Експрес-аналізатор параметрів рідких палив

Експрес-аналізатор параметрів рідких палив, що містить генератор керований, до виходу якого підключені блок вимірювання дійсної частини є' комплексної" діелектричної проникності, що включає в себе генератор опорний та послідовно з'єднані змішувач різницевої частоти і частотомір, та послідовно з'єднані резонатор вимірювальний і блок вимірювання уявної частини є" комплексної діелектричної проникності, що включає послідовно з'єднані амплітудний детектор і аналого-цифровий перетворювач та процесорний блок обробки інформації, до відповідних входів якого підключені виходи блоків вимірювання є' та є", блок керування, вихід якого з'єднаний з керуючим входом генера тора керованого, і індикатор, які підключені до першого та другого входів процесорного блока обробки інформації відповідно, який відрізняється тим, що в нього введені блок встановлення режимів роботи, блок збереження результатів експрес-аналізу, спрямований відгалужувач і подільник частоти, що входить до складу блока вимірювання є', при цьому вхід спрямованого відгалужувана підключений до виходу генератора керованого, перший вихід спрямованого вщгалужувача з'єднаний з входом резонатора вимірювального, а другий вихід з'єднаний з сигнальним входом змішувача, до гетеродинного входу якого підключений вихід опорного генератора, вихід змішувача з'єднаний зі входом подільника частоти, вихід якого підключений до входу частотоміра, керований вхід процесорного блока обробки інформації' з'єднаний з блоком встановлення режимів роботи, третій вихід процесорного блока обробки інформації з'єднаний з блоком збереження результатів експрес-аналізу, а четвертий вихід призначений для зв'язку з зовнішньою ЕОМ. Пристрій, що заявляється, відноситься до області аналізу рідких діелектриків шляхом визначення їхніх фізичних властивостей за допомогою радіотехнічних засобів НВЧ діапазону і може знайти широке застосування у нафтогазопереробній галузі для оперативного контролю параметрів (експрес-аналізу) автомобільних палив і олій, зокрема, для оперативного визначення октанового (цетанового) числа при атестації, сертифікації, вхідному й інших видах контролю готової продукції', а також контролю параметрів проміжних рідких фракцій продуктів переробки нафти І газового конденсату в лабораторних і "польових" умовах. Необхідність контролю параметрів рідких палив обумовлена розходженнями фізико-хімічних властивостей вхідних матеріалів, відхиленнями від технологічних вимог у процесі виробництва палив, що можуть приводити, наприклад, до перевищення припустимої" концентрації високотоксичних фракцій, а також умовами збереження, транспортування й іншими причинами. Стандартизованим параметром автомобільних палив, що визначає їхню якість і область застосування, є октанове (цетанове) число Загальноприйнятий у даний час метод виміру октанового (цетанового) числа готових палив, який засновано на оцінці їх детонаційних властивостей, складний, вимагає громіздкого стаціонарного устаткування, спеціальних реактивів (еталонних палив) і достатніх тимчасових витрат на його реалізацію Він також принципово не чутливий до наявності в складі палива високотоксичних, але високоокта нових фракцій, що визначає необхідність застосування методу спектрального аналізу для виявлення високотоксичних складових, реалізація якого вимагає використання стаціонарного устаткування. Таким чином, актуальною задачею в даний час залишається створення пристроїв, що забезпечують як оперативний і досить точний контроль (експрес-аналіз) октанового (цетанового) числа, так і виявлення низько і високооктанових фракцій, що визначають підвищення токсичності продуктів згоряння автомобільних палив. Такі дані необхідно одержувати не тільки для готової продукції на за (22)06.09.2004 СО CM 00 5823 воді виготовлювачі в лабораторних умовах, але й у "польових" умовах, тобто в місцях збереження, відпустки і реалізації автомобільних палив Відомо моторний (дослідницький) метод визначення октанового (цетанового) числа палив для двигунів (ГОСТ 511-82, ГОСТ 8226-82, ГОСТ 27768-88). Метод полягає в зіставленні детонаційної стійкості палива, що випробується, з детонаційною стійкістю еталонного палива, октанове (цетанове) число якого відрізняється від октанового (цетанового) числа палива, що випробується, не більш чим на ±1 октанову одиницю. Даний метод реалізується за допомогою одноциліндрової установки з перемінним ступенем стиску типу УІТ-85 чи аналогічної. Результат виміру октанового (цетанового)числа обчислюється за таблицями на підставі показань органів установки ступеня стиску, при якому випробуване й еталонне паливо мають однаковий коефіцієнт детонації, контрольований за допомогою стрілочного індикатора. Незважаючи на те, що даний пристрій є загальноприйнятим, він має наступні недоліки: сумарні витрати суміші еталонних палив і палива, що випробується, на кожен вимір складають від 1,5 до 2,0 літрів, необхідність виводу (підтримки) пристроя на паспортний режим визначає як додаткові втрати палива, так і великий часовий інтервал підготовки установки до проведення вимірів; незважаючи на таблиці виправлень, ідо враховують зовнішні атмосферні, параметри (температура, вологість, тиск), результати вимірів не можуть вважатися коректними при низькому атмосферному тиску; відлік коефіцієнта детонації виробляється оператором, що також може приводити до додаткової похибки результатів вимірів Крім того, даний метод є нечутливим до хімічного складу палива. Тому він не дозволяє виявляти у випробуємому паливі наявність тих високооктанових складових, наприклад бензолу, що підвищують токсичність продуктів згоряння. Відомий також спосіб визначення параметрів октану [Франція, заявка №261911, МПК5 G01N 33/22, 21/35], у якому використовують ІКспектрометр, що працює в ближній ІЧ-області спектра, для виміру поглинання зразка в області від 4800 до 4000см"1; вибирають потім у цій області N фіксованих частот для встановлення статистичних кореляцій із шуканими параметрами октану, розраховують заданий параметр із застосуванням кореляційного співвідношення між N значеннями поглинання. Кореляцію визначають експериментально-регресивним методом, незалежно від типу спектрометра, що використовується, з вибором N найбільш інформативних значень частоти. Даний спосіб непрямого визначення параметрів палива характеризується використанням складного дорогого устаткування, що утрудняє його використання для поточного оперативного контролю технологічного процесу виробництва палив, а також застосування в "польових" умовах. Найближчим по суті й ефекту, що досягається, найближчим аналогом пропонованого технічного рішення є пристрій для виміру параметрів рідких палив [Патент України №28476А МПК6 G01N 33/22], що містить опорний і керований генерато ри, блоки виміру дійсної є' і уявної є" частин комплексної діелектричної проникності, еталонний І вимірювальний резонатори, підключені "на прохід" до виходу керованого по частоті генератора і зв'язані виходами з відповідними входами детектора блока виміру І:", вихід якого через аналогоцифровий перетворювач цього блока з'єднано із входом с" блока обробки інформації, змішувач, входи якого з'єднані з виходами опорного і керованого генераторів, а вихід - із входом частотоміра, підключеного виходом до входу є' блока обробки Інформації, перший вихід якого через блок керування з'єднано з керуючим входом керованого по частоті генератора, другий вихід блока обробки інформації" підключено до індикатора, а третій вихід служить для зв'язку з зовнішньою ЕОМ. Основним недоліком даного пристрою є близькість частот опорного і керованого генераторів, обумовлена верхнім значенням частоти робочого діапазону частотоміра, що істотно збільшує взаємний вплив між обома генераторами, утрудняє процес їхнього первісного настроювання і може бути основною причиною перекручувань, аж до гістерезисних явищ, амплітудно-частотних характеристик еталонного І вимірювального резонаторів у робочому діапазоні перестройки частоти керованого генератора, що, у свою чергу, буде приводити до росту похибки визначення різницевих частот між опорним і керованим генераторами, величини яких пропорційні є', і амплітуд сигналів, що обгинають, на виході детектора, значення яких пропорційні уявним є" частинам еталона і контрольованого палив. Істотним недоліком даного пристрою, що фактично обмежує область його застосування лабораторними умовами, є відсутність можливості вибору режимів роботи, що визначає необхідність використання даного пристрою разом із зовнішньою ЕОМ для виявлення високотоксичних фракцій. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити експрес-аналізатор параметрів рідких палив шляхом розширення його апаратних та функціональних можливостей таким чином, щоб забезпечити збільшення точності оперативного визначення октанового (цетанового) числа палив, а також виявлення в них високотоксичних фракцій як автономно в "польових" умовах, так і разом із зовнішньою ЕОМ у лабораторних умовах. Дана задача реалізується в такий спосіб. У експрес-аналізатор для виміру параметрів рідких палив, що містить генератор керований, до виходу якого підключені блок виміру дійсної частини t' комплексної діелектричної проникності, що включає до себе генератор опорний та послідовно з'єднані змішувач різницевої частоти і частотомір, та послідовно з'єднані резонатор вимірювальний і блок виміру уявної частини є" комплексної діелектричної проникності, що включає послідовно з'єднані амплітудний детектор І аналого-цифровий перетворювач, та процесорний блок обробки інформації, до відповідних входів котрого підключені виходи блоків вимірювання є' та є", блок керування, вихід якого з'єднано з керуючим входом генератора керованого, і індикатор, які підключені до першого та другого входів процесорного блока 5 5823 обробки Інформації відповідно, додатково введені блок встановлення режимів роботи, блок збереження результатів експрес-аналізу, спрямований відгалуджувач і подільник частоти, що входить до складу блока виміру є'. При цьому вхід спрямованого відгалуджувана підключено до виходу генератора керованого, перший вихід спрямованого відгалуджувана з'єднано з входом резонатора вимірювального, а другий вихід з'єднано з сигнальним входом змішувача, до гетеродинного входу якого підключено вихід опорного генератора. Вихід змішувача з'єднано зі входом подільника частоти, вихід якого підключено до входу частотоміра, керований вхід процесорного блока обробки інформації з'єднано з блоком встановлення режимів роботи, третій вихід процесорного блока обробки інформації з'єднано з блоком збереження результатів експрес-аналізу, а четвертий вихід призначено для зв'язку з зовнішньою ЕОМ Поставлена задача в даному пристрої досягається сукупністю наступних технічних рішень: - уведення блока встановлення режимів роботи забезпечує істотне розширення експлуатаційних можливостей пристрою при використанні тільки одного вимірювального резонатора, у тому числі установку режимів: калібрування за еталонним паливом, виміру параметрів аналізованого палива, зіставлення результатів виміру з базою даних блока обробки інформації і розподільного зображення на індикаторі величин октанового (цетанового) числа, наявності низькооктанових І високотоксичних фракцій, а також внесення даних експрес-аналізу до блока збереження результатів з наступним їхнім уведенням у зовнішню ЕОМ Таким чином, уведення блока встановлення режимів роботи забезпечує можливість експресаналізу параметрів палив автономно в "польових" і деталізованого аналізу разом із зовнішньою ЕОМ у лабораторних умовах; - уведення подільника частоти дозволяє істотно збільшити різницю частот між опорним і керованим генераторами, що знижує взаємний вплив генераторів, спрощує їхнє первісне настроювання, практично виключає нерівномірність амплітудночастотної характеристики керованого резонатора в смузі його перестройки, що забезпечує зниження похибки виміру є' і є" еталонного й аналізованого палив, а, у остаточному підсумку, призводить до збільшення точності визначення октанового (цетанового) числа досліджуваних палив; - уведення спрямованого вщгалуджувача також забезпечує зниження взаємного впливу комплексних опорів керованого й опорного генераторів і змішувача на вимірювальний резонатор, навантажений еталонним чи досліджуваним паливом, що також забезпечує збільшення точності виміру параметрів палив, а крім того дозволяє реалізувати необхідне співвідношення рівнів сигналів, які мають бути поданими на сигнальний і гетеродинний входи змішувача; - уведення блока збереження результатів експрес-аналізу дозволяє дані, що отримано при автономному використанні пристрою, наприклад у "польових" умовах, зберігати для наступного переносу в банк даних зовнішньої ЕОМ для їхньої 6 більш детальної обробки і зображення в графічному виді, наприклад, на комплексній площині. Сутність корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображена блок-схема експресаналізатора параметрів рідких палив, що пропонується. Пропонуємий експрес-аналізатор параметрів рідких палив містить генератор 1 керований по частоті, відгалуджувач 2 спрямований і резонатор 3 вимірювальний, підключений "на прохід" до першого виходу відгалужувана 2 спрямованого, вхід якого з'єднаний з виходом генератора 1, блок 4 виміру дійсної частини є' комплексної діелектричної проникності, блок 5 виміру уявної частини є" комплексної діелектричної проникності, блок 6 керування частотою генератора 1 керованого, процесорний блок 7 обробки інформації, блок 8 встановлення режимів роботи, індикатор 9 і блок 10 збереження результатів експрес-аналізу. Блок 4 виміру г' містить у собі генератор 11 опорної частоти, змішувач 12 різницевої" частоти, подільник 13 частоти і частотомір 14, при цьому вихід генератора 11 опорної частот підключено до гетеродинного входу змішувача 12, до сигнального входу якого через відгалуджувач 2 спрямований підключено вихід генератора 1 керованого по частоті, а вихід змішувача 12 з'єднано із входом подільника частоти 13, вихід якого через частотомір 14 підключено до інформаційного входу є' процесорного блока 7 обробки інформації Блок 5 виміру є" містить у собі детектор 15 амплітудний, з'єднаний входом з виходом резонатора 3 вимірювального, І аналого-цифровий перетворювач 16, вхід якого підключено до виходу детектора 15, а вихід з'єднано з інформаційним входом г" процесорного блока 7 обробки інформації Перший (керуючий) вихід процесорного блока 7 обробки інформації через блок 6 керування з'єднано з керуючим входом генератора 1 керованого по частоті. Другий вихід процесорного блока 7 обробки інформації підключено до індикатора 9, третій вихід з'єднано із блоком 10 збереження результатів експресаналізу, а четвертий призначено для зв'язку з зовнішньої ЕОМ. До керованого входу процесорного блока 7 підключено вихід блока 8 встановлення режимів роботи. Генератори 1 і 11 можуть бути виконані в мікрополосковому виконанні, наприклад, на НВЧ транзисторах. Спрямований відгалуджувач 2 може також бути виконано у мікрополосковому виконанні, наприклад, у вигляді НВЧ трансформатора, перший вихід якого забезпечує коефіцієнт передачі потужності сигналу генератора 1, близький до одиниці, а другий - коефіцієнт передачі 0,1-0,2. Блок 6 керування частотою генератора 1 може являти собою, наприклад, цифро-аналоговий перетворювач, подільник частоти 13 може бути виконано, наприклад, на спеціалізованих мікросхемах. Блок 8 встановлення режимів роботи може бути виконано у вигляді клавіатури як у спеціалізованому (обмежена кількість функціональних кнопок), так і в загальноприйнятому стандартному виконанні. Блок 10 збереження результатів експрес-аналізу може бути виконано на мікросхемах пам'яті, що забезпечують багаторазовий переза 5823 пис даних. Пропонований експрес-аналізатор параметрів рідких палив працює таким чином. Після подання напруги живлення на експресаналізатор процесор блока 7 обробки інформації ініціалізується І забезпечує готовність пристрою до роботи, у тому числі встановлює генератор 1 у режим генерації мінімальної (початкової) частоти. Після введення до резонатора 3 кювети зі зразком еталонного чи аналізуємого палива за допомогою блока 8 встановлюється режим роботи "калібрування" чи "вимір" і запускається робочий цикл експрес-аналізатора, у процесі якого процесор блока 7 обробки інформації крізь блок 6 керування починає перестройку частоти генератора 1 від мінімального до максимального значення. Вихідний сигнал генератора 1, що програмно змінюється по частоті через спрямований відгалуджувач 2 одночасно надходить на сигнальний вхід змішувача 12 блока виміру Е' І на вхід вимірювального резонатора 3 блока виміру є". Коли в процесі перестройки генератора 1 його частота попадає в смугу пропущення вимірювального резонатора З навантаженого зразком палива, що досліджується, на виході детектора 15 з'являється сигнал, що після перетворення в аналого-цифровому перетворювачі 16 надходить на вхід є" процесорного блока 7 обробки Інформації, де по заданому алгоритму забезпечується настроювання генератора 1 на резонансну частоту, що відповідає максимуму сигналу на виході вимірювального резонатора З, навантаженого зразком палива, що досліджується. Після визначення максимуму сигналу частота генератора 1 фіксується на період часу, достатнього для виміру амплітуди А т і виміру різницевої частоти AF сигналів опорного 11 І керованого 1 генераторів, інформація про яку надходить з виходу змішувача 12 через подільник частоти 13 на вхід частотоміра 14 N де: Р| - частота генератора 1, що відповідає резонансній частоті навантаженого резонатора 3; F n - частота опорного генератора 11; N - коефіцієнт розподілу подільника 13 частоти Отримані дані: А т - що пропорційна уявній частині є" і AF - що пропорційна дійсній частині є' комплексної діелектричної проникності палива, що досліджується, заносяться до оперативної пам'яті процесора блока 7 обробки інформації для експрес-аналізу октанового (цетанового) числа палива, що досліджується, і наявності в ньому високо 8 токсичних фракцій. Одночасно ці дані вносяться до пам'яті блока 10 збереження результатів для їхньої наступної трансляції до зовнішньої ЕОМ. Експрес-аналізатор допускає наступні основні режими роботи - калібрування по еталонному паливу, у результаті виконання якого визначаються виправлення єг, є" і |є|, що враховують фактичні зовнішні умови (температуру, тиск, вологість) під час проведення експрес-аналізу, до внесених до оперативної пам'яті пристрою аналогічних величин еталонного палива; - вимір параметрів досліджуємого палива, у результаті виконання якого визначаються величини, пропорційні є', є" і |є| комплексної' діелектричної проникності при фактичних зовнішніх умовах; - експрес-аналіз октанового (цетанового) числа палива, що досліджується у результаті виконання якого шляхом зіставлення виміряних величин є', є" і |е] еталонного палива і палива, що досліджується, у рамках введених до експресаналоатора алгоритмів приймається рішення про величину октанового (цетанового) числа палива, що досліджувалось, типу технології його виробництва і наявності в ньому низькооктанових і високотоксичних фракцій; - трансляція даних з блока збереження результатів експрес-аналізу до зовнішньої ЕОМ для їхньої наступної обробки і графічного зображення на комплексній площині. Таким чином, запропонований експресаналізатор забезпечує оперативний вимір параметрів рідких палив, пропорційних дійсній є' і уявній є" частинам, та обчислення модуля є комплексної діелектричної проникності, на підставі яких з достатньої для практики точністю і вірогідністю може визначатися октанове (цетанове) число, тип технології виробництва палива, а також наявність особливо токсичних фракцій. Експрес-аналізатор може застосовуватися автономно (у польових і лабораторних умовах) і в складі з зовнішньою ЕОМ обробки і зображення результатів. Крім того, запропонований експрес-аналізатор може використовуватися для визначення параметрів різних типів еталонних палив, проміжних і вихідних фракцій палив, що використовуються для виробництва високооктанових бензинів, а також для експрес-аналізу параметрів моторних олій і інших рідких діелектриків, таких як трансформаторні олії, спирти та інших. 10 5823 2. 3. ВІдгалуджувач спрямс)ваний 1 Генератор керований Резонатор вимірює альний г 4 Блок виміру Є' 5. Блок виміру є" 1 11. 12. Генератор опорний Змішувач 14 13. 15. Детектор 16, АЦП Частотомір частоти 1 є' 1 є" V 8. Ьпок встзнозяення режимів 7. Блок обробки інформації Є. Блок керування 2 3 4 оЕОМ 9. 10 Індикатор Блок збереження результатів Експрес-аналізатор параметрів рідких палив Комп'ютерна верстка А. Крулевський Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуально'і власності, вул. Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м К и і в - 4 2 , 01601