油水界面在线检测系统的研究

论文摘要

在原油生产过程中,从油井中开采出来的原油是含有一定水分的,需要输送到原油储罐中进行油水分离。由于油和水的比重不同,原油中的水分会沉降在油罐底部,油则会浮在油罐上部,从而就形成了油水分界面。为了实现对油/水分离过程的检测与控制,须对油水界面进行准确的在线测量。由于油水分离罐中原油与水界面的复杂性,采用传统的电容传感器想要达到较理想的检测精度比较困难。本课题正是针对这一难题,在传感器设计方面进行了大胆的改进,采用分段式电容传感器,设计出一套油水界面检测系统。文中详细论述了油水界面的检测原理和整个系统的构成,并论述了系统的硬件设计和软件设计。硬件设计部分主要包括：微小电容检测电路、基于C8051F005的数据采集及处理电路、串口通信电路、极板阵列控制电路、显示及键盘控制电路。软件部分主要包括：单片机的采样程序、油水界面高度判断算法、人机交互界面的设计。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。本文的特色在于采用了分段电容传感器和简单实用的电容检测电路,并提出油水界面判断的差值算法,在此基础上针对界面分层明显的测量对象采用了更加实用的拟合曲线,提高了测量精度,同时将计算机远程监控技术应用到了油水界面检测的过程中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 油水界面测量背景和意义
• 1.2 油水界面测量方法简介
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 系统总体设计
• 2.1 原油分离的工作过程
• 2.2 系统总体结构设计
• 第3章 分段电容传感器的提出
• 3.1 传统的电容传感器
• 3.1.1 传统的电容传感器检测原理
• 3.1.2 传统电容传感器在油水界面检测中的遇到的问题
• 3.2 分段电容传感器
• 3.2.1 分段电容传感器的检测原理
• 3.2.2 分段电容传感器的优越性
• 第4章 系统硬件电路设计
• 4.1 系统硬件结构的整体框图
• 4.2 极板阵列控制电路
• 4.2.1 极板阵列控制电路的设计
• 4.2.2 多路模拟开关的选用
• 4.3 微小电容检测电路设计
• 4.3.1 正弦波发生电路
• 4.3.2 C/V转换电路
• 4.3.3 相敏解调电路和低通滤波器
• 4.3.4 减法器和参考电压电路
• 4.3.5 缓冲器
• 4.3.6 限幅电路
• 4.4 数据采集及处理系统
• 4.4.1 C8051F005单片机简介
• 4.4.2 单片机资源的应用
• 4.4.3 非易失存储器
• 4.4.4 RS485通讯的简介及应用
• 4.4.5 V/I转换电路
• 4.5 显示及键盘控制电路
• 4.5.1 显示模块
• 4.5.2 键盘控制模块
• 第5章 系统软件的设计
• 5.1 单片机检测程序
• 5.1.1 主程序
• 5.1.2 系统初始化
• 5.1.3 正弦波激励
• 5.1.4 零点参数的设定
• 5.1.5 非易失存储器的存取
• 5.1.6 数字滤波
• 5.1.7 油水界面高度判断的算法
• 5.1.8 单片机串口通信
• 5.2 PC机程序
• 5.2.1 PC机串行通信
• 5.2.2 上位机界面
• 第6章 实验过程与结果分析
• 6.1 实验准备
• 6.1.1 油水分离罐实验装置
• 6.1.2 传感器标定过程
• 6.2 实验过程
• 6.2.1 空气和水界面测量实验
• 6.2.2 油和水界面测量实验
• 6.2.3 油和空气界面测量实验
• 6.2.4 粘污实验
• 6.3 误差分析
• 6.3.1 系统误差
• 6.3.2 随机误差
• 6.3.3 粗大误差
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢