Аналізатор якості нафтопродуктів

1 Аналізатор якості нафтопродуктів, який містить робочий і еталонний ЄМНІСНІ сенсори, перший з яких заповнений досліджуваним паливом, другий - паливом з відомим октановим чи центановим числом, вимірювальний автогенератор з часозадавальним ланцюгом, який складається з резистора і конденсатора, автоматичний перемикач, входи якого під'єднані через ЄМНІСНІ сенсори до потенціального затискача конденсатора часозадавального ланцюга, частотний детектор, вхід якого з'єднаний з виходом вимірювального автогенератора, комутаційний генератор, послідовно з'єднані підсилювач частоти комутації, синхронний детектор і вимірювальний прилад, при цьому керуючі входи автоматичного перемикача і синхронного детектора під'єднані до виходу комутаційного генератора, який відрізняється тим, що в нього введені фільтр верхніх частот, регульований широкосмуговий підсилювач, інтегратор, джерело опорної напруги і диференційний підсилювач, один вхід якого з'єднаний з джерелом опорної напруги, другий вхід з'єднаний з виходом регульованого широкосмугового підсилювача, вихід диференційного підсилювача через інтегратор з'єднаний з керуючим входом регульованого широкосмугового підсилювача, вхід якого з'єднаний з виходом частотного детектора, а вихід регульованого широкосмугового підсилювача з'єднаний через фільтр верхніх частот з входом підсилювача частоти комутації Винахід відноситься до області аналізу складу паливномастильних матеріалів (ПММ) по їх електрофізичним властивостям і може бути використаний для оцінки якості рідкого палива чи масел різних марок за їх октановим чи центановим числами Якість паливномастильних матеріалів (бензину, дизельного палива, нафтових масел і т п ) опо середковано повязана з їх діелектричною проникністю (див Белов Е Н , Луценко В И , Кабанов В А и др Метода оценки качества неэтилированных бензинов// Материалы науч техн конференции КрыМиКо-99, Севастопольский гос техн университет, 1999, с 406-407 ) При цьому дослідження показують, що чим вища діелектрична проникність палива (за відсутності води),тим вище його окта 2 Аналізатор якості нафтопродуктів за п 1, який відрізняється тим, що частотний детектор виконаний у вигляді послідовно з'єднаних формувача коротких однополярних імпульсів, одновібратора фіксованої довжини імпульсів і фільтра нижніх частот, причому входом частотного детектора є формувач коротких імпульсів, а виходом - фільтр нижніх частот 3 Аналізатор якості нафтопродуктів за п 1, який відрізняється тим, що в нього додатково введений формувач керуючої напруги, який складається 3 послідовно з'єднаних формувача коротких різнополярних імпульсів, інвертуючого подвоювача однополярних імпульсів, ланцюга затримки, наприклад одновібратора з регульованою довжиною імпульсів, і тригера та включений між виходом комутаційного генератора і керуючим входом синхронного детектора 4 Аналізатор якості нафтопродуктів за п 1, який відрізняється тим, що в нього додатково введений підстроювальний конденсатор, під'єднаний до затискачів еталонного ємнісного сенсора О О (О о> (О 61960 похибок Навч посібник /П М Таланчук, нове чи центанове число, що визначає якість Ю О Скрипник, ВОДубровний - К УЗМН, 1996, ПММ Але діапазон зміни діелектричної проникнос 216-218), який вміщує робочий і еталонний ЄМНІсті в залежності від якості ПММ невеликий Так, СНІ сенсори, перший з яких заповнений досліджуєзміна октанового числа в бензині марок від А-70 до мим паливом, другий - паливом з відомим октаноА-98 викликає зміну діелектричної проникності вим чи центановим числом, вимірювальний тільки в діапазоні від 1,9 до 2,3 одиниць Тому для автогенератор з часозадаючим ланцюгом, який аналізу якості ПММ необхідні спеціальні вимірюскладається з резистора і конденсатора, автомавальні пристрої, які дозволяють вимірювати малі тичний перемикач, входи якого під'єднані через зміни діелектричної проникності на фоні ЗОВНІШНІХ ЄМНІСНІ сенсори до потенціального затискача конзбурень і завад денсатора часозадаючого ланцюга, частотний Відомий аналізатор якості нафтопродуктів детектор, входом з'єднаний з виходом вимірюва(див Система для определения типа бензина по льного автогенератора, коммутаційний генератор, его диэлектрической проницаемости - Патент ФРГ послідовно з'єднані підсилювач частоти комутації, (DE) 421086AI, кл G01 N33/22, 15 04 1999), в якому синхронний детектор і вимірювальний прилад, при ємнісний сенсор включений в коливальний контур цьому керуючі входи автоматичного перемикача і автогенератора, до виходу якого підключений песинхронного детектора підключені до виходу комуретворювач типу „частота-напруга", а вихідна натаційного генератора пруга перетворювача, яка пропорційна діелектричній проникності бензину, поступає на Крім того, відомий аналізатор має змішувач, мікропроцесорну систему регулювання двигуна регульований по частоті гетеродин і два фільтри внутрішнього згоряння В залежності від сорту панижніх частот, підключені до виходу частотного лива, що використовується, а ВІДПОВІДНО, Й ВІД детектора, при цьому вихід одного фільтра нижніх значення діелектричної проникності, здійснюється частот з'єднаний з входами підсилювача частоти регулювання паливної системи двигуна комутації, а вихід другого фільтра нижніх частот з'єднаний з першим входом регульованого гетероАле неминуча нестабільність початкової часдина Регульований гетеродин своїм виходом підтоти автогенератора не дозволяє виявляти і доключений до одного входу змішувача, який другим стовірно визначати малі зміни частоти автогенеравходом підключений до виходу вимірювального тора, і, ВІДПОВІДНО, й вимірювати малі зміни в автогенератора, а виходом - до входу частотного діелектричній проникності палива Особливо це детектора стосується експрес-вимірів, коли температурні зміни діелектричної проникності ПММ порівняні з Автоматичне регулювання частоти гетеродина інформаційними змінами від значення октанового дозволяє аналізатору працювати поблизу перехідчисла ної частоти частотного детектора, що виключає захід робочої точки детектора за межі лінійної діВідомий аналізатор якості нафтопродуктів лянки характеристики Але нестабільність крутиз(див Ройтман М С, Жуков В В , Измерение малых ни частотного детектора і крутизни перетворення приращений ємкостей и индуктивностей методом вимірювального автогенератора обумовлює значпериодического сравнения// „Измерительная техну мультиплікативну похибку вимірювання, що не ника", 1967, №12, с 17-19), який забезпечує вищу дозволяє достовірно контролювати зміни ємності достовірність контролю і має в своєму складі один робочого сенсора через відхилення показань окавтогенератор, в коливальний контур якого за дотанового чи центанового числа від номінального помогою автоматичного перемикача періодично значення Крім того, на результат вимірювання вмикається сенсор з досліджуємим матеріалом і впливають неконтрольовані зміни геометричних зразковий конденсатор, який імітує електрофізичні розмірів сенсорів від зміни температури та інших властивості еталонного матеріалу До виходу аввпливаючих факторів тогенератора підключені послідовно з'єднані частотний детектор, фільтр нижніх частот, підсилювач В основу винаходу покладена задача створенчастоти комутації перемикача, синхронний детекня такого аналізатора якості нафтопродуктів, в тор і вимірювальний прилад Перемикач і синхрожому введення нових елементів та зв'язків ДОЗВОнний детектор керуються напругою комутаційного ЛИЛО б виключити вплив температурних і часових генератора змін параметрів частотного детектора, вимірювального автогенератора і сенсорів на результат Нестабільність частоти автогенератора при вимірювання малих змін ємності робочого сенсоперіодичному порівнянні діелектричних проникнора, що підвищить достовірність контролю октаностей досліджуємого й еталонного матеріалів не вого чи центанового чисел досліджуємого палива викликає адитивної похибки вимірювання (похибки „нуля"), що дозволяє виявляти малі розбіжності в Поставлена задача вирішується тим, що в досліджуємому матеріалі відносно еталонного аналізатор якості нафтопродуктів, який вміщує Але нелінійність і нестабільність характеристик робочий і еталонний ЄМНІСНІ сенсори, першій з частотного детектора, фільтра і підсилювача вияких заповнений досліджуємим паливом, другий кликає велику мультиплікативну похибку вимірюпаливом з відомим октановим чи центановим чисвання ( похибку „чутливості"), що не дозволяє пролом, вимірювальний автогенератор з часозадаюводити КІЛЬКІСНИЙ аналіз, тобто визначати з чим ланцюгом, який складається з резистора і високою точністю значення октанового чи центаконденсатора, автоматичний перемикач, входи нового числа якого підключені через ЄМНІСНІ сенсори до потенціального затискача конденсатора часозадаючого Відомий також аналізатор якості нафтопродукланцюга, частотний детектор, входом з'єднаний з тів (див Високоточні засоби вимірювання фізичних виходом вимірювального автогенератора, комутавеличин із сам о налагодженням і автокорекцією 61960 схема аналізатора якості нафтопродуктів цінний генератор, послідовно з єднані підсилювач Аналізатор включає вимірювальний автогенечастоти комутації, синхронний детектор і вимірюратор 1, робочий 2 і еталонний 3 ЄМНІСНІ сенсори, вальний прилад, при цьому керуючі входи автомарезистор 4 і конденсатор 5 часозадаючого ланцютичного перемикача і синхронного детектора підга автогенератора, підстросчіний конденсатор 6, ключені до виходу комутаційного генератора, автоматичний перемикач 7, частотний детектор 8, згідно з винаходом, введені фільтр верхніх частот, регульований широкосмуговий підсилювач 9, джерегульований широкосмуговий підсилювач, інтегрело опорної напруги 10, диференційний підсилюратор, джерело опорної напруги і диференційний вач 11, інтегратор 12, фільтр 13 верхніх частот, підсилювач, один вхід якого з'єднаний з джерелом підсилювач 14 частоти комутації, синхронний деопорної напруги, другий вхід з'єднаний з виходом тектор 15, вимірювальний прилад 16, формувач регульованого широкосмугового підсилювача, викеруючої напруги 17 і комутаційний генератор 18 хід диференційного підсилювача через інтегратор з'єднаний з керуючий входом регульованого широЧастотний детектор 8 складається з послідовкосмугового підсилювача, входом з'єднаного з вино з'єднаних формувача 19 коротких однополярходом частотного детектора, а вихід регульованоних імпульсів, одновібратора 20 фіксованої довго широкосмугового підсилювача з'єднаний через жини імпульсів і фільтра 21 нижніх частот фільтр верхніх частот з входом підсилювача часФормувач 17 керуючої напруги складається з тоти комутації послідовно з'єднаних формувача 22 коротких різнополярних імпульсів, інвертуючого подвоювача Доцільно, щоб частотний детектор був викооднополярних імпульсів 23, ланцюга затримки 24 у наний у вигляді послідовно з'єднаних формувача вигляді одновібратора з регульованою довжиною коротких однополярних імпульсів, одновібратора імпульсів і трігера 25 фіксованої довжини імпульсів і фільтра нижніх частот, причому входом частотного детектора є До вимірювального автогенератора 1 з часовхід формувача коротких імпульсів, а виходом задаючим ланцюгом із резистора 4 і конденсатора вихід фільтра нижніх частот 5 через автоматичний перемикач 7 підключається робочий 2 чи еталонний 3 ЄМНІСНІ сенсори До виДоцільно, щоб в аналізатор якості нафтопроходу автогенератора 1 підключені послідовно з'єддуктів додатково був введений формувач керуючої нані частотний детектор 8 і регульований широконапруги, який складається з послідовно з'єднаних смуговий підсилювач 9 Джерело 10 опорної формувача коротких різнополярних імпульсів, іннапруги з'єднане з одним входом диференційного вертуючого подвоювача однополярних імпульсів, підсилювача 11, другий вхід якого з'єднаний з виланцюга затримки, наприклад, одновібратора з ходом регульованого широкосмугового підсилюварегульованою довжиною імпульсів, і тригера, та ча 9, керуючий вхід якого через інтегратор 12 з'єдвключений між виходом комутаційного генератора наний з виходом диференційного підсилювача 11 і керуючим входом синхронного детектора До виходу регульованого широкосмугового підсиДоцільно, щоб в аналізатор якості нафтопролювача 9 підключені послідовно з'єднані фільтр 13 дуктів додатково був введений підстроєчний конверхніх частот, підсилювач 14 частота комутації, денсатор, підключений до затискачів еталонного синхронний детектор 15 і вимірювальний прилад ємнісного сенсора 16, Введення в схему аналізатора якості нафтопродуктів фільтра верхніх частот, регульованого Керуючий вхід автоматичного перемикача 7 широкосмугового підсилювача, інтегратора, джез'єднаний з виходом комутаційного генератора 18, рела опорної напруги і диференційного підсилюа керуючий вхід синхронного детектора 15 під'єдвача, включених певним чином, і виконання частонаний до комутаційного генератора 18 через фортного детектора, у вигляді послідовно з'єднаних мувач керуючої напруги 17 формувача імпульсів, одновібратора і фільтра, Аналізатор якості нафтопродуктів працює слідозволяє отримати результат виміру у вигляді дуючим чином відносних змін параметрів сенсора, що виключає За допомогою автоматичного перемикача 7 вплив нестабільності параметрів частотного детеємність Сх робочого сенсора 2, який заповнений ктора, вимірювального автогенератора і сенсорів досліджуємим паливом, періодично заміщується на результат вимірювання і забезпечує прямий ємністю Со еталонного сенсора, заповненого паВІДЛІК діелектричної проникності досліджуємого ливом з відомим октановим чи центановим чиспалива, завдяки чому підвищується достовірність лом Значення ємності Со встановлюється рівним контролю його октанового чи центанового числа ємності Сх за відсутності в сенсорах паливаде Введення в схему формувача керуючої напруги дозволяє зменшити адитивну складову похибки дозволяє підвищити чутливість аналізатору завдявимірювання РІВНІСТЬ забезпечується за допомоки створенню на виході формувача керуючої нагою підстроєчного конденсатора 6 з ємністю пруги прямокутної опорної напруги, фаза якої наСп(Сх=Со+Сп) лагоджується під фазу змінної складової напруги Частота релаксаційних імпульсів, генерованих на вході синхронного детектора Введення в схему вимірювальним RC автогенератором 1, визначапідстроєчного конденсатора дозволяє зменшити ється опором R резистора 4, ємністю С конденсаадитивну складову похибки вимірювання завдяки тора 5 часозадаючого ланцюга, паралельно якій встановленню рівності між ємностями робочого і підключається ємність Сх чи Со ЄМНІСНІ сенсори 2 еталонного ємнісних сенсорів за допомогою регуі 3 почергово поєднуються автоматичним перемилювання ємності підстроєчного конденсатора при качем 7 до потенціального затискача конденсатовідсутності в сенсорах палива ра 5 При під'єднанні конденсатора 2 з ємністю Сх частота слідування імпульсів на виході вимірюваНа кресленні (Фіг) зображена функціональна 61960 льного автогенератора 1 складає fx=Si/(R(Cx+C)), (1) де Si - крутизна перетворення автогенератора, яка враховує внутрішні параметри мікросхеми автогенератора Коли до часозадаючого ланцюга автогенератора підключається сенсор 3 з ємністю Со, то рахуючи для простоти, що Сп=0, маємо fo=Si/(R(Co+C) (2) Частота комутації автоматичного перемикача 7 визначається частотою F коливань комутаційного генератора 18, яка вибирається в 100-500 разів менше частоти fo еталонних коливань автогенератора При вказаному співвідношенні частоти генеруємих коливань і частоти комутації ( F=(0,01 , 0,002)fo) на виході вимірювального автогенератора 1 формуються пакети послідовностей імпульсів з частотами fx і fo, і довжиною T=1/(2F) Релаксаційні коливання з виходу вимірювального автогенератора 1 надходять на частотний детектор 8, де перетворюються в елекричну напругу, яка діє на регульований широкосмуговий підсилювач 9 У частотному детекторі 8 з пакету імпульсів з частотою fx або fo формувачем 19 частотного детектора 8 створюються короткі однополярні імпульси в момент переходу кривої генеруємих коливань через нуль, які слідують з такою ж частотою Короткі однополярні імпульси в кожний період коливань збуджують одновібратор 20, який на своєму виході формує ПОСЛІДОВНІСТЬ широких однополярних імпульсів з постійною амплітудою Ui і довжиною х Фільтром 21 нижніх частот з ПОСЛІДОВНОСТІ широких імпульсів з частотою fx виділяється постійна складова напруги U 2 =KiUiTfx=S 2 fx, (3) де К і - коефіцієнт пропорційності, який визначається параметрами фільтра 2 1 , S 2 = K I U I T - крутизна перетворення частотного детектора 8 З пакета широких імпульсів, які слідують з частотою fo, на виході фільтра 21 нижніх частот виділяється постійна складова напруги U 3 =KiUiTfx=S 2 fo (4) За неперервної роботи автоматичного перемикача 7 на виході частотного детектора 8 формується ПОСЛІДОВНІСТЬ імпульсів постійної напруги з амплітудами ІІ2 і ІІз Ці імпульси послідовно підсилюються регульованим широкосмуговим підсилювачем 9 з коефіцієнтом підсилення «2 в смузі пропускання підсилювача Підсилені імпульси напруги представимо у вигляді U4=K2U2=K2S2fX (5) U5=K2U3=K2S2fO (6) Часову ПОСЛІДОВНІСТЬ чергуючихся імпульсів з амплітудами ІЦ і Us можна розглядати як суму постійної складової напруги U 6 =(U 4 +U 5 )/2 (7) і змінної складової напруги U 7 =(U 4 -U 5 )/2 (8) імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ Постійна складова (7) з напругою ІІє діє на один вхід диференціиного підсилювача 11, на другий вхід якого діє опорна напруга Uo=const джерела опорної напруги 10 Інтегратор 12 заряджається підсиленою напругою різниці U8=K3(Uo-U6)=K3(Uo-K2'S2((fx+fo)/2)), (9) 8 де Кз - коефіцієнт підсилення диференціиного підсилювача 1 1 , Кг' - коефіцієнт підсилення регульованого підсилювача 9 по ПОСТІЙНІЙ напрузі Змінна складова напруги ІІ7 також впливає на диференційний підсилювач 1 1 , але подавляється на його виході інтегратором 12 Вихідна постійна напруга інтегратора 12 впливає на керуючий вхід регульованого широкосмугового підсилювача 9 і змінює його коефіцієнт підсилення Процес автоматичного регулювання продовжується до тих пір, поки вихідна напруга диференціиного підсилювача 11 не стане рівною нулю При цьому інтегратор 12 перестане заряджатися і коефіцієнт підсилення «2і досягне сталого значення Прирівнюючи вираз (9) до нуля (Us=0), отримуємо U o = (K 2 'S 2 (fx+fo))/2 (10) Зрівняння (10) знаходимо значення коефіцієнта підсилення К 2 '=2 U 0 /(S 2 (fx+fo)) (11) Змінна складова (8) з напругою ІІ7 виділяється фільтром 13 верхніх частот, підсилюється підсилювачем 14 частоти комутації й випрямляється синхронним детектором 15 На керуючий вхід синхронного детектора 15 через формувач 17 поступає напруга генератора 18, яким керується автоматичний перемикач 7 Для отримання максимального значення коефіцієнта випрямлення синхронного детектора 15 з вихідної напруги генератора 18 формувачем створюється прямокутна опорна напруга, фаза якої налагоджується під фазу змінної складової напруги (8) Для цього з вихідної напруги генератора 18 формувачем 22 створюються короткі різнополярні імпульси ДВІЧІ за період, які, після перетворення їх в однополярні інвертуючим перетворювачем 23, подвоюються Далі імпульси затримуються Для цього імпульси запускають ланцюг затримки, наприклад, одновібратор 24 з регульованою довжиною імпульсів Заднім фронтом імпульси одновібратора 24 запускають тригер 25, вихідна напруга якого змінюється з частотою комутаційного генератора 18 і керує синхронним детектором 15 Довжина імпульсів (час затримки) одновібратора 24 встановлюється по максимальному значенню вихідної напруги синхронного детектора 15, що досягається при співвпаданні фази керуючої напруги з фазою змінної напруги, яка поступає на вхід синхронного детектора Випрямлена напруга, яка вимірюється приладом 16, має вигляд Ug^UT^hy^ffx-fo)^ (12) де «4 - коефіцієнт підсилення 14 частоти комутації, Кг" - коефіцієнт підсилення регульованого підсилювача 9 по ЗМІННІЙ напрузі В широкосмуговому регульованому підсилювачі 9 коефіцієнти підсилення «2і І Кг" В смузі пропускання практично однакові (К2'=К2'=К2) Тому випрямлена напруга (12) з врахуванням сталого значення коефіцієнта підсилення (11) представляється як U 9 =K4U 0 (fx-fo)/(fx+fc) (13) Якщо підставити у вираз ( 1 3 ) значення частот fx і fo з (1) і (2), то отримаємо U 9 =K4U 0 (Co-Cx)/(Co+Cx+2C) (14) При виконанні умови С « С о вираз (14) спро 61960 10 ливом В результаті зрівняння температур сенсощується і приймає вигляд рів виключається похибка від залежності діелектU9=K4U7AC/(Co+Cx) (15) ричної проникності нафтопродуктів від де ДС - зміна ємності робочого сенсора 2, затемператури повненого досліджуємим паливом, відносно ємноІз співвідношення (18) видно, що результат сті еталонного сенсора 3, заповненого паливом з вимірювання не залежить від непостійності крутивідомим октановим чи центановим числом зни перетворення вимірювального автогенератора Так як діелектричні проникності досліджуємого (Si), крутизни перетворення частотного детектора і еталонного палива близькі, то можна рахувати, (S2), від коефіцієнтів широкосмугового (Иу і дифещо ренційного (Кз) підсилювачів, від геометричних AC=a(s x -s 0 ) (16) розмірів сенсора (а), від номінального значення Cx+Co=a(s x +so)«2as 0 (17) діелектричної проникності еталонного палива (so), де a - параметр сенсорів, який залежить від їх же для різних марок має різне значення Крім того геометричних розмірів, на результат вимірювання не впливає нестабільsx - діелектрична проникність досліджуємого ність довжини (х) і амплітуди (Ui) імпульсів одновіпалива, братора і параметрів фільтра (Кі) частотного деso - діелектрична проникність палива з відомим тектора Завдяки цьому забезпечується октановим чи центановим числом високоточне вимірювання малих відхилень в знаЗ врахуванням співвідношень (16) і (17) наченні діелектричної проникності досліджуємого самкінець отримаємо значення вимірюваної напалива Чутливість аналізатора і діапазон вимірюпруги вання легко регулювати зміною коефіцієнта підсиU9=K4Uo(sx+so)/(2aso) (18) лення (Ич) підсилювача частоти комутації 14, знаШкала вимірювального приладу 16 градуюєтьчення якого входить в рівняння вимірювального перетворення (18) аналізатора ся при Uo=const у відносних змінах діелектричної проникності досліджуємого палива по відношенню Розглянутий аналізатор забезпечує вимірюдо еталонного палива Завдяки цьому можна у вання малих змін діелектричної проникності нафпроцентах визначити на скільки октанове чи цептопродуктів (бензин, дизпаливо і т п ) в межах таиове число досліджусмого палива відрізняється 1,8 2,4 одиниць з чутливістю у 0,005 одиниці з відносно еталонного палива, і тим самим ідентипохибкою не більше 0,01 одиниці, що дозволяє з фікувати марку і сорт використовуваного палива високою достовірністю контролювати октанове чи Для виключення впливу температури на рецентанове числа палива різних марок і сертифікузультати контролю доцільно закритий сенсор з вати нафтопродукти по їх якості еталонним паливом і проточний робочий сенсор розміщувати в одній ємності з досліджуємим па Комп'ютерна верстка О Воробей Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119