移动式输油系统多功能控制电路的研制

摘要：移动式输油系统是一种大流量的移动式加油设备。采用了流量稳定、性能可靠、结构简单紧凑、使用和保养方便的KCB型防爆齿轮泵和椭圆齿轮流量计等高性能主要部件。这些主要部件可确保加油站控制和计量的准确安全可靠。系统能方便、快速在A与B之间输油并做相应的记录、打印。显示输油的瞬时流量、总量等，操作方便实用。其中，基于TC4538的F／V变换是核心部分，决定着整个系统的控制性能。
关键词：AT89C51；流量传感器；油泵；AD0809；频率-电压转换电路

随着科技的进步和发展，超声波、激光、电磁、核技术及微计算机等新技术引入流量计量领域，使得无接触无活动部件间接技术大大发展，流量传感器趋向电子化和数字化，为流量计量开拓新的领域。新型流量计要求非接触式流量数字模型简明；量程比宽、线性化、数字化；可线性高，价格低廉，维修方便。随着单片机的日趋成熟，移动式输油系统多功能控制电路的研究上了一个新的水平，利用移动式输油系统可以方便地到达所需加油的地方为其加油，高效便捷，而小批量的加油则不必把整个机器弄到加油站加油了。利用移动式加油系统可以方便在两方之间输油，并做相应的记录、打印，还可以显示油的单价、瞬时流量、瞬时总量、总价，操作控制灵活，方便实用。

1 硬件电路的设计
1．1 传感器电路的设计
椭圆齿轮流量计是容积式流量计的一种，它对被测流体的粘度变化不敏感，特别适合测量高粘度的流体，甚至糊状物的流量。椭圆齿轮流量计的工作原理如图1所示。

椭圆齿轮流量计的测量部分是由两个相互啮合的齿轮A和B、轴及壳体组成。椭圆齿轮及壳体之间形成测量室。当流体流过齿轮流量计时，由于要克服阻力将会引起阻力损失，从而使进口侧压力P1大于出口侧压力P2，产生作用力矩使椭圆齿轮连续转动。
图l仅仅表示椭圆齿轮转动了1／4的情况，而其所排出的被测介质量为半月形容积的四倍。故通过椭圆齿轮流量计的体积流量Q为
Q=4nV0 (1)
式中n--椭圆齿轮的旋转速度，V0--半月形测量室容积
由式(1)可知，在椭圆齿轮流量计的半月形容积V0已定的条件下，只要测出椭圆齿轮的转速n，即可知道被测介质的流量。椭圆齿轮流量计的流量信号(即转速n)，有就地显示和远传显示两种，配以一定的传动机构及积算机构，就可记录或指示被测介质的总量。
1．2 频率-电压转换电路的设计
电压-频率转换器把频率变化信号线性地转换成电压变化信号。广泛地应用于调频、调相信号的解调等。

图2是由TC4538构成的频率／电压转换电路。它对输入脉冲信号进行微分，把微分电流变换为电压，再进行平滑获得输出电压。TC4538是单稳态电路，把输入脉冲变换为具有一定宽度的脉冲。此电路的输入／输出之间的关系为U0=-fi×5×R5(C4+C5)。式中，基准电压+UREF为5V。通常按c4=C5设定参数。响应速度由R5和R6确定，若频率变低，则波纹电压增大，因此，需要在输出后接低通滤波器。即使波纹较大，但要加快响应速度，还得减小C6。微分电容C4和C5由相对于最高输入频率的输出电压决定，要选用温度系数小而具有温度补偿的陶瓷片电容。例如，输入0～100Hz时其输出电压0～5V，根据输出／输入之间关系，C4=C5=5x1MΩ／(5Vx100Hzx2)=5000pF。
1．2．1 TC4538介绍
TC4538是可触发／复位的多谐振荡器，触发器的操作可由2个输入开头或结尾来实现。因为输出单稳态脉冲宽度是由外部电阻和外部电容的时间常数决定的，这使输出脉冲宽度的范围更广泛成为可能。测量动态特性的波形如图3所示。twout=10ms±5％(Rx=100kΩ，Cx=0．1 μF，VDD=10V)。