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无线电电子与电气工程百科全书 超声波汽油辛烷值计。 无线电电子电气工程百科全书
许多现代汽车都配备了电子点火系统，以及用于燃油供应和喷射的计算机控制单元。 对于控制单元正确运行而言重要的参数之一是汽油的辛烷值。 如果不符合标准，发动机将无法以最佳模式运行，燃油喷射控制过程将被扰乱，甚至紧急失去动力。 因此，为所有驾车者提供一种简单且负担得起的装置来控制倒入油箱中的汽油辛烷值在今天非常重要。 测量汽油辛烷值的方法有很多种[1]，在此基础上掌握了八聚体的生产。 例如，Zeltex在俄罗斯广泛使用的ZX101C设备采用了一种基于汽油对800...1100 nm范围内的红外辐射的吸收来测量辛烷值的方法。 该设备的专利光学设计包含 14 个滤光片，可在指定范围内产生 14 个吸收光谱读数。 接下来，根据校准模型计算辛烷值。 还生产了 XX-440 实验室分析仪，专为快速分析汽油辛烷值而设计。 由于其创建过程中使用了最先进的现代技术和专利技术解决方案，因此它易于使用且具有高可靠性。 每次开机后，设备都会进行自检以达到最大精度。 测量结果显示在显示屏上，并可以在内置打印机上打印，标明样品编号、测试日期和时间。 但这种设备的成本高达数万美元。 即使对于经验丰富的无线电爱好者来说，在家中制造类似的八聚体也是非常困难的。 为了创建一种小型且廉价的装置来控制燃料质量的操作，可以使用超声波方法来测定汽油的辛烷值[2]，该方法基于测量超声波在汽油中的传播速度。 在此方法的基础上，国内工业界已生产出八聚体AC-98、SHATOX SX-150、OKTAN-IM等。 与工业设备所宣称的精度相比，下面考虑的辛烷值计在确定汽油辛烷值方面并没有声称具有很高的精度，但它仍然可以区分好汽油和坏汽油。 这对于汽车爱好者来说很重要，因为不幸的是，许多加油站的汽油质量不符合标准。 此外，这种八聚体易于制造，需要最少的调整，并且使用廉价的元件基础。
超声波八聚体的框图如图1所示。 1. 在单脉冲发生器的输出端形成脉冲 (2)，发射器将其传输至超声波发射器 (40) 的谐振频率。 对于目前生产的最常见的超声波发射器，该频率为 200、400 或 3 kHz [3]。 脉冲被辐射到汽车的油箱中。 在油箱的另一侧，超声波接收器接收该脉冲 (4)，选择性检测器将其转换为直流脉冲 (1)，该脉冲相对于脉冲 (XNUMX) 延迟了超声波在汽油中传播的时间。 这次是 Δt = L / V， 式中，L为超声波发射器与接收器之间的距离； V 是超声波在分析的汽油中的传播速度。 沿着发射和接收脉冲的前沿，形成脉冲 (5)，其持续时间等于 Δt。 通过测量它并了解发射器和接收器之间的距离，您可以计算速度 V 并用它来估算汽油的辛烷值。 为了测量持续时间，脉冲中充满了具有已知周期的后续计数脉冲，并对它们的数量进行计数。 然后将此数字与不同品牌汽油的参考常数进行比较，并根据比较结果显示在 LED 指示灯上，从而得出汽油品牌和质量的结论。 表中给出了目前用于汽车发动机的汽油和空气中不同温度下超声波的传播速度值。 1. 表1
由于超声波在汽油中的传播速度很大程度上取决于温度，因此测量装置配备了恒温器，并在汽油箱中内置了温度传感器和加热器。 这显着提高了测量精度，尤其是在冬季。 根据所描述的原理操作的八聚体的示意图如图2所示。 567、发射器和选择性超声波信号检测器基于LM2（DA100）音调解码器芯片。 该微电路是一个同步检测器，其参考振荡器由 PLL 环路覆盖。 通过选择元件 C500、R6 和 R9 的适当参数，可以将发生器调谐到 10 Hz 至 XNUMX kHz 之间的任何频率 F： F = 1/(1,1·C6·(R9+R10)). 由于该装置使用谐振频率为 40 kHz 的超声波换能器 MA4S1R (VM40) 和 MA4S1S (BA40) [3]，因此发生器的频率应相同。 通过使用同一发生器来生成发射脉冲并检测接收脉冲，可以确保接收器稳定地调谐到发射器信号。
逻辑元件 DD8.4 上的晶体振荡器生成频率为 1 MHz 的计数脉冲，该脉冲使用元件 DD8.3 填充发射信号和接收信号之间的差值脉冲，该脉冲在逻辑元件的输出端形成。 dD8 元素。 1. 因此，通过元件 DD8.3 的脉冲数等于超声波测量段在汽油中通过的持续时间，以微秒表示。 适用于20℃下不同标号的汽油 о当测量段的长度为 1 m 时，该数量 (N) 列于表中。 2. 表2
脉冲由计数器DD1计数。 由于仅使用了其中的 127 位数字，其中可以包含的数字不超过 128，因此它们在计数过程中多次溢出，并且在完成后，它们包含将计数的脉冲数除以 128 的余数 (N mod 2)。 这些残基也列于表中。 127、由于脉冲数残差的最大和最小可能值之差不超过XNUMX，因此在分析计数器只有七位数字的状态时，计数不存在歧义。 计数器输出的数字被馈送到 DD3 和 DD5 微电路上的数字比较器的输入之一。 在比较器的第二个输入上，使用开关 SA1 交替提供与四种汽油等级的延迟参考持续时间相对应的数字。 这些数字以反二进制代码设置在缓冲器元件DD2、DD4、DD6和DD9的输入处，因为这些元件是反相的。 由于这些元件的输出具有三种状态，因此可以将它们组合成公共总线，这是在辛烷值计中完成的。 对于不同的被测段长度（油箱的长度），示例数N成比例地变化，然后取其除以128的余数。 开始测量汽油辛烷值时，应将SA1开关置于“AI-80”位置。 然后按 SB1 按钮重置计数器，并按 SB2 按钮进行测量。 如果汽油的辛烷值小于该牌号汽油的参考值，则红色LED HL3会亮起。 如果等于参考值，黄色 LED HL2 将点亮。 如果更多，则绿色LED HL1将点亮。 在后一种情况下，应将开关 SA1 依次移至与高辛烷值相对应的位置，同时继续观察 LED。 建立该设备归结为使用微调电阻器 R40 将 DA5 芯片的引脚 3 处的频率设置为 9 kHz。 如果使用 100 或 200 kHz 的更高频率超声波换能器，则发生器频率必须相应增加。 然而，应该记住，随着超声波频率的增加，其在汽油中的衰减也增加。 因此，必须减小进行测量的储罐的尺寸，这将增加仪器的误差。 八聚体中使用的数字微电路可以用4000和74HC系列的进口类似物代替。 除了 LT3013EFE 稳压器之外，任何具有 5V 可调或固定输出电压和至少 100mA 最大负载电流的线性稳压器都可以工作。 由于稳定器消耗的功率约为0,7W，因此必须配备散热器。 恒温器电路如图所示。 3. 它基于专用恒温器 IC LM56BIM (DA1) 构建，内置温度传感器和 1,25 V 参考电压源（引脚 1）。 加热器的开启和关闭温度分别由输入 UTL（引脚 3）和 UTH（引脚 2）处的电压值设置，该电压值应等于 [4]： UTL = 0,0062吨L + 0,395 UTH = 0,0062吨H + 0,395 其中TL 和TH - 分别设置打开和关闭加热器的温度值，°C。
这些电压是从参考电压 U文献 （引脚 1）使用电阻分压器 R1-R3。 给定 R 的值ΣR1 + R2 + R3，这些电阻的阻值可以使用以下公式计算： R2=UTL[RΣ / 1,25 R1 = (UTH[RΣ / 1,25) - R2 R3=RΣ - R1 - R2 图中所示电阻器 R1-R3 的额定值提供的加热器开启温度约为 18 оC，其关机温度约为26℃ оC. 如果汽油温度低于 18 оC、此时HL2 LED亮，加热元件EK1开启。 如果气温高于26度 оC、加热器关闭，但 HL1 LED 亮起。 因此，当任何 LED 亮起时，不值得测量汽油的辛烷值。 为了正确测量汽油温度，LM56BIM芯片封装必须与油箱有良好的热接触。 自粘加热箔用于加热储气罐 [5]。 文学
作者：A. Kornev
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