用于检测高电阻率液体中水分的仪器。方案、说明

用于检测高电阻率液体中水分的仪器。无线电电子电气工程百科全书

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V. Savchenko 和 L. Gribova 的文章“石英谐振器将非电量转换为电量”中描述的石英耗散换能器，收录于“Radio”，2004 年，第 2 期，第 34 页。 36-XNUMX，已在气体和固体湿度监测装置、新材料科学研究设备等中得到应用。检测液体中，特别是发动机燃料中的水的问题同样重要。下面的文章描述了解决此问题的实用方法之一。

液体燃料的质量由多种因素决定，其中含水率的重要性不小。燃料中的水可以处于不同的聚集状态——溶解的、游离的和乳化的。在不同的燃料温度下，0,002%至0,007%的水溶解在其中，这是无法目视控制的。随着温度降低，水在燃料中的溶解度降低，并以水滴的形式沉降到油箱底部。

燃油中的游离水会数倍增加与燃油接触的金属的腐蚀，在冬季，燃油管路中结冰，会导致发动机停机。因此，燃料中的水含量是可取的，在某些情况下只是需要控制。

例如，为了提高对游离水存在的视觉控制效率，将高锰酸钾添加到燃料样品中，高锰酸钾溶解在水中，将其涂成肉眼清晰可见的特征颜色。当然，这种控制方法非常不方便，因此，借助自动便携式装置来指示游离水的存在非常重要。

控制的复杂性在于燃料是一种高质量的电介质，对电流具有非常高的电阻率。燃料中的一滴水，即使放置在两个电极之间，也无法用简单的直流兆欧表进行控制，因为水滴周围的燃料膜不允许它与电极紧密接触，因此水滴中的电阻电路不能显着减小。

为了指示燃料中的游离水，我们建议使用耗散石英电能转换器，该转换器对大电阻值的变化高度敏感。该装置包含真空石英谐振器和电容传感器串联或并联的电路。该电路称为石英耗散电能转换器，因为其等效电阻（即转换器的输出参数）由具有受控电介质的传感器（例如液态烃燃料中）的能量损失决定。

上图。图1a和XNUMXb显示了所开发的用于监测燃料中游离水的装置的设计。该装置采用有机玻璃制成的量杯形式，带有盖子和手柄。手柄包含电池和位于其内侧的按钮开关。 LED 安装在手柄的上部，通过 LED 的发光来确定液体燃料中是否存在水。

检测高电阻率液体中水分的仪器

杯子底部有一个电容式传感器，由两个同轴放置的锥形电极组成，电极的顶点彼此相对，如图 2 所示。 XNUMX. 两个电极均由黄铜板冲压而成，上（外）电极被截断。

检测高电阻率液体中水分的仪器
图。 2

电极固定在杯子底部，使其之间形成约 0,25 mm 宽的空气环形间隙，这决定了传感器在无燃料情况下的电容约为 0,8 pF。杯子底部有一块板，上面有设备电子部分的详细信息。

将大约半升燃料倒入杯子中。如果其中有自由水滴，那么一段时间后，它们会沿着传感器的锥形壁滚入间隙中，并改变电容式传感器间隙中的电阻。杯子的盖子铰接在铰链上，对于在野外工作时防止大气降水（雨、雪）进入工作空间是必要的。

上图。图3示出了该装置的示意图。耗散石英转换器包含电容传感器 Cd 和频率为 1 kHz 的真空石英谐振器 ZQ300，动态（等效有源）电阻 Rd = 80 Ohm，静态电容 Cst = 6,5 pF。该振荡器是根据VT1晶体管上的电容性三点方案制作的。

检测高电阻率液体中水分的仪器
图。 3

振荡器的交流电压经二极管VD1、VD2和电容器C5检测后，进入晶体管VT2的基极，使其截止，导致晶体管集电极电流减小； HL1 LED 熄灭。

在没有自动发电的情况下，晶体管UT2的集电极电流足以点亮HL1 LED。该晶体管所需的集电极电流通过选择分压器 R4R5 的电阻器来设置。通过设备开启时LED的亮度，可以判断其从两个原电池接收到的供电电压（3V）是否充足。

随着电池老化，LED 的亮度会降低。该器件在电源电压高达 2V 的情况下仍保持工作状态。

当SB1按钮的触点闭合时，由于石英谐振器的品质因数较大（超过500000），无法立即发生自发电。在 1,5 ... 1,8 秒内，发电机振荡的幅度和频率的标称值顺利建立。当发生器尚未达到正常模式时，HL1 LED 亮起。经过指定时间后，发电机开启，如果设备传感器中没有水迹，HL1 LED 熄灭，因为 VT2 晶体管基极的正电压将被来自 VTXNUMX 晶体管基极的负电压补偿。探测器。

LED 熄灭表示设备已准备好运行，即用于监测燃料中的游离水。将清洁燃油倒入量杯后，LED 保持熄灭状态。如果燃料中至少有一滴（0,023 ... 0,026克或更多）水，则转换器中的有功损耗将急剧增加，从而导致自发电击穿和合闸引领。

请注意，汽车燃油中的一滴游离水落入传感器电极之间的间隙中，会导致转换器的有源电阻增加 Ra = 400 欧姆。理论上，这相当于包含与电容式传感器 Cd 并联的损耗电阻 Rp = 1 GΩ。根据以下公式进行计算：

Ra \u1d Rd / (2 + (omega * Cd * Rp) ^ XNUMX)

该器件的灵敏度由微调电容器 C1 设置。为了检查灵敏度，将电阻为 750 kOhm (MLT-0,25) 的电阻器连接到传感器电极。实际上，通过一个端子握住电阻器，用另一个端子接触传感器的中心电极就足够了。在正常灵敏度下，电阻输出接触传感器中心电极后，LED 在 1 ... 2 秒后点亮。

如果我们假设设备工作体积中的燃料质量为 0,5 千克，一滴水的质量平均为 0,025 克，那么事实证明，该设备已经可靠地控制了百分之五的水量。免费水。

使用各种类型的液体燃料对该装置进行的测试均取得成功。事实证明，它适用于监测其他介电液体中游离水的存在，例如丙酮、苯等。

作者：V.Savchenko、L.Gribova、Ivanovo

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