分段电容式液位测量的研究

论文摘要

溢油回收过程中进行油水分离时,检测油气、油水界面所在位置以及油层厚度是至关重要的一个环节,不仅需要能够同时检测油气、油水两个界面,还需要保证检测结果是实时连续的,要求具有较快的检测速度。本课题正是研究这样一种测量技术,通过测量电容,利用单片机实现实时动态多界面液位测量。通过测量各分段电容传感器然后对测得的数据进行分析处理得到各界面位置是本论文的总体思路。本论文首先介绍了各种液位测量的方法,然后对课题中所提的测量要求进行分析给出了液位测量的需求分析,通过对比各种测量的方法选定了基于分段电容的测量方式。通过阐述分段电容式液位测量的原理分析、实现、以及解决的问题,从硬件和软件两个方面详细介绍了液位测量所需传感器的设计和制作过程,最后是对传感器的实验及对实验数据的分析总结,从而验证分段电容式测量液位的方法在本课题应用中的选择是正确的。本论文主要内容包括两个方面：首先是对分段电容式液位检测原理的分析以及在该分析基础之上进行的理论改进,从而在理论上简化了测量过程,保证了测量的速度。其次是电容测量电路的具体实现,因为在测量过程中,需要测量的电容比较小,容易受到外界的各种干扰,因此为了满足课题要求,设计了一种能够测量小级别电容并且能够抗外界干扰的电容测量方法。通过这两个方面的重点阐述,在软件和硬件两个层次完成了本课题的研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源以及研究目的
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究目的
• 1.2 国内外研究现状及发展
• 1.2.1 接触式液位测量方法
• 1.2.2 非接触式液位测量方法
• 1.3 本课题主要研究内容
• 1.3.1 分段电容测量液位的改进
• 1.3.2 本课题的研究内容
• 第2章 分段电容式液位测量原理及方法
• 2.1 传统电容式液位测量的介绍
• 2.1.1 传统电容式液位测量的原理
• 2.1.2 电容式液位测量方法在油水界面检测中遇到的问题
• 2.2 分段电容式液位测量的原理
• 2.2.1 分段电容式液位测量的原理
• 2.2.2 界面计算
• 2.2.3 在一段电容传感器之内有双界面的处理
• 2.2.4 几种特殊情况的处理
• 2.3 微小电容测量原理
• 2.3.1 常见微小电容测量方法
• 2.3.2 改进直流充放电方法测量电容原理分析
• 第3章 系统总体设计
• 3.1 课题需要实现的功能及要求
• 3.1.1 溢油回收的过程
• 3.1.2 系统实现的功能及要求
• 3.1.3 系统的主要技术指标
• 3.2 系统总体结构设计
• 3.2.1 传感器结构
• 3.2.2 系统功能模块划分
• 3.2.3 系统工作框图
• 第4章 系统硬件设计
• 4.1 硬件电路的总体设计
• 4.1.1 硬件电路的可靠设计
• 4.1.2 硬件电路设计划分
• 4.1.3 单片机的选用
• 4.2 直流充放电式电容测量电路设计
• 4.2.1 时钟信号产生电路设计
• 4.2.2 电容/电压转化电路设计
• 4.2.3 信号处理电路设计
• 4.2.4 ATmega8单片机电路及模数转化电路设计
• 4.3 主控电路设计
• 4.3.1 ATmega16单片机电路设计
• 4.3.2 人机接口电路设计
• 4.4 通用电路设计
• 4.4.1 电源电路设计
• 4.4.2 通信电路设计
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 编程环境与编程语言
• 5.2 软件总体设计
• 5.2.1 ATmega16单片机软件总体设计
• 5.2.2 ATmega8单片机软件总体设计
• 5.3 主要功能的程序设计
• 5.3.1 ATmega16单片机主要功能程序设计
• 5.3.2 ATmega8单片机主要功能程序设计
• 5.3.3 通信协议制定
• 第6章 系统调试、实验及分析
• 6.1 系统调试
• 6.2 电容测量电路的实验结果及分析
• 6.2.1 实验过程及结果
• 6.2.2 实验分析
• 6.3 油水界面测量的实验结果及分析
• 6.3.1 实验过程及结果
• 6.3.2 实验分析
• 6.4 误差分析以及改进方法
• 结论
• 参考文献
• 致谢