Датчик диэлькометрического анализатора качества моторного топлива

 

Изобретение относится к области анализа качества моторного топлива и может быть использовано в промышленности в технологических процессах при изготовлении топлива, в автомобильном транспорте, в частности для определения марки топлива. Технический результат - автоматическое смещение градуировочной характеристики датчика диэлькометрического анализатора качества моторного топлива при смене типа топлива и защита от влияния на выходной сигнал датчика внешних электрических полей в зоне его торцевых поверхностей. Сущность: датчик диэлькометрического анализатора качества моторного топлива содержит цилиндрические внешний и первый внутренний электроды с дренажными отверстиями и изоляционную прокладку. Новым является то, что первый цилиндрический внутренний электрод выполнен полым, а датчик снабжен вторым цилиндрическим внутренним полым электродом, который механически соединен с первым цилиндрическим внутренним полым электродом и электрически от него изолирован изоляционной втулкой, металлическим поплавком с калиброванным значением объемной плотности, причем его объемная плотность равна граничному значению плотности анализируемых моторных топлив. Металлический поплавок размещен в полостях цилиндрических внутренних электродов и изоляционной втулки с возможностью его перемещения между цилиндрическими первым и вторым внутренними полыми электродами или внутри одного из них от верхнего до нижнего упора. Датчик снабжен также экраном, установленным сверху изоляционной прокладки, и донышком, при этом второй цилиндрический внутренний электрод, экран и донышко электрически соединены с цилиндрическим внешним электродом. 2 ил.

Изобретение относится к области анализа качества моторного топлива и может быть использовано в промышленности в технологических процессах при изготовлении топлива, в автомобильном транспорте, в частности для определения марки топлива.

Известно устройство для анализа состава бинарных или псевдобинарных смесей газов и жидкостей, содержащее камеру, в которой размещен алюминиевый стержень, по поверхности которого сделана нарезка и нанесен оксид алюминия, в нарезку уложена никелевая проволока (см. Фарзане Н.Г, Ильясов И.В., Азим-Заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. М., Высш. шк., 1989. 456 с., с.311, рис.11.6.а).

Алюминиевый стержень с оксидом алюминия и никелевая проволока образуют электрический конденсатор, емкость которого увеличивается при сорбции воды оксидом алюминия.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится возможность контроля таким датчиком лишь наличия воды в топливе.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является датчик емкостного преобразователя, содержащий цилиндрический внешний и внутренний электроды, помещенные в исследуемое топливо, изоляционную прокладку (см. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. 320 с., с.142, рис.7-9, а) и принятое за прототип.

При изменении диэлектрической проницаемости топлива изменяется электрическая емкость цилиндрического конденсатора, полностью погруженного в топливо.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что такое устройство не различает типы топлива, например бензин и дизельное топливо, а также влияние на выходной сигнал датчика внешних электрических полей в зоне его торцевых поверхностей.

Технический результат - автоматическое смещение градуировочной характеристики датчика диэлькометрического анализатора качества моторного топлива при смене типа топлива и защита от влияния на выходной сигнал датчика внешних электрических полей в зоне его торцевых поверхностей.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что устройство содержит цилиндрические внешний и первый внутренний электроды с дренажными отверстиями и изоляционную прокладку.

Особенностью является то, что первый цилиндрический внутренний электрод выполнен полым, а датчик снабжен вторым цилиндрическим внутренним полым электродом, который механически соединен с первым цилиндрическим внутренним полым электродом и электрически от него изолирован изоляционной втулкой; металлическим поплавком с калиброванным значением объемной плотности, причем его объемная плотность равна граничному значению плотности анализируемых моторных топлив, и размещенным в полостях цилиндрических внутренних электродов и изоляционной втулки с возможностью его перемещения между цилиндрическими первым и вторым внутренними полыми электродами или внутри одного из них от верхнего до нижнего упора; экраном, установленным сверху изоляционной прокладки, и донышком, при этом второй цилиндрический внутренний электрод, экран и донышко электрически соединены с цилиндрическим внешним электродом.

На фиг.1 и 2 представлена схема датчика диэлектрического анализатора качества моторного топлива, причем на фиг. 1 поплавок находится на нижнем упоре; на фиг.2 - поплавок находится у верхнего упора.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Датчик содержит цилиндрический внешний электрод 1, являющийся корпусом цилиндрического конденсатора, первый цилиндрический внутренний полый электрод 2, изоляционную прокладку 3, второй цилиндрический внутренний полый электрод 4, механически соединенный с первым цилиндрическим внутренним полым электродом 2 и электрически от него изолированным изоляционной втулкой 5, металлический поплавок 6 с калиброванным значением объемной плотности, помещенный в полостях цилиндрических внутренних полых электродов 2 и 4 и изоляционной втулки 5, верхний 7 и нижний 8 упоры, экран 9, установленный сверху изоляционной прокладки 3, и донышко 10, при этом экран 9 закреплен ниже верхнего среза цилиндрического внешнего электрода 1, в стенках цилиндрических внутренних полых электродов 2 и 4, экране 9 и изоляционной прокладке 3 выполнены дренажные отверстия 11, а второй цилиндрический внутренний полый электрод 4, экран 9 и донышко 10 электрически соединены с цилиндрическим внешним электродом 1. Объемная плотность металлического поплавка 6 равна граничному значению плотности анализируемых моторных топлив. Металлический поплавок 6 размещен с возможностью его перемещения или между цилиндрическими внутренними полыми электродами 2 и 4, или внутри одного из них от верхнего 7 до нижнего 8 упора.

Принцип действия диэлькометрических анализаторов состоит в измерении диэлектрической проницаемости ε среды, заполняющей электрический конденсатор, электрическая емкость С которого определяется выражением С = kε, (1) здесь k - постоянный коэффициент, который определяется размерами конденсатора и его конструкцией (см. Фарзане Н.Г., Ильясов И.В., Ази-Заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. М., Высш. шк., 1989. 456 с., с.310, уравнение 11.29).

Металлический поплавок 6 может иметь простую геометрическую форму, например цилиндрическую, что позволяет достаточно точно определить его объем, а его масса определяется с большой степенью точности путем взвешивания, т.е. металлический поплавок 6 изготовлен с калиброванным значением объемной плотности.

Объемная плотность металлического поплавка 6 выбирается равной граничной плотности исследуемых типов моторных топлив. Так, например, если плотность автомобильного бензина составляет 0,68-0,76 г/см³, а плотность дизельного топлива 0,8-0,98 г/см³, тогда граничное значение плотности для них составит 0,78 г/см³. Такой поплавок в автомобильном бензине тонет, а в дизельном топливе всплывает.

Устройство работает следующим образом.

В корпус датчика заливается исследуемое топливо, которое через систему дренажных отверстий 11 заполняет весь внутренний объем корпуса и непосредственно зазор между цилиндрическим внешним электродом 1 и первым цилиндрическим внутренним полым электродом 2.

Выходная электрическая емкость С датчика зависит от диэлектрической проницаемости топлива в зазоре между цилиндрическим внешним электродом 1 и первым цилиндрическим внутренним полым электродом 2.

Если объемная плотность металлического поплавка 6 больше плотности исследуемого топлива, то металлический поплавок 6 находится на нижнем упоре 8 (см. фиг.1) и не влияет на выходную электрическую емкость С датчика.

Если объемная плотность металлического поплавка 6 меньше плотности исследуемого топлива, то металлический поплавок 6 всплывает до верхнего упора 7 (см. фиг. 2) и частично войдет в полость первого цилиндрического внутреннего полого электрода 2. Тем самым к выходной емкости С датчика добавится емкость C₁ системы, состоящей из первого цилиндрического внутреннего полого электрода 2, изоляционной втулки 5, металлического поплавка 6, второго цилиндрического внутреннего полого электрода 4. Так как второй цилиндрический внутренний полый электрод 4 электрически соединен с цилиндрическим внешним электродом 1, то общая выходная электрическая емкость датчика увеличится и составит C+C₁, a вся градуировочная характеристика датчика сместится на постоянную величину С₁.

Наличие верхнего 7 и нижнего 8 упоров и полное погружение металлического поплавка 6 в исследуемое топливо устраняет погрешности из-за поверхностных эффектов на границе раздела сред. Наличие же экрана 9 и донышка 10, электрически соединенных с цилиндрическим внешним электродом 1, устраняет влияние на выходной сигнал датчика внешних электрических полей в зоне его торцевых поверхностей.

Лабораторные исследования экспериментального образца датчика без металлического поплавка 6 показали, что его электрическая емкость в бензине А-76 составляет 16,8 пФ, в бензине АИ-98 17,5 пФ, а в дизельном топливе - 17 пФ. Датчик без металлического поплавка 6 не отличает бензин от дизельного топлива, так как электрическая емкость в дизельном топливе 17 пФ находится в диапазоне изменения электрической емкости датчика в бензине (16,8-17,5 пФ). Аналогичные исследования датчика с металлическим поплавком 6 показали те же данные в автомобильных бензинах, а в дизельном топливе электрическая емкость датчика составила 18,9 пФ.

Отсюда можно сделать вывод, что предложенное устройство автоматически смещает градуировочную характеристику датчика при смене типа моторного топлива, позволяет различать типы углеводородных топлив и идентифицировать марку топлива, а также устраняет влияние на выходной сигнал датчика внешних электрических полей в зоне его торцевых поверхностей.

Формула изобретения

Датчик диэлькометрического анализатора качества моторного топлива, содержащий цилиндрические внешний и первый внутренний электроды с дренажными отверстиями и изоляционную прокладку, отличающийся тем, что первый цилиндрический внутренний электрод выполнен полым, а датчик снабжен вторым цилиндрическим внутренним полым электродом, который механически соединен с первым цилиндрическим внутренним полым электродом и электрически от него изолирован изоляционной втулкой, металлическим поплавком с калиброванным значением объемной плотности, причем его объемная плотность равна граничному значению плотности анализируемых моторных топлив, и размещенным в полостях цилиндрических внутренних электродов и изоляционной втулки с возможностью его перемещения между цилиндрическими первым и вторым внутренними полыми электродами или внутри одного из них от верхнего до нижнего упора, экраном, установленным сверху изоляционной прокладки, и донышком, при этом второй цилиндрический внутренний электрод, экран и донышко электрически соединены с цилиндрическим внешним электродом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2