Бортовое устройство для измерения октанового числа бензинов
Владельцы патента RU 2380695:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (RU)
Изобретение может быть использовано для определения октанового числа бензинов непосредственно в бензопроводе автомобиля. Устройство согласно изобретению содержит емкостной датчик, датчик температуры, RC-фильтр, усилитель, прецизионный выпрямитель, усилитель-повторитель, блок клавиатуры, блок индикации, генератор синусоидального напряжения, АЦП, вычислительный блок, при этом емкостный датчик выполнен проточным в виде цилиндра с продольными отверстиями, расположенными радиально по срезу цилиндра, в которые вставлены медные сердечники, соединенные между собой, датчиком температуры является импульсный полупроводниковый датчик, который встроен в цилиндр емкостного датчика. Изобретение обеспечивает повышение точности определения октанового числа бензина с идентификацией типа бензина. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения октанового числа бензинов.
Наиболее близким является (Патент РФ №2207557, G01N 77/22, опубл. 27.06.03). Устройство для измерения октанового числа бензина содержит емкостный датчик со встроенным датчиком температуры, RC-фильтр, усилитель, прецизионный выпрямитель, усилитель-повторитель, блок клавиатуры, блок ЖК-индикации, генератор синусоидального напряжения, АЦП, вычислительный блок, выход генератора подключен к входу емкостного датчика.
Недостатком данного технического решения является невозможность установки его непосредственно в бензопроводе автомобиля.
Задачей изобретения является создание устройства для измерения октанового числа бензинов непосредственно в бензопроводе автомобиля и повышение точности определения октанового числа бензина с идентификацией типа бензина.
В соответствии с поставленной задачей в предлагаемом устройстве для измерения октанового числа бензинов, содержащем емкостный датчик, датчик температуры, RC-фильтр, усилитель, прецизионный выпрямитель, усилитель-повторитель, блок клавиатуры, блок ЖК-индикации, генератор синусоидального напряжения, АЦП, вычислительный блок, согласно изобретению, емкостный датчик выполнен проточным в виде цилиндра с продольными отверстиями, расположенными радиально по срезу цилиндра, в которые вставлены медные сердечники, соединенные между собой, датчик температуры выполнен в виде импульсного полупроводникового датчика, который встроен в цилиндр емкостного датчика, кроме этого дополнительно введены двуполярный преобразователь бортового напряжения, второй генератор синусоидального напряжения повышенной частоты, стабилизатор постоянного напряжения и коммутатор, выходы первого и второго генераторов синусоидального напряжения, а также выход стабилизатора постоянного напряжения подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, управляющие входы коммутатора подключены к соответствующим управляющим выходам вычислительного блока, выход коммутатора подключен к цилиндру емкостного датчика, а выходы сердечников соединены с RC-фильтром, выход RC-фильтра соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом прецизионного выпрямителя, выход выпрямителя соединен с входом повторителя, выход которого подключен к входу АЦП, выход АЦП подключен к информационному входу вычислительного блока, выход датчика температуры подключен ко второму информационному входу вычислительного блока, параллельные информационные вводы/выводы вычислительного блока соединены с блоком индикации и блоком клавиатуры, выход бортового аккумулятора соединен с входом двуполярного преобразователя напряжения, выходы которого подключены к элементам устройства.
На чертеже представлена функциональная схема устройства.
Бортовое устройство для измерения октанового числа бензинов содержит проточный емкостный датчик 1, выполненный в виде цилиндра со сквозными продольными отверстиями, с радиальным расположением по срезу, медные сердечники 2, которые вставлены в отверстия емкостного датчика 1, торцы которых электрически соединены между собой, таким образом, корпус цилиндра является обкладкой конденсатора, а сердечники являются второй обкладкой конденсатора, а диэлектриком между ними служит прокачиваемый бензин, импульсный полупроводниковый датчик температуры 3, генератор синусоидального напряжения рабочей частоты 4, генератор синусоидального напряжения повышенной частоты 5, стабилизатор постоянного напряжения 6, RC-фильтр 7, усилитель 8, трехканальный коммутатор 9, прецизионный выпрямитель 10, повторитель 11, АЦП 12, выходы генераторов 4 и 5 и выход стабилизатора напряжения 6 соединены с информационными входами коммутатора 9, выход которого соединен с цилиндром емкостного датчика 1, медные сердечники 2 соединены с входом RC-фильтра 7, выход которого подключен к входу усилителя 8, выход усилителя 8 соединен с входом прецизионного выпрямителя 10, выход которого подключен к входу прецизионного выпрямителя 10, выход которого подсоединен к входу повторителя 11, выход повторителя 11 соединен с входом АЦП 12, вычислительный блок 13, блок ЖК-индикации 14, блок клавиатуры 15, бортовой аккумулятор 16, двуполярный преобразователь напряжения 17, выход АЦП 12 соединен с информационным входом вычислительного блока 13, двунаправленные вводы/выводы вычислительного блока 13 соединены с входами блока ЖК-индикации 14 и блока клавиатуры 15, выходные управляющие выходы вычислительного блока 13 соединены с управляющими входами трехканального коммутатора 9, третий информационный вход/выход подключен к интерфейсу бортового компьютера K-Line, емкостный датчик 1 устанавливается вертикально в разрыв бензопровода, выход аккумулятора 16 подключен к входу двуполярного преобразователя напряжения 17, который питает схемы устройства.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Принцип работы устройства заключается в разбивке бензинов на классы по факторам, связанным с электрофизическими параметрами, которые характерны для данного типа анализируемой пробы. Затем по выбранной автоматически калибровочной модели данного типа бензина проводится расчет октанового числа.
Октановое число бензина зависит от диэлектрической проницаемости бензина, однако для проведения анализа бензина необходимо идентифицировать тип бензина.
Для идентификации типа бензина измеряем полную электропроводность, которая зависит от частоты и диэлектрической проницаемости бензина согласно формуле (1), при двух различных частотах f1 и f2, уровень величин электропроводностей и их приращений на единицу частоты существенно отличается для различных типов бензинов. Наблюдается также различие величин приращений диэлектрической проницаемости, приходящейся на единицу частоты.
где ψ0+ξ·ωCosφ·tgφ - активная часть;
JξωCosφ - реактивная часть;
ξ - диэлектрическая проницаемость бензина;
ξ0 - проводимость, обусловленная движением в электрическом поле свободных ионов. [Усиков С.В. Электрометрия жидкостей. Л.; Химия. 1974].
Таким образом, при двух различных частотах f1 и f2 определяют соотношение электропроводностей:
,
при f1<f2
где Uf1 и Uf2 - комплексная (условная) величина, учитывающая проводимость и диэлектрическую проницаемость.
По величине соотношения η и активной проводимости g проводим идентификацию типа бензина.
Генератор 4 формирует переменное синусоидальное напряжение частотой f1=10 кГц для питания через коммутатор 9 емкостного датчика 1, через который проходит из бензопровода анализируемый бензин. Сигнал с его выхода через RC-фильтр 7 поступает на вход усилителя 8, усиленный сигнал поступает на прецизионный выпрямитель 10 и для уменьшения с выходного сопротивления сигнал поступает на повторитель 11, сигнал на выходе которого является абсолютной величиной комплексного сигнала датчика.
Данный сигнал поступает на АЦП 12 и в цифровой форме считывается блоком вычисления, где запоминается как величина Uf1. По сигналу блока вычислений 13 коммутатор 9 переключает питание датчика 1 на генератор 5 с частотой f1=100 кГц, результат измерения на данной частоте запоминается как величина Uf2. Далее блок вычислений 13 переключает питание датчика 1 на источник стабилизированного напряжения 6, результат измерения запоминается как величина активной проводимости g. В блоке вычислений 13 вычисляется соотношение
,
и по параметрам η и g проводится идентификация типа бензина, предварительно проводится температурная коррекция всех измерений, что позволяет блоку вычислений 13 выбрать нужную калибровочную модель из памяти и по ней рассчитать октановое число анализируемого бензина. Октановое число по исследовательскому методу высвечивается на экране ЖК-индикатора 14. Клавиатура служит для проведения калибровки и пуска октанометра в работу. Результат расчета октанового числа бензина передается по интерфейсу K-Line в бортовой компьютер для корректировки угла зажигания. Калибровка таким образом проводится на эталонных топливах в заводских условиях при изготовлении октанометра, в память заносится банк данных калибровочных моделей.
Калибровочная модель для каждого бензина строится на частоте f=10 кГц. На этой же частоте происходит и измерение октанового числа. Вторая частота и активная проводимость необходимы для идентификации типа бензинов.
Бортовое устройство для измерения октанового числа бензинов, содержащее емкостный датчик, датчик температуры, RC-фильтр, усилитель, прецизионный выпрямитель, усилитель-повторитель, блок клавиатуры, блок ЖК-индикации, генератор синусоидального напряжения, АЦП, вычислительный блок, отличающееся тем, что емкостный датчик выполнен проточным в виде цилиндра с продольными отверстиями, расположенными радиально по срезу цилиндра, в которые вставлены медные сердечники, соединенные между собой, датчик температуры выполнен в виде импульсного полупроводникового датчика, который встроен в цилиндр емкостного датчика, кроме этого дополнительно введены двуполярный преобразователь бортового напряжения, второй генератор синусоидального напряжения повышенной частоты, стабилизатор постоянного напряжения и коммутатор, выходы первого и второго генераторов синусоидального напряжения, а также выход стабилизатора постоянного напряжения подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, управляющие входы коммутатора подключены к соответствующим управляющим выходам вычислительного блока, выход коммутатора подключен к цилиндру емкостного датчика, а выходы сердечников соединены с RC-фильтром, выход RC-фильтра соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом прецизионного выпрямителя, выход выпрямителя соединен с входом повторителя, выход которого подключен к входу АЦП, выход АЦП подключен к информационному входу вычислительного блока, выход датчика температуры подключен ко второму информационному входу вычислительного блока, параллельные информационные вводы/выводы вычислительного блока соединены с блоком индикации и блоком клавиатуры, выход бортового аккумулятора соединен с входом двуполярного преобразователя напряжения, выходы которого подключены к элементам устройства.
