锁定法便携式汽油标号测量方法和仪器技术

锁定法便携式汽油标号测量方法，采用溶液法测定介电常数，锁定测量介电常数，以电容电测量的方法，以电容为传感器，以相对介电常数为相关变量，通过电容值间接测定汽油的辛烷值，得到对应的实际汽油标号；采用金属电容池对汽油进行溶液法测量，所述测量介电常数和电容测量的方法是：通过锁定相位放大法：由正弦信号发生器产生的正弦信号分两路输出：一路经由跟随器送到电容池电极；另一路经固定相移－９０°延时电路后送入乘法器；从乘法器输出信号包括直流成分和倍频交流成分，经过低通滤波器滤除交流成分得到与电容值成比例的直流成分输出信号，电容值由此测得。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用电容法介电常数测量来测量汽油标号的方法，尤其是一种以相对介电常数为相关变量的锁定法的便携式汽油标号测量仪
技术介绍
汽油的标号是由其辛烷值确定的，如93号汽油的抗爆性是异辛烷的93％。汽油是具有电气绝缘性能的液体混合物，有黏度低、流动性好、挥发性强等特点，这些特点为使用电容式传感器直接测量其相对介电常数有利。目前从国内的情况来看，有各种介电常数测量仪，他们的缺点是无法消除分布电容和漏电电阻(电阻分量)对测量结果的影响，所以测量结果不稳定，不能投放市场。而汽油标号测量仪从技术上必须解决分布电容和电阻分量对测量的影响，达到快速准确测量汽油标号。该项目在目前国内汽车市场快速发展的情况下，市场前景广阔。采用电容电测量的方法，以电容为传感器，以相对介电常数为相关变量，可以比较精确的间接测定汽油的辛烷值。测定介电常数的方法有很多，以溶液法测定介电常数为例，它是把待测偶极矩的分子溶于非极性溶剂中进行测量，所以它的介电常数特点是数值小而变化范围宽。以往测量通常采用谐振法、拍频法或电桥法。谐振法和拍频法测量准最精确，但设备复杂，操作麻烦。电桥法较为常见，精度稍低，且操作上也有一定难度。因此，我们设计了一种采用溶液法测定介电常数，锁定测量介电常数的方法，实践中取得了良好的效果。由此设计的仪器体积小，重量轻，测量精确，操作更为简便。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种利用电容法介电常数测量来测量汽油标号的方法和仪器，尤其是一种以相对介电常数为相关变量的锁定法的便携式汽油标号测量仪。本专利技术的目的是这样实现的锁定法便携式汽油标号测量方法，采用溶液法测定介电常数，锁定测量介电常数，电容电测量的方法，以电容为传感器，以相对介电常数为相关变量，通过电容值间接测定汽油的辛烷值，得到对应的实际汽油标号；采用金属电容池对汽油进行溶液法测量，所述测量介电常数和电容测量的方法是通过锁定相位放大法由正弦信号发生器产生的正弦信号分两路输出一路经由跟随器送到电容池电极；另一路经固定相移-90°延时电路后送入乘法器；从乘法器输出信号包括直流成分和倍频交流成分，经过低通滤波器滤除交流成分得到与电容值成比例的直流成分输出信号，电容值由此测得。并同时测量汽油的实时温度，通过仪器内部软件实时对测量到的溶液介电常数与实际汽油标号的关系进行矫正和计算。一般是近线性的拟合曲线。以恒温条件进行测量或者辅之以实时温度补偿。锁定法便携式汽油标号测量仪器，包括测量用电容池，锁定放大器、电压电流转换电路构成，在锁定放大器的输入前置采用电压电流转换电路，电压电流转换电路由运算放大器构成，其反相输入端为虚地；锁定放大器由正弦信号发生器产生的正弦信号分两路输出一路经由跟随器送到电容池电极；另一路经固定相移-90°延时电路后送入乘法器，乘法器输出信号包括直流成分和2倍频交流成分，经过低通滤波器滤除交流成分得到输出正比于电容值信号。乘法器输出端设有干扰信号滤除电路，此电路为选频放大电路，即可抑制其余非ω频率的干扰信号。选用远离工频及其谐波的频率作为信号发生器的频率。选用10K以上的频率。设有工频吸收回路的带阻滤波器。对50H的工频产生带阻。信号发生器和相移电路采用数字合成的方法实现，由14位地址寻址只读存储器2K空间，存储器1和存储器2各存2048字节的一个周期正弦时等分割的采样数据，只是同一时刻即同一地址下数据相位相差90°，从存储器取出数据经各自数/模转换电路输出两路正弦信号。正弦信号发生器产生的正弦信号分两路输出，并设有2进制计数器对固定的方波脉冲计数。A/D转换器选用具有自校零技术的14bit双积分型ICL7135芯片，它能把0~±1.9999V的模拟电压转换成数字量，分辨率0.0001V，转换速度10次/秒。溶液介电常数与实际汽油标号的关系进行矫正和计算，并辅之以实时温度补偿便携式汽油标号测量方法特点为1、测量电路采用分布电容及漏电电阻消除电路(缩定法)，能有效消除分布电容和电阻分量对测量的影响。2、测量传感器的屏蔽设计。3、自动测量汽油温度并对数据进行自动较正。，本专利技术便携式汽油标号测量方法从技术上解决了分布电容和电阻分量对测量的影响，达到快速准确测量汽油标号。本专利技术仪器特点1、测量结果稳定(能完全消除分布电容和电阻分量的影响)。2、测量传感器的微型化设计体积小，重量轻1)采样方便(可直接放入汽油中，如油箱中直接测量)2)带温度测量单元3、测量仪能自动进行温度补偿4、快速测量测量在10秒内完成。5、低生产成本。6、整机重量轻，约0.5公斤。本项目便携式汽油标号测量仪能实现标号汽油的快速实时准确测定，电源可由充电电池和汽车点烟器提供，使用方便，生产成本较低，可作为汽车随车选配件，在国内汽车市场快速发展的今天，市场前景广阔。附图说明图1为本专利技术测量系统框2为本专利技术电容池剖视3为本专利技术前置电压/电流转换电路图4为本专利技术锁相放大电路框5为本专利技术信号发生和90度移相电路框6为本专利技术锁相放大电路2中上盖1、外壳2、引线3、内壁4、外壁5、被测溶液即汽油6、绝缘垫7、恒温腔8具体实施方式1.仪器主要由硬件和软件部分两部分组成，硬件部分有电容池、分布电容及漏电电阻消除电路、信号发生和相移电路、单片机系统、温度传感器、温度测量电路、电压/电流转换器、液晶显示器、电源等部分组成。2.1电容池溶液法测量介电常数时采用电容池测量，其测量用电容池如图1所示。电容池是以三层同轴环状为主体的结构，材料采用铜或铝，并作表面抗氧化处理。在图1中可以看到电容池内壁和外壁作为被测溶剂的双极板由两根引线引出，内壁实际上是个实心铜质圆柱。内外壁(看作为双极板)之间作为被测溶液腔，被测溶液的注入和取出由针桶从由上盖汲取。外壁和外壳之间的空腔作为通过恒温水的恒温腔，进出水的水嘴位于外壳的两侧。连接恒温槽通过恒温水可以测量不同温度下的介电常数。同时，图示结构的外壳接地时形成良好的屏蔽。当然也增加了双极板对地的分布电容。所以其等效电路如图2中所示，Cx是待测双极板间电容，C1和C2分别是内外极板的对地分布电容，也包括测量回路的引线对地的分布电容，数值往往大与被测电容Cx。因此，如采用对双端口测量将引入分布电容C1和C1影响而无法测量。2.2电压电流转换为了消除分布电容影响，在锁定放大器的输入前置采用电压电流转换电路，如图2所示。如图接法中运算放大器的反相输入端A点为虚地，即电压近似为零，因此分布电容C2两端电压始终为零，所以C2的影响可以忽略。由图电路分析可得其输出电压Vo＝jωRCxVi。可见其输出电压与分布电容C2也无关，因此消除了分布电容的影响。2.3锁定相位放大除了分布电容会引入测量误差必须予以考虑以外，被测溶液漏电和内外极板间漏电影响必须被排除。漏电影响可以等效为一个并联在被测电容上的电阻分量。虽然等效为电阻，可它是个随机量。通过选用高绝缘电阻材料作绝缘垫和在极板上镀绝缘膜的办法大大减小漏电，实际应用中电阻分量的影响依然存在。本设计采用锁定相位放大器克服电阻分量对测量结果的影响，基本消除了漏电产生的测量结果非线性和漂移。锁定放大系统框图如图3所示，由正弦信号发生器产生的正弦信号分两路输出一路经由跟随器送到电容池电极；另一路经固定相移-90°延时电路后送入乘法器。不妨假设发生器输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
锁定法便携式汽油标号测量方法，采用溶液法测定介电常数，锁定测量介电常数，其特征是电容电测量的方法，以电容为传感器，以相对介电常数为相关变量，通过电容值间接测定汽油的辛烷值，得到对应的实际汽油标号；采用金属电容池对汽油进行溶液法测量，所述测量介电常数和电容测量的方法是：通过锁定相位放大法：由正弦信号发生器产生的正弦信号分两路输出：一路经由跟随器送到电容池电极；另一路经固定相移－９０°延时电路后送入乘法器；从乘法器输出信号包括直流成分和倍频交流成分，经过低通滤波器滤除交流成分得到与电容值成比例的直流成分输出信号，电容值由此测得。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘红兵，刘先昆，纪圣谋，徐基华，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]