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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Medidor ultrasónico de octanaje de gasolina. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición Muchos automóviles modernos están equipados con un sistema de encendido electrónico con una unidad de control por computadora para el suministro y la inyección de combustible. Uno de los parámetros importantes para el correcto funcionamiento de la centralita es el octanaje de la gasolina. Si no cumple con el estándar, el motor no podrá operar en el modo óptimo, el proceso de control de inyección de combustible se verá interrumpido, hasta una pérdida de potencia de emergencia. Por lo tanto, la presencia de un dispositivo simple y asequible para que todos los automovilistas controlen el octanaje de la gasolina vertida en un tanque de combustible es muy importante hoy en día. Existen muchos métodos diferentes para medir el octanaje de la gasolina [1], sobre la base de los cuales se ha dominado la producción de octanómeros. Por ejemplo, el dispositivo ZX101C ampliamente utilizado en Rusia por Zeltex utiliza un método para medir el octanaje basado en la absorción de radiación infrarroja por parte de la gasolina en el rango de 800...1100 nm. El diseño óptico patentado del dispositivo contiene 14 filtros de luz, lo que da como resultado 14 lecturas del espectro de absorción en el rango especificado. A continuación, según el modelo de calibración, se calcula el número de octano. También se produce un analizador de laboratorio XX-440, diseñado para el análisis rápido del octanaje de la gasolina. Es fácil de usar y tiene una alta confiabilidad debido a las tecnologías modernas más sofisticadas y soluciones técnicas patentadas utilizadas en su creación. Después de cada encendido, el dispositivo realiza una autocomprobación para lograr la máxima precisión. Los resultados de la medición se muestran en la pantalla y se pueden imprimir en la impresora incorporada que indica el número de muestra, la fecha y la hora de la prueba. Pero el costo de dicho dispositivo se mide en decenas de miles de dólares estadounidenses. Incluso para un radioaficionado con mucha experiencia es muy difícil crear octanómeros similares en casa. Para crear un dispositivo de tamaño pequeño y económico para el control operativo de la calidad del combustible, se puede utilizar el método ultrasónico para determinar el octanaje de la gasolina [2], que se basa en medir la velocidad de propagación del ultrasonido en la gasolina. En base a este método, la industria nacional ya produce octanómeros AC-98, SHATOX SX-150, OKTAN-IM, etc. El medidor de octanos considerado a continuación no pretende ser muy preciso para determinar el número de octanos de la gasolina en comparación con la precisión declarada de los dispositivos industriales, pero sin embargo permite distinguir la gasolina buena de la mala. Esto es importante para un entusiasta de los automóviles, ya que la calidad de la gasolina en muchas estaciones de servicio, desafortunadamente, no cumple con los estándares. Además, dicho octanómero es fácil de fabricar, requiere un ajuste mínimo y utiliza una base de elemento barata.
El diagrama de bloques del octanómero ultrasónico se muestra en la fig. 1. A la salida del generador de pulso único, se forma un pulso (1), que el transmisor transfiere a la frecuencia resonante del emisor de ultrasonido (2). Para los emisores ultrasónicos más comunes producidos actualmente, esta frecuencia es de 40, 200 o 400 kHz [3]. El pulso se irradia al tanque de gasolina del automóvil. En el lado opuesto del tanque de gasolina, un receptor ultrasónico recibe este pulso (3), y un detector selectivo lo convierte en un pulso de corriente continua (4), retrasado con respecto al pulso (1) por el tiempo que el ultrasonido se propaga en la gasolina. . Esta vez es igual Δt = L/V, donde L es la distancia entre el emisor y el receptor de ultrasonido; V es la velocidad de propagación del ultrasonido en la gasolina analizada. A lo largo de los frentes de los pulsos emitidos y recibidos, se forma un pulso (5) cuya duración es igual a Δt. Al medirlo y conocer la distancia entre el transmisor y el receptor, puede calcular la velocidad V y usarla para estimar el octanaje de la gasolina. Para medir la duración, el pulso se llena con los siguientes pulsos de conteo con un período conocido y se cuenta su número. Luego, este número se compara con las constantes de referencia para diferentes marcas de gasolina y, según los resultados de la comparación, que se muestran en el indicador LED, se llega a una conclusión sobre la marca y la calidad de la gasolina. Los valores de la velocidad de propagación de los ultrasonidos a diferentes temperaturas en la gasolina, actualmente utilizados en los motores de los automóviles y en el aire, se dan en la Tabla. 1. Tabla 1
Dado que la velocidad de propagación del ultrasonido en la gasolina depende significativamente de la temperatura, la instalación de medición está equipada con un termostato, habiendo incorporado un sensor de temperatura y un calentador en el tanque de gasolina. Esto mejora significativamente la precisión de la medición, especialmente en invierno. En la fig. 2. El transmisor y el detector de señal ultrasónica selectiva se basan en el chip decodificador de tono LM567 (DA2). Este microcircuito es un detector síncrono, cuyo oscilador de referencia está cubierto por un bucle PLL. El generador se puede sintonizar a cualquier frecuencia F de 100 Hz a 500 kHz seleccionando los parámetros apropiados de los elementos C6, R9 y R10: F = 1/(1,1·C6·(R9+R10)). Dado que el dispositivo utiliza transductores ultrasónicos MA40S4R (VM1) y MA40S4S (BA1) con una frecuencia de resonancia de 40 kHz [3], la frecuencia del generador debe ser la misma. Al usar el mismo generador para generar el pulso emitido y detectar el recibido, se asegura una sintonización estable del receptor a la señal del transmisor.
El oscilador de cristal en el elemento lógico DD8.4 genera pulsos de conteo con una frecuencia de 1 MHz, que, utilizando el elemento DD8.3, llenan el pulso de la diferencia entre las señales emitidas y recibidas, que se forma en la salida del elemento dD8. 1. Así, el número de pulsos que han pasado por el elemento DD8.3 es igual a la duración del paso del segmento medido por ultrasonidos en gasolina, expresado en microsegundos. Para gasolina de diferentes grados a una temperatura de 20 оCon y la longitud del segmento medido 1 m, este número (N) se indica en la Tabla. 2. Tabla 2
Los pulsos son contados por el contador DD1. Dado que solo se utilizan siete de sus dígitos, que pueden contener un número que no exceda de 127, se desbordan muchas veces durante el proceso de conteo y, al finalizar, contienen el resto de dividir el número de pulsos contados por 128 (N mod 128) . Estos residuos también se enumeran en la Tabla. 2. Dado que la diferencia entre los valores máximo y mínimo posibles de los residuos del número de pulsos no supera los 127, no hay ambigüedad en el conteo al analizar el estado de solo siete dígitos del contador. El número de las salidas del contador se alimenta a una de las entradas del comparador digital en los microcircuitos DD3 y DD5. En la segunda entrada del comparador usando el interruptor SA1 sirven alternativamente los números correspondientes a la duración de referencia del retraso para cuatro grados de gasolina. Estos números se establecen en las entradas de los elementos del búfer DD2, DD4, DD6 y DD9 en código binario inverso, ya que estos elementos se están invirtiendo. Dado que las salidas de estos elementos tienen tres estados, se pueden combinar en un bus común, lo que se hace en el medidor de octanaje. Con una longitud diferente del segmento medido (la longitud del tanque de gasolina), los números ejemplares N cambian proporcionalmente, luego se toman los restos de su división por 128. Comenzando a medir el octanaje de la gasolina, debe colocar el interruptor SA1 en la posición "AI-80". Luego reinicie el contador presionando el botón SB1 y, presionando el botón SB2, tome una medida. Si el octanaje de la gasolina es inferior a la referencia para gasolina de esta marca, entonces se encenderá el LED rojo HL3. Si es igual a la referencia, se encenderá el LED amarillo HL2. Si es más, se encenderá el LED verde HL1. En este último caso, el interruptor SA1 debe moverse secuencialmente a las posiciones correspondientes a números de alto octanaje, mientras se continúan observando los LED. Establecer el dispositivo se reduce a configurar la frecuencia a 40 kHz en el pin 5 del chip DA3 usando la resistencia de corte R9. Si se utilizan transductores ultrasónicos de frecuencia más alta de 100 o 200 kHz, la frecuencia del generador debe aumentarse en consecuencia. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que con un aumento en la frecuencia del ultrasonido, aumenta su atenuación en la gasolina. Por lo tanto, habrá que reducir las dimensiones del tanque en el que se realizan las mediciones, y esto aumentará el error del instrumento. Los microcircuitos digitales utilizados en el octanómero pueden ser reemplazados por sus análogos importados de las series 4000 y 74HC. En lugar del regulador de voltaje LT3013EFE, funcionará cualquier regulador lineal con un voltaje de salida ajustable o fijo de 5 V y una corriente de carga máxima de al menos 100 mA. Dado que la potencia disipada en el estabilizador es de unos 0,7 W, debe estar equipado con un disipador de calor. El circuito del termostato se muestra en la fig. 3. Se basa en un termostato especializado IC LM56BIM (DA1), que tiene un sensor de temperatura incorporado y una fuente de voltaje de referencia de 1,25 V (pin 1). Las temperaturas de encendido y apagado del calentador se establecen por los valores de voltaje en las entradas UTL (pin 3) y UTH (pin 2), respectivamente, que deben ser iguales [4]: UTL = 0,0062 TL + 0,395 UTH = 0,0062 TH + 0,395, donde TL y TH - establecer valores de temperatura, respectivamente, encendiendo y apagando el calentador, °C.
Estos voltajes se obtienen del voltaje de referencia Uref. (pin 1) usando un divisor de voltaje resistivo R1-R3. Dado el valor de RΣ\u1d R2 + R3 + RXNUMX, las resistencias de estas resistencias se pueden calcular usando las fórmulas: R2=TTLRΣ / 1,25 R1 = (UTHRΣ / 1,25) - R2 R3=RΣ -R1-R2 Los valores nominales de las resistencias R1-R3 indicados en el diagrama proporcionan una temperatura de encendido del calentador de aproximadamente 18 оC, y la temperatura de su apagado es de unos 26 оC. Si la temperatura de la gasolina es inferior a 18 оC, luego se enciende el LED HL2 y se enciende el elemento calefactor EK1. Si la temperatura es superior a 26 оC, el calentador se apaga, pero el LED HL1 se enciende. Por tanto, cuando alguno de los LED está encendido, no merece la pena medir el octanaje de la gasolina. Para medir correctamente la temperatura de la gasolina, el paquete de chips LM56BIM debe tener un buen contacto térmico con el tanque de gasolina. Para calentar el depósito de gas se utilizaron láminas calefactoras autoadhesivas [5]. Literatura
Autor: A. Kornev
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