自动加药装置液位的控制-凯时网站
在油田的含油污水处理 、聚合物污水处理 、地下水处理 、地表水处理及循环水处理等领域中，水处理设备的注药罐中经常含有凝聚剂 、助凝剂 、浮选剂 、脱氧剂 、杀菌剂 、缓蚀剂 、阻垢剂 、破乳剂 、表面活性剂等各种水处理药剂。这些具有腐蚀性水处理药剂在投加的过程需要对药罐内液位实时监测 ，并且经常还需要对液位的上 、下限自动控制。因此具备精度高 、抗干扰 、抗腐蚀的功能的隔膜式压力传感器，是加药设备液位检测的理想传感器。同时在设备引入单片机技术 ，研制新一代的具有智能型自动控制 的设 备 。不仅能解决常规设备不能解决或不易解决的问题 ， 而且能简化电路，增强功能，提高精度，降低售价并加快新产品的开发速度。因此压力传感器与单片机结合是新一代加药装置液位自动控制成功应用。
一、液位的检测及系统工作原理
药罐内液位的检测是根据液体深度与压力成正比的关系，液体的深度不同 ，其压力变化也不一 样 。而且压力与液体之间成线性变化规 律 ，它们之间应满足下列关系式 ：
p=po+pgh (1)
式中 ：p是液体密度 ，po是液面处的压力 ， 对于非密封的药罐可视为大气压力 。因此对上式可以导出液位高度h的表达式
h= (p—po)／pg (2)
因此 ，可以根据要检测液位最大高度 ，选择压力传感器的量程范围。例如 ，3米高的药罐对于密度p近似为1的 液体 ，采用测 量范围 0-0．03mpa的压力传感器 ，考虑过载等因素可以选择 0-0．05mpa量程的传感器。
测量电路采用高精度压力传感器 、与单片机组成压力检测及控制系统 。将传感器采集信号放大处理后， 送入a／d转换为数字信号 ， 在微处理器 at89c2051中对 a／d采集的数据进行液位高度换算 ．然后送给显示及执行电路 。实现液位上 、下限报警及自动控制等功能 。
二、硬件电路设计。测量系统中选用了cy—yz一3o6型压力传感器 ．该元件利用硅的压阻效应．采用固态集成 、温度补偿工艺 、双岛限位 、真空充油技术 ，及全焊接结构 。该传感器具有精度高 、稳定性好 、体积小 、耐腐蚀 、抗干扰能力强的优点 。采用三线制信号输出 、电流 为 4-25ma．适合于液位的测量 。压力传感器输 出的电流信号，经 2501"1取样电阻转换成 l_5v的电压信号，再由 a／d转换器送入 89c2051 单片机进行数据处理并给出输出及显示测量结果 。 该测量系统采用的at89c2051单片机 ， 它与相应的外围接口电路 、max187a／d转换器及串行口mc14499显示电路组成最小的微机测控系统 。at89c2051是 at89c51的简化体 ，20引脚的dip封装 。 max187是一种完整的 、cm0s工艺结构 、12位的a／d变换器 ，8引脚的dip封装 。a／d转换电路采用了串行输出接口，maxi87与 8oc2o51的接口非常简单 ，只需三根 数字线 ，不仅节省了空间 ，而且简化了线路板的布线 。接口电路如图2所示 。 89c2o51的 p1．5、p1．6和 1．7分别与max187 的cs、sclk和dout相连接 。在串行 接口有效时 ，设置cpu的串行接口为主方式 ，因而 cpu发出串行时钟 ，用 p1．5口将芯片的片选 cs拉成低电平 ，并保持sclk为低电平 ，等待最大转换时间 ，检测 dout 的上升沿确定转换是否结束。然后输出sclk，sclk最少有效时钟周期为 13个。 时钟的第一 个下降沿 ， dout端将出现转换结果的最高位 (msb)。 dout端在 sclk 的下降沿产生数据 ，在sclk的上升沿数据稳定 ，89c2051可以读入数据 。在下降的第 l3个时钟之后 ，将 cs拉成高电平。如果此后面 cs仍为低 电平 ，在输出 lsb位之后将输出 0。随着 cs=1，等待一段特定的时 间之后 ，若使 cs拉成低电平 ，将进行新的一次转换 。如果转换结束之前，将拉成高电平来中止转换 ，否则需至少等待一个采样时间周期才能启动一次新的转换 。 硬件译码键盘显示器接口电路也采用串行方式 ，用mcl4499实现．译码 、驱动 。89c2051 的rxd提供串行输入的bcd码显示数 据 ， txd提供串行移位脉冲，p1．4控制使能端en，动态扫描由硬件管理 。串行输入 、并行输出移位寄存器 74ls164芯片做键盘电路 。
三、软件设计。在软件设计上采用模块化设计，显示子程序将要显示的数字的bcd码按百 、十 、个次序依次存放在显示缓冲区进行显示。运算采用双精度四节浮点乘除运算子程 序 ，以保证运算不损失精度 。为了减 少外界对采样值的干扰 ，提高采样信号的可靠性和程序的抗干扰能力 ，a／d转换 软件设计上采用数字滤波技术 ，通过 max187对液位进行采集 ． 算术平均滤波法计算公式如下 ：
式中：为滤波器的输出值 ，即多次转换的平均值 ，为滤波器的第 i次输入值 ，n为采样次 数 。 关于失调误差的凋整 ，可按具塞公差求标准偏差值
其中 ，对于 的数据予以剔 除 ，这样完全可以保证数据的平稳可靠 。a／d 转换子程序流程图见 图 3。
四、测量结果 。改变液位的高度 。用标准米尺测量实际高度值 ，同本液位测量系统对照测量的组测量结果如表1所 示 ， 可以看出本装置检测误差小于 ±2％．完全满 足 液位测量的要求 。 与常规检测仪相 比 ，它具有体积小 、成本低 、精度高 、检测方便等优点。应用在水处理设备上 ，具备对液位上 、下限参数进行设置的功能 ，并能实 现对药罐内液位自动检测 、自动停 机 、报警及显示 ，可用于无人职守的环境 。