Прибор для обнаружения воды в жидкостях с высоким удельным сопротивлением. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Кварцевые диссипативные преобразователи, описанные в статье В. Савченко и Л. Грибовой "Кварцевый резонатор преобразует неэлектрические величины в электрические" в "Радио", 2004, № 2, на с. 34-36, нашли применение в приборах контроля влажности газов и твердых веществ, в аппаратуре для научных исследований новых материалов и др. Не менее важна проблема обнаружения воды в жидких веществах, в частности, в моторном топливе. Об одном из практических способов решения этой задачи рассказывает помещенная ниже статья.

Качество жидкого топлива определяется многими факторами, среди которых немаловажное значение имеет его обводненность. Вода в топливе может находиться в разных агрегатных состояниях - растворенная, свободная и эмульсионная. При различной температуре топлива в нем растворяется от 0,002 до 0,007% воды, которую визуально контролировать невозможно. С понижением температуры растворимость воды в топливе уменьшается, и она в виде капель оседает на дно резервуара.

Свободная вода в топливе в несколько раз усиливает коррозию металлов, контактирующих с топливом, а зимой, замерзая в топливопроводе, может вызвать остановку двигателя. Поэтому содержание воды в топливе целесообразно, а в ряде случаев просто необходимо контролировать.

Для повышения эффективности визуального контроля наличия свободной воды к пробе топлива добавляют, например, марганцовокислый калий, который, растворяясь в воде, окрашивает ее в характерный цвет, хорошо видимый на глаз. Конечно, такой метод контроля весьма неудобен, поэтому важное значение приобретает индикация наличия свободной воды с помощью автоматического портативного прибора.

Сложность контроля состоит в том, что топливо, являясь высококачественным диэлектриком, имеет очень большое удельное сопротивление электрическому току. Капля воды в топливе, даже помещенная между двух электродов, не может быть проконтролирована простым мегаомметром на постоянном токе, так как пленка топлива, окружающая каплю, не позволяет ей плотно соприкоснуться с электродами, из-за чего электрическое сопротивление в цепи не может существенно уменьшиться.

Для индикации свободной воды в топливе мы предлагаем использовать диссипативный кварцевый преобразователь электрической энергии, обладающий высокой чувствительностью к изменению больших значений электрического сопротивления. Прибор содержит электрическую цепь из последовательно или параллельно включенных вакуумного кварцевого резонатора и емкостного датчика. Эта цепь названа кварцевым диссипативным преобразователем электрической энергии, так как ее эквивалентное электрическое сопротивление, являясь выходным параметром преобразователя, определяется потерей энергии в датчике с контролируемым диэлектриком, например, в жидком углеводородном топливе.

На рис. 1,а и б показана конструкция разработанного прибора для контроля свободной воды в топливе. Прибор выполнен в виде мерной кружки из органического стекла с крышкой и ручкой. В ручке размещены элементы питания и кнопочный выключатель, выведенный на ее внутреннюю сторону. В верхнюю часть ручки вмонтирован светодиод, по свечению которого определяют наличие воды в жидком топливе.

На дне кружки расположен емкостный датчик, состоящий из двух конусообразных соосно размещенных электродов, направленных вершинами навстречу, как схематически показано на рис. 2. Оба электрода отштампованы из листовой латуни, причем верхний (наружный) выполнен усеченным.

Рис. 2

Электроды фиксированы на дне кружки так, что между ними образуется воздушный кольцевой зазор шириной примерно 0,25 мм, определяющий электрическую емкость датчика около 0,8 пФ без топлива. Под дном кружки размещена плата с деталями электронной части прибора.

В кружку заливают примерно поллитра топлива. Если в нем имеются капли свободной воды, то в течение некоторого времени они по конусообразным стенкам датчика скатываются в зазор и изменяют электрическое сопротивление в зазоре емкостного датчика. Крышка кружки, укрепленная шарнирно на петле, необходима для предотвращения попадания в рабочий объем атмосферных осадков (дождя, снега) при работе в полевых условиях.

На рис. 3 изображена принципиальная схема прибора. Кварцевый диссипативный преобразователь содержит емкостный датчик Cд и вакуумированный кварцевый резонатор ZQ1 на частоту 300 кГц, имеющий динамическое (эквивалентное активное) сопротивление Rд = 80 Ом и статическую емкость Cст = 6,5 пФ. Автогенератор выполнен по схеме емкостной трехточки на транзисторе VТ1.

Рис. 3

Переменное напряжение автогенератора после детектирования диодами VD1, VD2 с конденсатором C5 поступает на базу транзистора VТ2 и закрывает его, что приводит к уменьшению коллекторного тока транзистора; светодиод HL1 гаснет.

При отсутствии автогенерации ток коллектора транзистора УТ2 достаточен для свечения светодиода HL1. Необходимый коллекторный ток этого транзистора устанавливают подборкой резисторов делителя напряжения R4R5. По яркости свечения светодиода в момент включения прибора можно судить о достаточности напряжения его питания (3 В), получаемого от двух гальванических элементов.

По мере старения элементов питания яркость свечения светодиода уменьшается. Работоспособность прибор сохраняет до напряжения питания 2 В.

При замыкании контактов кнопки SB1 из-за большой (свыше 500000) добротности кварцевого резонатора автогенерация не может возникать мгновенно. В течение 1,5...1,8 с происходит плавное установление номинальных значений амплитуды и частоты колебаний генератора. Пока генератор не вышел на нормальный режим, светит светодиод HL1. Через указанное время генератор включается, и если в датчике прибора нет следов воды, светодиод HL1 гаснет, так как положительное напряжение на базе транзистора VT2 будет скомпенсировано отрицательным с детектора.

Погасание светодиода свидетельствует о готовности прибора к работе, т. е. к контролю свободной воды в топливе. После заливания чистого топлива в мерную кружку светодиод так и остается выключенным. Если же в топливе есть хотя бы одна капля (0,023...0,026 г или больше) воды, то активные потери в преобразователе резко увеличатся, что приведет к срыву автогенерации и включению светодиода.

Заметим, что капля свободной воды в автомобильном топливе, попавшая в зазор между электродами датчика, вызывает увеличение активного сопротивления преобразователя на Rа = 400 Ом. Теоретически это соответствует включению параллельно емкостному датчику Cд сопротивления потерь Rп = 1 ГОм. Расчет проводился по формуле:

Rа = Rд/(1+(omega*Cд*Rп)^2)

Чувствительность прибора устанавливают подстроечным конденсатором C1. Для проверки чувствительности к электродам датчика подключают резистор сопротивлением 750 кОм (МЛТ-0,25). Практически достаточно, держа резистор за один вывод, другим коснуться центрального электрода датчика. При нормальной чувствительности после соприкосновения вывода резистора с центральным электродом датчика светодиод включается через 1...2 с.

Если принять, что масса топлива, помещаемая в рабочий объем прибора, равна 0,5 кг, а масса капли воды в среднем - 0,025 г, то получается, что прибор надежно контролирует уже пять сотых процента свободной воды.

Испытания прибора с различными видами жидкого топлива прошли успешно. Он оказался пригодным для контроля наличия свободной воды и в других диэлектрических жидкостях, например, в ацетоне, в бензоле и др.

Авторы: В.Савченко, Л.Грибова, г.Иваново

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Экономичный катализатор для водорода 04.05.2025 Водородное топливо уже давно рассматривается как одно из ключевых решений на пути к углеродно-нейтральной энергетике. Его применение может кардинально изменить энергетический баланс и снизить глобальные выбросы парниковых газов. Однако до сих пор существовали серьезные препятствия на пути массового внедрения водородных технологий. Главным среди них остается высокая стоимость эффективных катализаторов, необходимых для промышленного производства водорода методом электролиза. Новое исследование, проведенное учеными из Университета Тохоку, может стать поворотным моментом в этом направлении. Исследовательская группа под руководством Хенга Лю сосредоточила свои усилия на улучшении эффективности катодов, использующих так называемые фосфиды переходных металлов. В качестве основы был взят фосфид кобальта (CoP), который модифицировали с помощью фтора. В результате на его поверхности появились вакансии фосфора - структурные дефекты, превращающиеся в активные центры, ускоряющие реакцию высвобождения водорода. Такой подход значительно повысил каталитическую активность материала, особенно в кислой среде, и позволил системе стабильно функционировать на протяжении более 300 часов. Авторы исследования отметили, что созданный катализатор демонстрировал выдающиеся показатели в реальных условиях эксплуатации. Он поддерживал мощность на уровне 76 Вт и был протестирован не только в лаборатории, но и в условиях, приближенных к промышленным. Разработанный CoP F-20 показал себя надежным и стабильным компонентом в составе полноценных водородных электролизеров с протонообменной мембраной (PEM), которые уже сейчас рассматриваются как ведущая технология для масштабного получения водорода из воды. Особое внимание было уделено изучению механизмов, лежащих в основе эффективности нового катализатора. Ученые применили спектроскопию рентгеновского поглощения и комбинационное рассеяние света, чтобы проанализировать процессы, происходящие в материале во время его работы. Эти методы позволили детально проследить, как структурные изменения и взаимодействия с фтором повышают каталитическую активность и устойчивость. Важно, что новый катализатор разработан на базе дешевых и доступных материалов, в отличие от традиционных решений, где используются дорогостоящие благородные металлы. Благодаря этому себестоимость производства одного килограмма водорода с использованием новой технологии составляет всего $2,17, что почти достигает целевого показателя Министерства энергетики США - $2,00 за килограмм к 2026 году. С точки зрения устойчивости и энергетической безопасности, подобный технологический прорыв имеет далеко идущие последствия. Возможность производить водородное топливо эффективно и дешево, используя устойчивые катализаторы из неблагородных материалов, открывает путь к масштабному внедрению водородной энергетики. Как подчеркивает Хенг Лю, конечная цель команды - не просто разработать технологию, а сделать ее применимой в реальной жизни. Новый катализатор приближает человечество к тому моменту, когда водород действительно сможет стать экологически чистым и повседневным источником энергии, способным изменить наш подход к производству и потреблению топлива.

Другие интересные новости:

▪ Замечена нетипичная вулканическая активность в Европе

▪ Грустная музыка улучшает настроение

▪ Погода не влияет на настроение

▪ Одиссей жил не на Итаке

▪ Компьютерные очки для медитации

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Крылатые слова, фразеологизмы. Подборка статей

▪ статья Потирать руки. Крылатое выражение

▪ статья Когда и почему в боулинге появилась десятая кегля? Подробный ответ

▪ статья Офис-менеджер. Должностная инструкция

▪ статья Музыкальный стробоскоп. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Лимон с начинкой. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025