[發明專利]基于TDC-GP21模塊的油水分界面測控裝置

在審

• 申請號: 201810069721.6
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108303160A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 孔祥新;張旭;劉星;劉子揚;蘇興彪
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: G01F23/296
• 分類號: G01F23/296
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了基于TDC?GP21模塊的油水分界面測控裝置，本發明所采用的技術方案是單片機分別連接鍵盤、LCD顯示模塊、電磁閥和TDC?GP21模塊，TDC?GP21模塊分別連接超聲波探頭和溫度傳感器，將測量結果通過SPI總線傳遞給單片機硬件系統；系統每隔10秒讀取一次TDC?GP21模塊的測量數據，根據當前溫度對超聲波收發間隔進行補償，修正溫度變化對超聲波傳播速度的影響，與前期實驗的預置數據進行比較，判斷油水分界面的位置，并確定是否需要開啟電磁閥進行排水。本發明的有益效果是系統外圍電路少，可靠性高，成本較低，可推廣應用于油水等液體分界面的測控系統中。

技術領域

本發明屬于石油化工技術領域，涉及基于TDC-GP21模塊的油水分界面測控裝置。

背景技術

在原油、成品油等存儲裝置中，由于水分的存在，油水分界面的檢測非常重要。正確地檢測出油水分界面的位置，適時地將貯油罐下層的水分排出(稱為切水過程)，而且排水時要保證只排水，不能出油。一方面是要避免浪費，同時還是消除火災隱患的基本要求。

在油水分界面的檢測中，最常用的方法是構造電容傳感器，利用電容值的變化來檢測，目前已有不少實際測控裝置出現。也有采用γ射線、顏色傳感器檢測的，最簡單的則是采用浮子式、差壓式測控裝置。無論是電容傳感器，還是顏色傳感器、γ射線，均需設計模擬檢測電路，無法保證高精度和高靈敏性。而要解決這一問題，必須采用數字檢測手段。隨著高頻壓電式換能器、高精度時間轉換模塊的普及，采用超聲波測量液體密度、流量的數字檢測方法應用越來越廣泛。

本項目利用超聲波在油、水等不同液體中傳播速度不同的原理，將一對超聲波探頭伸入貯油罐內部，其中一個發射1MHz的超聲波，另一個負責接收，通過TDC-GP21模塊得到收發超聲波的時間差，送至單片機進行分析，確定油水分界面的位置，適時地控制電磁閥門的排水過程。

TDC-GP21為ACAM公司TDC-GP2的下一代升級產品，與TDC-GP2管腳完全兼容，對一些性能進行了提升，增加了很多擴展功能。同時，測量質量也被提高，測量功耗將會被降低。另外，對于脈沖發生器發射脈沖個數有進一步的擴展，而且內部集成了一個32k低功耗晶振驅動。溫度測量單元則集成了施密特觸發器，使測量更加簡單。總之，TDC-GP21由于其高集成度和低價格完美的適合于超聲波熱量表和流量計的應用。TDC-GP21模塊可以非常方便地連接超聲波探頭，外圍只需兩個電阻和電容。另有4個溫度傳感器輸入端子，可直接連接溫度傳感器以便進行溫度補償。內部集成了時鐘電路，只需外接4M、32K晶振兩個。采用標準SPI總線與控制器通信，方便與MCS-51等低成本單片機相連。總之，采用TDC-GP21模塊構成檢測電路，外圍器件簡單，對MCU要求低，可以十分方便地構成低成本、數字式油水分界面測控裝置。.

發明內容

本發明的目的在于提供基于TDC-GP21模塊的油水分界面測控裝置，本發明的有益效果是系統外圍電路少，可靠性高，成本較低，可推廣應用于油水等液體分界面的測控系統中。

本發明所采用的技術方案是單片機分別連接鍵盤、LCD顯示模塊、電磁閥和TDC-GP21模塊，TDC-GP21模塊分別連接超聲波探頭和溫度傳感器，將測量結果通過SPI總線傳遞給單片機硬件系統；系統運行時，每隔10秒讀取一次TDC-GP21模塊的測量數據，根據當前溫度對超聲波收發間隔進行補償，修正溫度變化對超聲波傳播速度的影響，與前期實驗的預置數據進行比較，判斷油水分界面的位置，并確定是否需要開啟電磁閥進行排水，鍵盤處理采用中斷方式，以便隨時通過按鍵進行參數調整和運行過程干預。

進一步，單片機型號為MCS-51；單片機模塊由復位電路、時鐘電路和電源電路等組成，復位電路包括手動復位和自動上電復位，按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種，按鍵電平復位是通過使復位端經電阻與VCC電源接通而實現的，按鍵脈沖復位則是利用RC微分電路產生的正脈沖來實現的；自動上電復位是計算機加電瞬間，要在RST引腳出現大于2個機器周期的正脈沖，使單片機進入復位狀態。