Патент на изобретение №2339936

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВЛАЖНОСТИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля влажности жидкого углеводородного топлива, например керосина, бензина и др. Устройство контроля влажности жидкого углеводородного топлива содержит кварцевый диссипативный преобразователь, выполненный в виде вакуумного кварцевого резонатора, на стеклянном баллоне которого закреплен подстроенный заземленный электрод в форме кольца, опоясывающего стеклянный баллон и установленного с возможностью перемещения вдоль него, при этом один электрод вакуумного кварцевого резонатора заземлен, а второй – через постоянный конденсатор соединен с потенциальным входом параметрического преобразователя эквивалентного электрического сопротивления в электрический сигнал. Величина емкости постоянного конденсатора в 5÷7 раз меньше статической емкости вакуумного кварцевого резонатора. Изобретение обеспечивает повышение надежности и точности контроля влажности топлива благодаря повышению чувствительности устройства и расширению диапазона контролируемой влажности в сторону высоких содержаний эмульсионной воды в жидком топливе. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля влажности жидкого углеводородного топлива, например керосина, бензина и др.

Известен индикатор свободной воды в авиационном топливе, использующий диэлькометрический метод контроля с применением кварцевых диссипативных преобразователей, представляющих собой вакуумный кварцевый резонатор, соединенный с емкостной ячейкой (датчиком). В качестве емкостной ячейки здесь использован конусообразный конденсатор [1]. Это устройство имеет ограниченное применение – только для индикации наличия свободной воды в топливе, которая собирается между электродами на дне конусообразного конденсатора. Это устройство не может быть использовано для контроля количества растворенной и эмульсионной воды в топливе.

За прототип принято устройство для измерения влажности газообразных и жидких диэлектриков, содержащее кварцевый диссипативный преобразователь, выполненный в виде вакуумного кварцевого резонатора, на стеклянном баллоне которого закреплен подстроечный электрод в форме кольца, опоясывающего стеклянный баллон, причем кольцо имеет возможность перемещаться вдоль стеклянного баллона, один из электродов кварцевого резонатора находится в вакууме, а второй – соединен с потенциальным входом параметрического преобразователя в электрический сигнал [2].

Эта конструкция предназначена для контроля содержания растворенной и эмульсионной воды в жидком топливе. Недостатком устройства является пониженная чувствительность к влажности топлива при высоком содержании эмульсионной воды в топливе, приводящем к повышению его диэлектрической проницаемости, а следовательно, и емкости датчика C_d. Так как емкость датчика в этом устройстве подключена последовательно с кварцевым резонатором, то выходной параметр кварцевого диссипативного преобразователя, его эквивалентное электрическое сопротивление R_вых, рассчитывается по формуле:

где R_q, C₀ – эквивалентное электрическое сопротивление и статическая емкость кварцевого резонатора.

При большом влагосодержании топлива емкость датчика C_d увеличивается из-за повышения диэлектрической проницаемости топлива, а выходное сопротивление устройства R_вых в соответствии с (1) уменьшается, понижая чувствительность устройства к влажности топлива. Следовательно, при контролировании эмульсионной воды в топливе с большим влагосодержанием происходит уменьшение эквивалентного сопротивления кварцевого диссипативного преобразователя из-за увеличения емкости датчика, что приводит к ложным показаниям устройства, понижая его надежность. Такой прибор невозможно использовать для контроля высоких содержаний эмульсионной воды в топливе, т.е. диапазон контролируемых устройством влажностей ограничен в сторону высоких содержаний эмульсионной воды в топливе.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и точности контроля влажности топлива благодаря повышению чувствительности устройства и расширению диапазона контролируемой влажности в сторону высоких содержаний эмульсионной воды в жидком топливе.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для контроля влажности жидкого углеводородного топлива, содержащем кварцевый диссипативный преобразователь, выполненный в виде вакуумного кварцевого резонатора, на стеклянном баллоне которого закреплен подстроечный заземленный электрод в форме кольца, опоясывающего стеклянный баллон и установленного с возможностью перемещения вдоль него, согласно изобретению один электрод вакуумного кварцевого резонатора заземлен, а второй – через постоянный конденсатор соединен с потенциальным входом параметрического преобразователя эквивалентного электрического сопротивления в электрический сигнал, при этом величина емкости постоянного конденсатора в 5÷7 раз меньше статической емкости вакуумного кварцевого резонатора.

Технический результат изобретения достигается по следующим причинам:

1. Последовательно с кварцевым резонатором включен конденсатор постоянной емкости, поэтому, в отличие от прототипа, емкость датчика С_d, обусловленная диэлектрической проницаемостью влажного топлива, подключена параллельно статической емкости кварцевого резонатора, а не последовательно. Тогда выходной параметр кварцевого диссипативного преобразователя – его эквивалентное электрическое сопротивление R_вых рассчитывается по формуле:

где R_q – эквивалентное электрическое сопротивление; С₀ – статическая емкость кварцевого резонатора; С_р – емкость конденсатора, подключенного последовательно с кварцевым резонатором.

В соответствии с выражением (2) увеличение емкости датчика C_d при большой влажности топлива приведет к увеличению выходного сигнала R_вых как за счет увеличения емкости датчика C_d, так и благодаря увеличению сопротивления потерь от сорбированной на стекле влаги.

2. Величина емкости постоянного конденсатора С_р определяет чувствительность устройства и должна быть меньше статической емкости кварцевого резонатора в 5÷7 раз, тогда устройство работает вблизи параллельного резонанса, где чувствительность устройства повышена. Чем меньше С_р, тем выше чувствительность устройства. Для защиты от вредного влияния топлива на лакокрасочное покрытие конденсатора он дополнительно покрыт защитным лаком, например на основе поливинилового спирта.

На чертеже приведена блок-схема устройства для контроля влажности жидких углеводородных топлив, а – устройство с металлическим экраном, б – устройство без металлического экрана.

Устройство содержит кварцевый диссипативный преобразователь 1, состоящий из вакуумного кварцевого резонатора 2, состоящего из пьезокварцевой пластинки 3 с металлизированными электродами 4 и 5 в стеклянном баллоне 6, на котором или вблизи него на металлическом экране 7 закреплен подстроечный заземленный электрод 8 в форме кольца, опоясывающего стеклянный баллон, при этом кольцо 8 имеет возможность перемещаться вдоль стеклянного баллона 6, занимая, например, положение 8а. Электрод 4 кварцевого резонатора 2 заземлен, а электрод 5 через конденсатор 9 соединен с параметрическим преобразователем эквивалентного электрического сопротивления в электрический сигнал 10, к которому подключен указатель 11.

Устройство работает следующим образом. Кварцевый диссипативный преобразователь 1 помещается в контролируемое жидкое топливо, которое заполняет емкостный датчик, включающий заземленные электроды 4, 8, экран 7 и потенциальный электрод 5 кварцевого резонатора 2. При изменении влажности топлива изменяется его диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери, обусловленные сорбцией влаги на стеклянном баллоне 6 кварцевого резонатора 2, что приводит к изменению выходного параметра кварцевого диссипативного преобразователя 1 – его эквивалентного электрического сопротивления, причем эти изменения будут происходить в одну сторону. Двойное увеличение выходного параметра кварцевого диссипативного преобразователя от влажности топлива повышает чувствительность устройства, а значит и точность контроля влажности топлива, и расширяет диапазон работы устройства в сторону высоких содержаний эмульсионной воды в топливе, повышая надежность устройства. Параметрический преобразователь 10 преобразует изменение сопротивления кварцевого диссипативного преобразователя в электрический сигнал, который фиксируется указателем 11.

Список литературы

1. А.с. СССР 1267291, G01R 27/26. Индикатор свободной воды в авиационном топливе. 1986.

2. А.с. СССР 1835072, G01N 27/22. Устройство для измерения влажности. 1993.

Формула изобретения

Устройство контроля влажности жидкого углеводородного топлива, содержащее кварцевый диссипативный преобразователь, выполненный в виде вакуумного кварцевого резонатора, на стеклянном баллоне которого закреплен подстроенный заземленный электрод в форме кольца, опоясывающего стеклянный баллон и установленного с возможностью перемещения вдоль него, отличающееся тем, что один электрод вакуумного кварцевого резонатора заземлен, а второй через постоянный конденсатор соединен с потенциальным входом параметрического преобразователя эквивалентного электрического сопротивления в электрический сигнал, при этом величина емкости постоянного конденсатора в 5÷7 раз меньше статической емкости вакуумного кварцевого резонатора.

РИСУНКИ