成都明峰實業有限公司
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閱讀：328發布時間：2017-6-5
在油田的含油污水處理 、聚合物污水處理 、地下水處理 、地表水處理及循環水處理等領域中，水處理設備的注藥罐中經常含有凝聚劑 、助凝劑 、浮選劑 、脫氧劑 、殺菌劑 、緩蝕劑 、阻垢劑 、破乳劑 、表面活性劑等各種水處理藥劑。這些具有腐蝕性水處理藥劑在投加的過程需要對藥罐內液位實時監測 ，并且經常還需要對液位的上 、下限自動控制。因此具備精度高 、抗干擾 、抗腐蝕的功能的隔膜式壓力傳感器，是加藥設備液位檢測的理想傳感器。同時在設備引入單片機技術 ，研制新一代的具有智能型自動控制 的設 備 。不僅能解決常規設備不能解決或不易解決的問題 ， 而且能簡化電路，增強功能，提高精度，降低售價并加快新產品的開發速度。因此壓力傳感器與單片機結合是新一代加藥裝置液位自動控制成功應用。
一、液位的檢測及系統工作原理
藥罐內液位的檢測是根據液體深度與壓力成正比的關系，液體的深度不同 ，其壓力變化也不一 樣 。而且壓力與液體之間成線性變化規 律 ，它們之間應滿足下列關系式 ：
P=Po+pgh (1)
式中 ：P是液體密度 ，Po是液面處的壓力 ， 對于非密封的藥罐可視為大氣壓力 。因此對上式可以導出液位高度h的表達式
h= (P—Po)／pg (2)
因此 ，可以根據要檢測液位zui大高度 ，選擇壓力傳感器的量程范圍。例如 ，3米高的藥罐對于密度P近似為1的 液體 ，采用測 量范圍 0-0．03MPa的壓力傳感器 ，考慮過載等因素可以選擇 0-0．05Mpa量程的傳感器。
測量電路采用高精度壓力傳感器 、與單片機組成壓力檢測及控制系統 。將傳感器采集信號放大處理后， 送入A／D轉換為數字信號 ， 在微處理器 AT89C2051中對 A／D采集的數據進行液位高度換算 ．然后送給顯示及執行電路 。實現液位上 、下限報警及自動控制等功能 。
二、硬件電路設計。測量系統中選用了CY—YZ一3o6型壓力傳感器 ．該元件利用硅的壓阻效應．采用固態集成 、溫度補償工藝 、雙島限位 、真空充油技術 ，及全焊接結構 。該傳感器具有精度高 、穩定性好 、體積小 、耐腐蝕 、抗*力強的優點 。采用三線制信號輸出 、電流 為 4-25mA．適合于液位的測量 。壓力傳感器輸 出的電流信號，經 2501"1取樣電阻轉換成 l_5V的電壓信號，再由 A／D轉換器送入 89C2051 單片機進行數據處理并給出輸出及顯示測量結果 。 該測量系統采用的AT89C2051單片機 ， 它與相應的外圍接口電路 、MAX187A／D轉換器及串行口MC14499顯示電路組成zui小的微機測控系統 。AT89C2051是 AT89C51的簡化體 ，20引腳的DIP封裝 。 MAX187是一種完整的 、CM0S工藝結構 、12位的A／D變換器 ，8引腳的DIP封裝 。A／D轉換電路采用了串行輸出接口，MAXI87與 8OC2O51的接口非常簡單 ，只需三根 數字線 ，不僅節省了空間 ，而且簡化了線路板的布線 。接口電路如圖2所示 。 89C2O51的 P1．5、P1．6和 1．7分別與MAX187 的CS、SCLK和DOUT相連接 。在串行 接口有效時 ，設置CPU的串行接口為主方式 ，因而 CPU發出串行時鐘 ，用 P1．5口將芯片的片選 CS拉成低電平 ，并保持SCLK為低電平 ，等待zui大轉換時間 ，檢測 DOUT 的上升沿確定轉換是否結束。然后輸出SCLK，SCLKzui少有效時鐘周期為 13個。 時鐘的* 個下降沿 ， DOUT端將出現轉換結果的zui高位 (MSB)。 DOUT端在 SCLK 的下降沿產生數據 ，在SCLK的上升沿數據穩定 ，89C2051可以讀入數據 。在下降的第 l3個時鐘之后 ，將 CS拉成高電平。如果此后面 CS仍為低 電平 ，在輸出 LsB位之后將輸出 0。隨著 CS=1，等待一段特定的時 間之后 ，若使 CS拉成低電平 ，將進行新的一次轉換 。如果轉換結束之前，將拉成高電平來中止轉換 ，否則需至少等待一個采樣時間周期才能啟動一次新的轉換 。 硬件譯碼鍵盤顯示器接口電路也采用串行方式 ，用MCl4499實現．譯碼 、驅動 。89C2051 的RXD提供串行輸入的BCD碼顯示數 據 ， TXD提供串行移位脈沖，P1．4控制使能端EN，動態掃描由硬件管理 。串行輸入 、并行輸出移位寄存器 74LS164芯片做鍵盤電路 。
三、軟件設計。在軟件設計上采用模塊化設計，顯示子程序將要顯示的數字的BCD碼按百 、十 、個次序依次存放在顯示緩沖區進行顯示。運算采用雙精度四節浮點乘除運算子程 序 ，以保證運算不損失精度 。為了減 少外界對采樣值的干擾 ，提高采樣信號的可靠性和程序的抗*力 ，A／D轉換 軟件設計上采用數字濾波技術 ，通過 MAX187對液位進行采集 ． 算術平均濾波法計算公式如下 ：
式中：為濾波器的輸出值 ，即多次轉換的平均值 ，為濾波器的第 i次輸入值 ，n為采樣次 數 。 關于失調誤差的凋整 ，可按具塞公差求標準偏差值
其中 ，對于 的數據予以剔 除 ，這樣*可以保證數據的平穩可靠 。A／D 轉換子程序流程圖見 圖 3。
四、測量結果 。改變液位的高度 。用標準米尺測量實際高度值 ，同本液位測量系統對照測量的組測量結果如表1所 示 ， 可以看出本裝置檢測誤差小于 ±2％．*滿 足 液位測量的要求 。 與常規檢測儀相 比 ，它具有體積小 、成本低 、精度高 、檢測方便等優點。應用在水處理設備上 ，具備對液位上 、下限參數進行設置的功能 ，并能實 現對藥罐內液位自動檢測 、自動停 機 、報警及顯示 ，可用于無人職守的環境 。
來源: 自動加藥裝置www.mcbf。。ｃｏｍ.cn
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