Ультразвуковой измеритель октанового числа бензина. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Многие современные автомобили оснащены электронной системой зажигания с компьютерным блоком управления подачей и впрыском топлива. Один из важных для правильной работы блока управления параметров - октановое число бензина. При его несоответствии стандартному двигатель не сможет работать в оптимальном режиме, нарушится процесс управления впрыском топлива вплоть до аварийной потери мощности. Поэтому наличие простого и доступного для всех автолюбителей устройства контроля октанового числа бензина, заливаемого в топливный бак, сегодня весьма актуально.

Известно множество различных способов измерения октанового числа бензина [1], на основе которых освоен выпуск октаномеров. Например, широко применяемый в России прибор ZX101C фирмы Zeltex использует метод измерения октанового числа, основанный на поглощении бензином инфракрасного излучения в диапазоне 800...1100 нм. Запатентованная оптическая схема прибора содержит 14 светофильтров, в результате чего образуются 14 отсчетов спектра поглощения в указанном диапазоне. Далее на основе калибровочной модели вычисляется октановое число.

Выпускается также лабораторный анализатор ХХ-440, предназначенный для экспресс-анализа октанового числа бензина. Он прост в использовании и имеет высокую надежность благодаря сложнейшим современным технологиям и запатентованным техническим решениям, примененным при его создании. После каждого включения прибор самотестируется для достижения максимальной точности. Результаты измерения отображаются на дисплее и могут быть распечатаны на встроенном принтере с указанием номера пробы, даты и времени проведения испытаний. Но стоимость такого прибора измеряется десятками тысяч долларов США. Создать аналогичные октаномеры в домашних условиях весьма затруднительно даже очень опытному радиолюбителю.

Для создания малогабаритного и дешевого прибора оперативного контроля качества топлива можно воспользоваться ультразвуковым методом определения октанового числа бензина [2], в основе которого лежит измерение скорости распространения ультразвука в бензине. На основе этого метода отечественной промышленностью уже выпускаются октаномеры АС-98, SHATOX SX-150, ОКТАН-ИМ и др.

Рассматриваемый ниже октаномер не претендует на высокую точность определения октанового числа бензина по сравнению с заявленной точностью промышленных приборов, но тем не менее позволяет отличить хороший бензин от плохого. Это немаловажно для автолюбителя, так как качество бензина на многих АЗС, к сожалению, не соответствует нормам. К тому же такой октаномер прост в изготовлении, требует минимального налаживания, в нем использована дешевая элементная база.

Рис. 1. Блок-схема ультразвукового октаномера (нажмите для увеличения)

Блок-схема ультразвукового октаномера показана на рис. 1. На выходе генератора одиночного импульса формируется импульс (1), который передатчик переносит на резонансную частоту излучателя ультразвука (2). У наиболее распространенных ныне выпускаемых ультразвуковых излучателей эта частота равна 40, 200 или 400 кГц [3]. Импульс излучается в бензобак автомобиля. На противоположной стороне бензобака ультразвуковой приемник принимает этот импульс (3), а селективный детектор превращает его в импульс постоянного тока (4), задержанный относительно импульса (1) на время распространения ультразвука в бензине. Это время равно

Δt = L / V,

где L - расстояние между излучателем и приемником ультразвука; V - скорость распространения ультразвука в анализируемом бензине. По фронтам излученного и принятого импульсов формируется импульс (5), длительность которого равна Δt. Измерив ее и зная расстояние между излучателем и приемником, можно вычислить скорость V и по ней оценить октановое число бензина. Для измерения длительности импульс заполняют следующими с известным периодом счетными импульсами и подсчитывают их число. Затем это число сравнивают с эталонными константами для разных марок бензина, и по результатам сравнения, выводимым на светодиодный индикатор, делают вывод о марке и качестве бензина.

Значения скорости распространения ультразвука при различной температуре в бензинах, используемых в настоящее время в автомобильных двигателях и в воздухе, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Так как скорость распространения ультразвука в бензине существенно зависит от температуры, измерительную установку оснащают термостатом, встроив в бак с бензином датчик температуры и нагреватель. Это существенно повышает точность измерения, особенно в зимнее время.

Принципиальная схема октаномера, работающего по описанному принципу, представлена на рис. 2. Передатчик и селективный детектор ультразвукового сигнала построены на базе микросхемы тонального декодера LM567 (DA2). Эта микросхема представляет собой синхронный детектор, опорный генератор которого охвачен петлей ФАПЧ. Генератор можно настроить на любую частоту F от 100 Гц до 500 кГц, выбрав соответствующие параметры элементов C6, R9 и R10:

F = 1/(1,1·C6·(R9+R10)).

Поскольку в приборе используются ультразвуковые преобразователи MA40S4R (ВМ1) и MA40S4S (ВА1) с резонансной частотой 40 кГц [3], то и частота генератора должна быть такой же. За счет использования одного и того же генератора для формирования излучаемого импульса и детектирования принятого обеспечивается устойчивая настройка приемника на сигнал передатчика.

Рис. 2. Принципиальная схема октаномера (нажмите для увеличения)

Кварцевый генератор на логическом элементе DD8.4 формирует счетные импульсы частотой 1 МГц, заполняющие с помощью элемента DD8.3 импульс разности излученного и принятого сигналов, образующийся на выходе элемента dD8. 1. Таким образом, число импульсов, прошедших через элемент DD8.3, равно длительности прохождения ультразвуком мерного отрезка в бензине, выраженной в микросекундах. Для бензина разных марок при температуре 20 ^оС и длине мерного отрезка 1 м это число (N) указано в табл. 2.

Таблица 2

Импульсы подсчитывает счетчик DD1. Поскольку используются только семь его разрядов, в которых может содержаться число не более 127, в процессе счета они многократно переполняются и по его завершении в них находится остаток от деления числа подсчитанных импульсов на 128 (N mod 128) . Эти остатки также указаны в табл. 2. Поскольку разница между максимально и минимально возможными значениями остатков числа импульсов не превышает 127, неоднозначности отсчета при анализе состояния только семи разрядов счетчика не возникает.

Число с выходов счетчика поступает на один из входов цифрового компаратора на микросхемах DD3 и DD5. На второй вход компаратора с помощью переключателя SA1 поочередно подают числа, соответствующие эталонной длительности задержки для четырех марок бензина. Эти числа устанавливаются на входах буферных элементов DD2, DD4, DD6 и DD9 в инверсном двоичном коде, поскольку эти элементы - инвертирующие. Поскольку выходы этих элементов имеют три состояния, их можно объединить в общую шину, что и сделано в октанометре.

При другой длине мерного отрезка (длине бензобака) образцовые числа N изменяются пропорционально, затем берутся остатки от их деления на 128.

Приступая к измерению октанового числа бензина, следует установить переключатель SA1 в положение "АИ-80". Затем обнулить счетчик нажатием на кнопку SB1 и, нажав на кнопку SB2, произвести измерение. Если октановое число бензина меньше эталонного для бензина этой марки, то включится красный светодиод HL3. Если оно равно эталонному, включится желтый светодиод HL2. Если больше, то будет включен зеленый светодиод HL1. В последнем случае следует последовательно переводить переключатель SA1 в положения, соответствующие большим октановым числам, продолжая наблюдать за светодиодами.

Налаживание прибора сводится к установке частоты 40 кГц на выводе 5 микросхемы DA3 с помощью подстро-ечного резистора R9. Если использовать более высокочастотные ультразвуковые преобразователи на 100 или 200 кГц, то частоту генератора необходимо соответственно увеличить. Однако следует иметь в виду, что с повышением частоты ультразвука его затухание в бензине растет. Поэтому размеры бака, в котором производятся измерения, придется уменьшить, а это увеличит погрешность прибора.

Цифровые микросхемы, используемые в октаномере, можно заменить их импортными аналогами серий 4000 и 74НС. Вместо стабилизатора напряжения LT3013EFE подойдет любой линейный стабилизатор с регулируемым или фиксированным выходным напряжением 5 В и максимальным током нагрузки не менее 100 мА. Поскольку на стабилизаторе рассеивается мощность около 0,7 Вт, его нужно снабдить теплоотводом.

Схема термостата показана на рис. 3. Он построен на специализированной микросхеме термостата LM56BIM (DA1), которая имеет встроенный датчик температуры и источник образцового напряжения 1,25 В (вывод 1). Температуру включения и выключения нагревателя задают значениями напряжения соответственно на входах UTL (вывод 3) и UTH (вывод 2), которые должны быть равны [4]:

U_TL = 0,0062·T_L + 0,395

U_TH = 0,0062·T_H + 0,395,

где T_L и Т_H - заданные значения температуры соответственно включения и выключения нагревателя, °C.

Рис. 3. Схема термостата

Эти напряжения получают из образцового напряжения U_ref (вывод 1) с помощью резистивного делителя напряжения R1-R3. Задавшись значением R_Σ=R1+R2+R3, сопротивления этих резисторов можно рассчитать по формулам:

R2 = U_TL· R_Σ / 1,25

R1 = (U_TH· R_Σ / 1,25) - R2

R3 = R_Σ - R1 - R2

Указанные на схеме номиналы резисторов R1-R3 обеспечивают температуру включения нагревателя около 18 ^оС, а температуру его выключения около 26 ^оС. Если температура бензина меньше 18 ^оС, то светится светодиод HL2 и включается нагревательный элемент EK1. Если температура выше 26 ^оС, то нагреватель выключается, но включается светодиод HL1. Следовательно, когда включен любой из светодиодов, производить измерение октанового числа бензина не стоит.

Для правильного измерения температуры бензина корпус микросхемы LM56BIM должен иметь хороший тепловой контакт с бензобаком. Для подогрева бензобака использованы самоклеющиеся нагревательные фолии [5].

Литература

1. Способы измерения октанового числа в топливе. - URL: oktis.ru/press/sposoby-izmereniya-oktanovogo-chisla-v-toplive.
2. Пащенко В. М., Чуклов В. С., Ван-цов В. И., Колосов А. А. Способ определения октанового числа автомобильных бензинов. Патент RU 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. Самоклеящиеся нагревательные фолии 12 VDC. - URL: dip8.ru/files/pdf/fg12v.pdf.

Автор: А. Корнев

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Гибридные электровелосипеды Cube Fold Hybrid 14.10.2023 Компания Cube представила свои последние достижения в мире велосипедов - гибридные модели Cube Fold Hybrid, доступные как в варианте Fold Hybrid, так и в варианте Fold Sport Hybrid. Модель Fold Hybrid представляет собой наиболее практичное исполнение велосипеда. Он оснащен средним двигателем Bosch Active Plus, который, хотя и менее мощный, чем мотор Bosch Performance Line, обеспечивает великолепную производительность. Питание велосипеда осуществляется аккумулятором Bosch Power Pack 500 емкостью 500 Втч, что приносит до 25% дополнительного запаса хода по сравнению с предыдущими версиями. Fold Hybrid комплектуется пятиступенчатой втулкой Shimano Nexus, приводом на ремне, и крепкой рамой, обеспечивающей возможность перевозки грузов. Рама регулируется для адаптации под райдеров ростом от 1,58 м до 1,89 м. Вес Fold Hybrid составляет 25 кг, а для удобства переноски предусмотрена специальная ручка. Модель Fold Sport Hybrid предлагает 10-скоростную группу Shimano Tiagra, стандарт для начальных шоссейных велосипедов. Аксессуары для велосипедов Cube Fold Hybrid включают в себя защитные крылья, задний багажник, фары и передний багажник. Стоимость Fold Hybrid оценивается в $3300, тогда как Fold Sport Hybrid доступен по цене $3669. На данный момент велосипеды Cube Fold Hybrid доступны в ограниченном объеме исключительно в Европе.

Другие интересные новости:

▪ MCP1810 - LDO c самым низким Iq в отрасли

▪ Виртуальный телекинез

▪ Малогабаритная радиостанция MOTOROLA FV500AA

▪ Мимо Земли пронесется астероид TC4

▪ Наушники Corsair HS55 и HS65

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электробезопасность, пожаробезопасность. Подборка статей

▪ статья Гол как сокол. Крылатое выражение

▪ статья В каком диапазоне Земля по яркости сравнима с Солнцем и многократно превосходит все остальные планеты Солнечной системы, вместе взятые? Подробный ответ

▪ статья Дерен кровавый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Телевизор из монитора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сеанс гипноза. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026