本发明涉及一种燃烧油层厚度测量装置，尤其涉及一种基于电容法测量燃烧油层厚度装置。
背景技术：
油品在储存、运输和加工过程中，很容易发生泄漏形成薄油层燃烧。燃烧发生后，影响区域相对较大，极易引发次生衍生事故，造成灾难性的后果，例如漳州古雷罐区事故，最初就是由于泄漏火灾造成的。因此，薄油层研究成为了国内外近些年来的研究重点。燃烧油层厚度是燃烧过程中的一个关键参数，能够准确测量燃烧油层的厚度，是解决薄油层燃烧问题的一个基本研究步骤。
当前测量液体厚度的方法主要分为接触式测量和非接触式测量，且大部分测量液体厚度装置都针对的是一般情况下的液层厚度测量，很少有针对燃烧情况下的厚度测量装置。目前油品在燃烧情况下测量厚度的装置，主要是利用热电偶捕捉蒸汽与油品表面的分界点，进而确定油层厚度。但事实上，油品表面以上很大范围内的油品蒸汽温度相对较低，与油品温度相近，利用热电偶很难准确地捕捉到油层表面与蒸汽的分界区域，进而导致无法准确计算油层厚度。而对于非接触式的测量装置，如激光、超声波等测量装置，在油品燃烧情况下，火焰会产生不同波段的光谱，直接影响测量的准确性。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于电容法测量燃烧油层厚度装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的基于电容法测量燃烧油层厚度装置，包括测量部分、运动部分、压力传感器、支撑部分、控制部分，所述控制部分包括相连接的单片机和计算机；
所述测量部分包括电容器和压力传感器，所述电容器包括两片平行的矩形钢片，所述电容器与pcap芯片相连，所述pcap芯片设有电容大小测量单元，该单元与所述电容器相连，所述pcap芯片的输出端与所述单片机相连；
所述压力传感器安装在电容器底端，所述的压力传感器输出端与所述的计算机相连；
所述运动部分包括水平步进电机和竖直步进电机，两个步进电机分别控制所述电容器在空间上的水平位置和竖直位置，两个步进电机同时与控制模块相连，所述控制模块与单片机相连；
所述支撑部分包括水平台，所述水平台上装有竖直方向的固定支架，所述固定支架上装有水平方向的陶瓷管，所述水平步进电机和竖直步进电机安装在所述固定支架上。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于电容法测量燃烧油层厚度装置，可利用电容的变化，确定出油品与蒸汽的分界面位置；同时，电容器底端安装了一个压力传感器，当电容器底端接触到油品底面时，利用压力传感器信号的改变即可确定油品的底面位置。确定底面位置和油品与蒸汽分界面位置后，即可计算油层厚度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于电容法测量燃烧油层厚度装置的结构示意图；
图2为图1的局部放大图。
图中：
1：pcap芯片；2：单片机；3：计算机；4：步进电机控制模块；5：固定支架；6：水平步进电机；7：水平台；8：信号线；9：竖直步进电机；10：陶瓷管；11：电容器；12：压力传感器。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的基于电容法测量燃烧油层厚度装置，其较佳的具体实施方式是：
包括测量部分、运动部分、压力传感器、支撑部分、控制部分，所述控制部分包括相连接的单片机和计算机；
所述测量部分包括电容器和压力传感器，所述电容器包括两片平行的矩形钢片，所述电容器与pcap芯片相连，所述pcap芯片设有电容大小测量单元，该单元与所述电容器相连，所述pcap芯片的输出端与所述单片机相连；
所述压力传感器安装在电容器底端，所述的压力传感器输出端与所述的计算机相连；
所述运动部分包括水平步进电机和竖直步进电机，两个步进电机分别控制所述电容器在空间上的水平位置和竖直位置，两个步进电机同时与控制模块相连，所述控制模块与单片机相连；
所述支撑部分包括水平台，所述水平台上装有竖直方向的固定支架，所述固定支架上装有水平方向的陶瓷管，所述水平步进电机和竖直步进电机安装在所述固定支架上。
所述水平台的边缘安装三个水准泡，所述水平台底面四个边缘位置安装能够调整高度的调平螺丝。
所述陶瓷管内部装有两个细陶瓷管，所述电容器两端引出的导线分别布置在两根细陶瓷管内。
所述电容器、压力传感器和陶瓷管固定为一个整体结构。
本发明的基于电容法测量燃烧油层厚度装置，主要是利用电容器的电容大小与两极板之间的介质相关的原理设计。具体原理：电容器在油品内部，电容两极之间的介质为油品，电容器从油品进入蒸汽后，电容两级之间的介质为油品蒸汽，当电容从油品进入蒸汽区后，电容器的电容会发生明显的变化。装置利用电容的变化，确定出油品与蒸汽的分界面。同时，电容器底端安装了一个压力传感器，当电容器底端接触到油品底面时，利用压力传感器信号的改变即可确定油品的底面。确定底面位置和油品与蒸汽分界面位置后，即可计算油层厚度。
具体实施例：
如图1、图2所示，主要包括：电容器、pcap芯片、单片机、压力传感器、步进电机、步进电机控制模块、单片机、固定支架、水平台、电脑、陶瓷管等。
(1)电容部分
电容器11主要是由两片平行的矩形薄钢片构成(但不限于矩形)，钢片的间距可根据要求具体设定。矩形钢片垂直水平面，为了减小实验误差，钢片垂直水平面的两边可根据精度要求设定成不同的长度，平行水平面的两边在条件允许范围内可适当加长，进而增大电容。pcap芯片1一端与电容器相连，用来测量电容器电容的大小。pcap芯片1另一端与单片机2相连，将数字信号转换为可以测量的电压信号。单片机2与电脑相连，主要用于记录实时的电压信号。
通过电容相关模块，能够把电容器的电容大小转变为可以直接读取的电压信号。
(2)运动部分
步进电机6、9分别是控制电容器11在空间上的位置。步进电机的精度在0.2毫米范围内，可在水平方向和竖直方向上运动。步进电机6,9同时与控制模块4相连，然后与单片机4相连，主要是用于控制步进电机每次移动的步数和电机是否工作等。
通过运动相关模块，能够实现电容器在某一平面内水平和竖直方向上的运动。
(3)压力传感器
压力传感器12安装在电容器底端，用于识别电容器是否与底端接触。通过识别压力传感器的电压信号改变，确定电容器与底面的接触位置。
(4)支撑部分
支撑装置主要包括水平台7、固定支架5和陶瓷管10。水平台7的边缘安装三个水准泡，用来检测平台是否水平，平台底面四个边缘位置安装能够调整高度的调平螺丝。固定支架5与水平台垂直，用来固定步进电机。陶瓷管10主要用来支撑和保护导线。油品在燃烧过程中，能够产生高温气流，陶瓷管具有耐热且形变小等特征，对电容器位置变化影响较小。同时电容器11两端引出的导线两级分别布置在细陶瓷馆内，两个细陶瓷管同时放在陶瓷管10内部，该设计主要是用来降低电容的导线对电容器产生的影响。电容器11、压力传感器12和陶瓷管10，经过工艺处理，成为一个固定的整体。
(5)连接部分
导线8主要是用于连接各部分模块，保证测量得出的各种信号能够传输到计算机上。
(6)控制部分
控制部分主要是由单片机2和计算机3组成。通过计算机3上编写相关程序，控制单片机2，进而控制整个运动模块和测量模块。
具体实施例影响因素讨论：
(1)电容器
电容器主要是由两个矩形薄钢片组成，电容器极板在垂直水平方向上的高度对测量精度影响明显。对燃烧薄油层厚度测量方面，电容器矩形钢片在垂直方向上尽量较短，进而增加测量的精度。由于整个装置的电容极板相对较小，因此连接导线对整个电容器电容大小的影响十分明显。为了减小导线的影响，装置在设计中主要将两根连接导线分别布置在陶瓷管内部。但导线对电容还是会有一定影响。因此，在制作过程中电容板11与陶瓷管10之间连接部分要求较短。
(2)步进电机
步进电机可通过机械移动的方式控制电容器的位置。步进电机自身运转的不稳定性和精度大小，直接影响测量结果。
(3)压力传感器
在条件允许条件下，在电容器底端沿极板一侧布置多个压力传感器，保证电容器底端在接触底面后，能够及时触发信号，保证步进电机能够及时停止运转，避免电容装置损害。
具体实施例操作说明：
(1)根据测量精度要求和实验情况，选择合适的陶瓷管、电容器、步进电机等。利用调平螺丝对实验台进行调平，后确定实验中需要测量的位置点。
(2)在计算机上，设定步进电机的移动步数，将电容器移动至测量位置上端。利用竖直方向上的步进电机，调整电容器在竖直方向上的位置，当压力信号突然变大时，竖直方向上步进电机停止运动，电脑将该点位置设定为零点位置，同时记录电容的值。
(3)记录完毕后，电脑通过单片机控制竖直步进电机向上运动，直至电容信号发生越变后，步进电机停止向上运动，电脑通过步进电机向上移动的步数，确定竖直方向上的移动距离，并进行记录。
(4)记录完成后，电脑控制竖直方向的步进电机向下运动，直至压力传感器信号突变后，计算并记录向下移动的距离。记录好后，通过与第一次测量值进行对比，验证测量的准确性。
(5)测量误差在接受范围内后，将步进电机升高至一定位置，利用水平步进电机，将电容器移动至下一个测量位置，开始新的测量。
具体实施例扩展性说明：
(1)装置主要是使用两个步进电机控制平面内的电容器位置，在条件允许情况下，可增加一个步进电机，实现空间内控制电容器的位置，但各种支撑装置需要进行相应调整和改变。
(2)装置主要是利用步进电机移动的步数和每一步移动的距离，确定电容器的相对位置，但实际应用中，考虑到步进电机的不稳定性。在装置的扩展开发中，可将电容器和陶瓷管固定后安装在数字游标卡尺一侧，利用数字游标卡尺一端移动的距离来测量电容器的实际移动距离。
(3)装置主要是利用电容法识别油品与油品蒸汽的分界面，装置中提到的电容为一组矩形平板，但在实际发明中并不限于矩形，可根据实际要求改变电容器的形状。
(4)装置中的支撑装置可根据实际要求进行相应改变，不限于图中所示的结构。同时陶瓷管10也可用其他绝缘耐热材料制成。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。