Для измерения интенсивности детонации наибольшее распространение получили методы, основанные на изменении температур и давлений. Измерение температуры последней порции заряда оказалось довольно сложным и мало пригодным способом оценки детонации. Практическое применение получил метод измерения средней температуры стенок камер сгорания, на базе которого разработан так называемый температурный метод оценки детонационной стойкости авиационных бензинов.
В современных методах для количественной оценки детонации наиболее широко пользуются измерением давления в камерах сгорания. Многочисленные исследования показали, что механические вибрации двигателя, акустические вибрации, колебания газа и пламени в двигателях при детонации совпадают по частоте и, являясь следствием детонационного сгорания, могут быть использованы для его обнаружения и количественного измерения интенсивности. Наибольшее распространение получил прибор, измеряющий скорость нарастания давления в камере сгорания двигателя механическим способом (так называемая «игла Миджлея»). В настоящее время разработаны более совершенные электрические датчики давления (пьезокварцевые, индукционные, магнитострикционные, емкостные, тензометрические и др.), применение которых позволяет повысить точность определений.
Первая одноцилиндровая установка с переменной степенью сжатия была создана Г. Рикардо в начале 20-х годов, и на этой установке была разработана первая методика оценки детонационной стойкости топлив по так называемой «критической» или «наивысшей полезной» степени сжатия, при которой начинается слышимая детонация. Таким образом, уже в первом методе оценки детонационной стойкости бензинов детонация вызывалась за счет увеличения степени сжатия. В дальнейшем для инициирования детонации применялись фактически все параметры режима работы двигателя (дросселирование, наддув, число оборотов, состав смеси, угол опережения зажигания, температурный режим и т.д.), однако до сего времени изменение степени сжатия является основным фактором для создания условий детонационного сгорания в лабораторных методах оценки антидетонационных свойств бензинов.
В настоящее время для оценки детонационной стойкости автомобильных бензинов в лабораторных условиях пользуются специальными установками с одноцилиндровыми двигателями. В России до 1949 г. для оценки октановых чисел автомобильных бензинов применялся моторный метод. В дальнейшем в связи с изменением технологии нефтепереработки и выпуском новых моделей двигателей в России, так же как и в других странах, возникла необходимость в применении менее жесткого, чем моторный, метода оценки октановых чисел. В 1959 г. была сделана отечественная установка для исследовательского метода.
Следующим этапом совершенствования отечественных методов оценки октановых чисел было создание электронного детонометра ДП-60 вместо электромеханического датчика с подвижной иглой. Применение электронного детонометра значительно повысило точность определения октановых чисел.
В последние годы разработана и всесторонне испытана новая универсальная установка, предназначенная для определения октановых чисел как по моторному, так и по исследовательскому методам, — УИТ-65. Новая установка оборудована автоматическими электронными устройствами для поддержания постоянного режима.
В настоящее время определение октановых чисел автомобильных бензинов на лабораторных установках производят двумя методами — моторным и исследовательским.
Лабораторные установки состоят из одноцилиндрового двигателя, асинхронного электромотора, пульта управления, колонки для поддержания постоянной влажности всасываемого воздуха, аппаратуры для измерения детонации и вспомогательного оборудования. Одноцилиндровый поршневой четырехтактный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания с жидкостным термосифонно-испарительным охлаждением и специальным устройством для изменения степени сжатия (от 4 до 10) состоит из картера, цилиндра с поршнем, кривошипно-шатунного механизма, а также систем смазки и охлаждения.
Склонность исследуемого бензина к детонации оценивается сравнением его с эталонными топливами, детонационная стойкость которых заранее известна. В качестве эталонных топлив используются, как правило, чистые индивидуальные углеводороды или другие соединения, названия которых применяют для обозначения соответствующего «числа» — толуоловое, бензольное, ксилольное, анилиновое, этиловое и т.п. В настоящее время наиболее широко для оценки детонационной стойкости пользуются так называемым октановым числом. При его определении эталонное топливо готовят смешением двух индивидуальных углеводородов. Один из них — изооктан (2, 2, 4-триметилпентан) — детонирует только при высокой степени сжатия, и его детонационная стойкость принята равной 100 октановым единицам. Другой углеводород — н-гептан — обладает плохими антидетонационными свойствами, и его октановое число принято за нуль. Смеси изооктана и гептана в различных соотношениях обладают разной детонационной стойкостью; она характеризуется октановыми числами от нуля до 100.
Октановое число бензина определяют следующим образом. При работе на испытуемом бензине изменением степени сжатия двигателя добиваются появления детонации определенной силы. Затем подбирают такую эталонную смесь углеводородов, которая при этой же степени сжатия детонирует с той же силой, что и испытуемый бензин. Процентное содержание изооктана в такой смеси численно принимается за октановое число испытуемого бензина.
Октановые числа автомобильных бензинов выше 100 единиц определяются сравнением бензина с изооктаном, в который добавлена антидетонационная присадка — тетраэтилсвинец.
Моторный и исследовательский методы определения октанового числа различаются режимом проведения испытаний.
Испытания бензина по исследовательскому методу проводятся при менее напряженном режиме работы двигателя, чем по моторному методу. Поэтому октановое число бензина, определенное по исследовательскому методу, обычно несколько выше, чем октановое число, определенное по моторному методу. Разницу в октановых числах бензина, найденных этими двумя методами, называют чувствительностью бензина. Чувствительность бензина определяется его химическим составом.