Устройство оперативного контроля показателей детонационной стойкости углеводородных топлив

Полезная модель относится к устройствам оперативного контроля показателей качества нефтепродуктов, в частности позволяет измерять октановое число (ОЧ) бензинов, цетановое число (ЦЧ) дизельных топлив, Устройство позволяет анализировать недостоверность топлива с точки зрения наличия в нем недопустимых по ГОСТ неорганических присадок. Задачей изобретения является повышение точности и упрощение процедуры калибровки прибора. В соответствии с поставленной задачей заявляемое устройство, контроля показателей детонационной стойкости углеводородных топлив, содержит: генератор 1 питающий переменным напряжением RC-MOCT, одним плечом которого является емкостной датчик 2 с встроенным датчиком температуры 4, а другим плечом - набор комплексных сопротивлений 5, соответствующих эталонным товарным бензинам. В датчик 2 наливается фиксированный объем контролируемого топлива 3, диэлектрическая проницаемость которого зависит от детонационной стойкости. Выходной сигнал, снимаемый с диагонали моста, зависящий от детонационной стойкости топлива, через усилитель 6 подается на вход устройства обработки 7, которое вычисляет величину детонационной стойкости (октановое или цетановое число) с поправкой на температуру. Устройство работает по принципу неуравновешенного моста. Показатели детонационной стойкости и достоверности топлива определяются по соотношениям, приведенным в описании полезной модели.

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам оперативного контроля показателей детонационной стойкости углеводородных топлив (октановое число бензинов или цетановое число дизельных топлив), позволяющего определять указанные параметры без сжигания.

Аналогами заявляемой полезной модели являются устройства, содержащие емкостной датчик со встроенным датчиком температуры, соединенные с устройством обработки и индикации (патент на полезную модель РФ 10463 Устройство для измерения октанового числа бензинов / Астапов В.Н, Скворцов Б.В., Васильев Р.Л., Пендюхов Е.П.//, МПК G01N 25/20, опубл. бюл. 7, 1999; патент на полезную модель 34014./ Устройство для измерения показателей качества нефтепродуктов// Скворцов Б.В. Царев Р.А., МПК G01N 25/20, опубл. бюл. 32, 2003 г.); патент на изобретение 2206085 / Устройство для оперативного измерения октанового числа бензинов // Скворцов Б.В., Синников С.Г., Астапов В.Н, МПК G01N 27/22 опубл. бюл. 17, 2003)

Недостатком аналогов является недостаточно высокая точность, связанная с разнообразием компонентного состава топлив.

Прототипом заявляемой полезной модели является устройство, содержащее емкостной датчик, со встроенным датчиком температуры, выходы которых подключены к входу устройства обработки (патент на полезную модель 66542 / Устройство измерения показателей детонационной стойкости и достоверности углеводородных топлив // Скворцов Б.В, Скворцов Д.Б, Борминский С.А, Желтова А.С. от 10.09.07 г.)

Недостатком прототипа является недостаточно высокая точность, а также достаточно сложная процедура калибровки устройства, что неудобно для пользователя, применяющего прибор для оперативного контроля на бензоколонках и нефтебазах.

Поставлена задача: повысить точность, упростить процесс калибровки устройства и облегчить тем самым процедуру использования прибора.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном устройстве оперативного контроля показателей детонационной стойкости углеводородных топлив, содержащем емкостной датчик топлива со встроенным датчиком температуры, выходы которых подключены к входу устройства обработки, согласно полезной модели емкостной датчик включен в плечо измерительного моста, состоящего из электрических сопротивлений, в сопряженное плечо которого через ключ подсоединен блок комплексных сопротивлений, соответствующих эталонным товарным топливам с известными детонационными характеристиками.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена структурная схема предложенного устройства.

Схема содержит: генератор 1 питающий переменным напряжением RC-мост, одним плечом которого является емкостной датчик 2 с контролируемым топливом 3 и встроенным датчиком температуры 4, а сопряженным плечом - набор комплексных сопротивлений 5, соединенных с питающим генератором через ключ К1, импеданс которых соответствует эталонным товарным топливам Z_Э. Два оставшихся плеча моста образуются постоянными сопротивлениями Z₁, Z₂, подобранными из соображений соизмеримости с импедансом датчика. В одну диагональ моста включен питающий генератор синусоидального напряжения 1. В противоположную диагональ моста включен вход усилителя 6, выход которого вместе с выходом датчика температуры 4 подключен к входу устройства обработки 7.

Устройство работает следующим образом. Известно (см. прототип), что каждому товарному бензину, произведенному на сертифицированном предприятии, соответствует свой импенданс: ,

где _A, () - абсолютная диэлектрическая проницаемость и проводимость топлива соответственно, - частота. Относительная и абсолютная _А проницаемости связаны соотношением связаны соотношением: _А=_o, где ₀=8.85416·10^-12 [Ф/м]. Например, для топлив с октановыми числами 80, 92, 95, 98 импедансы известны и изменяются в определенных пределах для разных производителей. Поэтому при известном объеме датчика для каждого вида стандартных топлив можно подобрать соответствующее фиксированное комплексное сопротивление.

Из прототипа известно, что активная составляющая импеданса топлива несет в себе информацию о его подлинности, а реактивная составляющая - о показателе детонационной стойкости. Отметим, что проводимость стандартных топлив, содержащих разрешенные присадки очень мала, поэтому активное сопротивление конденсатора велико. Проводимость топливу дают запрещенные кислородо- и металосодержащие присадки, спирты, вода.

Устройство работает следующим образом. В датчик 6 наливается контролируемое топливо 6. Датчик может быть погружным. Известно, что условием равновесия моста является равенство:

Комплексное сопротивление можно представить в виде: ,

где R, X активная и реактивная составляющие, , .

Тогда уравнение разбивается на два равенства:

Прибор работает по принципу неуравновешенного моста. В процессе измерения переключением ключа К1 добиваются минимального выходного сигнала в диагонали моста, что будет соответствовать принадлежности данного топлива к определенному виду, например, для бензинов к одному из стандартных видов: 80, 92, 95, 98.. Если топливо полностью соответствует эталонному, выходной сигнал моста равен нулю. При отсутствии равновесия в диагонали моста возникает напряжение, определяемое по формуле:

Если , а комплексное сопротивление датчика отличается от эталонного на величину , то выражение (3) примет вид:

Отсюда:

По величине R можно судить о подлинности топлива, а по величине Х - об отклонении показателя детонационной стойкости от значения, полученного при выборе вида топлива, полученного путем переключения ключа К₁.

Выходной сигнал моста подается в устройство обработки (3), где по формуле (5) вычисляется отклонение активной и реактивной составляющих импенданса топлива от эталонного значения. В памяти устройства обработки хранятся коэффициенты поправок для вычисления значений показателей детонационной стойкости и подлинности Q, которые определяются по формулам:

где ₀ - октановое (цетановое) число базового топлива, полученного при уравновешивании моста. K, K_Q - коэффициенты поправок по детонационной стойкости и подлинности топлив. Отметим, что индекс подлинности эталонного топлива равен 1. Если индекс подлинности топлива выходит за допустимые рамки, например становится меньше 0,9, то топливо может быть отбраковано, хотя октановое число при этом может соответствовать заявленному.

Использование предложенной схемы измерения позволяет повысить точность и чувствительность устройства, минимизировать и упростить процедуру калибровки прибора.

Устройство оперативного контроля показателей детонационной стойкости углеводородных топлив, содержащее емкостной датчик топлива со встроенным датчиком температуры, выходы которых подключены к входу устройства обработки, отличающееся тем, что емкостной датчик включен в плечо измерительного моста, состоящего из электрических сопротивлений, в сопряженное плечо которого через ключ подсоединен блок комплексных сопротивлений, соответствующих эталонным товарным топливам с известными детонационными характеристиками.