Индикатор марки автомобильного бензина

Индикатор марки автомобильного бензина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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,

R_ε - 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	92,6Регуляр 91	Регуляр 91	<0,15
8	Регуляр 91	93,2 Регуляр 91	92,5Регуляр 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.