Индикатор марки автомобильного бензина

 

Изобретение относится к области контроля нефтепродуктов. Сущность: индикатор содержит автогенератор, емкостной датчик с терморезистором, масштабирующий усилитель. К выходу масштабирующего усилителя подключены коммутирующие каскады. Количество каскадов равно числу марок контролируемых бензинов. Каждый каскад состоит из двухуровневого компаратора, логической схемы на элементах "И-НЕ". В качестве индикаторов к выходу каждого коммутирующего каскада подключены светодиоды. Технический результат изобретения заключается в упрощении электрической схемы устройства. 1 табл., 2 ил.

Предлагаемый прибор относится к области контроля нефтепродуктов, в частности к определению марки автомобильного бензина.

В настоящее время определение марки автомобильных бензинов осуществляется путем измерения октанового числа стандартными методами ГОСТ 8826 - 82 (исследовательский метод) и ГОСТ 511 - 82 (моторный метод). Указанные методы являются весьма громоздкими, трудоемкими и дорогостоящими.

В последнее время появился ряд рекламных сообщений о создании приборов, измеряющих октановое число экспресс-методом [1-4 и др.].

В этих приборах, названных октонометрами, в качестве информационного параметра используется диэлектрическая проницаемость ε и, как следствие, применяется диэлькометрический метод измерения. Это позволило создать малогабаритные приборы, резко сократить трудоемкость и стоимость измерений.

Рекламируемые октанометры обеспечивают простоту и удобство в эксплуатации, а время измерения сокращается до нескольких секунд.

Наиболее полно функции и устройство приборов указанного типа отражены в работе [3].

Указанный прибор принят в качестве прототипа. В работе [3] указывается, что зависимость октанового числа от ε определяется кубическим уравнением. Для его реализации используется сложная электрическая схема с использованием цифровой техники. Прибор содержит емкостный датчик для измерения диэлектрической проницаемости пробы бензина. Датчик выполнен в виде двух коаксиально расположенных вертикальных цилиндрических электродов. Внутри емкостного датчика расположен датчик температуры. Датчик включен в частотно-зависимую цепь автогенератора, который подключен к вычислительному блоку, соединенному с блоком ввода данных и блоком цифровой индикации. Кроме того, схема содержит аналого-цифровой преобразователь, масштабирующие усилители, электронные переключатели.

Указанный прибор благодаря сложной электрической схеме позволяет определить октановое число бензина с достаточной точностью с учетом температуры.

Такие приборы наиболее пригодны для АЗС (автозаправочных станций). Однако в большинстве случаев для массового потребителя наиболее важным фактором является стоимость прибора. С этой точки зрения представляется целесообразным создание прибора, определяющего не октановое число, а интервал октановых чисел, в который попадает бензин данной пробы. Автомобильный бензин в соответствии с ГОСТ Р 51105-97 подразделяется на следующие марки: Норма-80 (А-80), Регуляр-91 (А-91), Премиум-95 (А-95), Супер 98 (А-98), что соответствует следующим интервалам октановых чисел: 80-91; 91-95; 95-98, выше 98. Для определения марки бензина достаточно установить, что октановое число измеряемого бензина лежит в пределах одного из указанных интервалов. Так, например, если бензин имеет октановое число 82, то его марка А-80. В этом случае требования к прибору резко упрощаются и, соответственно, упрощается электрическая схема. Это обусловлено тем, что при определении марки бензина нет необходимости идентифицировать выходное напряжение с октановым числом и, следовательно, воспроизводить сложную зависимость октанового числа от ε [3]. Достаточно установить, к какому интервалу октановых чисел относится данная проба.

Предлагаемый индикатор марки автомобильного бензина содержит автогенератор, емкостный датчик с терморезистором, масштабирующий усилитель. Отличие предлагаемого индикатора в том, что к выходу масштабирующего усилителя подключены коммутирующие каскады в количестве, соответствующем числу контролируемых марок бензина. Каждый коммутирующий каскад состоит из двухуровневого компаратора, логической схемы на элементах “И-НЕ”; в качестве индикаторов к выходу каждого коммутирующего каскада подключены светодиоды.

Блок-схема предлагаемого индикатора марки бензина представлена на фиг.1.

Блок-схема состоит из источника питания 1, автогенератора 2, датчика с терморезистором 3 и масштабирующего усилителя 4. К усилителю подключены коммутирующие каскады, каждый из которых состоит из двухуровневого компаратора 5, логической схемы 6 и светодиода 7. Количество коммутирующих каскадов соответствует числу контролируемых марок бензина. В качестве источника питания 1 используется батарея типа “Крона”. Сигнал, возбуждаемый в автогенераторе 2 U_г, поступает через емкостный датчик на усилитель 3. С усилителя поступает сигнал U, линейно зависящий от диэлектрической проницаемости ε

где С₀ - полная емкость пустого датчика;

C₀₁ - паразитная емкость датчика, не зависящая от ε;

ω - частота автогенератора;

U - напряжение сигнала, поступающего с автогенератора;

R - сопротивление делителя на выходе усилителя.

Измерив напряжение пустого датчика

можно выразить выходной сигнал в относительных величинах

С выхода усилителя сигнал поступает на коммутирующие каскады. Входящий в каждый коммутирующий каскад двухуровневый компаратор 5 имеет два пороговых напряжения U_п1, U_п2 (приложенных к точкам а, b фиг.1), которые устанавливаются в соответствии с ε бензинов, имеющих минимальное и максимальное октановое число данной марки. Превышение напряжения U над пороговым U_п1 приводит к зажиганию соответствующего светодиода 7. Превышение напряжения над пороговым напряжением U_п2 приводит к выключению этого же светодиода. Включение и выключение светодиодов происходит с помощью логической схемы 6, на элементах “И-НЕ”. Все коммутирующие каскады работают идентично и имеют лишь различные пороговые напряжения, установленные в соответствии с различными марками бензина. Интервалы октановых чисел в предлагаемом приборе устанавливаются в соответствии с ГОСТ Р51105-97. При необходимости данный прибор позволяет установить любые другие интервалы октановых чисел.

Предлагаемая схема была реализована на следующих элемментах:

микросхемы К1401УД2 - 3 шт., К561ЛА7 - 2 шт.;

светодиоды АЛ-307БМ - 4 шт.; стабилитрон КС162А - 1 шт.;

батарея 9В типа “Крона”.

Ток потребления схемы на указанных элементах не превышает 10 мА. Экспериментальные результаты были получены на макете, контролирующем 3 марки бензина. Граничные значения для каждой марки бензина устанавливались с помощью эталонных смесей с известным октановым числом. В связи с отсутствием эталонной смеси с октановым числом 91 в приборе установлен интервал октановых чисел 92-95 вместо интервала 91-95, установленного в ГОСТ Р51105-97.

В таблице приведены экспериментальные значения ε для границ диапазонов октановых чисел соответствующих марок бензина. Для этих значений по формуле (1) были рассчитаны выходные напряжения усилителя U для емкостного датчика с параметрами С₀ =30 пФ, C₀₁=5 пФ и напряжения на пустом датчике U ₀=1000 мВ. Соответствующие пороговые напряжения U’, установленные на приборе, были увеличены или уменьшены на 5 мВ для обеспечения небольшого перекрытия границ смежных зон.

На фиг.2 показаны экспериментально полученные зоны свечения светодиодов. Эти зоны были получены путем заполнения датчика бензинами с известным октановым числом или эталонными смесями, а также путем моделирования бензинов конденсатором переменной емкости. Числа на концах отрезков соответствуют напряжениям зажигания и погасания светодиодов, сигнализирующих о различных марках бензина.

Как видно из приведенных результатов, прибор может быть настроен таким образом, чтобы светодиоды работали с некоторым перекрытием диапазонов. Это позволяет устранить возможность погасания всех диодов на границах между зонами. Вместе с тем это приводит к одновременному свечению двух светодиодов на границе двух зон. Последнее обстоятельство предоставляет дополнительную информацию о том, что испытуемая проба находится на границе двух соседних марок бензина.

Главным преимуществом предлагаемого индикатора является устранение необходимости воспроизводить сложную зависимость октанового числа от ε [3]. Это позволяет резко упростить электрическую схему по сравнению с октанометром за счет исключения вычислительного блока, блока ввода данных, аналого-цифрового преобразователя и жидкокристалического индикатора.

Источники информации

1. Октанометр "АС-98", ООО "Протон", г. Самара.

2. Октанометр с ВП1.00.066, ООО НПККЦ, г. Санкт-Петербург.

3. Октанометр ОАО "Комета", патент № 2100803, Россия, Бюллетень изобретений № 36, 1977 г.

4. Октанометр типа АК-3Б, г. Новосибирск. Инженерная Академия Сибирский филиал.

Формула изобретения

Индикатор марки автомобильного бензина, содержащий автогенератор, емкостной датчик, масштабирующий усилитель, отличающийся тем, что к выходу усилителя подключены коммутирующие каскады в количестве, соответствующем числу контролируемых марок бензина, каждый из которых состоит из двухуровневого компаратора, логической схемы на элементах "И-НЕ", в качестве индикаторов к выходу каждого коммутирующего каскада подключены светодиоды.

РИСУНКИ