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:

Особенности почек помогают легче переносить высоту 18.01.2025

Высокогорные регионы всегда привлекали внимание исследователей, изучающих, как человек адаптируется к жизни в условиях разреженного воздуха. Недавнее исследование группы ученых из Университета Маунт-Ройал в Канаде, возглавляемое доктором Тревором Деем, проливает свет на важную роль почек в акклиматизации к большим высотам. Работы канадских ученых объясняют, почему представители народности шерпа, которые веками живут в высокогорных районах Тибета, значительно лучше переносят высокогорье. В своем исследовании ученые наблюдали за дыханием и составом крови участников во время их подъема на высоту 4300 метров в Гималаях, в Непале. Эксперимент проводился с участием двух групп: одна состояла из жителей низменностей, не привыкших к горной среде, а другая - из шерпов, чей организм приспособлен к жизни на большой высоте. Основное различие между этими группами было в том, как их организмы реагировали на дефицит кислорода в воздухе. У шерпов наблюдалась более быстрая и масштабная адаптация к ...>>

Производство электричества с помощью термоядерного синтеза 18.01.2025

Американская компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) нацелена на создание первой в мире термоядерной электростанции, способной подключаться к электрической сети. Этот амбициозный проект, известный как ARC (Affordable, Robust, Compact), будет построен вблизи города Ричмонд, штат Вирджиния. В соответствии с планами, новая электростанция сможет производить до 400 мегаватт чистой энергии, что вполне хватит для обеспечения электричеством 150 тысяч домохозяйств. Прогнозируется, что станция начнет работу в 2030-х годах. Принцип работы термоядерной электростанции основан на процессе термоядерного синтеза, который происходит в ядре звезд. В отличие от традиционной атомной энергетики, где используется деление ядер атомов с образованием радиоактивных отходов, термоядерный синтез создает в качестве побочного продукта безопасный гелий. Для того чтобы удерживать плазму с температурой свыше 100 миллионов градусов Цельсия, установка будет использовать мощные магнитные поля. Тем не менее, н ...>>

Экологическая защита для овощей и фруктов 17.01.2025

Исследователи из женского колледжа Шри Нараяна в Колламе, Керала, Индия, разработали инновационный способ продления свежести фруктов и овощей. Группа под руководством Пурнимы Виджаян предложила использовать съедобное покрытие, созданное на основе целлюлозных нановолокон (CNF), полученных из луковой шелухи. Этот подход не только продлевает срок хранения продуктов, но и способствует их безопасности благодаря включению нанокуркумина, известного своими антимикробными свойствами. Основным компонентом покрытия являются CNF, полученные из переработанных отходов лука. Эти нановолокна соединяются с синтетическим биополимером, который улучшает структуру покрытия, устраняя проблемы с водостойкостью и термической стабильностью, ранее свойственные материалам на основе CNF. Кроме того, добавление нанокуркумина усиливает антимикробные свойства покрытия, делая его особенно эффективным для предотвращения порчи. Для проверки эффективности этой разработки ученые провели эксперимент с апельсинами. П ...>>

Случайная новость из Архива Главные инновации на ближайшие 10 лет 15.07.2014 Аналитики Intellectual Property & Science - подразделения Thomson Reuters - опубликовали отчет "Мир в 2025 году: десять инноваций будущего" (PDF). В нем содержится прогноз развития научной и технологической сферы к 2025 г., подготовленный на основе анализа тенденций в патентной и научной литературе. Согласно прогнозу, к 2025 г. в мире все, что только можно, от личных предметов до континентов, будет соединено друг с другом цифровыми коммуникациями. Это станет возможным благодаря усовершенствованию технологий полупроводников, внедрению графеновых суперконденсаторов, недискретных сетей и технологии 5G. Предполагается, что к 2025 г. широкое распространение в научной среде получат эксперименты по квантовой телепортации. Для того чтобы удовлетворить возрастающие потребности в электричестве для обеспечения устройств и континентов, люди обратятся к энергии солнца. "Согласно наиболее цитируемым за последние два года научным публикациям, получением и использованием солнечной энергии будут заниматься не только борцы за экологию. Благодаря технологиям фотогальваники, химического связывания и фотокатализации использование солнечной энергии станет массовым", - содержится в отчете. Эксперты также затронули тему транспорта. Они предсказывают, что к 2025 г. на дорогах останутся автомобили, а в небе - самолеты. Но они станут намного "умнее" и легче, будут работать от аккумуляторных батарей и совершать путешествия на более длинные расстояния, чем сегодня. Этому будут способствовать достижения в области литиево-ионных и тонкопленочных батарей, водородных топливных ячеек и наноматериалов. "Легкие самолеты и автомобили будут работать от улучшенных литиево-ионных батарей. Самолеты будут сконструированы из новых материалов, с меньшим весом, и оснащены новыми двигателями на основе технологии сверхпроводимости. Небольшие коммерческие самолеты будут повсеместно использоваться для совершения коротких перелетов. Подростки будут стремиться получить не права на вождение автомобиля, а лицензию на управление таким самолетом", - говорится в отчете. Большое число инноваций ожидается в сфере здравоохранения. Эксперты полагают, что к 2025 г. человек научится намного эффективнее предотвращать развитие старческого слабоумия и болезни Альцгеймера благодаря пониманию человеческого генома и генетических мутаций. Благодаря достижениям в ДНК- и РНК-инженерии к 2025 г. медицина сможет победить диабет первой и второй степени. При рождении человека будет создаваться карта его ДНК. Анализ человеческого генома останется одним из важнейших научных направлений. По этой тематике найдено свыше тысячи цитирований. Достижения в нанотехнологиях и технологиях больших данных о живых организмах найдут свое применение в сверхточной диагностике на клеточном уровне. Значительный прогресс будет достигнут и в лечении онкологических заболеваний. Ученые научатся точечно воздействовать на раковые клетки, в результате чего пациентам не придется пользоваться химиотерапией с ее пагубным побочным эффектом. Негативные последствия от лечения рака будут значительно меньше. Эксперты также предсказывают полный отказ к 2025 г. от упаковки из нефтепродуктов (вместо них будет использоваться растительное сырье) и полное решение проблемы неурожаев в сельскохозяйственной сфере с исходящим из этого регулярным колебанием цен на продукты питания на различных рынках.

Другие интересные новости:

▪ Зафиксирован загадочный эффект воды

▪ Всеядный автомобильный двигатель

▪ Первая супермолекула из искусственных атомов

▪ Искусственный синапс для искуственного мозга

▪ Интернет-трансляция цифрового видео

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телевидение. Подборка статей

▪ статья Цезарь не выше грамматиков. Крылатое выражение

▪ статья Почему клесты гнездятся зимой? Подробный ответ

▪ статья Подмаренник. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Электронный пускорегулирующий аппарат, позволяющий регулировать яркость лампы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Вариант выключателя привода механизма. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025