1、 现代传感器与检测技术现代传感器与检测技术 课程设计课程设计 题目：题目： 罐内液体重量测量系统的改进罐内液体重量测量系统的改进 2017 年 1 月 6 日 目目 录录 第 1 章 设计背景 . 1 第 2 章 理论依据 . 2 2.1 电位器式传感器 . 2 2.2 电阻应变式传感器 2 2.2.1 电桥电路 3 2.3 罐内液体重量的测量原理与改进 . 4 2.3.1 传统罐内液体测量原理 4 2.3.2 方案改进 5 第 3 章 系统结构原理 . 7 3.1 信号获取单元 . 7 3.2 一次差动处理单元 . 7 3.3 二次差动处理单元 . 8 3.4 信号放大处理单元 . 8 3.
2、5A/D 转换单元 8 3.6 信号分析处理单元 . 8 3.7 输出单元 . 8 第 4 章 系统工作原理 . 9 第 5 章 可行性分析 . 10 5.1 功能可行性分析 . 10 5.2 技术可行性分析 . 10 5.3 经济可行性分析 . 10 5.4 风险分析 . 10 5.4.1 液压强度 10 5.4.2 差动连接电路 10 5.5 结论 . 11 第 6 章 设计不足 . 12 6.1 非柱体储存罐对测量的影响 . 12 6.2 液体深度对测量的影响 . 12 6.3 差动电路连接对测量的影响 . 12 第 7 章 参考文献 . 13 1 第 1 章 设计背景 近年来，随着石油
3、工业的发展，石化部门对油罐自动计量技术也越来越重视。油罐液 位监控计量系统主要实现对库区油罐存储油品和民用提提无聊状态的监测，提供实时存储 油品的状态参数，实现对油罐存储环境状态进行安全监测。将计量油品收发及存储中的产 品数量，作为油罐作业中计量和帐务管理的依据，为产品决策提供及时、准确的信息，杜 绝库区跑、冒、滴、漏情况的出现。 除石油外，液化气、汽油等液体物料与我们生活息息相关，但因罐装的缘故，无法确 切完成对液体剩余量的计量监测。尽管液高测量具备一定的监测意义，但因刻度标定复杂 且不易读数等原因，很少用作罐装液体的监测计量。对于液体使用使用情况的分析，监测 液体的重量或质量，更具现直观意
4、义。 从自动化计量方法看，目前国外主要采用以下三种方法：检尺法、静压法和液位法。 检尺法是全球通用的测量方法；静压法是利用压力传感器（变送器）测量罐内液体的静压 力，根据储罐几何参数计算出容量和重量；液位法是通过测量罐内液体的液位高度及密度 等参数，来获得罐内储液的容量及重量。 检尺法和液位法都须要进行液体高度的测量，对于密闭罐装液体，该方法并不适用； 对于普通罐装液体，如果想要得到储罐内余料的重量，需要引入大量参数进行计算，相对 与测量现场来说，无疑增加了操作复杂性。 基于原理讨论，虽然静压法也须要要测量物料液高，担由于内置传感器的稳定测量属 性，使得液体深度与某些测量参数，比如液体压强呈现
5、稳定的函数关系。将物理信号转化 成电信号，处理单元做质量或重量换算，输出端完成数值输出，简单易行12。 由于灌装液体的生产和使用，经常需要长途运输，不同的气压条件对罐内液体重量的 测量产生一定的异常影响。尤其针对敞口的罐装液体物料，由于不同海拔、不同天气、不 同气候下的大气压力不尽相同，导致基于压力传感测量的静压法存在一定的测量风险。本 文在基于静压法的基础上，对传统罐装液体重量测量方案进行了一定改进获取、分析、 处理气压差动信号，消除了因外界气压或罐内气压导致的测量误差。 2 第 2 章 理论依据 本文介绍利用应变电阻传感器，将压力信号、重力信号转换为电阻变化、电压变化的 原理和其测量方法，
6、在此基础上设计了一个基于应变结构进而测量罐内液体重量的测量系 统。 基于应变结构的电桥电路中，将应变电阻包装感压膜，通过感压膜感受液体的压力。 当容器中溶液增多时，感压膜感受的压力就增大。电桥输出电压与柱式容器内感压膜上溶 液的重量成线性关系，因此可以测量容器内液体重量。 2.1 电位器式传感器 电位器式传感器又称变阻器传感器，他其工作原理可以表示为均匀截面导体的电阻计 算公式3。由物理学可知，其电阻为： 式中：为电阻率，mm 2/m；l 为电阻丝长度，m；A 为电阻丝截面积，mm2. 2.2 电阻应变式传感器 电阻应变式传感器是利用电阻应变片将被测物理量（如应变、力、位移、加速度、扭 矩等）转换为电阻变化的传感器，当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引 起应变敏感元件的阻值变化，通过转换电路转变成电量输出，电量变化的大小反映了被测 物理量的大小4。电阻应变片的结构如图 2.1 所示： 图 2.1 电阻应变片结构 A l R 3 由于电阻应变式传感器具有结构简单、体积小、使用方便、动态响应快、测量精确度 高等优点，被广泛应用与航天、
