车载用油品质量在线检测仪的设计.pdf

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1、36化工自动化及仪表第39卷车载用油品质量在线检测仪的设计顾权““施云波“6修德斌““(哈尔滨理工大学a．测控技术与通信工程学院；b．测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室，哈尔滨150080)摘要设计了一种汽油质量检测系统，检测探头是借助介电常数变化来测量的电容式传感器，该传感器工作在2MHz下，检测范围O一30pF，分辨力小于lpF，响应时间小于ls，并应用ANsYS软件对传感器检测场进行分析。通过传感器实时检测汽油浓度的变化，以MsP430单片机为控制和处理核心，将采集的浓度值和工作环境温度值进行处理，并通过液晶显示。该仪器便携，易于车栽且稳定性好。关键词电容传感器介

2、电常数MSP430ANSYS中圈分类号THl65+．4文献标识码A文章编号1000．3932(2012)Ol一0036_05车用汽油是重要的交通燃料，随着国民经济和汽车工业的迅速发展，我国汽车的保有量迅速增加，车用汽油的产量也随之增加。另一方面，汽车尾气排放所引起的大气污染日益严重，并已直接威胁到人类的健康，引起人们的普遍关注，因此解决机动车环境污染问题已成为我国目前的一项主要任务。国民经济的发展及环保意识的增强对车用汽油的产量和质量都提出了更高的要求‘㈠3。目前，许多商家为获取经济利益，在汽油中掺人大量的甲醇，这对汽油质量造成极大影响。国内外有不同的汽油检测方法，包括常

3、用的人为自检测法和利用汽油系统的压力检测判断汽油质量的方法，德国奔驰汽车公司与壳牌国际石油公司联合提出的确定车用发动机汽油质量检测方法ASsYST(ActiveSenricesystem)系统，国产RzJ．2型油质仪检测法¨芦1，以及美国北方仪器公司生产的NI-2B型油质仪检测法。然而，这些方法有些虽然简单但却不能科学客观地判断汽油质量，有些由于成本太高，难以普及到人们的生活中。为引，笔者设计了一种汽油质量检测仪器，通过对汽油浓度的实时检测来了解汽车发动机系统的工作情况，以便控制汽车电控喷油系统，使发动机高速、有效地运行。充分利用汽油的燃烧值使发动机正常运行，延长了汽车使

4、用寿命，达到了节能减排的目的。1系统组成笔者设计的系统主要由电容传感器‘41、变送器电路、温度传感器、单片机处理和液晶显示5部分组成。系统总体结构框图如图l所示。该系统中汽油传感器部分主要是基于电容式传感器原理设计的，负责采集电容信号；变送器部分根据脉宽调制的原理，把电容信号转化成电压信号；单片机部分负责对电压信号进行采集、数据线性化、温度校正和液晶显示。图1系统总体结构框图2系统硬件设计该系统从硬件上可以分为：电容传感器、电源模块、变送器电路、温度传感器、单片机和显示模块。其中单片机模块以MSP430F1612为核心，实现数据采集、处理。2．1传感器设计与分析电容式传感

5、器具有结构简单、温度稳定性好、测量精度高和动态响应快的优点，适合在线检测。采用同轴圆柱形的电容器，由金属的外圆筒和内圆柱构成电容器两极，内外电极表面涂盖聚四氟乙烯作为绝缘层，两极间充满汽油哺一]。电容传收稿日期：2011．08_02基金项目：哈尔滨市科技创新人才研究专项资金资助项目(2010RFxxc009)；黑龙江省教育厅科学技术研究项目(11541047)第l期顾权等．车载用油品质量在线检测仪的设计37感器截面如图2所示。进油n变送器电路板外极板滤油筛内极板出油口图2电容传感器截面电容传感器将汽油作为电介质，汽油浓度的变化将影响介电常数的变化，由此获得电容变化的信息。

6、应用ANsYs软件对传感器检测场的电势和场强分布进行有限元分析，根据分析结果合理设计传感器结构和尺寸，使检测场的灵敏度达到均匀分布。如图3、4显示传感器工作在2MHz下，外极板施加+5V电压，内极板施加0V电压，薰搿?趣．⋯_图4电容传感嚣=雏检测场场强分布汽油溶液的相对介电常数为10的情况下，四分之一圆柱形传感器的二维检测场电势、场强分布，电势、场强由外极板向内极板逐渐减小，每一层均匀分布。传感器内各零件的几何尺寸和相互位置及某些介质的介电常数发生变化，从而改变传感器的电容量，产生了温度误差，即温度变化，因此传感器的金属电极选用温度系数低的铁镍合金。传感器电极表面涂盖O

7、．1mm的聚四氟乙烯作为绝缘层，以防止电极间短路和溶液对极板的侵蚀。传感器内的电极支架也采用聚四氟乙烯材料，在温度不太高的环境下，该材料温度系数小、几何尺寸稳定性好、具有良好的绝缘性能。传感器的检测范围为0—30pF⋯1，为了避免寄生电容和边缘效应对灵敏度的影响，将变送器电路板放在传感器内部，使其集成化，且寄生电容减小、变化也小，传感器工作稳定。2．2电源设计采用12V汽车蓄电池供电，LM2940芯片可以将12V电源电压转变为5V，供给变送器电路使用(图5)。MsP430F1612工作电压为3．3V，可用sMlll7芯片实现5