CN106885843A - 供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符及其仪器和方法 - Google Patents

供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符及其仪器和方法 Download PDF

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Abstract

一种供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，用于黏贴在盛装汽油的容器上被检测仪器探测而发出与汽油辛烷值相关的信号，其特征在于包括：压电片；输入叉指换能器，设置在压电片的表面上；输出叉指换能器，设置在压电片的与输入叉指换能器相同的表面上，且与输入叉指换能器相对设置，用于接收来自输入叉指换能器发出的声信号。本发明标识符的应用，可以快速、简便的检测市售成品汽油的辛烷值(汽油的牌号)，为加油站、军队油品后勤供应等场合和系统提供快速的油品检测，特别是适合快速检测的需要。

Description

供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符及其仪器 和方法
技术领域
本发明涉及一种标识符，具体是涉及一种用于供油质量管理的汽油辛烷值的标识符，属于供油管理技术和油品质量检测领域。
背景技术
车用汽油的主要成分是一种通过使用不同的工艺流程而提炼出来的多组份烃类的混合物。汽油的组成成分可以包含200多个独立且具有不同结构的碳氢化合物，碳氢化合物的数量与结构主要取决于碳氢化合物原料的组成成分，原材料的含量以及交互作用决定了汽油的特性。炼油厂中提炼的用于市场交易的汽油，其组成成分的质量是通过标准的实验室方法来评估测定的，而实验室方法中用于评估的标准数值是根据正规文件中已规范化的具有物理与化学特性的数值。
目前，通过标准的实验室方法来评估测定油品的标准数值(如市售汽油的牌号，即汽油辛烷值)需要一定设备成本的投入以及复杂的检测技术作为支撑。现有的技术论文和相关标志通常建议通过汽油的粘度来评估汽油的质量，在现有发表的文献中是通过使用扭转石英谐振器来测定液体的粘度和介电常数，该方法虽然较实验室的复杂方法简便，但依然不适合快速检测。
实际中，还没有一种可快速分析汽油成分且可用于实际生活中的分析系统，所以一种可快速分析汽油成分且适用于加油站的传感器的开发就显得十分必要了。
发明内容
本发明是为了克服上述不足而进行的，目的在于提供一种供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符及其仪器和方法。
一种供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，用于黏贴在盛装汽油的容器上被检测仪器探测而发出与汽油辛烷值相关的信号，其特征在于包括：压电片；输入叉指换能器，设置在压电片的表面上；输出叉指换能器，设置在压电片的与输入叉指换能器相同的表面上，且与输入叉指换能器相对设置，用于接收来自输入叉指换能器发出的声信号。
本发明提供的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，压电片为铌酸锂材料制成的铌酸锂压电片。
本发明提供的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，铌酸锂压电片为YX铌酸锂压电片。
本发明提供的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，铌酸锂压电片的厚度为180-220um。
本发明提供的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，输入叉指换能器和输出叉指换能器的厚度为180-220nm，两者之间的距离为27mm。
本发明提供的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，输入叉指换能器和输出叉指换能器均包含5对叉指，周期为1.3mm，孔径为8mm。
本发明提供的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，还可以具有这样的特征，其特征在于：激励信号通过延迟线被传送出去。
本发明还提供一种判别汽油辛烷值的检测仪器，用于激发盛装汽油的容器上的汽油标识符发出相关的信号，并接收该信号后处理分析得出汽油的辛烷值，其特征在于，包括：激发单元，用于和汽油标识符的输入叉指换能器连接，用于激发输入叉指换能器产生高频振荡；接收单元，用于和汽油标识符的输出叉指换能器连接，用于接收该输出叉指换能器输出的响应振荡；处理分析单元，和接收单元连接，用于接收响应振荡并检测得到该响应振荡的频率，并根据高频振荡的频率与相应振荡的频率的变化得到汽油的辛烷值。
本发明提供的判别汽油辛烷值的检测仪器，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，高频振荡的频率为3600KHz。
本发明还提供一种判别汽油辛烷值的方法，其特征在于，包括以下操作：
将上述的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符贴敷在盛装汽油的容器上；使用上述的判别汽油辛烷值的检测仪器来激发汽油标识符并接收响应振荡后测量得到得到响应振荡；根据事先拟合的高频振荡的频率-响应振荡的频率与对应汽油的辛烷值的对比曲线，得到与当前的高频振荡的频率-响应振荡的频率对应的汽油辛烷值，该辛烷值即为容器中盛装汽油的辛烷值。
发明作用与效果
根据本发明所提供的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，仅仅只需要将该标识符黏贴在盛装汽油样品的容器的外壁上，然后使用检测仪器，通过对比检测仪器所发出的高频振荡的频率和接收得到的响应振荡的频率就可以直接得出该汽油样品的辛烷值。
本发明标识符的应用，可以快速、简便的检测市售成品汽油的辛烷值(汽油的牌号)，为加油站、军队油品后勤供应等场合和系统提供快速的油品检测，特别是适合快速检测的需要。
附图说明
图1是本发明涉及的汽油相对介电常数与汽油辛烷值的测量结果；
图2是本发明涉及的几何问题的示意图；
图3是本发明涉及的在“汽油－YX铌酸锂－真空”结构与汽油的介电常数在高频＝720m/s中SH0波速的部分的变化示意图；
图4是本发明的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符的实际应用示意图；
图5是图4的主视图；
图6是图4的俯视图；
图7是本发明的涉及的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符的延迟线DL与判别汽油辛烷值的检测仪器连接的示意图；以及
图8是本实施例中高频振荡的频率-响应振荡的频率与对应汽油的辛烷值的对比曲线。
图中1为压电片，2为输入叉指换能器，3为输出叉指换能器，4为碱性蛋白胨制作的样品池，5为样品池中盛放的汽油。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符及其仪器和方法的具体结构、使用方法作具体说明。
图1是本发明涉及的汽油相对介电常数与汽油辛烷值的测量结果。
如图1所示，首先，将一个尺寸为S＝20×20mm2的扁电容和一根长度为d＝1mm的电焊条进行焊接后进行测量，电容器被放入一个装有汽油的玻璃瓶中进行后续的测量，然后在230℃的温度下使用电感电容电阻测量计4285A(安捷伦公司)测量容量C。同时，我们通过运用下面的扁电容公式定义了汽油样本的介电常数(ε0ε)。
并以此根据汽油的辛烷值找到相对应的汽油介电常数。
图2是本发明涉及的几何问题的示意图。
其次，考虑在“真空－YX铌酸锂－汽油”结构中SH0波的传播，由此提出一个图2中的几何问题，在这个问题中所有场分量被假设为x2方向上的常数。为了分析在一个恒温环境下波传播的情况，我们运用了运动方程：拉普拉斯方程,以及适用于压电介质的结构方程:
Ui是粒子机械位移的组件，t代表时间，Tij是组件的机械压力，xj代表协调坐标，Dj代表电位移组件，φ代表电势。对于液体问题，我们必须使用运动方程，拉普拉斯方程和结构方程，见下
指数lq表示被测量液体的适当变量值。机械以及电力的边界条件在x3＝0时，如下所示：
在此研究中，选取C||＝1.0092Pa/秒和ρ＝800公斤/立方米此特质的汽油，其介电常数变化范围在1到2之间。并思考当参数高频＝720m/s时的实验情况(h是板厚度，f是波频率)。我们使用铌酸锂的材料常数.在没有相邻的液体情况下，YX铌酸锂中的SH0波速是4413.291085米/秒，hf＝720米/秒.
图3是本发明涉及的在“汽油－YX铌酸锂－真空”结构与汽油的介电常数在高频＝720m/s中SH0波速的部分的变化示意图。
图3显示了SH0波速变化和汽油介电常数的变化情况，可以发现，SH0的波速随着汽油介电常数的增加而减少。在铌酸锂板的两面有电的情况下，随着εlq从1增加到2，波的相速度则从4413.29米/秒降低至4400.14米/秒。分析还进一步显示，汽油的存在不会导致SH0波的强度显著衰减(仅仅只有10-4dB每个波长的衰减)。
由以上附图1、附图2以及附图3的实验结果可以毫无疑义的明确，汽油的辛烷值的大小和SH0波速变化有着是否明确的对应关系，只需要测定通过汽油的SH0波速的变化就可以知道该汽油的辛烷值，而SH0波速的变化可以通过测定频率而得到。
基于以上的实验发现，以下提供了一种供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符以及对应的判别汽油辛烷值的检测仪器。
实施例
图4是本发明的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符的实际应用示意图；
图5是图4的主视图；
图6是图4的俯视图。
如图4、5、6所示，我们制作了一个简易的汽油标识符的原型，来进行实验验证。主要是是在YX-LiNbO3的底部使用了一根延迟线。该标识符的具体结构包括压电片1、输入叉指换能器2、输出叉指换能器3以及与输出叉指换能器3连接的延迟线DL。
压电片1，为YX铌酸锂材料制成的YX铌酸锂压电片，呈矩形，厚度为180-220um，本实施例中为200um。
输入叉指换能器2，设置在压电片1的下表面的一端。
输出叉指换能器3，设置在压电片带下表面的另一端，且与输入叉指换能器2相对设置，用于接收来自输入叉指换能器2发出的声信号并得到对应的激励信号。
本实施例中，两个换能器2、3之间的距离是27毫米，每个叉指换能器IDT包含5对叉指，叉指换能器IDT的周期为1.3毫米，孔径为8毫米。
延迟线DL设置在输出叉指换能器3上，用于将激励信号传送给接收单元。使用时，宽度为20毫米的碱性蛋白胨制作的样品池4被放置在输入叉指换能器2、输出叉指换能器3之间，同时在样品池4中盛放待检测的汽油。
图7是本发明的涉及的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符的延迟线DL与判别汽油辛烷值的检测仪器连接的示意图。
如图7所示，延迟线DL和判别汽油辛烷值的检测仪器的接收单元连接。该判别汽油辛烷值的检测仪器，包括激发单元、接收单元以及处理分析单元。
激发单元，用于和汽油标识符的输入叉指换能器连接，用于激发输入叉指换能器产生高频振荡。本实施例中高频振荡的频率为3600KHz。
接收单元，用于和汽油标识符的输出叉指换能器连接，用于接收该输出叉指换能器输出的响应振荡。具体如图7所示，该延迟线的信号通过一个运算放大器AD8002AN接入。
处理分析单元，和接收单元连接，用于接收响应振荡并检测得到该响应振荡的频率，并根据高频振荡的频率与相应振荡的频率的变化得到汽油的辛烷值。
图8是本实施例中高频振荡的频率-响应振荡的频率与对应汽油的辛烷值的对比曲线。
使用上述的判别汽油辛烷值的检测仪器来激发汽油标识符的输入叉指换能器2并接收输出叉指换能器3通过延迟线发出的响应振荡后测量得到得到响应振荡；
根据事先拟合的高频振荡的频率-响应振荡的频率与对应汽油的辛烷值的对比曲线，得到与当前的高频振荡的频率-响应振荡的频率对应的汽油辛烷值，该辛烷值即为容器中盛装汽油的辛烷值。
具体结果如图8所示，频率和辛烷值之间有良好的相关性(一定范围内是一次函数的直线相关)，完全可以应用标识符来检测汽油的辛烷值。
我们用理论和实验验证了通过使用标识符来区分不同类型的汽油的可能性，而这标识符的验证成功是基于SH0波是置于YX-LiNbO3板中且板的厚度为200μm这样的实验条件下的，进一步的实验发现，使用不同材料的压电片并调整其厚度，依然可以实现检测功能，唯一不同的是相关的函数比较复杂，后续的辛烷值计算比较麻烦。
实施例的作用和有益效果
根据本实施例所提供的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，仅仅只需要将该标识符黏贴在盛装汽油样品的容器的外壁上，然后使用检测仪器，通过对比检测仪器所发出的高频振荡的频率和接收得到的响应振荡的频率就可以直接得出该汽油样品的辛烷值。
本发明标识符的应用，可以快速、简便的检测市售成品汽油的辛烷值(汽油的牌号)，为加油站、军队油品后勤供应等场合和系统提供快速的油品检测，特别是适合快速检测的需要。
本实施例所提的装置的另一个优点是将IDT放置在压电片与样品池相对的一侧上，这样可以防止IDT的电极结构被损坏。

Claims (10)

1.供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，用于黏贴在盛装汽油的容器上被检测仪器探测而发出与所述汽油辛烷值相关的信号，其特征在于包括：
压电片；
输入叉指换能器，设置在所述压电片的表面上；
输出叉指换能器，设置在所述压电片的与所述输入叉指换能器相同的表面上，且与所述输入叉指换能器相对设置，用于接收来自所述输入叉指换能器发出的声信号并得到对应的激励信号。
2.根据权利要求1所述的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，其特征在于：
其中，所述压电片为铌酸锂材料制成的铌酸锂压电片。
3.根据权利要求2所述的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，其特征在于：
其中，所述铌酸锂压电片为YX铌酸锂压电片。
4.根据权利要求2所述的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，其特征在于：
其中，所述铌酸锂压电片的厚度为180-220um。
5.根据权利要求2所述的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，其特征在于：
其中，所述输入叉指换能器和所述输出叉指换能器的厚度为180-220nm，两者之间的距离为27mm，。
6.根据权利要求2所述的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，其特征在于：
其中，所述输入叉指换能器和所述输出叉指换能器均包含5对叉指，周期为1.3mm，孔径为8mm。
7.根据权利要求1所述的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符，其特征在于：
所述激励信号通过延迟线被传送出去。
8.一种判别汽油辛烷值的检测仪器，用于激发盛装汽油的容器上的汽油标识符发出相关的信号，并接收该信号后处理分析得出所述汽油的辛烷值，其特征在于，包括：
激发单元，用于和所述汽油标识符的输入叉指换能器连接，用于激发所述输入叉指换能器产生高频振荡；
接收单元，用于和所述汽油标识符的输出叉指换能器连接，用于接收该输出叉指换能器输出的响应振荡；
处理分析单元，和所述接收单元连接，用于接收所述响应振荡并检测得到该响应振荡的频率，并根据所述高频振荡的频率与所述相应振荡的频率的变化得到所述汽油的辛烷值。
9.根据权利要求8所述的判别汽油辛烷值的检测仪器，其特征在于：
其中，所述高频振荡的频率为3600KHz。
10.一种判别汽油辛烷值的方法，其特征在于，包括以下操作：
将权利要求1-7中人任意一项所述的供油质量管理中用于判别汽油辛烷值的汽油标识符贴敷在盛装汽油的容器上；
使用权利要求8-9中任意一项所述的判别汽油辛烷值的检测仪器来激发所述汽油标识符并接收所述响应振荡后测量得到所述响应振荡；
根据事先拟合的所述高频振荡的频率-所述响应振荡的频率与对应汽油的辛烷值的对比曲线，得到与当前的高频振荡的频率-响应振荡的频率对应的汽油辛烷值，该辛烷值即为容器中盛装汽油的辛烷值。
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