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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Жесткие диски Toshiba N300 Pro и X300 Pro 12.03.2022 Компания Toshiba представила две новые серии жестких дисков N300 Pro и X300 Pro, предназначенных для "владельцев бизнеса и творческих профессионалов", соответственно. Новые серии HDD выполнены в форм-факторе 3,5 дюйма, имеют емкость до 18 Тбайт, отличаются высокой производительностью и надежностью, и сочетают в себе технологии Toshiba Cache и Stable Platter (модели емкостью более 10 Тбайт) и FC-MAMR (18 Тбайт). У представителей обеих серий скорость вращения шпинделя составляет 7200 оборотов в минуту. Новинки способны выдержать нагрузку до 300 Тбайт в год. Компания предоставляет на них пятилетнюю гарантию. Накопители серии X300 Pro выпускаются емкостью 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 и 18 Тбайт. Как сообщается в пресс-релизе, "инновационная конструкция X300 Pro помогает оптимизировать точность позиционирования и производительность чтения/записи для доступа к данным в режиме реального времени". В моделях емкостью 10, 12, 14, 16 и 18 Тбайт используется конструкция с наполнением герметичных зон гелием и лазерной сваркой. Для всех моделей X300 Pro заявлено среднее время безотказной работы 1,0 млн часов (MTTF), они созданы для ресурсоемких приложений. Серия X300 Pro предназначена для профессиональных настольных рабочих станций, высокопроизводительных игровых компьютеров, высокопроизводительных ПК и рабочих станций для мультимедийного дизайна. Серия N300 Pro тоже включает модели емкостью 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 и 18 Тбайт с технологией магнитной записи CMR. Накопители предназначены для круглосуточной работы в среде NAS и оснащены встроенными RV-датчиками для компенсации вращательных колебаний. Средняя наработка на отказ (величина MTTF) составляет 1,2 млн часов (MTTF). Накопители N300 Pro созданы для высокоинтенсивных рабочих нагрузок и оптимизированы для RAID систем NAS с количеством отсеков до 24. В качестве потенциальных потребителей накопителей этой серии указаны средние и крупные предприятия.

Другие интересные новости:

▪ Эту резинку жевали 5000 лет назад

▪ Самый крепкий клей

▪ Портативная колонка Sony Extra Bass SRS-XB33

▪ Судоходство загрязняет воздух

▪ Беспроводной протокол Bolt для клавиатур и мышек

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заводские технологии на дому. Подборка статей

▪ статья Подшофе. Крылатое выражение

▪ статья Какое животное может осуществлять процесс фотосинтеза? Подробный ответ

▪ статья Посев и посадка леса. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Индикатор инфракрасного излучения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Способ измерения напряжения накала кинескопа. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026