摘要与关键词……………………………………………………………………………………………II0 引言 ………………………………………………………………………………………………………11 工作原理 …………………………………………………………………………………………………11.1 液位高度测量的基本原理 ………………………………………………………………………11.2 电容式差压传感器的工作原理 …………………………………………………………………11.2.1差动电容的等效关系 ……………………………………………………………………11.2.2 压力-电容特性 ……………………………………………………………………………22 测量系统的总体结构设计 ………………………………………………………………………………22.1 系统框图 …………………………………………………………………………………………22.2 系统C/U转换电路的设计 ……………………………………………………………………22.3 单片机系统电路设计 ……………………………………………………………………………32.4 温度补偿电路的设计 ……………………………………………………………………………32.5 整机电路 …………………………………………………………………………………………33 实验结果…………………………………………………………………………………………………34 原件列表…………………………………………………………………………………………………45 结语………………………………………………………………………………………………………4参考文献…………………………………………………………………………………………………4致谢………………………………………………………………………………………………………4智能化铁路罐车液位测量系统的设计张三 指导老师徐树山商丘师范学院电子电气工程学院河南商丘 476000摘 要设计了一种智能化铁路罐车液位测量系统。系统采用电容式差压传感器来获得罐车内液体的高度采用热敏电阻器作为温度探测元件对系统进行温度补偿。传感器的输出通过C/U转换电路及A/D转换后输入单片机进行数据处理显示罐车内液位的高度。实验表明测量系统的分辨力达到1 mm测量误差不大于±5mm。该系统对于液位的测量具有较高的精度可以实现铁路罐车液位测量的自动化。关键词测量系统电容式差压传感器液位测量温度补偿Design of intelligent system for liquid levelmeasurement of railway tankerZhang San Supervisor:XU Shushan(College of Biology and Food Sciences, Shangqiu Normal University, Shangqiu 476000,China)AbstractAn intelligent system for liquid level measurement of railway tankers is designed. The system applies the capacitive differential pressure sensors to obtain liquid height of the tankers, it uses thermistor as a temperature probe to provide temperature compensation for the systemsensors output data is processed by computer after C/U conversion circuits and A/D conversion, it can show the liquid height in tankers. The experiment results show the resolution of measuring system is 1 mm and the error of liquid level is ±5 mm. The system has higher accuracy for liquid level measurements, and the system can realize the automated measurement for liguid level of railwav tankers.Keywordsmeasuring system; capacitive differential pressure sensors; liquid level measurment; temperature compensation0 引言在我国半数以上的液体运输由铁路罐车完成[1]。罐车液体液位测量的目的一是正确测定储罐中物料的储量以便合理调用或进行经济核算二是控制罐车的装载量确保运输过程的安全为铁路安全运输提供技术保障。目前人工检尺查表法是国内普遍采用的铁路罐车物料交接计量方法该方法主要靠人手工操作对操作人员的安全防护有较高的要求同时测量结果受人为因素影响较大交接双方容易引起争议影响各单位内部的经济核算和经济效益。所以进行智能化测试仪器及方法的研究改变手工操作的落后局面是非常必要的。本文设计了一种罐车液位的智能化测量系统系统采用电容式差压传感器作为检测器件用热敏电阻器作为温度探测元件测量温度设计C/U及A/D转换电路用单片机对数据进行处理及补偿修正使测量系统实现智能化、数字化和高精度。1 工作原理1.1 液位高度测量的基本原理通过液体产生的静压实现液位测量是液位测量的重要方法之一[2,3]。液体的静压强可以表示为(1)由静止液体的帕斯卡定理可得对于容器中两点AB有(2)(3)式中h为液位高度mΔp为压差Paρ为液体密度kg·m-3g为重力加速度m·s-2。……1.2 电容式差压传感器的工作原理1.2.1 差动电容的等效关系如图2所示在无差压时动极板两侧初始电容皆为C0有差压时动极板变形到虚线位置它与初始位置间的假想电容用CA表示。虚线位置与低压侧定极板间的电容为CL与高压侧定极板间的电容为CH。这4个电容C0、CA、CL、CH之间有图2(b)的等效关系。(a)差压作用时电容的变化 (b)电容等效关系图2差压作用时电容的变化及等效关系因此按串联电容公式可写出. (8)并可推导出下列结果, (9)式中K1为与差动电容相关的系数………1.2.2 压力-电容特性由于电容式传感器的结构特点导致压力-电容关系的非线性………图4 压力-电容关系曲线……2 测量系统的总体结构设计2.1 系统框图罐车液位智能化测量系统总体结构如图5所示。图5 罐车液位测量系统框图图中液位的变化通过电容式差压传感器转换成电容变化[4]温度变化由热敏电阻器作为温度探测元件来实现………2.2 系统C/U转换电路的设计图6为电容式差压传感器转换电路图[5]。图6 C/U转换原理图图中C1、C2分别为传感器的差动电容…根据转换要求C1、C2选用1µF/10V运算放大器选用LM741………2.3 单片机系统电路设计单片机测试系统电路由A/D转换芯片、单片机和显示部件组成。根据本系统测量高度范围为0~3m、误差小于±5mm的设计要求选用MCl4433双积分型A/D转换器作为A/D转换芯片(也可用国产5G14433 A/D转换芯片)AT89C51单片机作为本系统的处理单元显示部分选用4位LCD静态驱动芯片ICM7211AM[6]。本系统采用MCl4433与AT89C51单片机Pl口直接相连的硬件接口………2.4 温度补偿电路的设计设计了温度补偿措施解决由于温度变化引起的液体密度变化所产生的液位测量误差设计了T/U转换电路并利用单片机对由于温度变化产生的误差以软件的形式进行线性补偿与校正[7]。图8为温度转换电路。图8 T/U转换电路由于热敏电阻器特性的非线性需要设计电路参数使电路线性化[8]。温度与输出电压的线性化方程为[9](12)……温度补偿电路中电阻R1大小为10kΩ………2.5 整机电路本设计的整机电路与如图12所示。电路由液面采集、信号转换、电容测量等等部分构成。……液位的变化通过电容式差压传感器转换成电容变化……