jì)出多方面的溫度測(cè)量，不但有接觸式的溫度傳感器，同時(shí)也對(duì)儲(chǔ)油罐的上部空間的溫度也進(jìn)行了測(cè)量，在多種溫度的數(shù)據(jù)中來(lái)求平均值得出儲(chǔ)油罐的平均溫度，當(dāng)然也可以根據(jù)不同的溫度傳感器來(lái)分別反饋數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)，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(shí)時(shí)檢測(cè)。針對(duì)實(shí)際的