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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Генетически модифицированный опоссум 04.08.2021 Ученые из Центра исследований динамики биосистем RIKEN (Япония) впервые в мире провели генетическое редактирование сумчатого существа. Это исследование позволит лучше изучить уникальные гены, которые присутствуют только у сумчатых. Генетически модифицированные животные, особенно мыши и крысы, являются чрезвычайно важными инструментами для исследования биологических процессов. Так, ученые могут заставить "замолчать" какой-либо ген, чтобы установить его истинную функцию. Сумчатые обладают весьма необычными генетическими характеристиками, каких нет у плацентарных млекопитающих. Ученые выбрали для исследований опоссума, поскольку он считается одним из самых древних ныне живущих видов. Его геном уже полностью секвенирован, а размеры и другие свойства схожи со свойствами мышей и крыс. Ученые в рамках эксперимента ввели раствор для редактирования генома в оплодотворенные яйцеклетки самки опоссума. Затем яйцеклетки пересадили суррогатной матери. В результате специалистам удалось получить первое генетически отредактированное потомство. Специалисты исследовали ген, ответственный за производство пигмента для тела. Когда работа гена нарушается, в организме вырабатывается недостаточно пигмента. Так, некоторые родившиеся у суррогатной матери детеныши оказались альбиносами - это значило, что эксперты успешно воздействовали на ген. Альбиносы выросли и передали дефектный ген следующим поколениям. Опробовав технологию, ученые намерены провести дальнейшие эксперименты. Полученные ими данные будут важны для таких областей, как эмбриология, нейробиология, репродукция, иммуногенетика, биология рака и даже сравнительная эволюция.

Другие интересные новости:

▪ Плавающий робот для исследования вулкана после извержения

▪ Платформа Visa Next для цифровых платежных продуктов

▪ Жесткие диски WD Purple 6 Тбайт

▪ Малярия приманивает комаров к людям

▪ Оползень под контролем

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоприем. Подборка статей

▪ статья Нам не дано предугадать, как слово наше отзовется. Крылатое выражение

▪ статья Какой писатель страдал паранойей, впоследствии оказавшейся обоснованной? Подробный ответ

▪ статья Правовое регулирование труда учителя

▪ статья Семидиапазонная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Электротермические установки. Область применения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026