CN108254419A - 一种油品指标测定仪 - Google Patents

Abstract

本发明一种油品指标测定仪，首先采集标准油品样本的辛烷值或柴油为十六烷值数据，同时自动测得对应油品介电常数；当所有样本信息录入完成后，仪器首先检查样本的合理性，然后利用多项式最小二乘法进行运算，并比较一次、二次、三次多项式的误差大小，在允许的范围内选择较低幂次，降低计算的复杂性，自动确定公式的所有参数。公式生成之后，用户即可利用此回归公式进行后续油品的快速测定。通过本发明的技术方案，能够解决现有技术中由于人工回归和人工标定带来的误差大、工作量大，人力成本高的问题。

Description

一种油品指标测定仪

技术领域

本发明涉及辛烷值测定仪技术领域，具体涉及一种油品指标测定仪。

背景技术

汽油辛烷值是衡量汽油在气缸内抗爆震(knocking)燃烧能力的一种功能指标，其值高表示抗爆性好。汽油在气缸中正常燃烧时火焰传播速度为10～20m/s，在爆震燃烧时可达1500～2000m/s。后者会使气缸温度剧升，汽油燃烧不完全，机器强烈震动，从而使输出功率下降，机件受损。

不同化学结构的烃类，具有不同的抗爆震能力。异辛烷(2，2，4-三甲基戊烷)的抗爆性较好，辛烷值给定为100。正庚烷的抗爆性差，给定为0。汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料，按标准条件，在实验室标准单缸汽油机上用对比法进行的。调节标准燃料组成的比例，使标准燃料产生的爆震强度与试样相同，此时标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。

辛烷值测定仪的原理在于对汽油的辛烷值和柴油的十六烷值的绝缘导磁率和电磁感应的电荷特性测定测量出来的。通过测量样品的电介质特性，同已知的存在内存里的参数相比较，从而测定出结果。仪器十分敏感，可以测得微小的电介质参数变化，从而可以检测辛烷值、十六烷值等石油产品参数。

回归与标定是体现测定仪性能的两个关键技术，是仪器开发的必备条件，使仪器能够既经济又快速地给出一个准确可靠的测定数据。

现有仪器的回归方法为：

仪器的回归采用的是繁琐的数理统计技术方案，需要收集了全国70％大型炼厂的、用国家标准方法使用美国进口的CFR/试验机测试获得的油样，手动计算得到一条标准曲线，这条线的高低端分别由标准甲苯和环己烷的辛烷值确定：低端为环己烷的辛烷值85.0/RON，高端为甲苯的辛烷值115.0/RON。现有仪器就是利用这样的一条标准曲线对被测油样进行比对测量。

现有仪器的标定方法为：

现有仪器标定一般是手动调整回归曲线的参数，再与测定仪器厂家提供的汽油标准油样进行校准，认为仪器的准确度达标。

由于是通过手动调整实现，即便是专业人员操作过程也需要两个多小时，其标定精度勉强达标(高端≤±1.5/RON，低端≤±1.0/RON)，而且精度受人为因素影响极大。

现有仪器的回归方法的缺陷在于：

1)采用繁琐的数理统计方法，人工计算获得回归曲线，方法落后。

2)回归需要大量的数据作为基础，条件苛刻。

3)难以适应新油品、新标准的变化。

现有仪器的标定方法的缺陷在于：

1)人工标定方法精度低：只能达到高端≤±1.5/RON，低端≤±1.0/RON。

2)人工标定效率低：即便是专业人员操作过程也需要两个多小时，而且精度受人为因素的影响很大。

3)售后服务难度大：只要仪器产生了变差，都需要专业人员处理。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种油品指标测定仪，以解决现有技术中由于人工回归和人工标定带来的误差大、工作量大，人力成本高的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种油品指标测定仪，根据以下步骤进行回归，包括：

步骤S11、采集标准油品样本i的油品指标值y_i，并测得所述标准油品样本的介电常数x_i，得到样本集Y＝{(x_i，y_i)︱1≤i≤N}；其中，N根据用户需要进行设置；

步骤S12、根据预设标准，剔除样本集Y中的异常样本数据；

步骤S13、对样本集中的剩余样本数据，根据公式(1)进行拟合：

其中，n＝1；

步骤S14、为了使拟合出的近似曲线最大化地反映所给样本数据的变化趋势，根据公式(2)计算f(x_i)与实际数据y_i之间误差的平方和的最小值：

步骤S15、n＝n+1，返回步骤S3，直至min在预设误差范围内；

步骤S16、将min首次落入预设误差范围时的n值作为多项式的幂次，将该幂次对应的多项式公式作为回归公式。

优选地，所述油品指标为汽油的辛烷值或柴油的十六烷值。

优选地，N的选取范围为3～20。

优选地，所述预设标准为样本数据应该落入的取值范围，所述预设标准根据用户需要进行设置。

优选地，所述油品指标测定仪包括测定仪本体及与所述测定仪本体连接的数字传感器，所述测定仪本体根据以下步骤进行标定，包括：

步骤S21、选取国家标准规定的辛烷值为85.0/RON的环己烷和辛烷值为115.0/RON的甲苯作为标定燃料；

步骤S22、分别测量油品指标测定仪在环甲苯标准样品中的电容值C1和数字传感器的采样电容在环己烷标准样品中的电容值C2；

步骤S23、根据公式(3)和(4)进行标定，得到中间参数a和k的值，以备后续油品指标测量时，根据中间参数a和k值换算出待测油品的介电常数；

a＝c1/(C2-C1)(3)，k＝c2*C1-c3*C2(4)；

其中，c1、c2、c3为常数。

优选地，所述步骤S22具体为：

将数字传感器放于环己烷标准样品中，测得其采样电容的电容值为C2；

使用石油醚清洗所述数字传感器，再将数字传感器置于甲苯标准样品中，测得其采样电容的电容值为C1。

优选地，所述测定仪本体上嵌设有触摸屏，所述触摸屏用于接收用户指令并输出用户指令执行结果；其中，所述用户指令执行结果包括：回归结果和标定结果。

进一步地，所述油品指标测定仪的高低端标定精度均为≤±0.2/RON。

进一步地，所述油品指标测定仪的标定结果在95％置信区间内，其再现性≤±0.5/RON，重复性≤±0.2/RON。

进一步地，所述油品指标测定仪，包括回归模块，所述回归模块包括：

采集模块，用于采集标准油品样本i的油品指标值y_i，并测得所述标准油品样本的介电常数x_i，得到样本集Y＝{(x_i，y_i)︱1≤i≤N}；其中，N根据用户需要进行设置；

剔除模块，用于根据预设标准，剔除样本集Y中的异常样本数据；

拟合模块，用于对样本集中的剩余样本数据，根据公式(1)进行拟合：

其中，n＝1；

第一计算模块，用于为了使拟合出的近似曲线最大化地反映所给样本数据的变化趋势，根据公式(2)计算f(x_i)与实际数据y_i之间误差的平方和的最小值：

赋值模块，用于赋值n＝n+1，返回步骤S3，直至min在预设误差范围内；

第一选取模块，用于将min首次落入预设误差范围时的n值作为多项式的幂次，将该幂次对应的多项式公式作为回归公式。

进一步地，所述油品指标测定仪，包括测定仪本体及与所述测定仪本体连接的数字传感器，所述测定仪本体包括：

第二选取单元，用于选取国家标准规定的辛烷值为85.0/RON的环己烷和辛烷值为115.0/RON的甲苯作为标定燃料；

测量单元，用于分别测量油品指标测定仪在环甲苯标准样品中的电容值C1和数字传感器的采样电容在环己烷标准样品中的电容值C2；

第二计算单元，用于根据公式(3)和(4)进行标定，得到中间参数a和k的值，以备后续油品指标测量时，根据中间参数a和k值换算出待测油品的介电常数；

a＝c1/(C2-C1) (3)，

k＝c2*C1-c3*C2 (4)；

其中，c1、c2、c3为常数。

本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

由上述技术方案可知，本发明提供的这种油品指标测定仪，通过对已知标准油品采样，利用数学上的多项式最小二乘法自动生成油品回归模型，利用该模型对新油品进行回归测定，整个过程由仪器中微处理器程序自动完成，无需人工参与。

另外，本发明提供的这种油品指标测定仪，利用标定点高低端标定燃料具有世界公认、国家标准支持和技术示值稳定可靠的特点，采用了严谨的数学模型对标定点进行检测、判断和运算确定标定值。本发明提供的这种标定方法，具有1)准确性，大大提高了仪器的标定精度，高低端标定精度均可以达到≤±0.2/RON；2)快速性，自动赋值标定方法的整个标定过程是自动进行的，大大提高了工作效率，实践证明，标定一台仪器一般只需要10分钟；3)简洁性，整个过程是自动进行标定的，因此操作人员可以非常轻易地掌握，并且能够方便地进行重新标定(一般仪器使用一段时间后，传感器会因为油品含有胶质和硫，对传感器造成污染，从而造成一定的变差，重新标定后可以消除这种变差，保证仪器测定的准确度)。

综上，本发明提供的技术方案，能够解决现有技术中由于人工回归和人工标定带来的误差大、工作量大，人力成本高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种油品指标测定仪的回归方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

参见图1，本发明一实施例提供的一种油品指标测定仪，根据以下步骤进行回归，包括：

步骤S11、采集标准油品样本i的油品指标值y_i，并测得所述标准油品样本的介电常数x_i，得到样本集Y＝{(x_i，y_i)︱1≤i≤N}；其中，N根据用户需要进行设置；

步骤S12、根据预设标准，剔除样本集Y中的异常样本数据；

步骤S13、对样本集中的剩余样本数据，根据公式(1)进行拟合：

其中，n＝1；

步骤S14、为了使拟合出的近似曲线最大化地反映所给样本数据的变化趋势，根据公式(2)计算f(x_i)与实际数据y_i之间误差的平方和的最小值：

步骤S15、n＝n+1，返回步骤S3，直至min在预设误差范围内；

步骤S16、将min首次落入预设误差范围时的n值作为多项式的幂次，将该幂次对应的多项式公式作为回归公式。

优选地，所述油品指标为汽油的辛烷值或柴油的十六烷值。

优选地，N的选取范围为3～20。

优选地，所述预设标准为样本数据应该落入的取值范围，所述预设标准根据用户需要进行设置。

需要说明的是，最小二乘法油品测定自动回归技术生成回归模型使用的数学方法是多项式最小二乘法，并根据样本数量及微处理器的系统误差等综合因素选择多项式幂次，经过计算与实验，幂次选三较为合适。

由上述技术方案可知，本发明提供的这种油品指标测定仪，首先采集标准油品样本的辛烷值(柴油为十六烷值)数据，同时自动测得对应油品介电常数；当所有样本信息录入完成后，仪器首先检查样本的合理性，然后利用多项式最小二乘法进行运算，并比较一次、二次、三次多项式的误差大小，在允许的范围内选择较低幂次，降低计算的复杂性，自动确定公式的所有参数。公式生成之后，用户即可利用此回归公式进行后续油品的快速测定。

本发明提供的这种油品指标测定仪，通过对已知标准油品采样，利用数学上的多项式最小二乘法自动生成油品回归模型，利用该模型对新油品进行回归测定，整个过程由仪器中微处理器程序自动完成，无需人工参与。

国家标准使用的测试方法是以具有可变压缩比的标准发动机为手段，以参比燃料为标准相比较而测定的。而本发明采取的技术手段是以先进的电子测量技术为手段，以国家标准测定方法测定结果为标准，通过相比较而进行测定，这与国家标准方法是等效的。不同点在于手段上，国家标准方法以标准发动机为手段一例一比，而本发明发挥了电子测量的优势，创造性地以一组(可以是3～20个)与一个被测试样进行比对测试，当比对试样的值落在某一个标准样本上，就显示样本的值，如果试样的值落到了两个相邻的样本之间，就采用公式进行插值计算给出测定结果。因此，本发明具有科学严谨、经济实惠、准确实用而且使用简单方便的优点。

本发明对回归平台的回归标定设定了两条严格的限制条件：一是有针对性的回归，二是有针对性的测定。这两个条件保证了测量的准确度。本发明对保证回归平台测定精度起到了至关重要的作用。

优选地，所述油品指标测定仪包括测定仪本体及与所述测定仪本体连接的数字传感器，所述测定仪本体根据以下步骤进行标定，包括：

步骤S21、选取国家标准规定的辛烷值为85.0/RON的环己烷和辛烷值为115.0/RON的甲苯作为标定燃料；

步骤S22、分别测量油品指标测定仪在环甲苯标准样品中的电容值C1和数字传感器的采样电容在环己烷标准样品中的电容值C2；

步骤S23、根据公式(3)和(4)进行标定，得到中间参数a和k的值，以备后续油品指标测量时，根据中间参数a和k值换算出待测油品的介电常数；

a＝c1/(C2-C1) (3)，

k＝c2*C1-c3*C2 (4)；

其中，c1、c2、c3为常数。

优选地，所述步骤S22具体为：

将数字传感器放于环己烷标准样品中，测得其采样电容的电容值为C2；

使用石油醚清洗所述数字传感器，再将数字传感器置于甲苯标准样品中，测得其采样电容的电容值为C1。

优选地，所述测定仪本体上嵌设有触摸屏，所述触摸屏用于接收用户指令并输出用户指令执行结果；其中，所述用户指令执行结果包括：回归结果和标定结果。

进一步地，所述油品指标测定仪的高低端标定精度均为≤±0.2/RON。

进一步地，所述油品指标测定仪的标定结果在95％置信区间内，其再现性≤±0.5/RON，重复性≤±0.2/RON。

由上述技术方案可知，本发明提供的这种油品指标测定仪，利用标定点高低端标定燃料具有世界公认、国家标准支持和技术示值稳定可靠的特点，采用了严谨的数学模型对标定点进行检测、判断和运算确定标定值。本发明提供的这种标定方法，具有1)准确性，大大提高了仪器的标定精度，高低端标定精度均可以达到≤±0.2/RON；2)快速性，自动赋值标定方法的整个标定过程是自动进行的，大大提高了工作效率，实践证明，标定一台仪器一般只需要10分钟；3)简洁性，整个过程是自动进行标定的，因此操作人员可以非常轻易地掌握，并且能够方便地进行重新标定(一般仪器使用一段时间后，传感器会因为油品含有胶质和硫，对传感器造成污染，从而造成一定的变差，重新标定后可以消除这种变差，保证仪器测定的准确度)。

进一步地，所述油品指标测定仪，包括回归模块，所述回归模块包括：

采集模块，用于采集标准油品样本i的油品指标值y_i，并测得所述标准油品样本的介电常数x_i，得到样本集Y＝{(x_i，y_i)︱1≤i≤N}；其中，N根据用户需要进行设置；

剔除模块，用于根据预设标准，剔除样本集Y中的异常样本数据；

拟合模块，用于对样本集中的剩余样本数据，根据公式(1)进行拟合：

其中，n＝1；

第一计算模块，用于为了使拟合出的近似曲线最大化地反映所给样本数据的变化趋势，根据公式(2)计算f(x_i)与实际数据y_i之间误差的平方和的最小值：

赋值模块，用于赋值n＝n+1，返回步骤S3，直至min在预设误差范围内；

第一选取模块，用于将min首次落入预设误差范围时的n值作为多项式的幂次，将该幂次对应的多项式公式作为回归公式。

进一步地，所述油品指标测定仪，包括测定仪本体及与所述测定仪本体连接的数字传感器，所述测定仪本体包括：

第二选取单元，用于选取国家标准规定的辛烷值为85.0/RON的环己烷和辛烷值为115.0/RON的甲苯作为标定燃料；

测量单元，用于分别测量油品指标测定仪在环甲苯标准样品中的电容值C1和数字传感器的采样电容在环己烷标准样品中的电容值C2；

第二计算单元，用于根据公式(3)和(4)进行标定，得到中间参数a和k的值，以备后续油品指标测量时，根据中间参数a和k值换算出待测油品的介电常数；

a＝c1/(C2-C1) (3)，

k＝c2*C1-c3*C2 (4)；

其中，c1、c2、c3为常数。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

Claims (10)

1.一种油品指标测定仪，其特征在于，根据以下步骤进行回归，包括：

步骤S11、采集标准油品样本i的油品指标值y_i，并测得所述标准油品样本的介电常数x_i，得到样本集Y＝{(x_i，y_i)︱1≤i≤N}；其中，N根据用户需要进行设置；

步骤S12、根据预设标准，剔除样本集Y中的异常样本数据；

步骤S13、对样本集中的剩余样本数据，根据公式(1)进行拟合：

其中，n＝1；

步骤S14、为了使拟合出的近似曲线最大化地反映所给样本数据的变化趋势，根据公式(2)计算f(x_i)与实际数据y_i之间误差的平方和的最小值：

步骤S15、n＝n+1，返回步骤S3，直至min在预设误差范围内；

步骤S16、将min首次落入预设误差范围时的n值作为多项式的幂次，将该幂次对应的多项式公式作为回归公式。

2.根据权利要求1所述的油品指标测定仪，其特征在于，所述油品指标为汽油的辛烷值或柴油的十六烷值。

3.根据权利要求1所述的油品指标测定仪，其特征在于，N的选取范围为3～20。

4.根据权利要求1所述的油品指标测定仪，其特征在于，所述预设标准为样本数据应该落入的取值范围，所述预设标准根据用户需要进行设置。

5.根据权利要求1所述的油品指标测定仪，其特征在于，包括测定仪本体及与所述测定仪本体连接的数字传感器，所述测定仪本体根据以下步骤进行标定，包括：

步骤S21、选取国家标准规定的辛烷值为85.0/RON的环己烷和辛烷值为115.0/RON的甲苯作为标定燃料；

步骤S22、分别测量油品指标测定仪在环甲苯标准样品中的电容值C1和数字传感器的采样电容在环己烷标准样品中的电容值C2；

步骤S23、根据公式(3)和(4)进行标定，得到中间参数a和k的值，以备后续油品指标测量时，根据中间参数a和k值换算出待测油品的介电常数；

a＝c1/(C2-C1) (3)，

k＝c2*C1-c3*C2 (4)；

其中，c1、c2、c3为常数。

6.根据权利要求5所述的油品指标测定仪，其特征在于，所述步骤S22具体为：

将数字传感器放于环己烷标准样品中，测得其采样电容的电容值为C2；

使用石油醚清洗所述数字传感器，再将数字传感器置于甲苯标准样品中，测得其采样电容的电容值为C1。

7.根据权利要求5所述的油品指标测定仪，其特征在于，所述测定仪本体上嵌设有触摸屏，所述触摸屏用于接收用户指令并输出用户指令执行结果；其中，所述用户指令执行结果包括：回归结果和标定结果。

8.根据权利要求5所述的油品指标测定仪，其特征在于，所述油品指标测定仪的高低端标定精度均为≤±0.2/RON；所述油品指标测定仪的标定结果在95％置信区间内，其再现性≤±0.5/RON，重复性≤±0.2/RON。

9.根据权利要求1所述的油品指标测定仪，其特征在于，包括回归模块，所述回归模块包括：

采集模块，用于采集标准油品样本i的油品指标值y_i，并测得所述标准油品样本的介电常数x_i，得到样本集Y＝{(x_i，y_i)︱1≤i≤N}；其中，N根据用户需要进行设置；

剔除模块，用于根据预设标准，剔除样本集Y中的异常样本数据；

拟合模块，用于对样本集中的剩余样本数据，根据公式(1)进行拟合：

其中，n＝1；

第一计算模块，用于为了使拟合出的近似曲线最大化地反映所给样本数据的变化趋势，根据公式(2)计算f(x_i)与实际数据y_i之间误差的平方和的最小值：

赋值模块，用于赋值n＝n+1，返回步骤S3，直至min在预设误差范围内；

第一选取模块，用于将min首次落入预设误差范围时的n值作为多项式的幂次，将该幂次对应的多项式公式作为回归公式。

10.根据权利要求1所述的油品指标测定仪，其特征在于，包括测定仪本体及与所述测定仪本体连接的数字传感器，所述测定仪本体包括：

第二选取单元，用于选取国家标准规定的辛烷值为85.0/RON的环己烷和辛烷值为115.0/RON的甲苯作为标定燃料；

测量单元，用于分别测量油品指标测定仪在环甲苯标准样品中的电容值C1和数字传感器的采样电容在环己烷标准样品中的电容值C2；

第二计算单元，用于根据公式(3)和(4)进行标定，得到中间参数a和k的值，以备后续油品指标测量时，根据中间参数a和k值换算出待测油品的介电常数；

a＝c1/(C2-C1) (3)，

k＝c2*C1-c3*C2 (4)；

其中，c1、c2、c3为常数。