线阵CCD在蒸馏仪体积测量中的应用

　　蒸馏仪是石化生产企业里十分重要的分析化验仪器，因为及时检测石油产品各点蒸馏温度的大小，即可保证生产出合格产品，又能控制好最佳切割点，使企业获取最大的经济效益。蒸馏仪能够对汽油、煤油、柴油进行全蒸馏测量，记录初馏点温度、每回收1 %体积温度和终沸点温度等，对炼油生产来说意义重大。蒸馏仪的结构如图1 所示，将待蒸馏的液体置于烧瓶中，在电炉的加热下，液体不断升温至沸腾，蒸汽经冷凝管冷却成液体，滴入量筒中。实验过程中，蒸馏速度要满足国标《GB/ T6536 石油产品蒸馏分析法》的要求，保持每秒4-5ml 的速度。实验要记录初馏点时热电阻测得的温度，每回收1 %体积时的温度和终沸点的温度。

　　从国标的规定可以看出，在蒸馏过程中能够对回收液体积进行实时精确测量，是保证蒸馏仪测量精度的重要环节。目前对回收液体积的检测普遍采用光电检测技术，检测量筒里液面的高度，再转换成体积。根据油品对光谱的吸收特性，一般选择近红外发射接收检测对管。固定的发送接收对管用于检测初馏点，移动的发送接收对管，在步进电机驱动的精密丝杆带动下跟踪液面。记录步进电机累计转动步数，根据步进电机每步转动角与丝杆上下移动距离的关系，既可得出液面的高度，进而计算出回收液的体积。

　　这种光电检测技术虽然可以测量出回收液体积，但装置结构复杂，响应速度慢，工作时噪音大，易于出现故障，特别是当行程开关损坏时，会出现电机冒顶现象。线阵CCD 是一种静止的尺寸测量器件，若采用线阵CCD 来测量液面高度，会克服上述缺点，能快速精确地测量回收液的体积。

　　1线阵CCD体积测量原理

　　电荷耦合器件(Charge Coupled Devices，CCD)是 20 世纪 70年代初发展起来的半导体集成光电器件。CCD 器件按形状可分为线阵CCD 器件和面阵CCD 器件。线阵CCD 器件多用于扫描仪、光谱测量和尺寸测量系统。

　　使用CCD 测量量筒体积的基本原理是用平行光源来照射量筒，光线穿过量筒后，在透镜的作用下，会聚投影在线阵CCD上。光通过量筒有回收液和无回收液部分时，CCD 会表现出不同的电压幅值，用一阈值和 CCD 的输出比较，即可将感光和未感光的像元划分成不同的逻辑电平，从而可以检测出未感光像元的个数，由此计算出回收液的体积。

　　2系统构成

　　整个系统由平行光源、透镜、线阵CCD、CPLD 驱动电路、预处理电路和二值化电路，系统在单片机的控制下工作，采集的数据经ZigBee 无线发送模块，发送到PC 机进行处理显示。整个回收液体积测量系统构成如图 2 所示。