RU2307347C1

RU2307347C1 - Instrument for indicating octane number of automotive gasoline

Info

Publication number: RU2307347C1
Application number: RU2006125899/28A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Ковылов (RU); Николай Борисович Ковылов; Алексей Викторович Овчинников (RU); Алексей Викторович Овчинников
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2007-09-27

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: instrument comprises generator, capacitive pickup connected with the generator, temperature gage, microprocessor connected with the indicator, and diode-resistive cell. The diode-resistive cell is connected between the capacitive pickup and microprocessor. The microprocessor has built-in analogue-digital converter and store. The generator is made of a generator of rectangular pulses. The temperature gage is made of a semiconductive resistance connected to the circuit of power supply to the generator. The instrument has separating capacitor connected to the circuit of power supply to the pickup. The capacitive pickup is made of a pickup whose electrodes are separated by means of bearing members.

EFFECT: enhanced reliability.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для оперативного контроля октанового числа автомобильных бензинов.The invention relates to the field of analytical instrumentation and can be used for operational control of the octane number of gasoline.

Известно устройство для измерения октанового числа бензинов, содержащее емкостной датчик, генератор синусоидального напряжения, датчик температуры, RC-фильтр, три усилителя, R-диодный мост, АЦП, устройство обработки и индикации, выход генератора подключен к входу емкостного датчика. При этом емкостной датчик выполнен в виде сосуда с коаксиально расположенными несколькими цилиндрами, во внутреннюю полость которого помещен терморезистор, параллельно которому подключен подстроечный резистор, полностью притопленный погружаемый поплавок, стержень с мерительной рейкой, источник излучения, приемная фотодиодная линейка, устройство сопряжения с компьютером, аккумулятор и преобразователь напряжения, выход емкостного датчика подключен ко входу терморезистора, выход которого соединен со входом RC-фильтра, выход которого соединен со входом первого усилителя, выход первого усилителя подсоединен через резистор R3 ко входу второго усилителя, между инверсным входом и выходом которого включен R-диодный мост, выходная диагональ которого через делитель подключена ко входу третьего усилителя, выход которого подключен ко входу АЦП, выход которого подключен к первому входу устройства обработки и индикации, устройство сопряжения с персональным компьютером, вход которого соединен с выходом устройства обработки, погружаемый (полностью притопленный) поплавок помещается в измеряемую среду (бензин), стержень с мерительной рейкой, прикрепленной к поплавку, источник излучения и приемная фотодиодная линейка закреплены так, чтобы мерительная рейка находилась между источником и приемной фотодиодной линейкой, выход с приемной фотодиодной линейки соединен со вторым входом устройства обработки и индикации, основание емкостного датчика, в котором закреплены емкостной датчик и подстроечный резистор, гальванический элемент (аккумулятор) подключен к преобразователю напряжения (см. патент на изобретение РФ №2207557, G 01 N 27/22).A device is known for measuring the octane number of gasolines, comprising a capacitive sensor, a sinusoidal voltage generator, a temperature sensor, an RC filter, three amplifiers, an R-diode bridge, an ADC, a processing and indication device, and a generator output connected to the input of a capacitive sensor. In this case, the capacitive sensor is made in the form of a vessel with several cylinders coaxially located, in the internal cavity of which there is a thermistor, a trimming resistor, a fully submerged immersed float, a rod with a measuring rod, a radiation source, a receiving photodiode array, a computer interface unit, and a battery are connected and a voltage converter, the output of the capacitive sensor is connected to the input of the thermistor, the output of which is connected to the input of the RC filter, the output of which is connected to the input of the first amplifier, the output of the first amplifier is connected through the resistor R3 to the input of the second amplifier, between the inverse input and the output of which an R-diode bridge is connected, the output diagonal of which is connected through a divider to the input of the third amplifier, the output of which is connected to the input of the ADC, the output of which connected to the first input of the processing and display device, a device for interfacing with a personal computer, the input of which is connected to the output of the processing device, a submerged (fully submerged) float is placed being inserted into the measured medium (gasoline), a rod with a measuring rod attached to the float, the radiation source and the receiving photodiode array are fixed so that the measuring rod is between the source and the receiving photodiode array, the output from the receiving photodiode array is connected to the second input of the processing and indication device , the base of the capacitive sensor, in which the capacitive sensor and the tuning resistor are fixed, the galvanic cell (battery) is connected to the voltage converter (see patent for the invention of the Russian Federation No. 2207557, G 01 N 27/22).

Недостатком данного устройства является его сложность и наличие электромеханических элементов, которые требуют особых условий для измерений, т.к. чувствительны к вибрациям, загрязнениям, окислениям.The disadvantage of this device is its complexity and the presence of electromechanical elements that require special conditions for measurements, because sensitive to vibrations, pollution, oxidations.

Известен индикатор марки автомобильного бензина, содержащий автогенератор, емкостной датчик, масштабирующий усилитель, к выходу усилителя подключены коммутирующие каскады в количестве, соответствующем числу контролируемых марок бензина, каждый из которых состоит из двухуровневого компаратора, логической схемы на элементах "И-НЕ", в качестве индикаторов к выходу каждого коммутирующего каскада подключены светодиоды (см. патент на изобретение РФ №2243544, МПК G 01 N 27/22).A known brand of automobile gasoline containing an oscillator, a capacitive sensor, a scaling amplifier is connected to the output of the amplifier switching cascades in an amount corresponding to the number of monitored brands of gasoline, each of which consists of a two-level comparator, a logic circuit on the elements "NAND", as LEDs connected to the output of each switching stage are LEDs (see RF patent No. 2243544, IPC G 01 N 27/22).

Однако устройство затруднительно использовать в случае, когда октановое число реального бензина близко к границе раздела между сортами, поскольку индикация осуществляется только в четырех точках.However, it is difficult to use the device when the octane number of real gasoline is close to the interface between grades, since the indication is carried out only at four points.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство для определения октанового числа автомобильных бензинов, содержащее датчик температуры пробы бензина, емкостной датчик, включенный в частотно-зависимую цепь автогенератора, подключенного к микропроцессору, снабженному блоком памяти. Микропроцессор соединен с блоком ввода данных, с блоком индикации и с клавиатурой. Устройство содержит мультиплексор, к сигнальным входам которого подключены емкостной датчик и дополнительно введенный датчик температуры окружающей среды, а адресный вход мультиплексора соединен с микропроцессором, выход мультиплексора соединен с входом автогенератора, при этом датчик температуры пробы подключен непосредственно к микропроцессору (см. патент на полезную модель РФ №26134, МПК G 01 N 33/22, G 01 N 27/22).Closest to the proposed solution is a device for determining the octane number of gasoline containing a temperature sensor for gasoline samples, a capacitive sensor included in the frequency-dependent circuit of the oscillator connected to a microprocessor equipped with a memory unit. The microprocessor is connected to a data input unit, to an indication unit and to a keyboard. The device contains a multiplexer, the signal inputs of which are connected by a capacitive sensor and an additionally entered ambient temperature sensor, and the address input of the multiplexer is connected to the microprocessor, the multiplexer output is connected to the input of the oscillator, and the sample temperature sensor is connected directly to the microprocessor (see utility model patent RF №26134, IPC G 01 N 33/22, G 01 N 27/22).

Недостатком является относительная сложность конструкции.The disadvantage is the relative complexity of the design.

Задачей данного изобретения является создание мобильного прибора при упрощении конструкции за счет уменьшения количества микросхем, исключения клавиатуры, мультиплексора и датчика измерения температуры окружающей среды.The objective of the invention is to provide a mobile device while simplifying the design by reducing the number of microcircuits, eliminating the keyboard, multiplexer and sensor for measuring ambient temperature.

Технический результат заключается в повышении надежности за счет сокращения количества элементов в приборе и обеспечении стабильности работы при упрощении конструкции.The technical result is to increase reliability by reducing the number of elements in the device and ensuring stability while simplifying the design.

Поставленная задача решается тем, что прибор для индикации октанового числа автомобильных бензинов, содержащий генератор, к которому подключен емкостной датчик, датчик температуры, микропроцессор, соединенный с индикатором, согласно решению дополнительно содержит диодно-резистивную ячейку, включенную между емкостным датчиком и микропроцессором, при этом микропроцессор содержит встроенные в него аналого-цифровой преобразователь и память, а в качестве генератора выбран генератор прямоугольных импульсов, датчик температуры представляет собой полупроводниковое сопротивление, включенное в цепь питания генератора.The problem is solved in that the device for indicating the octane number of gasoline containing a generator to which a capacitive sensor is connected, a temperature sensor, a microprocessor connected to the indicator, according to the solution further comprises a diode-resistor cell connected between the capacitive sensor and the microprocessor, while the microprocessor contains an analog-to-digital converter and memory built into it, and a rectangular pulse generator is selected as the generator, the temperature sensor is It is a semiconductor resistance connected to the oscillator circuit.

Прибор может содержать разделительный конденсатор, включенный в цепь питания датчика.The device may contain an isolation capacitor included in the sensor power circuit.

В качестве емкостного датчика выбран датчик, в котором электроды разделены опорными элементами, формы границ которых совпадают с формой силовых линий электрического поля.As a capacitive sensor, a sensor is selected in which the electrodes are separated by supporting elements, the shape of the boundaries of which coincide with the shape of the electric field lines.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема устройства, где 1 - генератор прямоугольных импульсов, 2 - емкостной датчик, 3 - резистивно-диодная ячейка, 4 - микропроцессор, 5 - алфавитно-цифровой индикатор, 6 - полупроводниковое термосопротивлениеThe invention is illustrated by the drawing, which shows a block diagram of the device, where 1 is a square-wave pulse generator, 2 is a capacitive sensor, 3 is a resistive-diode cell, 4 is a microprocessor, 5 is an alphanumeric indicator, 6 is a semiconductor thermal resistance

Прибор для индикации октанового числа автомобильных бензинов содержит генератор 1, к которому подключен емкостной датчик 2. В качестве генератора выбран генератор прямоугольных импульсов. Оптимальным вариантом емкостного датчика является датчик, в котором электроды разделены опорными элементами, формы границ которых совпадают с формой силовых линий электрического поля (см. Н.Б.Ковылов, Ю.И.Левин, Ю.П.Шараевский. «Диэлектрические эффекты в физическом эксперименте. //Из-во ГОС УНЦ «Колледж», Саратов, 2000, стр.25). К емкостному датчику 2 подключена диодно-резистивная ячейка 3, соединенная с микропроцессором 4. Микропроцессор должен быть снабжен аналого-цифровым преобразователем и памятью.The device for indicating the octane number of gasoline contains a generator 1, to which a capacitive sensor 2 is connected. A rectangular pulse generator is selected as a generator. The best option for a capacitive sensor is a sensor in which the electrodes are separated by supporting elements, the shape of the boundaries of which coincide with the shape of the electric field lines (see N.B. Kovylov, Yu.I. Levin, Yu.P. Sharaevsky. “Dielectric effects in physical experiment. // From GOS UC "College", Saratov, 2000, p. 25). A diode-resistive cell 3 connected to a microprocessor 4 is connected to a capacitive sensor 2. The microprocessor must be equipped with an analog-to-digital converter and memory.

Датчик температуры 6 в виде полупроводникового сопротивления включен в цепь питания генератора 1.The temperature sensor 6 in the form of a semiconductor resistance is included in the power circuit of the generator 1.

Микропроцессор 4 соединен с алфавитно-цифровым индикатором 5.The microprocessor 4 is connected to an alphanumeric indicator 5.

Прибор содержит разделительный конденсатор, включенный в цепь питания датчика для отделения цепи питания микропроцессора (не показан).The device comprises an isolation capacitor included in the sensor power circuit to separate the microprocessor power circuit (not shown).

Устройство работает следующим образом. Измеряемый бензин заполняет рабочее пространство емкостного датчика 2. Электрическая емкость датчика 2 принимает значение, определяемое октановым числом бензина. Вырабатываемое генератором напряжение в виде прямоугольных импульсов со скважностью, равной двум, поступает на последовательно соединенные емкость датчика 2 и резистивно-диодную ячейку 3. Возникающий при этом ток переходного процесса преобразуется в ячейке 3 в постоянное напряжение и поступает на вход встроенного в микропроцессор 4 аналого-цифрового преобразователя, где приобретает цифровую форму измеренного напряжения. Встроенная в микропроцессор электронная память хранит в табличном виде зависимость напряжения на резисторе в ячейке 3 от октанового числа бензина с учетом параметров этой ячейки и емкостного датчика. Микропроцессор 4 запрограммирован таким образом, что коды его выходного порта управляют работой алфавитно-цифрового индикатора для получения результата измерения непосредственно в октановых числах.The device operates as follows. The measured gasoline fills the working space of the capacitive sensor 2. The electric capacity of the sensor 2 takes on a value determined by the octane number of gasoline. The voltage generated by the generator in the form of rectangular pulses with a duty cycle of two is applied to the sensor capacitance 2 and the resistive-diode cell 3 connected in series. The resulting transient current is converted to a constant voltage in the cell 3 and fed to the input of the analog-built into the microprocessor 4 digital converter, where it acquires the digital form of the measured voltage. The electronic memory built into the microprocessor stores in a tabular form the dependence of the voltage across the resistor in cell 3 on the octane number of gasoline, taking into account the parameters of this cell and the capacitive sensor. The microprocessor 4 is programmed in such a way that the codes of its output port control the operation of the alphanumeric indicator to obtain the measurement result directly in octane numbers.

Поскольку изменение температуры бензина и датчика влияют на показания прибора, предусмотрена коррекция этих показаний с помощью полупроводникового датчика температуры 6, параметры и температурная характеристика которого подбираются к конкретной конструкции прибора.Since changes in the temperature of gasoline and the sensor affect the readings of the device, a correction is provided for these readings using a semiconductor temperature sensor 6, the parameters and temperature characteristics of which are selected for the specific design of the device.

Принцип работы датчика позволяет выполнить его в нескольких вариантах в зависимости от условий применения. Предлагаемый прибор, в зависимости от компоновки, имеет возможность встраивания непосредственно в бензопровод автомобиля либо его можно погружать в контрольную посуду при операции слива топлива в хранилище автозаправочной станции.The principle of operation of the sensor allows it to be performed in several versions, depending on the conditions of use. The proposed device, depending on the layout, can be built directly into the gas line of a vehicle or it can be immersed in a test container during the fuel draining operation in a gas station storage.

Claims

1. A device for indicating the octane number of motor gasolines, comprising a generator to which a capacitive sensor is connected, a temperature sensor, a microprocessor connected to an indicator, characterized in that it further comprises a diode resistive cell connected between the capacitive sensor and the microprocessor, the microprocessor contains an analog-to-digital converter and memory built into it, and a rectangular pulse generator is selected as a generator, the temperature sensor is a semiconductor with resistance included in the generator power circuit.

2. The device according to claim 1, characterized in that an isolation capacitor is included in it, included in the sensor power circuit.

3. The device according to claim 1, characterized in that a sensor is selected as a capacitive sensor, in which the electrodes are separated by supporting elements, the shape of the boundaries of which coincide with the shape of the electric field lines.