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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Compteur d'octane à essence à ultrasons. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure De nombreuses voitures modernes sont équipées d'un système d'allumage électronique avec une unité de commande informatique pour l'alimentation et l'injection de carburant. L'un des paramètres importants pour le bon fonctionnement de l'unité de contrôle est l'indice d'octane de l'essence. S'il n'est pas conforme à la norme, le moteur ne pourra pas fonctionner en mode optimal, le processus de contrôle de l'injection de carburant sera perturbé, jusqu'à une perte de puissance d'urgence. Par conséquent, la présence d'un dispositif simple et accessible à tous les automobilistes pour surveiller l'indice d'octane de l'essence versée dans le réservoir de carburant est aujourd'hui très importante. Il existe de nombreuses méthodes différentes pour mesurer l'indice d'octane de l'essence [1], sur la base desquelles la production d'octanères a été développée. Par exemple, l'appareil Zeltex ZX101C, largement utilisé en Russie, utilise une méthode de mesure de l'indice d'octane basée sur l'absorption du rayonnement infrarouge par l'essence dans la plage de 800 à 1100 14 nm. La conception optique brevetée de l'appareil contient 14 filtres de lumière, ce qui permet de former XNUMX lectures de spectre d'absorption dans la plage spécifiée. Ensuite, l'indice d'octane est calculé sur la base du modèle d'étalonnage. Un analyseur de laboratoire XX-440 est également produit, conçu pour l'analyse express de l'indice d'octane de l'essence. Il est facile à utiliser et très fiable grâce aux technologies modernes les plus sophistiquées et aux solutions techniques brevetées utilisées dans sa création. Après chaque mise sous tension, l'appareil s'auto-teste pour obtenir une précision maximale. Les résultats de mesure sont affichés sur l'écran et peuvent être imprimés sur l'imprimante intégrée indiquant le numéro d'échantillon, la date et l'heure du test. Mais le coût d’un tel appareil se mesure en dizaines de milliers de dollars américains. Il est très difficile, même pour un radioamateur très expérimenté, de créer chez lui de tels octanomètres. Pour créer un appareil de petite taille et bon marché pour la surveillance opérationnelle de la qualité du carburant, vous pouvez utiliser la méthode ultrasonique pour déterminer l'indice d'octane de l'essence [2], basée sur la mesure de la vitesse de propagation des ultrasons dans l'essence. Sur la base de cette méthode, la branche de production nationale a déjà produit les octanomères AS-98, SHATOX SX-150, OKTAN-IM, etc. L'octanemètre discuté ci-dessous ne prétend pas être très précis dans la détermination de l'indice d'octane de l'essence par rapport à la précision déclarée des instruments industriels, mais permet néanmoins de distinguer la bonne essence de la mauvaise. Ceci est important pour un passionné de voitures, car la qualité de l'essence dans de nombreuses stations-service ne répond malheureusement pas aux normes. De plus, un tel octanomère est facile à fabriquer, nécessite un ajustement minimal et utilise une base élémentaire bon marché.
Le schéma fonctionnel d'un octanomètre à ultrasons est présenté sur la figure. 1. À la sortie du générateur d'impulsions unique, une impulsion (1) est générée, que l'émetteur transfère à la fréquence de résonance de l'émetteur d'ultrasons (2). Pour les émetteurs d'ultrasons les plus courants actuellement produits, cette fréquence est de 40, 200 ou 400 kHz [3]. L'impulsion est émise dans le réservoir d'essence de la voiture. De l'autre côté du réservoir d'essence, un récepteur à ultrasons reçoit cette impulsion (3), et un détecteur sélectif la transforme en une impulsion à courant continu (4), retardée par rapport à l'impulsion (1) tandis que les ultrasons se propagent dans l'essence. Cette fois est égale Δt = L/V, où L est la distance entre l'émetteur et le récepteur d'ultrasons ; V est la vitesse de propagation des ultrasons dans l'essence analysée. Le long des fronts des impulsions émises et reçues, une impulsion (5) est formée dont la durée est égale à Δt. En la mesurant et connaissant la distance entre l'émetteur et le récepteur, vous pouvez calculer la vitesse V et l'utiliser pour estimer l'indice d'octane de l'essence. Pour mesurer la durée, l'impulsion est remplie des impulsions de comptage suivantes avec une période connue et leur nombre est compté. Ce nombre est ensuite comparé aux constantes de référence pour différentes marques d'essence et, sur la base des résultats de comparaison affichés sur l'indicateur LED, une conclusion est tirée sur la marque et la qualité de l'essence. Les valeurs de la vitesse de propagation des ultrasons à différentes températures dans l'essence actuellement utilisée dans les moteurs automobiles et dans l'air sont données dans le tableau. 1. Tableau 1
La vitesse de propagation des ultrasons dans l'essence dépendant fortement de la température, l'installation de mesure est équipée d'un thermostat en intégrant un capteur de température et un réchauffeur dans le réservoir d'essence. Cela augmente considérablement la précision des mesures, surtout en hiver. Un diagramme schématique d'un octanomère fonctionnant selon le principe décrit est présenté sur la figure. 2. L'émetteur et le détecteur sélectif du signal ultrasonique sont construits sur la base de la puce de décodeur de tonalité LM567 (DA2). Cette puce est un détecteur synchrone dont l'oscillateur de référence est recouvert par une boucle PLL. Le générateur peut être configuré à n'importe quelle fréquence F de 100 Hz à 500 kHz en sélectionnant les paramètres appropriés des éléments C6, R9 et R10 : F = 1/(1,1·C6·(R9+R10)). Étant donné que l'appareil utilise des transducteurs ultrasoniques MA40S4R (BM1) et MA40S4S (BA1) avec une fréquence de résonance de 40 kHz [3], la fréquence du générateur doit être la même. En utilisant le même générateur pour former l'impulsion émise et détecter l'impulsion reçue, un accord stable du récepteur sur le signal de l'émetteur est assuré.
Un oscillateur à quartz basé sur l'élément logique DD8.4 génère des impulsions de comptage avec une fréquence de 1 MHz qui, à l'aide de l'élément DD8.3, remplit l'impulsion de la différence entre les signaux émis et reçus générés à la sortie de l'élément dD8. . 1. Ainsi, le nombre d'impulsions traversant l'élément DD8.3 est égal à la durée du passage ultrasonore d'un segment de mesure dans l'essence, exprimée en microsecondes. Pour essence de différentes marques à une température de 20 оAvec et la longueur du segment mesuré est de 1 m, ce nombre (N) est indiqué dans le tableau. 2. Tableau 2
Les impulsions sont comptées par le compteur DD1. Étant donné que seuls sept de ses chiffres sont utilisés, qui peuvent contenir un nombre ne dépassant pas 127, pendant le processus de comptage, ils sont débordés plusieurs fois et, à la fin, ils contiennent le reste de la division du nombre d'impulsions comptées par 128 (N mod 128). . Ces résidus sont également répertoriés dans le tableau. 2. Étant donné que la différence entre les valeurs maximales et minimales possibles du reste du nombre d'impulsions ne dépasse pas 127, il n'y a aucune ambiguïté dans le décompte lors de l'analyse de l'état de seulement sept bits du compteur. Le nombre des sorties du compteur va à l'une des entrées du comparateur numérique sur les puces DD3 et DD5. A l'aide du commutateur SA1, des nombres correspondant à la durée de temporisation de référence pour quatre marques d'essence sont alternativement fournis à la deuxième entrée du comparateur. Ces nombres sont fixés aux entrées des éléments tampons DD2, DD4, DD6 et DD9 en code binaire inverse, puisque ces éléments sont inversés. Étant donné que les sorties de ces éléments ont trois états, elles peuvent être combinées en un bus commun, ce qui se fait dans l'octanemètre. Avec une longueur différente du segment de mesure (la longueur du réservoir d'essence), les nombres standards N changent proportionnellement, puis les restes de leur division par 128 sont pris. Lorsque vous commencez à mesurer l'indice d'octane de l'essence, vous devez régler le commutateur SA1 sur la position « AI-80 ». Réinitialisez ensuite le compteur en appuyant sur le bouton SB1 et en appuyant sur le bouton SB2 pour prendre la mesure. Si l'indice d'octane de l'essence est inférieur à l'indice de référence de l'essence de cette marque, la LED rouge HL3 s'allumera. S'il est égal à celui de référence, la LED jaune HL2 s'allumera. Si plus, la LED verte HL1 sera allumée. Dans ce dernier cas, le commutateur SA1 doit être déplacé séquentiellement vers des positions correspondant à des indices d'octane plus élevés, tout en continuant à surveiller les LED. La configuration de l'appareil revient à régler la fréquence à 40 kHz sur la broche 5 de la puce DA3 à l'aide de la résistance d'ajustement R9. Si des transducteurs ultrasoniques à fréquence plus élevée de 100 ou 200 kHz sont utilisés, la fréquence du générateur doit être augmentée en conséquence. Cependant, il convient de garder à l’esprit qu’à mesure que la fréquence ultrasonore augmente, son atténuation dans l’essence augmente. Par conséquent, les dimensions du réservoir dans lequel les mesures sont effectuées devront être réduites, ce qui augmentera l'erreur de l'appareil. Les microcircuits numériques utilisés dans l'octanomètre peuvent être remplacés par des analogues importés des séries 4000 et 74HC. Au lieu du stabilisateur de tension LT3013EFE, tout stabilisateur linéaire avec une tension de sortie réglable ou fixe de 5 V et un courant de charge maximum d'au moins 100 mA convient. Le stabilisateur dissipant environ 0,7 W de puissance, il doit être équipé d'un dissipateur thermique. Le schéma du thermostat est illustré à la Fig. 3. Il est construit sur une puce de thermostat spécialisée LM56BIM (DA1), dotée d'un capteur de température intégré et d'une source de tension de référence de 1,25 V (broche 1). La température à laquelle le chauffage est allumé et éteint est définie par les valeurs de tension aux entrées UTL (broche 3) et UTH (broche 2), respectivement, qui doivent être égales à [4] : UTL = 0,0062 TL + 0,395 UTH = 0,0062 TH +0,395, où TL et TH - définir les valeurs de température pour allumer et éteindre le chauffage, °C.
Ces tensions sont obtenues à partir de la tension de référence Uref (broche 1) à l'aide d'un diviseur de tension résistif R1-R3. Étant donné la valeur de RΣ=R1+R2+R3, la résistance de ces résistances peut être calculée à l'aide des formules : R2=UTLRΣ / 1,25 R1 = (UTHRΣ / 1,25) - R2 R3=RΣ - R1 - R2 Les valeurs des résistances R1-R3 indiquées sur le schéma assurent que la température d'allumage du chauffage est d'environ 18 оC, et sa température d'arrêt est d'environ 26 оC. Si la température de l'essence est inférieure à 18 оC, puis la LED HL2 s'allume et l'élément chauffant EK1 s'allume. Si la température est supérieure à 26 оC, puis le chauffage s'éteint, mais la LED HL1 s'allume. Par conséquent, lorsque l’une des LED est allumée, cela ne vaut pas la peine de mesurer l’indice d’octane de l’essence. Pour mesurer correctement la température de l'essence, le boîtier de la puce LM56BIM doit avoir un bon contact thermique avec le réservoir d'essence. Des feuilles chauffantes autocollantes sont utilisées pour chauffer le réservoir de gaz [5]. littérature
Auteur : A. Kornev
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