汽油辛烷值測定方法及裝置的製作方法

2023-06-03 03:09:56

專利名稱：汽油辛烷值測定方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及汽油品質的測定技術，具體地說它涉及一種測定車用汽油辛烷值的新方法及其測定裝置。
目前市場上的汽油標號是以汽油的辛烷值表示的，辛烷值代表汽油的抗爆性，我國通常用馬達法測定，試驗用發動機是專門設計的可變壓縮比單缸機(稱為C、F、R發動機)，在規定條件下用電力機械感震器測定爆燃強度。標準燃料是異辛烷〔CH3C(CH3)C2CH2CHCH3CH3-三甲戊烷〕和正庚烷，異辛烷用作抗爆性優良的標準，其辛烷值為100，正庚烷作為抗爆性低劣的標準，其辛烷值為0。將這兩種標準燃料按不同的比例混合，可得到各種不同抗爆性等級(辛烷值從0到100)的標準混合燃料。在C、F、R發動機上按上述馬達法規定的工況進行測定時，先用待測燃料工作，逐漸增加壓縮比，直到爆震儀指示出標準的爆燃強度為止。之後保持壓縮比不變，選配某一成分的標準混合燃料，使發動機產生同樣強度的爆燃，這時標準混合燃料中所含異辛烷的容積百分數，就規定為待測燃料的辛烷值。
從以上的敘述可以看出辛烷值的測量是非常費事的，爆震法需要精密而貴重的設備、儀器和熟練的操作人員，要有特別配製的標準油樣和進行對比的待測油料，設備笨重，無法攜帶，必須安裝在專用的試驗室內，且每一種待測油料的測試時間長，是一項消耗時間和金錢的測試方法，在美國檢測一個(R+M)/2參數需150美元，在我國檢測一個研究法辛烷值(RON)或馬達法辛烷值(MON)參數需要750～1000元人民幣。在許多國家，除煉油廠和國家試驗研究單位外，很少有地方試驗室能檢測辛烷值。我國更是這樣，由於檢測手段和方法的限制，使汽油的經營、管理和貿易無法確保油品質量，對車輛特別是轎車的使用條件，以及科研部門的研究工作和新產品的開發工作都帶來極大的影響和不利。
爆震法是十九世紀二十年代隨著西方工業革命和石油工業的發展而產生的一種＂模擬對比法＂其累積誤差和隨機誤差都相當大，同一油樣在不同的時間、地點和不同的操作人員、不同的設備(甚至同一型號的不同設備)會得出不同的結果，其重現性是比較差的。
我國目前的煉油廠多是引進研究法(RON)和馬達法(MON)設備，近幾年有人研究光譜分析法和冷燃法測定辛烷值，多因設備笨重，價格昂貴和測定結果不穩定而無法推廣。
美國推出的Z×101型手持式辛烷值分析儀是用固態光學系統構成的窄帶光譜儀，只能檢測無鉛高標號汽油，而對我國多數含鉛汽油的低標號汽油不適用(因我國含鉛汽油有染色問題，一般為紅色，影響光譜儀檢測)，且該儀器每臺約16萬人民幣，非常昂貴，一般單位用不起。
本發明的目的即在於針對上述現有技術的不足，而提供一種新型辛烷值測定方法及裝置，從而解決專用設備和專門試驗室在油品測試方面的種種不便，並解決光譜分析法和冷燃法因設備笨重、價格昂貴和測定結果不穩定、無法推廣的問題，以及美國新推出的手持式窄帶光譜儀對於帶色的含鉛汽油不適用等方面的問題。
本發明的目的是這樣實現的；一種利用電子技術和函數法相結合的汽油辛烷值測定方法，包括以下內容(a)通過大量實測數據得出汽油辛烷值Yn與其相對介電常數εrn之間的關係，即Yn＝f(εrn)；
(b)通過測定浸入待測汽油中的平行極板電容傳感器(3)的電容Cn值來得出該待測汽油的相對介電常εrn；(c)將Yn＝f(εrn)函數關係和待測汽油的相對介電常數εrn值輸入微型處理器進行處理，並通過顯示器用模擬信號或數碼直接顯示出待測汽油辛烷值。所說的汽油辛烷值Yn＝f(εrn)函數為一斜率為K的直線，將Yn與Ya進行對比得出Yn＝Ya-εra/K+εrn/K。對於無鉛汽油，K＝0.02～0.04(圖3中實線)；對於含鉛汽油K＝-0.05～-0.08(圖3中虛線)。
本發明的裝置如下辛烷值測定裝置包括辛烷值測試儀，該辛烷值測試儀具有顯示器(1)、鍵盤(2)、傳感器(3)、傳感器杆柄(6)、其中傳感器(3)裝在傳感器杆柄(6)上，傳感器杆柄(6)可以圍繞外殼(10)上的銷柱(101)轉動，傳感器(3)上面還罩有傳感器罩(5)；在外殼(10)內下部裝有電池(4)，中間裝有印刷線路板(7)，外殼(10)的背部有後蓋(11)，側面有與微型打字機連接的接口(8)。傳感器(3)為平行極板式電容器，其極板是非磁性金屬板製成，其厚度為0.2～1.0mm，正極與負極板互相間隔並各由集電極(A)和集電極(B)相連，集電極(A)、(B)通過外殼(10)上的密封隔板分別與印刷線路板(7)上的電子線路連接。傳感器(3)的極板(21)與絕緣材料的底座(30)注塑在一體。
本發明的在線測量裝置如下；在線測量裝置，包括傳感器(3)、儀錶盤面板(12)、電源線接入插座(13)、傳感器導線接入插座(14)、電子計算器接口(15)和控制/記錄儀表接口(16)；其中傳感器(3)裝在與油路管道連接在一起的傳感器外殼(34)裡面，傳感器外殼(34)上部裝有密封座(33)，該密封座(33)內裝有傳感器極片(21)，傳感器極片(21)與絕緣材料基座(30)注塑成一體，密封座(33)上部裝有密封的接線盒(31)，在密封座(33)與外殼(34)之間具有密封耐油橡膠圈(36)和密封耐油橡膠墊(35)。
本發明的方法和裝置具有以下優點和效果；1、通過從對汽油足夠的實測數據中測得辛烷值Yn和相對介電常數εrn之間的關係，並求出其線性函數的斜率K值，就能用脈衝數位技術通過微處理器處理或直接顯示汽油的標號(辛烷值)。
2、本發明的辛烷值測試儀的傳感器浸入汽油就可立即顯示汽油的標號(辛烷值)既達到了快速而方便的測試目的，又適用於無鉛汽油和含鉛汽油，並能保證一定的精度要求。
3、本發明的辛烷值測試儀可以用已知標號的標準油樣校準(要求較嚴格的場合)，也可以直接用在空氣中的讀數進行自校(對一般性的汽油標號測定)。
4、本發明的辛烷測試儀製造成本很便宜，既解決了專用設備和專門試驗室在油品試驗方面的種種不便，又解決了光譜分析法、冷燃法因設備笨重、價格昂貴以及測定結果不穩定無法推廣的問題。本發明的辛烷值測試儀廣泛適用於汽油的生產、運輸、貯存、貿易、銷售和使用等方面，尤其對汽車司機使用非常方便。
附圖的圖面說明如下

圖1a～1c為電容式傳感器結構2a～2c為可鑄型電容式傳感器結構3為汽油辛烷值與介電常數的關係4為電路方框5為電子線路6為程序框7a、7b為本發明的QSW-100型辛烷值測試儀結構示意8a、8b為本發明的實施例二的辛烷值測試儀結構示意9為記憶型辛烷值測試儀結構示意10為汽油標號測試儀結構示意11為儀錶板型辛烷值測試儀結構示意12為在線檢測用管道密封式傳感器結構13為在線檢測系統示意14為加油站在線檢測(大屏幕顯示)示意15為油庫在線檢測系統示意圖下面結合附圖和實施例作進一步說明一、本發明的辛烷值檢測原理本發明是採用相對介電常數法(簡稱SW法)間接檢測汽油的辛烷值。汽油屬於礦物油，是不導電的絕緣體，常溫下呈液態，粘度低，流動性好，易揮發，綜合汽油的這些特點，利用以空氣為介質的平行極板電容式傳感器很容易測得汽油的相對介電常數εr值。
由理論電工學中得知平行極板間的電容C為C＝εo·εr·S/b式中εo-真空的介電常數(εo＝8.85415×10-12F/M)εr-相對介電常數(在空氣中εro＝1)S-平行極板的面積(cm2)b-平行極板的間距、即介質一平行極板電容傳感器在空氣中的電容是CoCo＝εo·εro·S/b，其中εro＝1同一傳感器在汽油中的電容是CnCn＝εo·εrn·S/b則Cn/Co＝εrn/εro＝εrn所以，汽油的相對介電常數εrn值等於同一傳感器以汽油為介質時的電容值Cn與以空氣為介質時的電容值Co之比，對同一品種汽油為一常數，而與該傳感器的初始電容值Co無關，這一點非常重要。
大量實測表明常用汽油的介電常數在1.8～2.3之間而不同品質的汽油，其介電常數與辛烷值呈線性變化關係(見圖3)。如果已知對比標準油樣A的介電常數εra值與待測油樣的εrn測得值比較，就知道待測油樣的辛烷值了。
二、辛烷值檢測方法和程序從上述辛烷值檢測原理可以看出，檢測εrn實質上是檢測傳感器在汽油中的電容值Cn，而電容值的快速測定是現代電子技術容易實現的。
本發明通過檢測浸在汽油中的平行極板電容傳感器的Cn值來得出該汽油的相對介電常數εrn，與已知標準油樣A的相對介電常數εra對比，間接得出汽油的辛烷值。從大量的實測數據中總結出辛烷值與相對介電常數之間的關係如圖3所示，用公式Yn＝f(εrn)表示。
在圖3中示出A點與N點，分別表示已知標準油樣的標號(辛烷值)Ya和它的相對介電常數εra(用實驗方法得到)，以及待測油樣的標號(辛烷值)Yn和它的介電常數εrn。
則有(εrn-εra)/Yn-Ya＝tangα＝KK＝Δεr/ΔY為Yn特性的斜率。
如果取單位標號變化值ΔY＝1時K＝Δεr，用一個計數脈衝來表示，則；Yn＝Ya+(εrn-εra)/K＝Ya-εra/K+εrn/K＝Ya+Na+Nn＝Xa+Nn其中Xa＝Ya-εra/K為已知數Na為對應於已知標準油樣的計數脈衝數Nn為對應於待測油樣的計數脈衝數。
因為在空氣中εro＝1所以在空氣中的計數脈衝總數為No＝1/K＝εro/Δεr，儀表讀數為Yno＝Xa+No，所以不用標準油樣也能校準儀表，此時只要校準傳感器在空氣中的讀數就可以了。
綜上所述可以得出以下結論1、只要從足夠的實測數據中測得K值，就能用脈衝數位技術直接顯示汽油標號(辛烷值)。也可以用函數方法得出模擬量或汽油標號數值。
2、只要有一個已知標號的標準油樣就可以校準儀表。
3、用儀表傳感器在空氣中的讀數也能對儀表進行自校。
4、同一標號的汽油，由於運輸和貯存條件不同，產地和工藝方法不同，其相對介電常數εr值往往要發生變化，但其變化範圍是有限的，讀數偏差是允許的。對嚴格的油品質量測定，必須用標準油標定(校準)儀表，對一般性的汽油標號測定，可以不用標準油樣校準，儀表自校就可以了。下面結合一具體例子進行說明已知90號標準油相對介電常數εra＝2.00，斜率K＝0.03
則Yn＝Ya-εra/K+εrn/K＝90-67+εrn/0.03＝23+33εrn＝23+Nn傳感器在空氣中Yno＝23+33εro＝23+33＝56即儀表傳感器在空氣中的校準讀數為56。
由此可見常數Xa＝23和Yno＝56隻與K值有關，與傳感器的初始電容Co無關，所以傳感器的設計不受初始電容的限制。
三、檢測儀器的具體實施方案；實施例一本發明的QSW-100型辛烷值測試儀，見圖7a、7b外形尺寸180×95×35毫米，傳感器採用圖2a～2c所示結構，電路框圖如圖4，電子線路圖如圖5，程序框圖見圖6，電源電壓為直流6V，傳感器初始電容Co＝100P，定時/計數頻率為fa＝33.3千周，計數脈衝周期T＝30μs，計數門寬td＝1.8～2.3ms，採樣(顯示)速度每秒2次。採用8031微處理器，LCM液晶顯示模塊和中斷式組合鍵盤，微型印表機GP16(或TPμP-40)通過接口設置在機外。
本辛烷值測試儀具有顯示器1、鍵盤2、傳感器3、傳感器杆柄6，該傳感器3在使用時可將傳感器杆柄6向下轉動，並插入油樣杯9中，不用時向上轉動收起，傳感器3由傳感器罩5罩住，傳感器杆柄6通過外殼10上的銷柱101鉸接在外殼10上，在外殼10裡的下部裝有電池4，其背部有一後蓋11，中間裝有印刷電路板7，側面有與微型打字機連接的接口8。
圖1a～1c所示的傳感器為平行極板式電容器，其極板21是非磁性金屬板(鋁、銅、無磁不鏽鋼等材料)製成，其厚度為0.2～1.0mm間隔，為擴大極板面積，分成兩組呈梳狀互相插空，圖中黑色為正極板，白色為負極板，兩組極板分別用集電極A和集電極B連在一起，集電極A、B通過外殼10上的密封隔板分別與電子線路相連接。
圖2a～2c所示的傳感器與圖1a～1c的不同點在於將極板21在絕緣材料的底座(30)注塑過程中直接預先插入並注塑在一起。
圖4所示為邏輯電路框圖，其中包括時鐘振蕩電路I、採樣電路II、控制門電路III、顯示器IV、微處理器(CPU)V和鍵盤VI，根據需要可以與微型打字機VII連接。
由圖5的電子線路圖中可以看到本發明的實施例一中的微處理器(CPU)IV採用8031單片機，顯示器V為LCD顯示器，並採用LCM點陣式模塊，在機外可配備GP16或TPμP-40微型印表機。關於程序框圖見圖6。
實施例二見圖8a～8c與實施例一的不同點只有傳感器杆柄6可以轉動的方向不同，以及個別鍵的位置安排不同，其它結構與實施例一完全相同。
實施例三見圖9a、9b其特點是將外殼的下半部製成一可分開矩形槽該矩形槽也就是油樣杯9，在使用時將該油樣杯9取下並盛入油樣即可使用。同時其鍵盤上增加了記憶鍵。這種辛烷值測試儀適合國內高檔汽車司機、汽油供銷部門、工商管理部門使用，也是氣密封型，具有防火防爆功能。
實施例四；見圖10a、10b該測試儀比較小型化其中的電池4採用鈕扣電池並增加鎖讀鍵，適用於普通汽車司機，由於出廠校準(不能用油樣校準)所以只適用於一般性測試，價格也較低廉，只適用於國內。
實施例五見圖11a～11c為儀錶板型辛烷值測試儀(在管路線上檢測時用)適用安裝在煉油廠、油庫等生產集中管理的儀錶盤上，把傳感器安裝在現場和管道上進行集中測試和控制。圖中有儀錶盤面板12，電源線接入插座13、傳感器導線接入插座14、電子計算器接口15和控制、記錄儀表接口16，其它各零件號和名稱與圖7a、7b相同。圖12所示即為裝在管道上的密封式傳感器結構圖，其中傳感器外殼34兩端具有法蘭盤37，可以與油路管道連接，外殼34上部裝有傳感器密封座33在密封座33內裝有電容器極板21並由絕緣材料基座30注塑成一體，密封座33上部裝有密封接線盒31，密封雙線絕緣子32中有傳感器引出的導線，在密封座33與外殼34之間具有密封耐油橡膠圈36和密封耐油橡膠墊35進行密封。
圖13所示為辛烷值在線檢測系統示意圖，圖中各個管道上裝有如圖12所示的密封式傳感器40，和儀錶板型辛烷值測試儀41，控制、記錄儀錶盤42，電子計算機系統43、生產工藝裝置44。
圖14所示為加油站在線檢測系統示意圖，圖中在加油器46上裝有大屏幕汽油標號顯示器45，在管路上裝有多個控制閥門47，並在管路上裝有密封式傳感器40。
圖15所示為油庫在線檢測系統示意圖，圖中油庫48的輸入管路和輸出管路上均裝有密封式傳感器40。
從以上的實施例以及各種系統示意圖中可以看出本發明的測試儀器和裝置使用極其廣泛，從汽油的生產過程到運輸、貯存、使用等各個方面均能極其方便地推廣應用。
權利要求
1.一種利用電子技術和函數法相結合的汽油辛烷值測定方法，其特徵在於所說的測定方法包括以下內容(a)通過大量實測數據得出汽油辛烷值Yn與其相對介電常數εrn之間的函數關係，即Yn＝f(εrn)；(b)通過測定浸入待測汽油中的平行極板電容傳感器(3)的電容Cn值來得出該待測汽油的相對介電常εrn；(c)將Yn＝f(εrn)函數關係和待測汽油的相對介電常數εrn值輸入微型處理器進行處理，並通過顯示器用模擬信號或數碼直接顯示出待測汽油辛烷值。
2.根據權利要求1所述的汽油辛烷值測定方法，其特徵在於所說的汽油辛烷值Yn＝f(εrn)函數為一斜率為K的直線，將Yn與Ya進行對比得出Yn＝Ya-εra/K+εrn/K。
3.根據權利要求1或2所述的汽油辛烷值測定方法，其特徵在於對於無鉛汽油，K＝0.02～0.04；對於含鉛汽油K＝-0.05～-0.08。
4.一種利用電子技術和函數法相結合的汽油辛烷值測定裝置，其特徵在於所說的辛烷值測定裝置包括辛烷值測試儀，該辛烷值測試儀具有顯示器(1)、鍵盤(2)、傳感器(3)、傳感器杆柄(6)，其中傳感器(3)裝在傳感器杆柄(6)上，傳感器杆柄(6)可以圍繞外殼(10)上的銷柱(101)轉動，傳感器(3)上面還罩有傳感器罩(5)；在外殼(10)內下部裝有電池(4)，中間裝有印刷線路板(7)；外殼(10)的背部有後蓋(11)，側面有與微型打字機連接的接口(8)。
5.如權利要求4所述的汽油辛烷值測定裝置，其特徵在於傳感器(3)為平行極板式電容器，其極板是非磁性金屬板製成，厚度為0.2～1.0mm，正極與負極板互相間隔並各由集電極(A)和集電極(B)相連，集電極(A)、(B)通過外殼(10)上的密封隔板分別與印刷線路板(7)上的電子線路連接。
6.如權利要求4所述的利用電子技術和函數法相結合的汽油辛烷值測定裝置，其特徵在於傳感器(3)的極板(21)與絕緣材料的底座(30)注塑成一體。
7.一種利用電子技術和函數法相結合的汽油辛烷值測定裝置，其特徵在於；所說的辛烷值測定裝置是一種在線測量裝置，它包括傳感器(3)、儀錶盤面板(12)、電源線接入插座(13)、傳感器導線接入插座(14)、電子計算器接口(15)和控制/記錄儀表接口(16)；其中傳感器(3)裝在與油路管道連接在一起的傳感器外殼(34)裡面，傳感器外殼(34)上部裝有密封座(33)，該密封座(33)內裝有傳感器極片(21)，傳感器極片(21)與絕緣材料基座(30)注塑成一體，密封座(33)上部裝有密封的接線盒(31)，在密封座(33)與傳感器外殼(34)之間具有密封耐油橡膠圈(36)和密封耐油橡膠墊(35)。
全文摘要
一種汽油辛烷值測定方法及裝置,它由傳感器、電子線路和顯示器組成,通過檢測汽油相對介電常數ε
文檔編號G01N27/22GK1183554SQ9511743
公開日1998年6月3日 申請日期1995年11月9日 優先權日1995年11月9日
發明者孫威 申請人:孫威