Ультразвуковий вимірювач октанового числа бензину. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

 Коментарі до статті

Багато сучасних автомобілів оснащені електронною системою запалювання з комп'ютерним блоком управління подачею та упорскуванням палива. Один із важливих для правильної роботи блоку управління параметрів – октанове число бензину. При його невідповідності стандартному двигун не зможе працювати в оптимальному режимі, порушиться процес керування упорскуванням палива аж до аварійної втрати потужності. Тому наявність простого та доступного для всіх автолюбителів пристрою контролю октанового числа бензину, що заливається в паливний бак, сьогодні дуже актуальна.

Відомо безліч різних способів вимірювання октанового числа бензину [1], на основі яких освоєно випуск октаномірів. Наприклад, широко застосовуваний у Росії прилад ZX101C фірми Zeltex використовує метод вимірювання октанового числа, заснований на поглинанні інфрачервоного випромінювання бензином в діапазоні 800...1100 нм. Запатентована оптична схема приладу містить 14 світлофільтрів, у результаті утворюються 14 відліків спектра поглинання у вказаному діапазоні. Далі на основі калібрувальної моделі обчислюється октанове число.

Випускається лабораторний аналізатор ХХ-440, призначений для експрес-аналізу октанового числа бензину. Він простий у використанні та має високу надійність завдяки найскладнішим сучасним технологіям та запатентованим технічним рішенням, застосованим при його створенні. Після кожного увімкнення прилад самотестується для досягнення максимальної точності. Результати вимірювання відображаються на дисплеї та можуть бути роздруковані на вбудованому принтері із зазначенням номера проби, дати та часу проведення випробувань. Але вартість такого приладу вимірюється десятками тисяч доларів. Створити аналогічні октаномери в домашніх умовах дуже важко навіть досвідченому радіоаматору.

Для створення малогабаритного та дешевого приладу оперативного контролю якості палива можна скористатися ультразвуковим методом визначення октанового числа бензину [2], в основі якого лежить вимір швидкості поширення ультразвуку в бензині. На основі цього методу вітчизняною промисловістю вже випускаються октаномери АС-98, SHATOX SX-150, ОКТАН-ІМ та ін.

Розглянутий нижче октаномер не претендує на високу точність визначення октанового числа бензину порівняно із заявленою точністю промислових приладів, проте дозволяє відрізнити хороший бензин від поганого. Це важливо для автолюбителя, оскільки якість бензину на багатьох АЗС, на жаль, не відповідає нормам. До того ж такий октаномер простий у виготовленні, що вимагає мінімального налагодження, в ньому використана дешева елементна база.

Рис. 1. Блок-схема ультразвукового октаноміра (натисніть для збільшення)

Блок-схема ультразвукового октаноміра показана на рис. 1. На виході генератора одиночного імпульсу формується імпульс (1), який передавач переносить на резонансну частоту ультразвукового випромінювача (2). У найпоширеніших ультразвукових випромінювачів, що нині випускаються, ця частота дорівнює 40, 200 або 400 кГц [3]. Імпульс випромінюється у бензобак автомобіля. На протилежному боці бензобака ультразвуковий приймач приймає цей імпульс (3), а селективний детектор перетворює його на імпульс постійного струму (4), затриманий щодо імпульсу (1) на час поширення ультразвуку в бензині. Цей час дорівнює

Δt = L/V,

де L - відстань між випромінювачем та приймачем ультразвуку; V - швидкість поширення ультразвуку в аналізованому бензині. По фронтах випромінюваного та прийнятого імпульсів формується імпульс (5), тривалість якого дорівнює Δt. Вимірявши її і знаючи відстань між випромінювачем і приймачем, можна обчислити швидкість V і оцінити октанове число бензину. Для вимірювання тривалості імпульс заповнюють наступними з відомим періодом лічильними імпульсами та підраховують їх число. Потім це число порівнюють з еталонними константами для різних марок бензину, і за результатами порівняння, що виводяться на світлодіодний індикатор, роблять висновок про марку та якість бензину.

Значення швидкості поширення ультразвуку при різній температурі в бензинах, що використовуються в даний час в автомобільних двигунах та в повітрі, наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Так як швидкість поширення ультразвуку в бензині істотно залежить від температури, вимірювальну установку оснащують термостатом, вбудувавши в бак з бензином датчик температури та нагрівач. Це значно підвищує точність виміру, особливо у зимовий час.

p align="justify"> Принципова схема октаномера, що працює за описаним принципом, представлена ​​на рис. 2. Передавач та селективний детектор ультразвукового сигналу побудовані на базі мікросхеми тонального декодера LM567 (DA2). Ця мікросхема є синхронним детектором, опорний генератор якого охоплений петлею ФАПЧ. Генератор можна налаштувати на будь-яку частоту F від 100 Гц до 500 кГц, вибравши відповідні параметри елементів C6, R9 та R10:

F = 1/(1,1·C6·(R9+R10)).

Оскільки в приладі використовуються ультразвукові перетворювачі MA40S4R (ВМ1) та MA40S4S (ВА1) з резонансною частотою 40 кГц [3], то частота генератора повинна бути такою ж. За рахунок використання одного і того ж генератора для формування випромінюваного імпульсу та детектування прийнятого забезпечується стійке налаштування приймача на сигнал передавача.

Рис. 2. Принципова схема октаноміра (натисніть для збільшення)

Кварцовий генератор на логічному елементі DD8.4 формує лічильні імпульси частотою 1 МГц, що заповнюють за допомогою елемента DD8.3 імпульс різниці випромінюваного та прийнятого сигналів, що утворюється на виході елемента dD8. 1. Таким чином, число імпульсів, що пройшли через елемент DD8.3, дорівнює тривалості проходження ультразвуком мірного відрізка бензину, вираженої в мікросекундах. Для бензину різних марок за температури 20 ^оС та довжині мірного відрізка 1 м це число (N) зазначено в табл. 2.

Таблиця 2

Імпульси підраховує лічильник DD1. Оскільки використовуються лише сім його розрядів, в яких може міститися число не більше 127, в процесі рахунку вони багаторазово переповнюються і після його завершення в них залишок від ділення числа підрахованих імпульсів на 128 (N mod 128). Ці залишки також зазначені у табл. 2. Оскільки різниця між максимально та мінімально можливими значеннями залишків числа імпульсів не перевищує 127, неоднозначності відліку при аналізі стану лише семи розрядів лічильника не виникає.

Число з виходів лічильника надходить однією з входів цифрового компаратора на мікросхемах DD3 і DD5. На другий вхід компаратора за допомогою перемикача SA1 почергово подають числа, що відповідають еталонної тривалості затримки чотирьох марок бензину. Ці числа встановлюються на входах буферних елементів DD2, DD4, DD6 та DD9 в інверсному двійковому коді, оскільки ці елементи - інвертують. Оскільки виходи цих елементів мають три стани, їх можна поєднати в загальну шину, що й зроблено в октанометрі.

При іншій довжині мірного відрізка (довжині бензобака) зразкові числа N змінюються пропорційно, потім беруться залишки від поділу на 128.

Приступаючи до вимірювання октанового числа бензину, слід встановити перемикач SA1 у положення "АІ-80". Потім обнулити лічильник натисканням на кнопку SB1 і, натиснувши на кнопку SB2, виміряти. Якщо октанове число бензину менше еталонного для бензину цієї марки, то ввімкнеться червоний світлодіод HL3. Якщо воно дорівнює еталонному, увімкнеться жовтий світлодіод HL2. Якщо більше, то буде увімкнено зелений світлодіод HL1. В останньому випадку слід послідовно переводити перемикач SA1 на положення, що відповідають великим октановим числам, продовжуючи спостерігати за світлодіодами.

Налагодження приладу зводиться до встановлення частоти 40 кГц на виведенні мікросхеми 5 DA3 за допомогою підстроювального резистора R9. Якщо використовувати більш високочастотні ультразвукові перетворювачі на 100 або 200 кГц, частоту генератора необхідно відповідно збільшити. Однак слід пам'ятати, що з підвищенням частоти ультразвуку його згасання в бензині зростає. Тому розміри бака, в якому виробляються виміри, доведеться зменшити, а це збільшить похибку приладу.

Цифрові мікросхеми, які використовуються в октаномері, можна замінити їх імпортними аналогами серій 4000 та 74НС. Замість стабілізатора напруги LT3013EFE підійде будь-який лінійний стабілізатор з регульованою або фіксованою вихідною напругою 5 В та максимальним струмом навантаження не менше 100 мА. Оскільки на стабілізаторі розсіюється потужність близько 0,7 Вт, його потрібно забезпечити тепловідведення.

Схема термостата показано на рис. 3. Він побудований на спеціалізованій мікросхемі термостата LM56BIM (DA1), яка має вбудований датчик температури та джерело зразкової напруги 1,25 В (висновок 1). Температуру включення та вимикання нагрівача задають значеннями напруги відповідно на входах UTL (висновок 3) та UTH (висновок 2), які повинні дорівнювати [4]:

U_TL = 0,0062 T_L + 0,395

U_TH = 0,0062 T_H +0,395,

де T_L і Т_H - задані значення температури відповідно до включення та вимикання нагрівача, °C.

Рис. 3. Схема термостату

Ці напруги отримують із зразкової напруги U_{посилання} (висновок 1) за допомогою резистивного дільника напруги R1-R3. Задавшись значенням R_Σ=R1+R2+R3, опори цих резисторів можна розрахувати за формулами:

R2 = U_TLР._Σ / 1,25

R1 = (U_THР._Σ / 1,25) - R2

R3 = R_Σ - R1 - R2

Вказані на схемі номінали резисторів R1-R3 забезпечують температуру включення нагрівача близько 18 ^оС, а температуру його вимкнення близько 26 ^оЯкщо температура бензину менше 18 ^оЗ то світиться світлодіод HL2 і включається нагрівальний елемент EK1. Якщо температура вище 26 ^оЗ, то нагрівач вимикається, але включається світлодіод HL1. Отже, коли увімкнений будь-який із світлодіодів, проводити вимірювання октанового числа бензину не варто.

Для правильного вимірювання температури бензину корпус мікросхеми LM56BIM повинен мати добрий тепловий контакт із бензобаком. Для підігріву бензобака використані самоклеючі нагрівальні фолії [5].

література

1. Способи вимірювання октанового числа палива. - URL: oktis.ru/press/sposoby-izmereniya-oktanovo-chisla-v-toplive.
2. Пащенко Ст М., Чуклов Ст С., Ван-цов Ст І., Колосов А. А. Спосіб визначення октанового числа автомобільних бензинів. Патент UA 2189039 C2. - URL: bd.patent.su/2189000-2189999/pat/servl/servletf315.html.
3. Ultrasonic Sensor. Application Маnual. - URL: symmetron.ru/suppliers/murata/files/pdf/murata/ultrasonic-sen-sors.pdf.
4. LM56 Dual Output Low Power Thermostat. - URL: ti.com/lit/ds/symlink/lm56.pdf.
5. Самоклеючі нагрівальні фолії 12 VDC. - URL: dip8.ru/files/pdf/fg12v.pdf.

Автор: А. Корнєв

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Вартість традиційної та альтернативної енергії зрівнялася 14.12.2014 Як повідомляє The New York Times, в енергетиці США відбуваються важливі зміни - ціна сонячної та вітряної енергії тепер зрівнялася з ціною електрики, виробленої традиційним методом, тобто шляхом спалювання викопного палива. На сьогоднішній день у США вартість сонячної енергії впала до 5,6 цента за 1 кВтг, а ціна вітряної впала до 1,4 цента. Що стосується енергії, виробленої за рахунок спалювання вугілля, то за неї доводиться платити 6,6 центів, а енергія, що отримується при спалюванні газу, коштує 6,1 центів. Таких значних успіхів у використанні "зеленої енергії" в США вдалося досягти завдяки щедрим держсубсидіям. Очікується, що найближчим часом вони можуть бути урізані або зовсім скасовані, проте аналітики вважають, що навіть без державної підтримки ВІА в США зможуть змагатися із традиційними джерелами енергії на рівних.

Інші цікаві новини:

▪ Синтетичні нерви працюють на світлі

▪ Екологічно чиста енергія з повітря

▪ Йогурт може позбавити від депресії

▪ Персональна фармацевтика

▪ Сонячні елементи IXOLAR

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Історії з життя радіоаматорів. Добірка статей

▪ стаття Хай живе сонце, нехай сховається темрява! Крилатий вислів

▪ стаття Коли винайшли колесо? Детальна відповідь

▪ стаття Рюкзак. Поради туристу

▪ стаття Виготовлення вимірювальних щупів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Таємниця сімки. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024