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一种便携式汽油标号检测仪的设计

2013-09-30 02:31 摘要：介绍了一种由C51单片机控制的便携式汽油标号检测仪，对该系统的测量原理和控制器的硬件结构进行了说明，介绍了软件主流程结构及其模块化设计。通过与传统油介质检测方法的比较，说明了该系统各项性能的优越性及其广泛的应用价值。

随着近年来我国经济的快速发展，汽车逐渐走入普通家庭，人们对汽油的消费也多了起来。由于汽车发动机对汽油的指标有严格的限制，使用指标不合格的汽油会损坏发动机；于是，对汽油标号的检测就变得重要起来。为此，设计了一种便携式油介质检测仪，用它可以实现对汽油标号的实时检测，从而满足了市场上实际应用的需要。

１ 测量方案的实现

１.１ 设计原理

１.１.１ 背景知识

汽油的标号是由其辛烷值确定的。辛烷值是测定汽油抗震性能的一种指标，辛烷值越大，汽油的抗震性能越好。由于异辛烷的抗爆性最好，所以将它的抗爆性定为１００，也就是辛烷值为１００。其它燃料的辛烷值是通过与异辛烷比较来确定的，如９３号汽油的抗爆性是异辛烷的９３％，这种汽油的辛烷值就定为９３。

１.１.２ 模型的建立

现采用电容电测的方法，以电容为传感器，以相对介电常数为相关变量，间接测定汽油辛烷值。汽油是具有电气绝缘性能的液体混合物，粘度低、流动性好、挥发性强，这些特点为使用电容式传感器直接测量其相对介电常数创造了有利条件。

由电工学知识可知，平行板间的电容为：

Ｃ＝ε０·εｒ·Ｓ／ｂ

其中?熏ε０＝８．８５４１５×１０－１２Ｆ／ｍ,为真空的介电常数；εｒ为相对介电常数(在空气中εｒ０≈１)。

平行板电容式传感器在空气中的电容为：

Ｃ０＝ε０·εｒ０·Ｓ／ｂ

式中，Ｓ为平行板的面积；ｂ为平行板的间距。

同一传感器在汽油中的电容为：

Ｃ＝ε０·εｒｎ·Ｓ／ｂ

于是有：

Ｃ／Ｃ０＝εｒｎ·εｒ０≈εｒｎ

所以，汽油的相对介电常数εｒｎ约等于同一传感器以汽油为介质时的电容值Ｃ与以空气为介质的电容值Ｃ０之比。对同一品质的汽油，该比值为一常数。于是，可以通过测定浸入待测油品中的电容传感器的电容值Ｃ来得到待测汽油的相对介电常数εｒｎ。

图2 电路原理图

通过大量实测数据，得出汽油的辛烷值Ｙｎ与其相对介电常数εｒｎ之间存在着函数关系，即：

Ｙｎ＝Ｙ０－ｋ·εｒｎ

其中，ｋ为斜率参数；Ｙ０为截距参数。

这些参数需要根据实际环境在现场由试验标定设置。

１．２ 硬件设计

本装置的测量原理框图如图１所示。

这里选用了ＭＡＸ０３８高频精密波形发生器作为整个电路的核心器件，产生高频方波。ＭＡＸ０３８的工作频率范围为０．１Ｈｚ～２０ＭＨｚ；输出波形可以是三角波、正弦波、锯齿波、方波和脉冲波；频率和占空比独立调节；占空比可变（１５％～８５％）；具有低阻抗（０．１Ω）输出缓冲器和低失真（０．７５％）正弦波。

ＭＡＸ０３８的工作电压为±５Ｖ，其基本振荡器是一种通过恒定电流对电容Ｃ进行交替充放电的张弛振荡器，同时产生三角波和方波。充放电电流由流入引脚ＩＩＮ的电流来控制，由施加在引脚ＦＡＤＪ和引脚ＤＡＤＪ的电压来调节。

输出波形的占空比可以通过对引脚ＤＡＤＪ施加电压来控制。在正常情况下，ＶＤＡＤＪ＝０Ｖ，占空比为５０％。ＶＤＡＤＪ从＋２．３Ｖ变到－２．３Ｖ时，占空比从１５％变为８５％，大概每伏特变化１５％。当ＶＤＡＤＪ超过±２．３Ｖ时，将使频率漂移，并引起不稳定。调节引脚ＤＡＤＪ上的电压可以减少正弦波的失真。未调整时（ＶＤＡＤＪ＝０Ｖ）的占空比为５０％±２％，若对ＶＤＡＤＪ加一个小的调整电压（不大于１００ｍＶ），则可以使波形准确对称，并使失真减到最小。