一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于甲醇汽油中甲醇含量測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置及測量方法，該裝置應(yīng)用于對發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)中燃燒的甲醇汽油中的甲醇含量的測量。該裝置安裝在燃油導(dǎo)軌上，其特征在于，所述甲醇含量在線測量裝置包括信號采集單元、信號預(yù)處理單元、信號后處理單元；該裝置實現(xiàn)了在發(fā)動機正常工作時對燃油中甲醇含量的在線測量，能夠滿足發(fā)動機的電噴系統(tǒng)對所燃用甲醇汽油中甲醇含量的在線數(shù)據(jù)獲取的要求；該裝置成本低廉、體積小，在車輛上容易布置。
【專利說明】一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置及測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于甲醇汽油中甲醇含量測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置及測量方法，該裝置應(yīng)用于對發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)中燃燒的甲醇汽油中的甲醇含量的測量。

【背景技術(shù)】
[0002]甲醇汽油中甲醇含量的多少會影響發(fā)動機缸內(nèi)形成混合氣空燃比的值，甲醇的理論空燃比為6.52，而93#汽油的理論空燃比為14.9，因此，甲醇汽油中甲醇含量的測量對發(fā)動機正常工作而言是一項重要的工作。目前，對甲醇汽油中甲醇含量的測量方法主要有氣相色譜法、質(zhì)譜法和中紅外光譜法等，針對上述方法研制的測量設(shè)備有氣相色譜儀、質(zhì)譜儀、中紅外光譜吸收儀，上述儀器均無法滿足發(fā)動機的電噴系統(tǒng)對所燃用甲醇汽油中甲醇含量的在線數(shù)據(jù)獲取的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置及測量方法，該裝置實現(xiàn)了在發(fā)動機正常工作時對燃油中甲醇含量的在線測量，能夠滿足發(fā)動機的電噴系統(tǒng)對所燃用甲醇汽油中甲醇含量的在線數(shù)據(jù)獲取的要求；該裝置成本低廉、體積小，在車輛上容易布置。
[0004]為達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0005]方案一:
[0006]一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置，安裝在燃油導(dǎo)軌上，其特征在于，所述甲醇含量在線測量裝置包括信號采集單元、信號預(yù)處理單元、信號后處理單元；
[0007]所述信號采集單元包括外殼，所述外殼的右下側(cè)設(shè)置有進油口，所述外殼的左上側(cè)設(shè)置有出油口，所述進油口、出油口分別連接到燃油導(dǎo)軌上；所述外殼中部設(shè)置有電容極板，所述電容極板的每個極板上分別設(shè)置有接線柱，所述接線柱伸出到所述外殼外部；
[0008]所述信號預(yù)處理單元包括電容電壓轉(zhuǎn)換電路和高速CMOS 16通道模擬多路復(fù)用器，所述電容極板的其中一個極板電連接到電容電壓轉(zhuǎn)換電路，所述電容極板的另一個極板電連接到高速CMOS 16通道模擬多路復(fù)用器；
[0009]所述信號后處理單元包括單片機，用于顯示甲醇含量的顯示器；所述電容電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端電連接所述單片機的輸入端，所述單片機的輸出端電連接所述高速CMOS16通道模擬多路復(fù)用器的輸入端，所述單片機的輸出端電連接所述顯示器的輸入端。
[0010]本方案的特點和進一步改進在于:
[0011]所述電容極板的基體為耐醇塑料，其形成電極一側(cè)覆有銅箔；所述電容極板的其中一個極板上設(shè)置有環(huán)氧樹脂涂層。
[0012]所述電容電壓轉(zhuǎn)換電路采用CAV444芯片。
[0013]所述高速CMOS 16通道模擬多路復(fù)用器采用⑶74HC4067芯片。
[0014]所述單片機采用89C52單片機。
[0015]方案二:
[0016]一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量方法，基于上述甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置，其特征在于，包括以下步驟:
[0017]步驟一，用介電常數(shù)測試儀分別測量甲醇含量為1%?99%的甲醇汽油的介電常數(shù)，其中甲醇含量以1%遞增，并將測量得到的介電常數(shù)與其所對應(yīng)的甲醇含量存入單片機中；
[0018]步驟二，給所述甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置通電，所述信號采集單元的電容極板上的聚集電荷形成電壓值；所述信號預(yù)處理單元接收所述電壓值并將電壓值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電容值；所述單片機接收所述電容值，并通過公式:
[0019]C = ε 0 ε rA/d
[0020]式中:ε。為真空介電常數(shù)，ε0 = 8.854X10_12，
[0021]ε r為甲醇汽油的介電常數(shù)，
[0022]A為兩極板的相對面積，
[0023]d為兩極板之間的距離，
[0024]C為電容值，
[0025]計算得到甲醇汽油的介電常數(shù)ε r ;單片機將計算得到的甲醇汽油的介電常數(shù)ε r與其內(nèi)部存儲的介電常數(shù)比較，提取與計算得到的甲醇汽油的介電常數(shù)^最接近的內(nèi)部存儲的介電常數(shù)，對應(yīng)得到該內(nèi)部存儲的介電常數(shù)所對應(yīng)的甲醇含量；
[0026]步驟三，單片機將甲醇含量傳輸給顯示器，顯示器顯示甲醇含量值。
[0027]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)比具有以下優(yōu)點:該裝置實現(xiàn)了在發(fā)動機正常工作時對燃油中甲醇含量的在線測量，能夠滿足發(fā)動機的電噴系統(tǒng)對所燃用甲醇汽油中甲醇含量的在線數(shù)據(jù)獲取的要求；該裝置成本低廉、體積小，在車輛上容易布置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0029]圖1為本發(fā)明的一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置中的信號采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明的甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置中的信號預(yù)處理單元的電氣連接示意圖；
[0031]圖中:1、外殼；2、進油口 ；3、出油口 ；4、電容極板；5、接線柱。

【具體實施方式】
[0032]該甲醇含量在線測量裝置安裝在燃油導(dǎo)軌上，該甲醇含量在線測量裝置包括信號采集單元、信號預(yù)處理單元、信號后處理單元。
[0033]參照圖1，為本發(fā)明的一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置中的信號采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖；信號采集單元包括外殼1，外殼I的右下側(cè)設(shè)置有進油口 2，外殼I的左上側(cè)設(shè)置有出油口 3，進油口 2，出油口 3分別連接到燃油導(dǎo)軌上；外殼I中部設(shè)置有電容極板4，本實施例中平行設(shè)置有四組電容極板，使得測量結(jié)果更加準確；四組電容極板的八個極板上分別設(shè)置有接線柱5，接線柱5伸出到外殼I外部。
[0034]信號預(yù)處理單元包括電容電壓轉(zhuǎn)換電路和高速CM0S16通道模擬多路復(fù)用器，每組電容極板的其中一個極板電連接到電容電壓轉(zhuǎn)換電路，每組電容的另一個極板電連接到高速CMOS 16通道模擬多路復(fù)用器；
[0035]信號后處理單元包括單片機，用于顯示甲醇含量的顯示器；電容電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端電連接單片機的輸入端，單片機的輸出端電連接高速CMOS 16通道模擬多路復(fù)用器的輸入端，單片機控制CMOS 16通道模擬多路復(fù)用器按順序依次導(dǎo)通四組電容極板，從而實現(xiàn)電容電壓轉(zhuǎn)換電路逐個測量電容極板的電壓；單片機的輸出端電連接顯示器的輸入端。
[0036]其中，電容極板的基體為耐醇塑料，其形成電極一側(cè)覆有銅箔；每組電容極板的其中一個極板上設(shè)置有環(huán)氧樹脂涂層。
[0037]在本實施例中，每塊極板尺寸相同，長為82mm、寬為50mm,厚2mm ;極板間距為1mm。
[0038]其中，電容電壓轉(zhuǎn)換電路采用CAV444芯片。
[0039]其中，高速CMOS 16通道模擬多路復(fù)用器采用⑶74HC4067芯片。
[0040]其中，單片機采用89C52單片機。
[0041]參照圖2，為本發(fā)明的甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置中的信號預(yù)處理單元的電氣連接示意圖；具體的電路連接如下:
[0042]CD74HC4067芯片第12管腳接地，第24管腳接正5V。四組電容極板(即圖中Cml、Cm2、Cm3、Cm4)中的設(shè)置有環(huán)氧樹脂涂層的極板分別與CD74HC4067芯片第9、8、7、6管腳相連接；沒有環(huán)氧樹脂涂層的極板均與CAV444芯片第10管腳相連接。⑶74HC4067芯片第10、11、13、14分別與單片機電連接。⑶74HC4067芯片的第I管腳與CAV444芯片第12管腳相連。CD74HC4067 芯片的管腳 2、3、4、5、15、16、17、18、19、20、21、22、23 懸空。
[0043]CAV444芯片的第I管腳與測量振蕩器電阻Rcm相連，Rcm另一腳接第10管腳。CAV444芯片的第二管腳與電流源調(diào)準電阻Rcw相連，Rcw另一端也與第10管腳相連。CAV444芯片的第3、第11管腳均與5V電源正極相連。CAV444芯片的第10管腳接5V電源負極。CAV444芯片的第5管腳通過電位器Rl與管腳4相連，同時管腳5與單片機相連。CAV444芯片的管腳4與電位器R1、電阻R5、電阻R2相連。電阻R2另一腳接管腳6相連，同時管腳6通過Cvref與管腳10相連。電阻R5另一腳通過電位器R3與管腳3相連，通過電阻R4與管腳10相連。管腳7接單片機。管腳13接Cf2，Cf2另一腳接管腳10。CAV444芯片的管腳14與Ra相連，Ra另一端接管腳10。CAV444芯片的管腳15接電容器Cf 1，Cf I另一端與管腳10相連。CAV444芯片的管腳16與電容器Cw相連，Cw另一端接管腳10。CAV444芯片的管腳8、管腳9懸空。
[0044]一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量方法，基于上述甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置，包括以下步驟:
[0045]步驟一，用介電常數(shù)測試儀分別測量甲醇含量為1%?99%的甲醇汽油的介電常數(shù)，其中甲醇含量以1%遞增，并將測量得到的介電常數(shù)與其所對應(yīng)的甲醇含量存入單片機中；
[0046]步驟二，給甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置通電，信號采集單元的電容極板上的聚集電荷形成電壓值；信號預(yù)處理單元接收電壓值并將電壓值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電容值；單片機接收電容值，并通過公式:
[0047]C = ε 0 ε rA/d
[0048]式中:ε 0為真空介電常數(shù)，ε ο = 8.854Χ 10_12,
[0049]ε r為甲醇汽油的介電常數(shù)，
[0050]A為兩極板的相對面積，
[0051]d為兩極板之間的距離，
[0052]C為電容值，
[0053]計算得到甲醇汽油的介電常數(shù)ε r ;單片機將計算得到的甲醇汽油的介電常數(shù)ε r與其內(nèi)部存儲的介電常數(shù)比較，提取與計算得到的甲醇汽油的介電常數(shù)^最接近的內(nèi)部存儲的介電常數(shù)，對應(yīng)得到該內(nèi)部存儲的介電常數(shù)所對應(yīng)的甲醇含量；
[0054]步驟三，單片機將甲醇含量傳輸給顯示器，顯示器顯示甲醇含量值。
[0055]在使用本裝置前需對進行初始化設(shè)置。因為零件在加工過程中和線路會引入雜散電容，通過調(diào)整CAV444芯片外圍電容和電阻進行調(diào)零，使得本傳感器在空氣中時，CAV444輸出電壓值為最低。然后放入甲醇中使得此時測量最大電容轉(zhuǎn)化成最大電壓。完成本裝置的初始化設(shè)置之后，即可對油品甲醇含量進行測量。
[0056]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)比具有以下優(yōu)點:該裝置實現(xiàn)了在發(fā)動機正常工作時對燃油中甲醇含量的在線測量，能夠滿足發(fā)動機的電噴系統(tǒng)對所燃用甲醇汽油中甲醇含量的在線數(shù)據(jù)獲取的要求；該裝置成本低廉、體積小，在車輛上容易布置。
[0057]盡管以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方案進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方案和應(yīng)用領(lǐng)域，上述的具體實施方案僅僅是示意性的、指導(dǎo)性的，而不是限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在說明書的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬于本發(fā)明保護之列。
【權(quán)利要求】
1.一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置，安裝在燃油導(dǎo)軌上，其特征在于，所述甲醇含量在線測量裝置包括信號采集單元、信號預(yù)處理單元、信號后處理單元； 所述信號采集單元包括外殼，所述外殼的右下側(cè)設(shè)置有進油口，所述外殼的左上側(cè)設(shè)置有出油口，所述進油口、出油口分別連接到燃油導(dǎo)軌上；所述外殼中部設(shè)置有電容極板，所述電容極板的每個極板上分別設(shè)置有接線柱，所述接線柱伸出到所述外殼外部； 所述信號預(yù)處理單元包括電容電壓轉(zhuǎn)換電路和高速CMOS 16通道模擬多路復(fù)用器，所述電容極板的其中一個極板電連接到電容電壓轉(zhuǎn)換電路，所述電容極板的另一個極板電連接到高速CMOS 16通道模擬多路復(fù)用器； 所述信號后處理單元包括單片機，用于顯示甲醇含量的顯示器；所述電容電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端電連接所述單片機的輸入端，所述單片機的輸出端電連接所述高速CMOS 16通道模擬多路復(fù)用器的輸入端，所述單片機的輸出端電連接所述顯示器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置，其特征在于，所述電容極板的基體為耐醇塑料，其形成電極一側(cè)覆有銅箔；所述電容極板的其中一個極板上設(shè)置有環(huán)氧樹脂涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置，其特征在于，所述電容電壓轉(zhuǎn)換電路采用CAV444芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置，其特征在于，所述高速CMOS 16通道模擬多路復(fù)用器采用⑶74HC4067芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置，其特征在于，所述單片機采用89C52單片機。
6.一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量方法，基于權(quán)利要求1所述的一種甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，用介電常數(shù)測試儀分別測量甲醇含量為1%?99%的甲醇汽油的介電常數(shù)，其中甲醇含量以1%遞增，并將測量得到的介電常數(shù)與其所對應(yīng)的甲醇含量存入單片機中； 步驟二，給所述甲醇汽油中甲醇含量在線測量裝置通電，所述信號采集單元的電容極板上的聚集電荷形成電壓值；所述信號預(yù)處理單元接收所述電壓值并將電壓值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電容值；所述單片機接收所述電容值，并通過公式:
C= ε 0 ε rA/d 式中:ε 0為真空介電常數(shù)，ε ο = 8.854Χ 10_12, ε r為甲醇汽油的介電常數(shù)， A為兩極板的相對面積， d為兩極板之間的距離， C為電容值， 計算得到甲醇汽油的介電常數(shù)L ;單片機將計算得到的甲醇汽油的介電常數(shù)^與其內(nèi)部存儲的介電常數(shù)比較，提取與計算得到的甲醇汽油的介電常數(shù)^最接近的內(nèi)部存儲的介電常數(shù)，對應(yīng)得到該內(nèi)部存儲的介電常數(shù)所對應(yīng)的甲醇含量； 步驟三，單片機將甲醇含量傳輸給顯示器，顯示器顯示甲醇含量值。
【文檔編號】G01N27/22GK104458832SQ201410704943
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】劉生全, 薛康, 李陽陽, 馬志義 申請人:長安大學(xué)