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:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива В атмосфере Земли накапливается водород 26.08.2021 Группа климатологов под руководством Эрика Зальцмана, профессора университета Калифорнии в Ирвине (США), получила сведения о том, как менялась концентрация водорода в атмосфере Земли за последние полтора столетия. Ученые получили подобные сведения, проанализировав химический состав пузырьков воздуха, заточенных в залежах льда в Антарктике. Ученым удалось получить подобные сведения благодаря уникальным отложениям льда, которые формировались с 1852 года на территории "мегадюн", волнообразных отложений спрессованного снега в Восточной Антарктике. Они расположены в регионе с крайне низким уровнем осадков, благодаря чему относительно тонкий слой льда толщиной в 60-70 метров содержит в себе слои, формировавшиеся на протяжении многих десятилетий. Климатологи собрали образцы льда из разных регионов "мегадюн", извлекли пузырьки воздуха из подобных прослоек и детально изучили их химический состав. Как показал проведенный ими анализ, за последние 150 лет концентрация водорода в атмосфере резко выросла. Она повысилась примерно на 70%, причем весь этот рост пришелся на последние сто лет. Замеры профессора Зальцмана и его коллег указали на то, что особенно быстро концентрация водорода росла в последние два десятилетия XX века. Это открытие стало неожиданностью для ученых, так как исследователи в прошлом считали, что главным источником этих утечек служит производство так называемого синтез-газа, смеси из водорода и угарного газа. Его выработка начала сокращаться в 1980-х годах, из-за чего многие ученые считали, что аналогичным образом должны были упасть концентрации водорода в атмосфере. Образцы льда из Антарктики указывают на то, что это на самом деле не так, что свидетельствует о наличии других серьезных источников антропогенных выбросов водорода. Их поиски и изучение должны стать одной из главных задач для климатологов, подытожили исследователи.

Другие интересные новости:

▪ Одобрено выращивание ГМО-помидоров, спасающих от рака, диабета и слабоумия

▪ Новый двунаправленный датчик потока газа

▪ Деньги и счастье

▪ Смартфон ZTE Star 1

▪ Автомобильные UFS-накопители 256 Гбайт от Samsung

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Индикаторы, датчики, детекторы. Подборка статей

▪ статья Кулон Шарль. Биография ученого

▪ статья Как золотое руно оказалось в Колхиде? Подробный ответ

▪ статья Исполнительный директор. Должностная инструкция

▪ статья Управление модулем Ke-USB24A из Excel. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Волшебный рентгеновский аппарат. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025