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:

Таурин не является биомаркером старения 22.06.2025

В поисках биомаркеров старения ученые все чаще обращаются к молекулам, которые ранее демонстрировали многообещающие результаты на животных. Одной из таких субстанций стал таурин - аминокислота, известная широкому кругу людей как компонент энергетических напитков. В последние годы ей приписывали способность замедлять возрастные изменения и даже продлевать жизнь. Однако новое масштабное исследование, проведенное учеными из Национального института здоровья США (NIH), поставило под сомнение ее значимость в контексте старения человека. Исследование включало сравнительный анализ уровня таурина в крови у трех видов: людей, макак-резусов и лабораторных мышей. Авторы проекта изучали, как меняется концентрация вещества в организме от молодого возраста до глубокой старости. Ожидалось, что таурин будет снижаться с возрастом, подтверждая его возможную роль как биомаркера старения. Однако полученные данные оказались куда более сложными. Как пояснила Мария Эмилия Фернандес, одна из соавторов ра ...>>

Стандарт NFC 15 22.06.2025

Технология ближней бесконтактной связи NFC стала повседневным инструментом для миллионов пользователей по всему миру. Она обеспечивает быстрые и удобные платежи, позволяет открывать двери, оплачивать проезд и мгновенно подключать устройства. Однако, несмотря на широкое распространение, сам стандарт NFC развивался почти незаметно - без резонансных версий и громких анонсов. И вот теперь, в июне 2025 года, организация NFC Forum представила пятнадцатую версию протокола, которая принесет ощутимые улучшения в ежедневном взаимодействии с гаджетами. Одним из ключевых изменений стало увеличение радиуса действия: если раньше для работы NFC нужно было почти прикасаться телефоном к терминалу, то теперь соединение возможно уже на расстоянии до двух сантиметров. Хотя разница кажется незначительной, именно этот промежуток в доли сантиметра часто мешал корректной работе - пользователи нередко вынуждены были искать "тот самый угол" или точку, где произойдет считывание. В реальности некоторые устр ...>>

Эффективная защита от коррозии 21.06.2025

Коррозия - один из главных врагов железа и его сплавов, ежегодно причиняющий ущерб на миллиарды долларов в инфраструктуре, транспорте и промышленности. Существующие антикоррозионные решения, такие как цинковое покрытие, со временем теряют эффективность: они отслаиваются, повреждаются или дают микротрещины, открывая путь влаге и соли. На этом фоне ученые активно ищут способы сделать защиту от коррозии более стойкой, долговечной и экономичной. Группа исследователей из Института химии Еврейского университета в Иерусалиме предложила новый подход к решению этой задачи. В отличие от традиционных защитных покрытий, которые опираются лишь на физическую адгезию к металлу, их метод включает создание прочной химической связи на молекулярном уровне. Основа разработки - двухслойная структура, где первым наносится слой N-гетероциклических карбенов, а вторым - полимер высокой прочности. Карбены играют роль своеобразного "молекулярного суперклея", надежно соединяя металл и полимер в единую систе ...>>

Случайная новость из Архива Телефон может сделать человека счастливее 25.09.2016 Ученые определили, как можно стать счастливым при помощи телефона. По словам исследователей из Калифорнийского университета, для этого необходимо чаще фотографировать объекты, которые приносят ему радость. Специалисты провели ряд исследований и определили, что функционал телефона имеет важное значение. В ходе опытов ученые предложили участникам эксперимента на протяжении нескольких недель снимать вещи, которые их радуют и огорчают. Третья группа должна была запечатлеть все то, что доставляет им дискомфорт. В итоге оказалось, что представители первой группы за время эксперимента стали самыми счастливыми. Они должны были фотографировать только приятные для них вещи. Также представители первой группы стали более серьезно относиться к своему образу жизни, так как снимали все его особенности на свои смартфоны.

Другие интересные новости:

▪ Микроантенны для интерфейса мозг-компьютер

▪ Мозг в пробирке

▪ Молекулярные ножницы удалят вирус СПИДа

▪ Спидометр на кроссовках

▪ Пить или не пить

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заземление и зануление. Подборка статей

▪ статья И скучно, и грустно, и некому руку подать. Крылатое выражение

▪ статья Как работает сердце? Подробный ответ

▪ статья Энотера двулетняя. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья ГУН на микросхеме К0308018. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Широкополосная спиральная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025