油罐液位的智能检测方法

　　一、引言

　　储存在大型油罐中的石油经过一段时间后会形成分层。一般情况是:水层在最低部，向生_依次为油水混合层:油层和空气层。为了检查油罐中的油的质量.合理地抽取纯度较高的石油，L程中常需要测量出油罐中四种介质的各层高度。传统的测量方法有杆式、浮沉式、电阻式等，但都体积庞大、结构复杂，测量速度和精度很低。最近国外研究出一种超声波液位仪，它具有测量速度快、精度高、易操作等优点，但价格很高。本文介绍的是以电容传感器和8031单片机构成的智能液位仪，它具有较高的性能价格比，很有推广价值。

　　二、硬件设计

　　由于水、油水混合物、油和空气的介电常数，不同，检测头用电容传感器比较合适。电容传感器将介电常数的变化转换为电容量的变化。一般油罐高约30米，考虑到便于操作和可靠，传感器宜做成圆柱形。对圆柱形电容器，其电容量为:

　　式中—介质的介电常数;

　　h——电极板的高度;

　　R1—内电极的外径;

　　R2—外电极的内径。

　　为了测量出油罐中四种介质的高度，必须把电容传感器做成分段绝缘的圆柱形，对30米高的油罐，若检测误差允许在士Zcm之间，可取每段电极高度为3cm，绝缘高度Icm，这样，检测头就是由750路电容传感器组成的阵列。对于如此众多的电容传感器，用传统的桥路法、差动脉冲调宽法和调频法等测量各电容的大小，显然费时费力，不能采用。为此，我们采用了MCS一51系列的8031单片机对各路信号进行巡检。

　　为简化硬件电路的设计，降低成本，我们将待测各电容值Cx经多路模似开关接到一个NE555时基集成电路，做成脉冲发生器。CX不同，产生脉冲频率也不同。如图1所示。这样做.既完成了Cx一fx的变换，便于与单片机接口，又省去了A/D变换器。该方法对于抑制干扰、减小非线性误差、实现精确测量是非常有利的。

　　图2为智能液位检测仪的硬件框图。主要包括电容传感器阵列、多路模似开关、Cx一fx变换电路(NE555完成)、5031最小系统、数码显示等部分。图3为8031最小系统。考虑到便于控制巡检，还设计了复位电路和极警电路。

　　三、软件设计

　　与硬件电路相配合，系统软件主要完成数据的采集、处理及控制显示等功能，其设计思想如下:

　　多路模拟信号的分时采集是通过8031控制多路模拟开关AD7506(共47块)的地址译码线来实现的。本系统采取自下向上的巡检方式，即从水层开始，通过8031的定时/计数器测出每一路的频率后，将频率值存放在外部RAM6116中。要判别该频率属于哪一层，需要有一个基准值。由于其分层是渐变的，根据我们所用的石油样品，经过测试知:水层的最高频率为3kHz，油层的最低频率为33.skHz，空气层最低频率为35.5skHz。由于油水混合层的情况较复杂，所以靠近水层的部分和靠近油层的部分频率差别较大。从而得到判别准则如下: