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無線電子工学および電気工学の百科事典 ガソリン用の超音波オクタン価計です。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
現代の自動車の多くには、燃料供給と噴射用のコンピューター制御ユニットを備えた電子点火システムが装備されています。 コントロールユニットを正しく動作させるために重要なパラメータの XNUMX つは、ガソリンのオクタン価です。 規格に準拠していない場合、エンジンは最適なモードで動作できなくなり、燃料噴射制御プロセスが中断され、場合によっては緊急電源喪失に至る可能性があります。 したがって、燃料タンクに注がれたガソリンのオクタン価を監視するための、すべてのドライバーにとって簡単でアクセスしやすい装置の存在は、今日非常に重要です。 ガソリンのオクタン価を測定するにはさまざまな方法があり [1]、それに基づいてオクタノマーの製造が開発されています。 たとえば、ロシアで広く使用されている Zeltex ZX101C デバイスは、800 ～ 1100 nm の範囲のガソリンによる赤外線の吸収に基づいてオクタン価を測定する方法を使用しています。 このデバイスの特許取得済みの光学設計には 14 個の光フィルターが含まれており、その結果、指定された範囲で 14 個の吸収スペクトルの測定値が形成されます。 次に、校正モデルに基づいてオクタン価が計算されます。 ガソリンのオクタン価を迅速に分析するために設計された実験室用分析装置 XX-440 も製造されています。 その作成に使用された最も洗練された最新のテクノロジーと特許取得済みの技術ソリューションのおかげで、使いやすく、信頼性が高くなります。 スイッチをオンにするたびに、デバイスは自己テストを実行して、最大の精度を実現します。 測定結果はディスプレイに表示され、サンプル番号、試験日時を内蔵プリンターで印刷できます。 しかし、そのような装置の価格は数万米ドルと測定されます。 非常に経験豊富なアマチュア無線家であっても、自宅で同様のオクタノメーターを作成することは非常に困難です。 燃料品質の動作監視用の小型で安価な装置を作成するには、ガソリンのオクタン価を決定するための超音波法 [2] を使用できます。これは、ガソリン中の超音波の伝播速度の測定に基づいています。 この方法に基づいて、国内産業はすでにオクタノマー AS-98、SHATOX SX-150、OKTAN-IM などを製造しています。 以下で説明するオクタン価メーターは、工業用機器の公称精度と比較してガソリンのオクタン価を測定する際に非常に正確であるとは言えませんが、それでも、良いガソリンと悪いガソリンを区別することができます。 残念ながら、多くのガソリンスタンドのガソリンの品質は基準を満たしていないため、これは車愛好家にとって重要です。 さらに、このようなオクタノマーは製造が容易で、最小限の調整しか必要とせず、安価な元素塩基を使用します。
超音波オクタノメータのブロック図を図に示します。 1. 単一パルス発生器の出力でパルス (1) が生成され、送信機が超音波エミッター (2) の共振周波数に転送します。 現在製造されている最も一般的な超音波エミッタの場合、この周波数は 40、200、または 400 kHz です [3]。 パルスは車のガソリンタンクに放射されます。 ガソリンタンクの反対側では、超音波受信機がこのパルスを受信し (3)、選択検出器がそれを直流パルス (4) に変換します。超音波はガソリン中を伝播しますが、パルス (1) よりも遅れます。 今回は平等です Δt = L / V、 ここで、L は超音波エミッターとレシーバーの間の距離です。 V は、分析されたガソリン中の超音波の伝播速度です。 送信パルスと受信パルスのエッジに沿って、パルス (5) が形成され、その持続時間は Δt に等しくなります。 これを測定し、エミッターとレシーバー間の距離を知ることで、速度 V を計算し、それをガソリンのオクタン価の推定に使用できます。 継続時間を測定するには、パルスに既知の周期を持つ次の計数パルスを充填し、その数を数えます。 この数値は、さまざまなガソリン銘柄の基準定数と比較され、LED インジケーターに表示される比較結果に基づいて、ガソリンの銘柄と品質に関する結論が導き出されます。 現在自動車のエンジンに使用されているガソリンと空気中のさまざまな温度での超音波の伝播速度の値を表に示します。 1. 表1
ガソリン中の超音波の伝播速度は温度に大きく依存するため、測定設備にはガソリンタンクに温度センサーとヒーターを一体化しサーモスタットを設置しています。 これにより、特に冬場の測定精度が大幅に向上します。 説明した原理に従って動作するオクタノマーの概略図を図に示します。 2. 超音波信号の送信機と選択検出器は、LM567 (DA2) トーン デコーダ チップに基づいて構築されています。 このチップは同期検波器であり、その基準発振器は PLL ループでカバーされています。 発生器は、要素 C100、R500、および R6 の適切なパラメータを選択することで、9 Hz ～ 10 kHz の任意の周波数 F に設定できます。 F = 1/(1,1·C6·(R9+R10)). このデバイスは共振周波数 40 kHz [4] の超音波トランスデューサー MA1S40R (BM4) および MA1S40S (BA3) を使用しているため、発生器の周波数は同じである必要があります。 同じ発生器を使用して送信パルスの形成と受信パルスの検出を行うことにより、送信信号に対する受信機の安定した同調が保証されます。
DD8.4 ロジック エレメントに基づく水晶発振器は、周波数 1 MHz のカウント パルスを生成します。これは、DD8.3 エレメントを使用して、dD8 エレメントの出力で生成された送信信号と受信信号の差のパルスを埋めます。 。 1. したがって、DD8.3 エレメントを通過するパルスの数は、マイクロ秒単位で表される、ガソリン中の測定セグメントの超音波通過の継続時間に等しくなります。 温度20度のさまざまなブランドのガソリン用 о測定されたセグメントの長さが 1 m の場合、この数 (N) が表に示されます。 2. 表2
パルスはカウンタ DD1 によってカウントされます。 使用される桁のうち 127 桁だけが使用され、128 を超えない数値が含まれるため、カウント処理中に何度もオーバーフローし、完了時にはカウントされたパルス数を 128 で割った余り (N mod 2) が含まれます。 。 これらの残基も表に示します。 127. 残りのパルス数の最大値と最小値の差が XNUMX を超えないため、カウンタの XNUMX ビットのみの状態を分析する場合、カウントに曖昧さはありません。 カウンタ出力からの数値は、チップ DD3 および DD5 上のデジタル コンパレータの入力の 1 つに送られます。 スイッチ SA2 を使用して、4 種類のガソリンの基準遅延時間に対応する数値がコンパレータの 6 番目の入力に交互に供給されます。 これらの数値は、バッファ要素 DD9、DDXNUMX、DDXNUMX、および DDXNUMX の入力に逆バイナリ コードで設定されます。これは、これらの要素が反転しているためです。 これらの要素の出力には XNUMX つの状態があるため、オクタン価メーターで行われているように、それらを共通バスに組み合わせることができます。 測定セグメントの長さ (ガソリンタンクの長さ) が異なると、標準数値 N は比例して変化し、それらを 128 で割った余りが求められます。 ガソリンのオクタン価の測定を開始するときは、スイッチSA1を「AI-80」の位置に設定してください。 次に、SB1 ボタンを押してカウンターをリセットし、SB2 ボタンを押して測定を実行します。 ガソリンのオクタン価がこの銘柄のガソリンの基準値より低い場合、赤色のHL3 LEDが点灯します。 基準値と等しい場合、黄色の HL2 LED が点灯します。 それ以上の場合、緑色の LED HL1 が点灯します。 後者の場合、LED の監視を継続しながら、スイッチ SA1 をより高いオクタン価に対応する位置に順次移動する必要があります。 デバイスのセットアップは、トリミング抵抗 R40 を使用して、DA5 チップのピン 3 で周波数を 9 kHz に設定することになります。 100 または 200 kHz のより高い周波数の超音波トランスデューサーを使用する場合は、それに応じて発生器の周波数を増加する必要があります。 ただし、超音波周波数が増加すると、ガソリン中での超音波の減衰が増加することに留意する必要があります。 したがって、測定が行われるタンクの寸法を小さくする必要があり、これにより装置の誤差が増加します。 オクタノメーターで使用されているデジタルマイクロ回路は、4000 および 74HC シリーズの輸入類似品と置き換えることができます。 LT3013EFE 電圧安定器の代わりに、出力電圧が 5 V に調整可能または固定で、最大負荷電流が少なくとも 100 mA である線形安定器が適しています。 スタビライザーは約 0,7 W の電力を消費するため、ヒートシンクを取り付ける必要があります。 サーモスタットの図を図に示します。 3. これは、温度センサーと 56 V の基準電圧源 (ピン 1) を内蔵した特殊なサーモスタット チップ LM1,25BIM (DA1) 上に構築されています。 ヒーターがオンおよびオフになる温度は、UTL (ピン 3) および UTH (ピン 2) 入力の電圧値によってそれぞれ設定され、[4] に等しくなければなりません。 UTL = 0,0062 TL + 0,395 UTH = 0,0062 TH + 0,395、 ここで TL およびTH - ヒーターのオンとオフを切り替える温度値 (°C) を設定します。
これらの電圧は基準電圧 U から得られます。参照 (ピン 1) 抵抗分圧器 R1 ～ R3 を使用します。 R の値を考慮すると、Σ=R1+R2+R3、これらの抵抗の抵抗は次の式を使用して計算できます。 R2=UTLRΣ / 1,25 R1 =（UTHRΣ / 1,25）-R2 R3=RΣ -R1-R2 図に示されている抵抗器 R1 ～ R3 の値は、ヒーターのスイッチオン温度が約 18 ℃であることを保証します。 о℃、シャットダウン温度は約26℃ оC.ガソリンの温度が18℃未満の場合 оCの場合、LED HL2が点灯し、発熱体EK1がオンになります。 気温が26度以上の場合 оCの場合、ヒーターはオフになりますが、HL1 LEDがオンになります。 したがって、いずれかの LED が点灯している場合は、ガソリンのオクタン価を測定する価値はありません。 ガソリンの温度を正確に測定するには、LM56BIM チップのハウジングがガソリン タンクと良好な熱接触を持っている必要があります。 ガスタンクの加熱には、粘着性の加熱フォイルが使用されます [5]。 文学
著者: A. コルネフ
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