專利名稱：汽油標號檢測儀的制作方法
技術領域：
汽油標號檢測儀屬自動測量裝置，該儀器可隨時對加油站或油庫現場的汽油標號(汽油標號為汽油辛烷值的標定方法)進行檢測，以確定汽油的質量。
根據我們對中國專利庫(85年-至今)，世界專利庫(63年至95年12月)的檢索及近期資料的查閱，還未發現配合專用傳感器直接測定待測汽油標號值的模擬檢測法設計的檢測儀器。目前以美國設計的“汽油辛烷值測定儀”代表了當前國際水平，該類測定儀分為兩種一種是以美國ASTM-CTR試驗機為代表的“汽油辛烷值測定儀”，是通過對辛烷值的測量直接換算為汽油標號的大型計量設備，該測定儀采用馬達法，重780公斤；另一種是以美國的XZ-101型機為代表的便攜式“汽油辛烷值測定儀”，采用近紅外光譜法來確定汽油的標號。上述兩類測試儀其計算、檢測系統中均引入了計算機控制。目前汽油標號測定中遇到的主要問題是大型檢測儀器無法現場使用，小型檢測儀器價格昂貴(約2-3萬美元/臺)，且檢測僅限于高標號與不含鉛汽油，檢測時間略長，如CFR試驗機測一個油樣需30分鐘以上，只能作為一級計量標準設備；XZ-101測定儀測一個油樣需20分鐘，且不能檢測低標號和含鉛汽油。為此，在實際測試中局限了該儀器的應用面。
本實用新型的目的在于提供一種體積小、便于攜帶、檢測時間短、檢測范圍寬的汽油標號檢測儀。
本實用新型的技術方案見結構框圖1。它主要是由電容式傳感器3及其傳感器信號轉換電路U10(見圖7)、單片機系統8、信號輸出電路及電源電路9組成。其中單片機系統包括單片機U1、鎖存器U2、程序存儲器U3、EPROM U4、數據存儲器U5及其單片機輔設的晶體振蕩器1、復位電路2。本方案中利用汽油不同標號具有不同介電系數的性質，擬制一族不同含鉛量的汽油標號與其相應電容值的關系曲線，并根據此曲線設計成專用軟件固化在單片機U1的最小系統內即EPROM U4內。當電容式傳感器取出待測汽油相應電容值的電信號后，輸出給傳感器信號轉換電路U10，由單片機U1的定時器測量脈寬，并對該信號進行采樣。傳感器電容作為U10電路中的被充電電容，傳感器輸出端并接在傳感器信號電路的輸入端，U10輸出脈沖信號的輸出信號端連接單片機U1的輸入/輸出口，由單片機系統測量脈沖的頻率和寬度，如接U1的腳15(T1端)，利用U1內部定時/計數器可測出脈沖頻率。信號輸出電路包括常設的數據打印4、顯示5和鍵盤電路6。單片機及各電路采用公共接地端并共用一套電源電路9。
本實用新型主要電路的原理分述如下其中單片機系統中的電路原理見圖2。單片機U1可選用8031芯片，除正常連接外，U1的數據總線P0.0～P0.7端與程序存儲器U3和數據存儲器U5的數據總線連接，并與鎖存器U2連接經鎖存作為低位地址總線。U1的P2.0～P2.7為地址總線，其中高位P2.5～P2.7端與程序存儲器U3的1～3腳連接，經U3譯碼后產生11-15腳五根片選信號，其中微型打印機的片選信號為11腳，顯示器片選信號為12腳，鍵盤電路片選信號為13腳，數據存儲器U5的片選信號為14腳，EPROM U4的片選信號為15腳。EPROMU4的數據、地址總線對應連接U1的數據、地址總線。晶體振蕩器輸出端連接U1的腳18(X1、X2端)。復位電路輸出連接U1的腳9(RESET端)。
打印驅動電路的原理見圖4。其中打印驅動電路中鎖存器U3的數據總線連接單片機U1的數據總線。來自程序存儲器的片選信號及單片機U1的寫信號分別經U3的11腳、U1的16腳連的16腳連接與非門U10:A的兩個輸入端，與非門輸出控制鎖存信號的輸出端連接鎖存器U6的11腳(CLK端)。U6的輸出端9、12、15、16腳分別連接一組由二極管保護的、驅動打印機針頭的現有電流放大電路。打印機的輸出信號連接單片機U1的P1.1與P1.2腳，由單片機U1程序控制打印出字符和圖形。
顯示電路的原理見圖5，其中顯示器的數據總線、地址總線對應與單片機U1的數據總線、地址總線連接，顯示電路中反相器U6:A、U6:B的輸入端分別連接單片機U1的腳16和腳17(UR端、RD端)，U3的12腳連與非門U7:A的輸入端，U7:A的另一輸入端連與其與非后產生顯示器讀寫信號的與非門U7:B的輸出端，U7:A的輸出端連14腳插件腳6，顯示內容由單片機U1程序控制。亮度分壓電阻R21可動端連14腳插件電源端的腳3，一端接地，另一端接14腳插件電源端的腳2。
鍵盤電路的原理見圖6。它由單片機U1和U8組成，除現有技術連接外，U8的數據總線與U1的數據總線相連接，其片選信號輸入端腳22連接U3的13腳，U2的鎖存信號Q2即U2的第2腳低1位地址信號連接U8的21腳，產生2個片地址即命令地址和數據地址。U8的1、2、5、6、7、8腳和38、39腳為鍵盤掃描輸入線，32～34為鍵盤掃描輸出線，由8條輸入線和3條輸出線組成8×3的24鍵盤，U8的復位信號端9腳接U1的9腳復位端。
本實用新型中為保證安全存儲數據，還設有掉電保護電路，其電路原理見圖3，該電路的輸出信號接入數據存儲器U5，電路輸出信號經電阻R8的輸出端連接U5的片選端20腳，另一輸出端為電源輸出端，接U5的電源端。
本實用新型體積小(約260×210×75mm3)，重量輕(約1800g)，便于攜帶，可直接進行加油站和油庫的現場汽油標號檢測。同時檢測范圍寬，可檢測含鉛與不含鉛汽油、高標號與低標號汽油，經專家以美國ASTM-CFR試驗機作為檢驗標準，對該儀器進行檢測，檢測結果準確度與標準值之差，最大值為0.7/RON；重復性最大值與最小值之差為0.1/RON，兩者均滿足Q/Q JSO1-1996標準規定。再則，本實用新型檢測時間短(檢測一個油樣不超過1分鐘)，與國際同類用途的檢測儀器相比較，還具有價格低廉的優點。
圖1汽油標號檢測儀結構框圖；圖2單片機系統電路原理圖；圖3掉電保護電路原理圖；圖4打印驅動電路原理圖；圖5顯示電路原理圖；圖6鍵盤電路原理圖；圖7傳感器信號轉換電路。
實施例圖2中的單片機系統，其U1為8031CPU,U2為鎖存器74LS373，選用27128、27256、27512等芯片，U3采用型號為74138的3-8譯碼器作為程序存儲器，U4采用可擦除重寫的EPROM型程序存儲器2764,U5采用2K的數據存儲器6116。專用軟件固化在單片機EPROM內，單片機U1按固化的程序流程控制操作。圖7中的傳感器信號轉換電路為單片機系統的信號輸入電路，由于傳感器為電容式傳感器，所以其傳感器電容作為U10的7555型芯片所組成的計時器電路中的被充電電容，傳感器電容兩端的電壓可表示為UX(t)=UB[1-exp(-t/RCX)]，其中R為CX和UB之間的充電電阻，一般的變化電壓電平是UB/3和2UB/3，所以產生的脈沖寬度為UX(t1)=UB/3,UX(t2)=2UB/3，所以到得出t1/RCX=-Ln2/3,t2/RCX=-Ln1/3，設脈沖寬度為t=t2-t1,(t2-t1)/RCX=Ln2/3-Ln1/3，于是R=t/(CXLn2)，其中R的數值與UB無關，這樣在已知R的情況下，即可根據測得脈沖寬度t而求出電容CX，再根據CX與油量關系式得出油號。如圖7中R22、R23為充電電阻，即上式中的R計時器的輸出端3輸出一組脈沖信號給U1的定時/計數器U6，由U1測量脈沖寬度。
圖4打印驅動電路中的鎖存器U6采用74LS273芯片，由U1的寫信號為U3提供的選址信號與非后形成U6的CLK信號，即U1選址后一條寫指令即可將數據送入U6，由其鎖存輸出，其輸出端9、12、15、16腳都經由一個電阻和三極管組成的電流放大電路驅動打印機的一個針頭，每個針頭有一個二極管保護。還有兩個輸出端5、6腳控制針頭的供電，打印機的工作過程是這樣的，當U1由數據總線傳輸一組數據后，輸出端根據數據位各位狀態作出相應動作，如由U6的Q2、Q3為高電平，則為針頭供電，其它各位為1則出針，為0則收針，每次數據可最多打出4個點，一行96個點，U1寫出數據的時間是根據由打印機供給的脈沖信號而給出的，每次打印機回車就提供一個脈沖信號由2腳供給U1的P1.1腳，而每行由10、11腳提供一組脈沖信號給U1的P1.2腳，該組脈沖表示現針頭的位置，U1可根據打印機回送信號在不同的行和位置上寫數據，而打印點由點組成字符。
圖5顯示電路中反相器U6:A、U6:B選用的型號為7404，與非門U7:A、U7:B選用的型號為7402。電路中由U1的讀寫信號和U3提供的片選信號組成了顯示器的控制信號，電阻R21提供顯示器亮度分壓，液晶顯示器可選用普通點陣型，由U1控制可顯示ASCⅡ碼字符和簡單的漢字。
圖6鍵盤顯示電路中，U8為8279，其數據總線與U1的數據總線相連，其片選信號由譯碼器U3提供讀寫信號都與U1相連，它的一位地址信號與U1的地址總線最低位相連，因此8279有兩個地址，即一個寫命令地址和一個寫數據地址，它的時鐘信號CLK與U1的ALE相連，復位端REST與U1的復位端相連，由U8提供的3條信號輸出線SL0～SL2和8條信號輸入線RL0～RL7由排桿與鍵盤板相連，而組成3×8的24鍵盤。
另外，也可利用單片機8031提供的P1口，加入74LS138擴展24鍵的鍵盤，采用掃描方式，也可達到前述擴展鍵盤的效果。
圖3掉電保護電路部分，當電源供電時，電流經電阻R3和R4分壓使UT2(8050)三極管打開而使三極管UT1(8550)導通，電源為6116供電。同時經二極管D1和電阻R6為電池充電。當電源掉電時，UT2斷開，電池由二極管D2和電阻R7將6116的CS信號提高，同時給6116電源供電，從而保護6116的數據不丟失。
本儀器中的電源電路既可采用鎳-氫電池直流電源也可采用220V交流電源供電。
由于單片機系統EPROM內固化了專用軟件，故操作過程非常簡單，具體操作為當電源啟動后，可用鍵盤輸入日期信息，然后顯示器上即顯示出年、月、日和最新的記錄號，這時可以開始進行油號選擇，可選擇含鉛、不含鉛和75-97的油號，然后即可將傳感器插入被測油中，按“執行”鍵，顯示器上則顯示被測油的標號，該標號可以按“記錄”鍵進行保存，按“打印”鍵可以進行打印，數據存儲可得最新的50組測試數據，在復位狀態下，按“讀數”鍵“↑”、“↓”鍵可選擇記錄數據，配合“打印”鍵和“進紙”鍵可以進行數據打印。
本檢測儀中單片機U1中如固化液體或酒精純度的專用軟件，在不改變硬件的條件下，可直接測定液體中成份含量或酒精的含水量。
權利要求1．汽油標號檢測儀包括有油樣信號拾取裝置及計算機檢測系統，本實用新型的特征在于它主要包括電容式傳感器(3)及其傳感器信號轉換電路U10、單片機系統(8)、電源電路(9)及信號輸出電路，其中單片機系統(8)包括單片機U1、鎖存器U2、程序存儲器U3、常設的固化有專用軟件的EPROM U4、數據存儲器U5及單片機配置的晶體振蕩器(1)和復位電路(2)，信號輸出電路包括常設的數據打印電路(4)、顯示電路(5)和鍵盤電路(6)，將其電容作為U10電路中的被充電電容的電容式傳感器的輸出端并接傳感器信號轉換電路U10的輸入端，U10輸出脈沖信號的輸出信號端連接單片機U1的輸入/輸出口，單片機系統及各電路共用一套電源電路。
2．根據權利要求1所述的汽油標號檢測儀，其特征在于所述的單片機系統(8)中單片機可選用8031芯片，除正常連接外，U1的數據總線P0.0～P0.7端連接程序存儲器U3和數據存儲器U5的數據總線，并連接鎖存器U2的低位地址總線，U1的地址總線P2.0～P2.7端中的高位P2.5～P2.7連接U3的1～3腳，經U3譯碼后產生五根片選信號分別為11～15腳，微型打印機片選信號接腳(11)，顯示器片選信號接腳(12)，鍵盤電路(6)片選信號接腳(13)，數據存儲器U5片選信號接腳(14)，程序存儲器U3片選信號接腳(15)。
3．根據權利要求1或2所述的汽油標號檢測儀，其特征在于所述的打印電路(4)中的打印機驅動電路內鎖存器U6的數據總線連接單片機U1的數據總線，來自程序存儲器U3的片選信號及單片機U1的寫信號分別經U3的(11)腳、U1的(16)腳連接與非門U10:A的兩個輸入端，與非門輸出控制鎖存信號的輸出端連接鎖存器U6的(11)腳(CLK端)，U6的輸出端(9)、(12)、(15)、(16)腳分別連接一組由二極管保護的、驅動打印機一個針頭的現有電流放大電路，控制針頭供電輸出端為(5)、(6)腳。打印機輸出信號連接單片機U1的P1.1腳與P1.2腳。
4．根據權利要求1或2所述的汽油標號檢測儀，其特征在于所述的顯示電路(5)中的數據總線、地址總線對應連接單片機U1的數據總線、地址總線，電路中反相器U6:A、U6:B的輸入端分別連接單片機U1的腳(16)、腳(17)(UR端、RD端)，U3的(12)腳連與非門U7:A的輸入端，U7:A的另一輸入端連與其與非后產生顯示器讀寫信號的與非門U7:B的輸出端，U7:A的輸出端連(14)腳插件(6)腳，亮度分壓電阻R21一端接地，另一端及可動端分別接(14)腳插件電源端的腳(2)、(3)。
5．根據權利要求1或2所述的汽油標號檢測儀，其特征在于所述的鍵盤電路(6)中除現有技術連接外，U8的數據總線連接單片機U1的數據總線，其片選信號輸入端腳(22)連接U3的(13)腳，U2的鎖存信號Q2連接U8的(21)腳，鍵盤掃描輸入線接U8的(1)、(2)、(5)、(6)、(7)、(8)腳和(38)、(39)腳，鍵盤掃描輸出線接U8的32～34腳，U8的復位信號端腳(9)接U1的復位端腳(9)。
6．根據權利要求1所述的汽油標號檢測儀，其特征在于還設有保證數據存儲器U5數據存儲安全的掉電保護電路，輸出信號經接電阻R8的輸出端連接U5的片選端(20)腳，另一電源輸出端接U5的電源端。
專利摘要汽油標號檢測儀,其特征在于:它主要是由測定液體介電系數的電容式傳感器及傳感器信號轉換電路,固化有汽油標號與相應電容值關系曲線專用軟件的單片機系統,具有顯示、打印、鍵盤控制功能的信號輸出電路及電源電路組成。使用時由插入被測油中的傳感器取出待測汽油相應電容值的電信號,經信號轉換電路變換輸入單片機系統進行傳輸、處理等過程后,即可顯示并打印出汽油標號的檢測結果。本儀器具有重量輕、體積小、攜帶方便、檢測范圍寬、檢測時間短、測量精度高等特點。
文檔編號G01N27/22GK2310320SQ97216328
公開日1999年3月10日 申請日期1997年5月8日 優先權日1997年5月8日
發明者張岳, 張玉華, 昝華, 宋茂棻, 喬虹 申請人:北京工業大學
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