Устройство для измерения влагосодержания дизельного топлива
Полезная модель предназначена для измерения влагосодержания дизельного топлива. Устройство состоит из генератора СВЧ питающегося от стабилизатора, волновода, в полость которого помещена поглощающая камера, имеющая входной и выходной патрубки, внутри которых установлены входной и выходной терморезисторы. Переменный резистор-преобразователь соединен с вакуумметром и установлен последовательно с выходным терморезистором, являясь элементом измерительного моста, соединенного с усилителем, который в свою очередь соединен с ЭВМ посредством аналого-цифрового преобразователя. Стрелочный индикатор установлен между усилителем и аналого-цифровым преобразователем.
Заявляемое устройство компактно, обладает эксплуатационной надежностью и повышенной точностью измерений за счет переменного резистора-преобразователя соединенного с вакуумметром и установленного последовательно с выходным платиновым терморезистором, что устраняет погрешность измерения, вызванную переменным расходом топлива ДВС.
Предлагаемое устройство относится к сельскохозяйственной технике, а именно к методам и средствам контроля качества топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано для определения влагосодержания дизельного топлива во время работы ДВС.
Известна система контроля степени обводненности дизельного топлива. Система снабжена экранированным емкостным датчиком, содержащим две группы электродов, на поверхность которых нанесено пленочное диэлектрическое покрытие. Последовательно с емкостным датчиком подключена регулируемая катушка индуктивности, образующая с емкостным датчиком последовательный колебательный контур. Напряжение с емкостного датчика поступает через усилитель на вход логического расширителя, к неинвертирующему выходу которого подключена обмотка электромагнитного вентиля, (п. РФ. N 2046974, кл. F 02 Д 45/00. Опубл. 27.10.95.)
Недостатком известного устройства является релейный режим работы и возможность использования только в качестве элемента защиты ДВС.
Наиболее близкой к заявляемому устройству по назначению и количеству существенных признаков является установка для определения коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) поглощающих камер и резонансной частоты микровлаги в продуктах, состоящая из стабилизатора, генератора СВЧ, измерителя КСВН, волновода и поглощающей нагрузки. В полость волновода помещена поглощающая камера с входным патрубком, к которому через трубку с краном крепится бак с термостатом и выходным патрубком соединенного посредством сливной трубки с баком. (Р.Л.Филиппов, А.Д.Морев // Электротехнология в сельском хозяйстве / Труды ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1974. - Вып.75. - С.211-214.)
Недостатками известного устройства являются:
- устройство является стационарным, имеет значительные габариты;
- недостаточная прочность элементов конструкции;
- малая надежность измерительных устройств;
- низкая точность контроля влагосодержания топлива.
Задача, решаемая полезной моделью - повышение точности и эксплуатационной надежности определения влагосодержания дизельного топлива потребляемого ДВС.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для измерения влагосодержания дизельного топлива, содержащем стабилизатор, генератор СВЧ, волновод, поглощающую камеру, входной и выходной патрубки согласно изобретению устройство дополнительно снабжено терморезисторами, размещенными в входном и выходном патрубках, вакуумметром подсоединенным к выходному патрубку, переменным резистором-преобразователем установленным последовательно с терморезистором, размещенным в выходном патрубке и соединенным с вакуумметром, а также усилителем и индикатором.
Заявляемое устройство целесообразно использовать для определения влагосодержания дизельного топлива во время работы ДВС.
Размещение в входных и выходных патрубках поглощающей камеры терморезисторов, снабжение устройства усилителем и стрелочным индикатором визуального контроля, позволяет контролировать влагосодержание топлива при работе в полевых условиях.
Обеспечение устройства вакуумметром и резистором-преобразователем устраняет значительные погрешности результатов измерения, возникающие вследствие изменяющейся скорости перемещения топлива в поглощающей камере.
Использование терморезисторов из платины значительно увеличивает точность измерений.
Дополнительное снабжение устройства аналого-цифровым преобразователем и ЭВМ, позволяет обрабатывать и хранить информацию о влагосодержании топлива.
Сущность процесса измерения состоит в том, что при резонансной частоте диполей воды (fрез= 11700 МГц) наблюдается наибольшее поглощение энергии СВЧ диполей воды в увлажненных органических веществах, и в частности, в дизельном топливе. Мощность энергии, выделяемой в объеме поглощающей камеры определяется из выражения:
где V - объем измерительной камеры;
f - частота колебаний источника СВЧ;
ЕM - амплитуда напряженности электромагнитного поля в измерительной камере;
tg
- тангенс угла потерь (максимальный для воды при f=11700 МГц).
- относительная диэлектрическая проницаемость раствора.
Учитывая, что для дизельного топлива Д.Т.=2,25, а для воды В=81 и допуская, что влага дисперсно и равномерно распределяется по объему дизельного топлива, то относительная диэлектрическая проницаемость раствора
где V - объем измерительной камеры;
V ДТ - доля объема камеры, заполненная топливом;
V В - доля объема камеры, заполненная водой;
Из выражения (II) следует, что с ростом влагосодержания топлива активная мощность потерь в поглощающей камере вырастает. Так как для изготовления поглощающей камеры, входного и выходного патрубков предлагаемого устройства используется фторопласт-4, обладающего
хорошими теплоизоляционными свойствами и наименьшим (по сравнению с другими материалами) тангенсом угла потерь на СВЧ (tg
0,0001), то вся выделяемая в камере энергия идет на нагрев топливно-водяной смеси, находящейся в камере в данный момент времени.
В свою очередь удельные теплопотери
где u - скорость движения топлива в измерительной камере, м/с;
s - площадь поперечного сечения камеры, м 2;
g - плотность раствора, кг/м3 . Так как для воды и дизельного топлива плотности близки по величине то в дальнейшем принимаем g=gДТ;
с - удельная теплоемкость раствора, 
;
tВХ - температура топлива на входе в измерительную камеру;
tВЫХ - температура топлива на выходе из измерительной камеры;
Из выражений (I, II, IV) следует, что перепад температур
будет определятся в первую очередь влагосодержанием топлива.
Контроль температуры топлива на входе и выходе поглощающей камеры осуществляется высокочувствительными (платиновыми) терморезисторами, обладающих линейной статической характеристикой
где RНАЧ - Сопротивление терморезистора при t=0°С;
- температурный коэффициент материала терморезистора.
Оба этих терморезистора являются активными плечами дифференциального измерительного моста. Выходной сигнал измерительного моста
где UСТАБ - стабилизированное напряжение питания измерительного моста переменного тока;
R3; R4 - пассивные плечи измерительного моста.
будет пропорционален изменению температуры топливной смеси, что в итоге, после градуировки измерительного устройства, позволяет контролировать влагосодержание топлива ДВС, работающего в полевых условиях.
Однако из-за изменяющейся мощности загрузки ДВС расход топлива двигателем и скорость его перемещения в измерительной камере (u) будут также непрерывно меняться, а это, следуя из выражения (IV), приводит к нестабильности температуры топливной смеси на выходе измерительной камеры при постоянном ее влагосодержании. В итоге все это вызывает значительные погрешности результатов измерения.
Так как скорость движения топлива в топливопроводе определяется разряжением, создаваемым топливным насосом высокого давления (ТНВД), то для устранения указанных выше недостатков на выходном патрубке поглощающей камеры устанавливаем корректирующий мембранный вакуумметр с резистивным преобразователем (R.R.), представляющий собой переменный резистор-преобразователь, подвижный контакт которого тягой связан с мембраной вакуумметра.
Переменный резистор RR последовательно соединяется с терморезистором R
вых в соответствующем активном плече измерительного моста. Подбором начального сопротивления резистора RR и чувствительности мембраны вакуумметра добиваемся условия, когда
где 
- изменение сопротивления выходного терморезистора, вызванное изменением расхода топлива;
m
RR(u) - изменение сопротивления переменного резистора вакуумметра, вызванное изменением расхода топлива.
Следовательно выходной сигнал измерительного моста
не зависит от нестабильности расхода топлива, а будет определяться только его влагосодержанием.
Устройство для измерения влагосодержания дизельного топлива поясняется чертежами, где фиг.1 - структурная схема устройства; фиг.2 - принципиальная схема устройства.
Устройство для измерения влагосодержания дизельного топлива состоит из стабилизатора 1, генератора СВЧ 2, волновода 3, поглощающей камеры 4, входного 5 и выходного 6 патрубков, входного 7 и выходного 8 терморезисторов, переменного резистора-преобразователя 9, вакуумметра 10, усилителя 11, стрелочного индикатора 12, аналого-цифрового преобразователя 13 и ЭВМ 14. Входной 5 и выходной 6 патрубки соединены с поглощающей камерой 4, в которую генератор СВЧ 2 питающийся от стабилизатора 7 распространяет СВЧ энергию с помощью волновода 3. Входной 7 и выходной 8 терморезисторы расположены соответственно внутри входного 5 и выходного 6 патрубков. Переменный резистор-преобразователь 9 соединен с вакуумметром 10 и установлен последовательно с выходным терморезистором 8, являясь элементом измерительного моста, соединенного с усилителем 11, который в свою очередь соединен с ЭВМ 14 посредством аналого-цифрового преобразователя 13. Стрелочный индикатор 12 установлен между усилителем 11 и аналого-цифровым преобразователем 13.
Устройство работает следующим образом. Потребляемое ДВС дизельное топливо по входному патрубку 5, попадает в поглощающую камеру 4, проходя через которую нагревается до определенной температуры за счет потерь в ее объеме энергии СВЧ, которая излучается генератором СВЧ 2 питающегося от стабилизатора 1 и передается по волноводу 3, затем топливо попадает в выходной патрубок 6. Перепад входной и выходной температур топлива контролируется соответствующими входным 7 и выходным терморезисторами 8, размещенными внутри входного 5 и выходного 6 патрубков. Информация с терморезисторов преобразуется в соответствующий электрический сигнал, который после усилителя 11 подается на стрелочный индикатор визуального контроля 12 и через аналого-цифровой преобразователь 13 на вход ЭВМ 14 для дальнейшей обработки и хранения информации о влагосодержании дизельного топлива. Включенный последовательно с выходным терморезистором 8 переменный резистор-преобразователь 9 соединенный с корректирующим вакуумметром 10, устраняет погрешность измерения, вызванную переменным расходом топлива ДВС.
Заявленное устройство малогабаритно, удобно и надежно в эксплуатации, экономически эффективно, позволяет с высокой точностью контролировать влагосодержание дизельного топлива во время работы ДВС в полевых условиях.
1. Устройство для измерения влагосодержания дизельного топлива, содержащее стабилизатор, генератор СВЧ, волновод, поглощающую камеру с входным и выходным патрубками, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено терморезисторами, размещенными в входном и выходном патрубках, вакуумметром, подсоединенным к выходному патрубку, переменным резистором-преобразователем, установленным последовательно с терморезистором, размещенным в выходном патрубке и соединенным с вакуумметром, а также усилителем и индикатором.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что терморезисторы изготовлены из платины.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено аналого-цифровым преобразователем и ЭВМ.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поглощающая камера выполнена из фторопласта.
