Индикатор марки автомобильного бензина
Изобретение относится к области контроля нефтепродуктов. Технический результат изобретения: повышение надежности индикации марки бензина диэлькометрическим методом и повышение информации о качестве бензина, в частности о наличии посторонних примесей, предусмотренных ГОСТ, но превышающие допустимую величину. Сущность: индикатор содержит автогенератор, емкостный 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. В схему индикатора между источником питания, автогенератором, емкостным датчиком и масштабирующим усилителем, подключен переключатель. К одному из выводов переключателя подключен резистор, к которому подключена цепь из последовательно соединенных усилителя, одноуровневого компаратора и светодиода. Резистор последовательно соединен с емкостным датчиком и параллельно подключен к входу усилителя. 1 табл., 1 ил.
Предлагаемый прибор относится к области контроля нефтепродуктов, в частности к определению марки автомобильного бензина и контроля допустимой величины его электропроводности.
В настоящее время определение марки автомобильных бензинов осуществляется путем измерения октанового числа стандартными методами [1, 2]. Указанные методы являются весьма громоздкими и дорогостоящими. В последнее время появился ряд сообщений о создании приборов, позволяющих измерять октановое число экспресс-методом [4-7]. В этих приборах - октанометрах - 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, обеспечить простоту и удобство в эксплуатации, а время измерения сократить до нескольких секунд.
Однако для определения октанового числа с достаточно высокой точностью указанные приборы имеют сложную электрическую схему. Например, в схеме, описанной в [6], емкостный 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, жидкокристаллический цифровой индикатор. 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 наиболее перспективными представляются индикаторы марки бензинов [8], в которых определяется не октановое число, а интервал октановых чисел, в который попадает бензин данной пробы. Марки автомобильных бензинов характеризуются интервалами октановых чисел в соответствии с ГОСТ Р51105-97 [3].
В индикаторе марки бензина требования к электрической схеме резко упрощаются. 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 [6].
Предложенный в работе [8] индикатор марки автомобильного бензина принят в качестве прототипа. Указанный индикатор содержит автогенератор, емкостный датчик, масштабирующий усилитель. 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. Благодаря устранению необходимости воспроизводить сложную зависимость октанового числа от ε в индикаторе марки бензина резко упрощена электрическая схема по сравнению с октанометром за счет исключения вычислительного блока, блока ввода данных, аналого-цифрового преобразователя и замены жидкокристаллического индикатора светодиодами. Однако оба типа приборов - октанометр и индикатор марки бензина, использующие диэлькометрический метод измерения, обладают общим существенным недостатком - не учитывают влияние посторонних примесей на величину диэлектрической проницаемости измеряемого бензина. Например, добавление к бензину небольшого количества ацетона приводит к увеличению ε и, соответственно, к искусственному повышению октанового числа и марки бензина. Для выявления посторонних примесей необходим химический анализ, который проводится в лабораторных условиях. Наличие посторонних примесей, а также некоторых других отклонений от ГОСТ Р51105-97 [3] (например, превышение допустимой величины предусмотренных ГОСТом примесей) может быть обнаружено путем контроля электропроводности бензина. Согласно имеющихся статистических данных автомобильный бензин, изготовленный в соответствии с ГОСТ Р51105-97, имеет ничтожно малую величину удельной электропроводности - менее 0,15 nS/m (наносименс на метр). Увеличение удельной электропроводности до 0,3 nS/m и более приводит к существенной погрешности определения октанового числа и марки бензина. Таким образом, контроль электропроводности позволит отсеять партии бензина, для которых нельзя использовать диэлькометрический способ контроля октанового числа и марки бензина. В качестве арбитражного контроля качества этих партий может служить химический анализ на соответствие ГОСТ Р51105-77 и измерение октанового числа в соответствии с ГОСТ 8220-82 или ГОСТ 511-82. Таким образом, индикатор марки автомобильного бензина, в котором помимо индикации марки бензина осуществляется контроль его электропроводности, позволит получить значительно большую информацию о качестве бензина. Для реализации контроля электропроводности в схему индикатора марки бензина содержащую источник питания, автогенератор, емкостной датчик, масштабирующий усилитель, к выходу которого 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.
Отличие предлагаемого прибора в том, что между источником питания, автогенератором, емкостным датчиком и масштабирующим усилителем подключен переключатель, к одному из выводов которого подключен резистор, к которому подключена цепь из последовательно соединенных усилителя, одноуровневого компаратора и светодиода, при этом резистор последовательно соединен с емкостным датчиком и параллельно подключен к входу усилителя.
Блок-схема предлагаемого прибора представлена на чертеже. Блок-схема состоит из источника питания 1, автогенератора 2, емкостного датчика 3, масштабирующего усилителя 4. К усилителю подключены коммутирующие каскады, каждый из которых состоит из двухуровневого компаратора 5 с входами а и b, логической схемы 6 и светодиода 7. Количество коммутирующих каскадов соответствует числу контролируемых марок бензина. Для обеспечения контроля электропроводности в блок-схему включены следующие дополнительные блоки: переключатель 8, резистор 9, усилитель 10, одноуровневый компаратор 11 с входом с, светодиод 12. Переключатель 8 в режиме индикации марки бензина соединяет датчик 3 с автогенератором 2 и масштабирующим усилителем 4. В режиме индикации электропроводности переключатель соединяет емкостный датчик 3 с источником питания 1 и резистором 9. В этом режиме сигнал, выделяемый на резисторе 9, пропорциональный электропроводности, подается на вход усилителя 10, с выхода которого сигнал снимается на одноуровневый компаратор 11, индикатором срабатывания которого является светодиод 12. Величина сопротивления резистора 9 и коэффициент усиления усилителя 10 подбираются таким образом, чтобы компаратор 11 срабатывал при заданном максимальном значении электропроводности. Уровень срабатывания компаратора можно регулировать. Таким образом, благодаря переключателю 8 блок-схема работает в одном из двух режимов. В режиме индикации марки бензина работают блоки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, в режиме индикации электропроводности - 1, 3, 9, 10, 11, 12.
Предлагаемая схема была реализована на следующих элементах:
микросхема К1401УД2 - 3 шт.; К561ЛА7 - 2 шт.;
светодиоды АЛ - 307БМ - 5 шт.;
стабилитрон КС162А - 1 шт.;
батарея 9В типа "Крона" - 1 шт.
Экспериментальные результаты были получены на макете, контролирующем 3 марки бензина. Для определения допустимой величины электропроводности бензина предварительно были проведены измерения с помощью макета предлагаемого прибора и внешнего вольтметра типа В7-27А/1, который подключался к резистору 9. Сопротивление резистора совместно с параллельно включенным входным сопротивлением вольтметра составляло 4,9 МОм. Величина электропроводности бензина определялась из соотношения:
где U - напряжение, измеряемое вольтметром,
Е - напряжение источника питания,
Rε - сопротивление бензина в используемом датчике.
При 
и, таким образом, проводимость 
определяется из соотношения 
Учитывая геометрию используемого датчика, можно определить удельную проводимость
В таблице 1 приведены результаты измерений 8 партий автомобильного бензина, взятых с различных АЗС. Как видно из таблицы, для партий бензина с удельной электропроводностью σ более 0,3 nS/m измерение октанового числа по ГОСТ 8226-82 дает более низкую марку бензина, чем при измерении диэлькометрическим методом с помощью октанометра или индикатора марки бензина. Это свидетельствует о ненадежности использования диэлькометрического метода для контроля бензинов с σ>0,3 nS/m, а возможность контроля электропроводности позволит отсеять эти партии или подвергнуть дополнительному контролю на соответствие ГОСТ Р51105-97.
Указанное значение электропроводности может быть установлено для порога зажигания светодиода. Эта норма может быть уточнена после дополнительного набора статистических данных. В предлагаемом приборе порог зажигания светодиода может быть установлен в широких пределах от 0,15 nS/m и выше.
Главным преимуществом предлагаемого индикатора марки бензина и его электропроводности являются повышение надежности индикации марки бензина диэлькометрическим методом; повышение информации о качестве бензина, в частности о наличии посторонних примесей, предусмотренных ГОСТ Р51105-97, но превышающим допустимую величину.
Источники информации.
1. ГОСТ 8226-82.
2. ГОСТ 511-82.
3. ГОСТ Р51105-97.
4. Октанометр «AC - 98» 000 «Протон», г. Самара.
5. Октанометр СВП 1.00.000, НКИКЦ, г. Санкт-Петербург.
6. Октанометр ОАО «Комета». Патент №2100803, Россия. Бюллетень изобретений №36, 1997 г.
7. Октанометр типа АК-3Б, г. Новосибирск. Инженерная Академия Сибирский филиал.
8. Индикатор марки автомобильного бензина. Патент №2243544, Россия. Бюллетень изобретений №36, 2004 г.
| Таблица 1 | |||||
| Индикатор марки автомобильного бензина | |||||
| №партии | Рекомендуемая марка | Октановое число и марка по октанометру ЯШЭ4350.00.00 ТУ | Октановое число и марка по ГОСТ8226-82 | Марка бензина по "Индикатору марки бензина" | Удельная электропроводность по "Индикатору марки бензина" |
| 1 | Супер 98 | >100 Супер 98 | 95,8 Премиум 95 | Супер 98 | 0,75 |
| 2 | Супер 98 | 100 Супер 98 | "-" | Супер 98 | 0,5 |
| 3 | Регуляр 91 | 93,8 Регуляр 91 | - | Регуляр 91 | 0,3 |
| 4 | Регуляр 91 | 93 Регуляр 91 | - | Регуляр 91 | <0,15 |
| 5 | Премиум 95 | 96,4 Премиум 95 | - | Премиум 98 | 0,15 |
| 6 | Регуляр 91 | 94,8 Регуляр 91 | - | Регуляр 91 | 0,2 |
| 7 | Регуляр 91 | 93,3 Регуляр 91 | 92,6 Регуляр 91 | Регуляр 91 | <0,15 |
| 8 | Регуляр 91 | 93,2 Регуляр 91 | 92,5 Регуляр 91 | Регуляр 91 | <0,15 |
Индикатор марки автомобильного бензина, содержащий источник питания, автогенератор, емкостный датчик, масштабирующий усилитель, к выходу которого подключены коммутирующие каскады в количестве, соответствующем числу контролируемых марок бензина, при этом каждый коммутирующий каскад состоит из двухуровневого компаратора, логической схемы на элементах «И-НЕ», на выходе каждого коммутирующего каскада подключены светодиоды, отличающийся тем, что между источником питания, автогенератором, емкостным датчиком и масштабирующим усилителем подключен переключатель, к одному из выводов которого подключен резистор, к которому подключена цепь из последовательно соединенных усилителя, одноуровневого компаратора и светодиода, при этом резистор последовательно соединен с емкостным датчиком и параллельно подключен к входу усилителя.
