LabVIEW編程開發(fā)汽油中各種摻假物濃度?平的檢測(cè)

主要目的是使用LabVIEW中的密度法找到汽油中摻雜物的濃度。已經(jīng)對(duì)許多技術(shù)進(jìn)行了研究，以發(fā)現(xiàn)汽油中的摻雜物。例如蒸餾試驗(yàn)、化學(xué)制造商試驗(yàn)、蒸發(fā)試驗(yàn)、氣相色譜法可以專門測(cè)量摻雜物。甚至有數(shù)字密度計(jì)來(lái)測(cè)量汽油的密度，這些密度昂貴且需要受控環(huán)境，即使對(duì)于高水平的摻雜物，密度變化也很小。上述原因和技術(shù)促使該項(xiàng)目在LabVIEW中使用密度技術(shù)，通過(guò)稱重傳感器和流量傳感器使用CRIO。在項(xiàng)目中，將緊CRIO連接到LabVIEW，并計(jì)算密度。通過(guò)程序，可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的某些措施，并在一定程度上減少污染。

1.?????介紹

汽油是碳（83%至85%），氫氣（10%至14%），氮?dú)猓?.1%至2%），氧氣（0.05%至1.5%），硫（0.05%至6%）和金屬（低于0.5%）的成分。添加摻雜物是最常見的燃料摻假做法之一，因?yàn)槠秃蛽诫s物之間的利潤(rùn)差異巨大。添加非法化合物可能會(huì)對(duì)燃料造成危險(xiǎn)和不良的社會(huì)問(wèn)題，例如由于有毒氣體排放（即一氧化碳和氮氧化物）引起的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)動(dòng)車輛的可靠性降低以及迄今為止對(duì)燃料價(jià)格市場(chǎng)的不公平競(jìng)爭(zhēng)，從而引發(fā)政府稅收的巨大損失。

汽油中最常用的摻雜物是煤油、乙醇和石腦油。但由于碳?xì)浠衔镂廴?，煤油作為摻雜物使用的可能性很高，在汽油中混合柴油摻雜物，將煤油摻雜物混合到柴油中。這是因?yàn)檫@些類型的摻假，對(duì)于汽車用戶來(lái)說(shuō)難以檢測(cè)的。對(duì)于這兩種情況，摻假體積的近似水平為10%-30%。超過(guò)10%的摻假在經(jīng)濟(jì)上沒(méi)有吸引力，而消費(fèi)者可能會(huì)很快發(fā)現(xiàn)超過(guò)30%的摻假是由摻假燃料引起的發(fā)動(dòng)機(jī)劣化引起的。為了有效地測(cè)試摻假，必須在分銷點(diǎn)本身檢查燃料質(zhì)量。為此，設(shè)備應(yīng)緊湊，測(cè)量過(guò)程應(yīng)快速，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)提供測(cè)試結(jié)果。大多數(shù)物理化學(xué)特性都是為了確保更好的汽油質(zhì)量，這些測(cè)試包括：特定質(zhì)量測(cè)量，蒸餾分析，辛烷值分析，基于氣味的方法，超聲波技術(shù)，檢查密度，粘度等特性。然而，新要求是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)更好的功能而不是非法插入摻雜物來(lái)選擇的。

2.?????擬議的建模

有許多方法可以檢測(cè)汽油中的摻雜物，如ASTM，蒸發(fā)測(cè)試，蒸餾測(cè)試，光纖傳感器，紅外方法等。

對(duì)于最常用的材料，包括石油產(chǎn)品，ASTM已經(jīng)創(chuàng)建并報(bào)告了測(cè)試方法。許多美國(guó)測(cè)試材料測(cè)試的協(xié)會(huì)都是標(biāo)準(zhǔn)化的，并報(bào)告了汽油。其中一些措施涉及確定物理和化學(xué)特性，而其他措施則從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出或移動(dòng)汽車產(chǎn)生的空氣污染的角度提供燃料適用性的衡量標(biāo)準(zhǔn)。雖然沒(méi)有特定的測(cè)試來(lái)評(píng)估柴油或氣體混合物通過(guò)結(jié)合煤油的汽油摻假，但某些測(cè)試也可用于評(píng)估燃料摻假，包括密度測(cè)試，蒸發(fā)測(cè)試，蒸餾測(cè)試和氣相色譜。一些最新的工作研究與最新技術(shù)有關(guān)。

2.1??光纖傳感器

RoyS（1999）發(fā)表了一種檢測(cè)或估計(jì)光纖傳感器中汽油中煤油摻雜物的技術(shù)。該方法很好地利用了折射率的增加，因此在混合煤油摻雜物時(shí)，汽油中單色光的吸收是相同的。

2.2??密度測(cè)試

燃料樣品密度的計(jì)算是使用比重計(jì)和無(wú)線密度計(jì)。摻假會(huì)引起可能與摻雜物相關(guān)的密度變化。這種方法的好處是這種密度計(jì)提供了更好的精度，但它存在以下缺點(diǎn)：

1）密度計(jì)成本高昂，需要調(diào)節(jié)環(huán)境，

2）即使對(duì)于高摻假率，密度變化也非常低。

2.3??使用CRio實(shí)現(xiàn)

CRIO是專為NI工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)嵌入式工業(yè)控制器。CRIO是實(shí)時(shí)控制器、可重配置IO模塊（RIO）、FPGA模塊和以太網(wǎng)擴(kuò)展框架的組合。緊湊型RIO通過(guò)微體驗(yàn)等工作為開發(fā)人員提供支持

在項(xiàng)目有4個(gè)機(jī)箱，分別命名為機(jī)箱0、機(jī)箱1、機(jī)箱2、機(jī)箱3?？梢赃B接任何機(jī)箱。在本紙上使用機(jī)箱2和機(jī)箱3。底盤2用于使用負(fù)載傳感器查找質(zhì)量，機(jī)箱3用于使用流量傳感器查找體積。

密度技術(shù)是通過(guò)分析之前的技術(shù)或方法來(lái)適應(yīng)的。由于精度、成本和其他原因，使用密度計(jì)的密度測(cè)試具有局限性。項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)的方法通過(guò)使用體積質(zhì)量公式給出密度。質(zhì)量是使用稱重機(jī)中常用的稱重傳感器計(jì)算的，體積是使用NILabVIEW和CRIO在圖形中獲得的脈沖數(shù)計(jì)算的。體積實(shí)際上是通過(guò)的汽油升數(shù)。而不是手動(dòng)操作，我們可以通過(guò)這張紙獲得體積。使用這種技術(shù)可以檢測(cè)到摻雜物等不良行為和改變所需汽油量。密度是使用密度公式找到質(zhì)量和體積后得到的。汽油的密度實(shí)際上是748.9公斤/立方米。但汽油中允許含有10%的煤油和乙醇。通過(guò)允許汽油中摻雜物的一定百分比，密度會(huì)發(fā)生變化。計(jì)算密度后，應(yīng)使用LabVIEW根據(jù)密度值顯示消息。

圖1：整個(gè)過(guò)程的流程

圖1顯示了此項(xiàng)目中已執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程的流程圖。稱重傳感器傳感器用于獲取質(zhì)量，而流量傳感器用于獲取體積。使用質(zhì)量和體積計(jì)算汽油和煤油的密度。如

密度=質(zhì)量/體積

如果密度范圍為b/w700至780kg/m3，則汽油已準(zhǔn)備就緒。在其他地方，汽油由巨大的摻雜物濃度組成，這些信息將被發(fā)送給相關(guān)部門。

3.?????結(jié)果和討論

圖2：體積計(jì)算

上圖2顯示了NI-LabVIEW中的計(jì)數(shù)，給出了通過(guò)汽油獲得的脈沖計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)給出了汽油的體積。在圖2中，脈沖數(shù)為5，這意味著500ml汽油進(jìn)入流量傳感器。流量傳感器內(nèi)部有一個(gè)轉(zhuǎn)子，當(dāng)液體進(jìn)入時(shí)會(huì)旋轉(zhuǎn)。在NI-LabVIEW中，通過(guò)使用圖形圖表獲得脈沖計(jì)數(shù)。

圖3：質(zhì)量計(jì)算

為了獲得汽油的密度，需要質(zhì)量和體積。由于體積是使用流量傳感器通過(guò)脈沖數(shù)計(jì)算的。質(zhì)量是使用負(fù)載傳感器獲得的，結(jié)果如圖3所示。為了使用負(fù)載傳感器計(jì)算質(zhì)量，將相同量的汽油放入燒杯中并放置在負(fù)載傳感器上，傳感器內(nèi)部的應(yīng)變片具有惠斯通電橋，該電橋經(jīng)過(guò)拉伸和壓縮并給出放置物體的質(zhì)量。

圖4：顯示消息

獲取密度值后，應(yīng)檢查獲得的密度是否在該范圍內(nèi)，如果不在該范圍內(nèi)，則應(yīng)顯示警報(bào)消息。如流程圖所述，即圖1，圖4旨在向客戶和上級(jí)當(dāng)局發(fā)送有關(guān)摻雜物濃度的警報(bào)消息。

表1：不同汽油成分的密度值

從表1中，可以觀察到第5列的密度值已增加到780kg/m3及以上，由于對(duì)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)和環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害，因此受到限制。

4.?????結(jié)論

使用NI-LabVIEW獲得了密度值。汽油的不同密度值是通過(guò)添加煤油來(lái)獲取的，因?yàn)樗悄壳暗闹饕獡诫s物。添加煤油時(shí)密度值高。開發(fā)的應(yīng)用程序，以保持發(fā)動(dòng)機(jī)壽命免受摻雜物的影響并發(fā)出警報(bào)信息。通過(guò)計(jì)算密度獲得摻雜物的濃度。后續(xù)工作中，我們可以添加一個(gè)模塊，可以檢測(cè)特定的摻雜物名稱，例如煤油、乙醇等，以及每種摻雜物的特定濃度。

廠家有提供LabVIEW的例子。根據(jù)通訊協(xié)議的相關(guān)的說(shuō)明，編寫了適合項(xiàng)目的程序。程序截圖如下所示。

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相關(guān)資料說(shuō)明，如下所示。