原油储罐多界面测试系统

论文摘要

随着油田的多年开采,国内大多数油田进入开采中后期。从油田开采出来的原油具有较高的含水率,需输送到原油储罐中进行油水分离,加工处理成低含水率的成品原油。因此,原油储罐内油水界面的实时、准确测量是成功分离出原油的重要依据,也是储运系统管理和计算原油储量的主要依据,在自动化技术中占有重要的位置。 本文在详细分析了国内外原油储罐多界面检测技术的发展动态的基础上,提出了根据不同介质介电常数不同的原理,利用储罐内各种介质的分界面处介电常数突变的特点,采用移动电容变送器的方法,实现原油储罐多界面测量的检测方案。并完成了整个系统的设计、制作和试验调试。 整个系统主要由电容变送器和位移变送器构成。本文对多界面测量方案进行论证,提出了移动式电容法测量原油储罐多界面的检测方案,并详细介绍了其测量原理、系统的工作过程。文中对电容变送器进行了详细地设计,论述了电容传感器的测量原理及结构、形状和尺寸的确定,并设计了电容检测电路。此外,本文重点阐述了位移变送器的设计,随着仪器仪表设计向微型化发展的趋势,利用目前处于国内技术前沿的单芯片系统设计技术,采用将CPU和FPGA集成于一体的Zylogic ZE502芯片,设计了位移检测单芯片系统,对其中四细分及辨向电路、计数电路、键盘及显示电路,及硬件电路的软件化实现和应用程序的软件设计进行了详细的介绍,完成了多界面位置测量数据的实时显示,并实现了计数方向设定、预置数设定、直径/半径转换、公/英制转换、相对/绝对转换等多种功能。 整个系统的设计、制作和试验调试都采用模块化的设计方法。整个系统在实验室进行了调试实验,并对实验数据进行了分析,实验证明整个方案是可行的,本系统能够实现原油储罐多界面的实时、准确测量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义和目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 2 系统整体设计
• 2.1 油田现场油罐工况
• 2.2 检测原理
• 2.3 系统的原理框图设计
• 2.4 系统工作过程
• 2.5 系统构成
• 2.5.1 电容变送器
• 2.5.2 位移变送器
• 2.5.3 传输电路
• 2.5.4 采集板卡选择
• 2.5.5 微处理器及主机的选择
• 2.6 本章小结
• 3 电容变送器设计
• 3.1 电容法理论基础
• 3.1.1 电容式传感器的工作原理
• 3.1.2 电容式传感器的特点
• 3.2 电容传感器设计
• 3.2.1 首要考虑的问题
• 3.2.2 电容的极板材质
• 3.2.3 电容器形状及尺寸的设计
• 3.3 电容信号检测电路
• 3.3.1 检测电路方案比较与论证
• 3.3.2 检测电路的设计
• 3.4 问题的解决
• 3.5 本章小结
• 4 位移检测技术研究
• 4.1 位移检测技术介绍
• 4.2 位移检测法方案论证
• 4.3 位移变送器结构框图
• 4.4 光电编码器原理及四细分电路
• 4.4.1 光电编码器的结构和工作原理
• 4.4.2 四细分电路
• 4.5 本章小结
• 5 基于FPGA的单芯片位移变送器设计
• 5.1 位移检测设计思路
• 5.1.1 单芯片设计思想
• 5.1.2 基于FPGA设计的方案
• 5.2 Zylogic E5简介
• 5.2.1 Zylogic E5系列芯片介绍
• 5.2.2 Zylogic E5芯片的特点及选择
• 5.3 利用ZE502构建的位移检测系统
• 5.3.1 系统框图
• 5.3.2 人机接口电路设计
• 5.4 本章小结
• 6 基于FPGA的位移检测电路软件化设计
• 6.1 Fastchip开发软件介绍
• 6.1.1 FastChip简介
• 6.1.2 FastChip的特点
• 6.2 ZE502内部软件化设计
• 6.2.1 细分及辨向模块
• 6.2.2 计数模块
• 6.2.3 键盘及显示接口模块
• 6.3 本章小结
• 7 位移检测电路应用程序的设计
• 7.1 主程序的设计
• 7.2 各功能子程序的设计
• 7.2.1 键盘处理子程序
• 7.2.2 运算子程序
• 7.2.3 数据转换子程序
• 7.2.4 显示子程序
• 7.3 本章小结
• 8 实验
• 8.1 实验装置
• 8.2 电容变送器实验
• 8.3 位移检测系统实验
• 8.4 系统联调实验
• 9 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢