Спосіб контролю моторного мастила

Реферат: Спосіб контролю моторного мастила, згідно з яким зразок мастила розміщують в оптичній комірці, опромінюють малопотужним лазером, а характеристики мастила визначається за порівняльними фізичними характеристиками чистого мастила та мастила з продуктами зносу. Зразки еталонного моторного мастила та мастила, що досліджується, розчиняють в рафінаті бензольного риформінгу в концентраціях (50-85 об. %), після чого зразки поміщають на чутливий елемент приладу на основі поверхневого плазмонного резонансу, опромінюють їх під кутом, більшим за кут їх повного внутрішнього відбиття, а інтенсивність зміни показника поверхневого плазмонного резонансу реєструють фотоприймачем, а характеристику зносу моторного мастила визначають за рівнем відхилення значення кута мінімуму поверхневого плазмонного резонансу мастила, що досліджується, у порівнянні з еталонним мастилом. UA 102049 U (12) UA 102049 U UA 102049 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонована корисна модель належить до способів та приладів контролю складу речовин, і може бути використаний для контролю забруднення моторного мастила на підприємствах машинобудівної промисловості, авіабудування та наукових досліджень в трибології. Відомий спосіб контролю технічного стану машин та механізмів [1], згідно з яким досліджувану технологічну рідину (мастило) пропускають через магнітне поле та ємнісні сенсори. Наявність магнітних частинок в технологічній рідині та їх співвідношення по масі визначають шляхом вимірювання відношення діелектричних показників мастила з частинками магнітних домішок з більшою масою і технологічної рідини з частинками магнітних домішок меншої маси шляхом вимірювання електричної ємності ємнісних сенсорів, встановлених в рідинній магістралі. При цьому контролюють відношення ємностей сенсорів, розташованих в потоці мастила на різній відстані від джерела магнітного поля, розташованого з однієї сторони рідинної магістралі. Оцінку технічного стану машини виконують шляхом визначення величин і швидкості відхилення відношення електричних ємностей від еталонних, отриманих для неробочої технологічної рідини. Спосіб оперативного контролю працездатності мастила має високу інформативність і достовірність висновку про працездатність мастила за рахунок того, що діагностичний параметр "загальна забрудненість", оцінюють одночасно в трьох спектральних діапазонах, і додатково використовувати діагностичний параметр "хімічна деструкція", що характеризує зміну хімічних властивостей мастила. Недоліком аналога є те, що відомий спосіб дозволяє селективно контролювати ступінь зносу машин та механізмів, але лише при наявності феромагнітних часток продуктів зносу. Крім того, внаслідок старіння технологічних рідин можлива хибна оцінка стану зношення в результаті збільшення діелектричної характеристики технологічної рідини та відсутність еталона для порівняння. Цей спосіб передбачає використання для контролю великого об'єму проб технологічної рідини, що є нетехнологічним. Найбільш близьким способом, прийнятим за найближчий аналог, є спосіб аналізу забрудненості моторного мастила двигуна внутрішнього згоряння дисперсними частинками [2], згідно з яким зразок мастила розміщують в оптичній комірці, опромінюють малопотужним лазером та ультразвуком, реєструють розсіяне і відбите дисперсними частками випромінювання, для порівняння використовують еталонний канал з чистим моторним маслом і два канали контролю в досліджуваному об'ємі картера двигуна. За величинами амплітуд і тривалості імпульсів розсіяних сигналів на фотоприймачах і за співвідношенням між сигналами еталонного каналу та каналу контролю металевих частинок, а також між сигналами еталонного каналу і каналу контролю чадних частинок визначають розміри дисперсних частинок, ступінь і характер забруднення моторного масла. Спосіб може бути використаним для оперативного контролю концентрації механічних домішок в моторному мастилі, наприклад продуктів зносу машин і механізмів в мастилі, а також для визначення концентрації в ньому нерозчинних продуктів горіння. Недоліком найближчого аналога є неможливість контролю ступеня окислення та загальної забрудненості моторного мастила, висока похибка виміру, спричинена внесенням методичних похибок кожного методу, та різницею температур в вимірювальному та еталонному каналі. Таким чином, спосіб за найближчим аналогом є недостатньо точним. Задачею запропонованої корисної моделі є підвищення точності контролю моторних мастил. Поставлена задача вирішується тим, що пропонується спосіб контролю моторних мастил, згідно з яким зразок мастила розміщують в оптичній комірці, опромінюють малопотужним лазером, а характеристики мастила визначаються за порівняльними фізичними характеристиками чистого мастила та мастила з продуктами зносу, який відрізняється тим, що зразки еталонного моторного мастила та мастила, що досліджується, розчиняють в рафінаті бензольного риформінгу в концентраціях (50-85 об. %), після чого зразки поміщають на чутливий елемент приладу на основі поверхневого плазмонного резонансу, опромінюють їх під кутом більшим за кут їх повного внутрішнього відбиття, а інтенсивність зміни показника поверхневого плазмонного резонансу реєструють фотоприймачем, а характеристику зносу моторного мастила визначають за рівнем відхилення значення кута мінімуму поверхневого плазмонного резонансу мастила, що досліджується у порівнянні з еталонним мастилом. Ефект ППР виникає при взаємодії електромагнітного випромінювання видимого діапазону з межею поділу двох середовищ. При цьому умовою існування поверхневого плазмону є наявність у робочому діапазоні негативної діелектричної проникності в одному з середовищ, що граничать. Оскільки для металів діелектрична проникність, обумовлена плазмою вільних 1 UA 102049 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 електронів, негативна в широкому спектральному діапазоні, металева плівка (переважно Аu чи Ag) на діелектричній підкладці є чутливим елементом ППР сенсора. Явище ППР полягає в різкому зменшенні інтенсивності світла, відбитого від вищевказаної границі поділу, що спостерігається при специфічній довжині хвилі і специфічному куті падіння. Для того, щоб одержати резонансну ППР криву можна або змінювати довжину хвилі падаючого світла при фіксованому куті падіння, або використовуючи монохроматичне випромінювання змінювати кут падіння. При цьому відомі три способи для збудження поверхневого плазмону з використанням: металізованих дифракційних ґраток [3], металізованої скляної призми (конфігурація Кречмана) чи призми в близькому контакті з металізованою скляною підкладкою (конфігурація Отто). Форма резонансної кривої і положення мінімуму будуть визначатися оптичними характеристиками всієї структури в цілому, включаючи середовище, що контактує з металевою плівкою з протилежної сторони. В корисній моделі, що заявляється, використовується конфігурація Кречмана. Форма кривої плазмонного резонансу і, зокрема, положення мінімуму, залежать: від показника заломлення призми, оптичних констант і товщини металевої плівки, у якій збуджується поверхневий плазмонний резонанс, та від оптичних параметрів і товщини шару, що контактує з металевим робочим елементом. Фіксуючи зміну резонансних умов виникнення плазмонного ефекту, тобто досліджуючи зміну положення мінімуму плазмонного резонансу у часі, можна зробити висновки про процеси адсорбції та взаємодії молекул, що відбуваються на розглянутій межі поділу та характеризувати їх кількісно. Результати вимірів математично обробляються по спеціально розробленому алгоритму. За рахунок механічної розгортки по куту падіння випромінювання на робочий елемент сенсор забезпечує діапазон по кугу падіння 17 кутових градусів. Це дозволяє отримувати повну ППР-криву та за допомогою спеціального програмного забезпечення вираховувати оптичні константи та товщини шарів, що входять до системи. А також працювати з середовищами, які мають показники заломлення від 1,0 до 1,5. -7 За допомогою ППР можна визначати показники заломлення з чутливістю ±4×10 та точністю -7 ±2×10 , чого неможливо досягнути електричними ємнісними методами. Крім того, метод ППР дозволяє використовувати для аналізу дуже малі проби досліджуваної речовини від 10 до 50 мкл, що є технологічно вигідним. Приклад реалізації. Для реалізації запропонованого способу був використаний розроблений в Інституті фізики напівпровідників ім. В.С.Лашкарьова ПАН України двоканальний прилад ПЛАЗМОН-71 4]. який працює на основі явища поверхневого плазмонного резонансу (ППР). Як джерело випромінювання використовується напівпровідниковий інжекційний лазер GaAs з довжиною хвилі 850 нм. Точність вимірювання показника заломлення за величиною кута мінімуму ППР -5 -5 приладом ПЛАЗМОН-71 становить ±2×10 , а чутливість 5×10 . Досліджували моторне мастило Mobil Super 3000 5w-30 в стані постачання (еталонний зразок) та після нетривалого (30 відсотків від рекомендованого для заміни значення) пробігу автомобіля. Розбавлення до 50 об. % -5мастила спричиняє похибку вимірювання 8×10 , оскільки у зразку домінують фізичні показники розчинника, а не мастила. При концентраціях 5085 об. % мастила, домінують фізичні -5 характеристики мастила, похибка складає 4×10 та спостерігається швидке осідання продуктів зносу та домішок на чутливий елемент. Використання розчину моторного мастила йшла в -5 концентраціях більше за 85 об. % мастила, похибка складає 6×10 , однак спостерігається повільне осідання на чутливий елемент продуктів зносу, що збільшує час вимірювання. В неодноразових дослідженнях було з'ясовано, що оптимальним варіантом є 75 об. % моторного мастила. Після розчинення в заявленому діапазоні зразки помішають на чутливий елемент приладу на основі поверхневого плазмонного резонансу. В першій вимірювальній комірці приладу ПЛАЗМОН-71 об'ємом 0,2 мл розташовували еталонне моторне мастило, а в другій комірці об'ємом 0,2 мл розташоване досліджуване після пробігу моторне мастило. Опромінюють обидві комірки випромінюванням під кутом, більшим за кут їх повного внутрішнього відбиття, а інтенсивність зміни показника поверхневого плазмонного резонансу реєструють фотоприймачем. Характеристику зносу моторного мастила визначають за рівнем відхилення значення кута мінімуму поверхневого плазмонного резонансу мастила, то досліджується у порівнянні з еталонним мастилом, згідно з експериментальними дослідженнями. Під час проведення аналогічних досліджень за найближчим аналогом похибка вимірювання -5 становила 16×10 . Використання приладу на основі поверхневого плазмонного резонансу з операцією попереднього розбавлення дозволило: по-перше збільшити точність вимірювання в 2 рази, а також час вимірювання за рахунок збільшення швидкість осідання домішок, продуктів зносу та зважених часточок на чутливий елемент; по-друге змістити положення мінімуму ППР в 2 UA 102049 U 5 10 15 зону менших кутів, розширивши діапазон вимірювання, що дає можливість вимірювати моторні мастила з більшим показником заломлення; по-третє збільшити різницю показників ППР чистого та забрудненого мастила, що дозволяє контролювати забруднення на ранніх стадіях. Позитивний ефект (корисність) запропонованого технічного рішення полягає у збільшенні точності вимірювання у 2 рази у порівнянні з найближчим аналогом. Джерела інформації: 1. Хулла В.Д., Кукоз Ф.И., Хулла М.В., Кукоз В.Ф. Способ контроля технического состояния машин и механизмов, патент РФ № 2310187. опубл. 2007. 2. Семенов В.В., Ханжонков Ю.Б., Асцатуров Ю.Г. Спосіб аналізу забрудненості моторного масла двигуна внутрішнього згоряння дисперсними частинками, патент РФ № 2498269, опубл. 2013. 3. Н. Raether "Surface Polaritons", Eds. Agranovich and Mills, North Holland Pubi. Comp., Amsterdam, 1982. 4. Ширшов Ю.М., Венгер Є.Ф., Прохорович А.В., Ушенін Ю.В., Мацас С.П., Чегель В.І., Самойлов А.В., Спосіб детектування та визначення концентрації біомолекул та молекулярних комплексів та пристрій для його здійснення; Патент України номер 46018, опубл. 15.05.2002; бюл. № 5. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Спосіб контролю моторного мастила, згідно з яким зразок мастила розміщують в оптичній комірці, опромінюють малопотужним лазером, а характеристики мастила визначаються за порівняльними фізичними характеристиками чистого мастила та мастила з продуктами зносу, який відрізняється тим, що зразки еталонного моторного мастила та мастила, що досліджується, розчиняють в рафінаті бензольного риформінгу в концентраціях (50-85 об. %), після чого зразки поміщають на чутливий елемент приладу на основі поверхневого плазмонного резонансу, опромінюють їх під кутом, більшим за кут їх повного внутрішнього відбиття, а інтенсивність зміни показника поверхневого плазмонного резонансу реєструють фотоприймачем, а характеристику зносу моторного мастила визначають за рівнем відхилення значення кута мінімуму поверхневого плазмонного резонансу мастила, що досліджується у порівнянні з еталонним мастилом. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3