移動式輸油系統(tǒng)多功能控制電路的研制

摘要：移動式輸油系統(tǒng)是一種大流量的移動式加油設(shè)備。采用了流量穩(wěn)定、性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、使用和保養(yǎng)方便的KCB型防爆齒輪泵和橢圓齒輪流量計等高性能主要部件。這些主要部件可確保加油站控制和計量的準(zhǔn)確安全可靠。系統(tǒng)能方便、快速在A與B之間輸油并做相應(yīng)的記錄、打印。顯示輸油的瞬時流量、總量等，操作方便實用。其中，基于TC4538的F／V變換是核心部分，決定著整個系統(tǒng)的控制性能。
關(guān)鍵詞：AT89C51；流量傳感器；油泵；AD0809；頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，超聲波、激光、電磁、核技術(shù)及微計算機等新技術(shù)引入流量計量領(lǐng)域，使得無接觸無活動部件間接技術(shù)大大發(fā)展，流量傳感器趨向電子化和數(shù)字化，為流量計量開拓新的領(lǐng)域。新型流量計要求非接觸式流量數(shù)字模型簡明；量程比寬、線性化、數(shù)字化；可線性高，價格低廉，維修方便。隨著單片機的日趨成熟，移動式輸油系統(tǒng)多功能控制電路的研究上了一個新的水平，利用移動式輸油系統(tǒng)可以方便地到達(dá)所需加油的地方為其加油，高效便捷，而小批量的加油則不必把整個機器弄到加油站加油了。利用移動式加油系統(tǒng)可以方便在兩方之間輸油，并做相應(yīng)的記錄、打印，還可以顯示油的單價、瞬時流量、瞬時總量、總價，操作控制靈活，方便實用。

1 硬件電路的設(shè)計
1．1 傳感器電路的設(shè)計
橢圓齒輪流量計是容積式流量計的一種，它對被測流體的粘度變化不敏感，特別適合測量高粘度的流體，甚至糊狀物的流量。橢圓齒輪流量計的工作原理如圖1所示。

橢圓齒輪流量計的測量部分是由兩個相互嚙合的齒輪A和B、軸及殼體組成。橢圓齒輪及殼體之間形成測量室。當(dāng)流體流過齒輪流量計時，由于要克服阻力將會引起阻力損失，從而使進(jìn)口側(cè)壓力P1大于出口側(cè)壓力P2，產(chǎn)生作用力矩使橢圓齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動。
圖l僅僅表示橢圓齒輪轉(zhuǎn)動了1／4的情況，而其所排出的被測介質(zhì)量為半月形容積的四倍。故通過橢圓齒輪流量計的體積流量Q為
Q=4nV0 (1)
式中n--橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)速度，V0--半月形測量室容積
由式(1)可知，在橢圓齒輪流量計的半月形容積V0已定的條件下，只要測出橢圓齒輪的轉(zhuǎn)速n，即可知道被測介質(zhì)的流量。橢圓齒輪流量計的流量信號(即轉(zhuǎn)速n)，有就地顯示和遠(yuǎn)傳顯示兩種，配以一定的傳動機構(gòu)及積算機構(gòu)，就可記錄或指示被測介質(zhì)的總量。
1．2 頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計
電壓-頻率轉(zhuǎn)換器把頻率變化信號線性地轉(zhuǎn)換成電壓變化信號。廣泛地應(yīng)用于調(diào)頻、調(diào)相信號的解調(diào)等。

圖2是由TC4538構(gòu)成的頻率／電壓轉(zhuǎn)換電路。它對輸入脈沖信號進(jìn)行微分，把微分電流變換為電壓，再進(jìn)行平滑獲得輸出電壓。TC4538是單穩(wěn)態(tài)電路，把輸入脈沖變換為具有一定寬度的脈沖。此電路的輸入／輸出之間的關(guān)系為U0=-fi×5×R5(C4+C5)。式中，基準(zhǔn)電壓+UREF為5V。通常按c4=C5設(shè)定參數(shù)。響應(yīng)速度由R5和R6確定，若頻率變低，則波紋電壓增大，因此，需要在輸出后接低通濾波器。即使波紋較大，但要加快響應(yīng)速度，還得減小C6。微分電容C4和C5由相對于最高輸入頻率的輸出電壓決定，要選用溫度系數(shù)小而具有溫度補償?shù)奶沾善娙?。例如，輸?～100Hz時其輸出電壓0～5V，根據(jù)輸出／輸入之間關(guān)系，C4=C5=5x1MΩ／(5Vx100Hzx2)=5000pF。
1．2．1 TC4538介紹
TC4538是可觸發(fā)／復(fù)位的多諧振蕩器，觸發(fā)器的操作可由2個輸入開頭或結(jié)尾來實現(xiàn)。因為輸出單穩(wěn)態(tài)脈沖寬度是由外部電阻和外部電容的時間常數(shù)決定的，這使輸出脈沖寬度的范圍更廣泛成為可能。測量動態(tài)特性的波形如圖3所示。twout=10ms±5％(Rx=100kΩ，Cx=0．1 μF，VDD=10V)。