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:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Оптимизация оборудования снижает энергопотребление 5G 18.04.2022 Развертывание сетей 5G позволяет повысить качество обслуживания и скорости передачи данных, отвечая на растущие потребности по части объемов передаваемой информации. С точки зрения потребления энергии на единицу трафика 5G на 90% эффективнее, чем 4G, но в абсолютных показателях ожидается резкое увеличение энергопотребления из-за реализации технологий Massive Multiple-Input, Multiple-Output (mMIMO) и повышения плотности сети. По данным аналитической компании ABI Research, базовой станции 5G требуется в три раза больше энергии для обеспечения такого же покрытия, как в сети 4G. Это новое бремя для сетевых операторов, вынужденных справляться с высокими расходами на электроэнергию и растущими капитальными затратами. Исправить ситуацию сможет "аппаратная оптимизация", которая приведет к значительному снижению энергопотребления. Под оптимизацией аналитики понимают выход нового поколения чипсетов, которые будут потреблять на 30-70% меньше энергии по сравнению с их предшественниками. "Потребление энергии 5G зависит от конфигурации радиочастотной части, используемого оборудования и объема трафика, и более 70% потребляемой энергии приходится на сеть радиодоступа (RAN). 5G RAN потребляет до 2,7 кВт с конфигурациями mMIMO 64T64R в типичных условиях, в то время как радиосистема Long-Term Evolution (LTE) потребляет около 0,8 кВт, - объясняет Фей Лю (Fei Liu), аналитик ABI Research. - Сетевым операторам следует развертывать радиомодуль 64T64R mMIMO только в густонаселенных городских районах с высоким трафиком. В системах mMIMO основное энергопотребление приходится на усилители мощности, baseband-процессоры, блоки цифровой обработки промежуточной частоты и приемопередатчики". Одним из факторов давления на сетевых операторов является борьба с изменением климата и внедрение норм, направленных на сокращение выбросов углерода. Это заставляет Huawei, ZTE, Nokia, Ericsson, Samsung и других поставщиков вкладывать средства в инновационные аппаратные технологии, повышающие энергоэффективность. Сюда входят усилители мощности на полупроводниковых приборах на основе нитрида галлия (GaN), более совершенные чипсеты, жидкостное охлаждение, новые материалы и конструкции.

Другие интересные новости:

▪ Самая дешевая рабочая сила - не китайцы, а роботы

▪ Возрастные изменения в продолжительности сна

▪ Нанолазер-хамелеон

▪ Открыт тетранейтрон

▪ Химический состав оружия викингов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Должностные инструкции. Подборка статей

▪ статья Фридрих Ницше. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему мы не чувствуем вращения Земли? Подробный ответ

▪ статья Единицы измерений времени. Советы туристу

▪ статья Мыла из жировых отбросов. Простые рецепты и советы

▪ статья Средневолновый приемник с синхронным детектором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025