Юлия Каравашкина
Липецкая область, г. Липецк
Центр технического творчества «Новолипецкий», Гимназия №12 «Гармония», 11 класс
РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕЙСТВУЮЩЕЙ МОДЕЛИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕЙ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БЕНЗИНА ПО ОДНОЙ КАПЛЕ
1
Научный руководитель: Самохин Юрий Петрович, Липецкая область, г. Липецк, Центр технического творчества «Новолипецкий», педагог дополнительного образования
Юлия Каравашкина
Липецкая область, г. Липецк
Центр технического творчества «Новолипецкий», Гимназия №12 «Гармония», 11 класс
РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕЙСТВУЮЩЕЙ МОДЕЛИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕЙ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БЕНЗИНА ПО ОДНОЙ КАПЛЕ
1
Научный руководитель: Самохин Юрий Петрович, Липецкая область, г. Липецк, Центр технического творчества «Новолипецкий», педагог дополнительного образования
Цель проекта
Разработать и изготовить малогабаритное и дешевое устройство, способное определять качество бензина по одной капле.
Задачи
  1. Изучить информацию, требующуюся для создания прибора.
  2. Составить план исследования.
  3. Разработать схемы узлов прибора.
  4. Написать программы управления и вычисления.
  5. Разработать и изготовить печатные платы.
  6. Провести сборку прибора.
  7. Испытать и провести доводку прибора в реальных условиях.
  8. Сделать выводы по проделанной работе.
Актуальность
Актуальность проекта состоит в том, что некачественное топливо является основным фактором выхода из строя двигателя автомобиля. Так, открывая инструкцию по эксплуатации к новому автомобилю, можно заметить, что теперь заправляться нужно бензином с более высоким октановым числом, чем на предыдущем авто, поэтому, найдя хорошую заправочную станцию в своем городе, водители стараются посещать только ее. Ведь никто не даст гарантии, что на другом конце города автозаправка этой же или другой фирмы предложит продукт с такими же свойствами. Что уж тогда говорить о ситуации на отдаленных заправочных станциях. Такие компании как Роснефть или Лукойл гарантируют качество своего бензина, но на заправках, находящихся далеко от населенных пунктов, иногда добавляют примеси, способствующие более долгому хранению бензина, но понижающие его октановое число или вовсе делающими бензин непригодным.
Отличительные особенности
  1. Отличительной особенностью моего устройства является его дешевизна (около 840 рублей), для сравнения: самое известное в России устройства для определения ОЧ стоит от 5000 рублей. Цена зарубежных иногда доходит до 50000 рублей.
  2. В представленных на рынке устройствах требуется для замера большое количество бензина, за такое количество придется дополнительно платить.
  3. Невозможно поддержаивать постоянную определенную температуру от 20,5 до 21ºС. Это необходимо для большей точности измерений.
  4. Ни одно из устройств не определяет проводимость. Ее измерять очень важно, так как значение проводимости больше 400 микро сименс может указывать на нал ичие воды в бензине. Например, экспериментально установлено, что добавление в бензин 1% воды (а диэлектрическая проницаемость воды равна 81) приводит к повышению его диэлектрической проницаемости с исходного значения e=2,0 до уровня e=2,9 и, соответственно, к значительной (до 45% и более) погрешности измерения ОЧ. При этом, согласно многочисленным статистическим данным, именно вода является основным видом нежелательной примеси в автомобильных бензинах на АЗС. В моем устройстве есть возможность измерить проводимость.
Практическая значимость
  1. Измеряет октановое число от 80 до 100.
  2. Измеряет активную электрическую проводимость от 0 до 500. Для измерения этих параметров требуется одна капля бензина.
  3. Время измерения не более 5 секунд.
  4. Проводит измерения при температуре от +30 до -40.
  5. Точность измерения октанового числа бензина +/- 0,2
Физический принцип действия прибора очень прост. Он основан на том, что диэлектрическая проницаемость бензина с различными октановыми числами различна. Как известно ёмкость конденсатора пропорциональна диэлектрической проницаемости заполняющего его диэлектрика. В данном случае изменяется ёмкость датчика, представляющего собой 2 небольших штырька, на которых удерживается, за счёт сил поверхностного натяжения, капля бензина. Для повышения точности и чистоты измерения исследуемый материал должен быть всегда при одной температуре – от 20,5 до 21ºС.

Для поддержания температуры было изготовлено временное стендовое оборудование, на котором был подобран нужный нагревательный элемент и температурный датчик и отработан кусочек программного обеспечения удержания заданной температуры капли бензина.

Сердцем устройства является микроконтроллер ATmega328, который расположен на отладочной плате ArduinoNano. Программа написана так, что на цифровой порт 7 микроконтроллера поступает импульсное напряжение частотой 60кГц, а на порт 6 поступает +5. В далее эти две величины объединяются в точке «А» и поступает на левый штырь датчика. Температуру правого штыря контролирует терморезистор R3 и полученные данные подаются аналоговый порт А1 Arduino. Под левый штырем датчика находится нагревательный элемент R2, который включается ключом VT1, ключ получает команду с 5 порта Arduino. Пока нет капли бензина, вся электронная схема находится в режиме ожидания и на экран бензина выведена температура окружающей среды (воздуха).

При появлении капли бензина определяется температура и, если она меньше 20ºС, то на порт 5 подается команда подогрева: штыри нагреваются, капля достигает нужной температуры. После этого начинается замер параметров бензина.

Генератор вырабатывает импульсы частотой 60 000 Гц и амплитудой 4,5В, которые поступают на левый штырь датчика. На правом штыре появились импульсы с малой амплитудой и, пройдя через усилитель, собранный на транзисторе VT2, выпрямляются и поступают на аналоговый порт А5 Arduino. Амплитуда этих импульсов меняется в зависимости от октанового числа бензина. Работает принцип диэлектрической проницаемости – от изменения диэлектрика между штырьками изменяется и их емкость, которая в свою очередь влияет на амплитуду, проходящих через эту емкость, импульсов. Программа создана так, что эти изменения выводятся на экран дисплея в виде реальных значений октанового числа бензина.

Другой проблемой, как отмечалось выше, является наличие в топливе воды. Статистика показывает, что из всех примесей в бензине, используемых недобросовестными заправщиками, почти 70% приходится на воду, поэтому остро встаёт вопрос об оперативном контроле топлива на наличие воды. Наличие воды в топливе не допустимо. Прежде всего это опасно при температурах ниже 0ºС, так как, замерзая, вода образует кристаллы, которые могут преградить доступ бензина в цилиндры двигателя. Кроме того, вода способствует осмолению бензина, а также является основным источником коррозии топливных баков, трубопроводов и других стальных деталей системы питания.

Наличие воды в бензине приводит к увеличению его электрической проводимости. Именно этот факт был использован при конструировании прибора.
Через диод VD1 проходит постоянная составляющая величина, которая изменяется в зависимости от проводимости бензина. Цепочка C2 и R6 служит фильтром, убирающим импульсную составляющую. Далее полученное напряжение поступает на аналоговый вход А0 Arduino, где обрабатывается программой и выводится на 2-ую строчку ЖК дисплея в реальных величинах от «0» до 500 пСм/м. Смена контроля параметров производится каждые 3 секунды. Резистором R10 устанавливается так называемый «ноль начального отсчета».

Все устройство может работать от источника питания напряжения 7-12В, потребляемый ток не более 40 мА.

Написанная программа израсходовала только половину имеющей памяти микроконтроллера, т.е. 16 кБайт из 32. Программу можно корректировать, не разбирая и не вскрывая корпус устройства. Программа писалась на языке C+ с помощью графического редактора FLprog. Все устройство имеет небольшие размеры и эстетический вид. Фотография прибора приведена в Приложении I. Допустимые значения от 150 до 400 пСм/м.
Расписание работы автора проекта
31 октября, сб
Диалог с экспертами
Ответы на вопросы
15:00
15:30

15:15
15:45
Хлебникова В.Л.
Бункин Н.Ф.
31 октября, сб
03 ноября, вт
10:40
11:00
11:20

11:40
Змиевской Г. Н.
Лысенков А. С.
Шубин А. Н.
03 ноября, вт
Задайте вопрос автору проекта
Обязанность отвечать на заданные вопросы остается полностью на участнике. Организаторы форума не несут ответственности за сроки получения ответа.
Заполняя данную форму Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности сайта.
Пообщайтесь с автором в режиме реального времени
Вы можете посмотреть диалог с экспертом и задать вопросы автору в форме вебинара.
Расписание сессий приведено выше
Made on
Tilda