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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Instrument zum Nachweis von Wasser in Flüssigkeiten mit hohem spezifischem Widerstand. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Dissipative Quarzwandler, beschrieben im Artikel von V. Savchenko und L. Gribova „Ein Quarzresonator wandelt nichtelektrische Größen in elektrische um“ in „Radio“, 2004, Nr. 2, auf S. 34-36, haben Anwendung in Geräten zur Überwachung der Feuchtigkeit von Gasen und Feststoffen, in Geräten zur wissenschaftlichen Erforschung neuer Materialien usw. gefunden. Das Problem des Nachweises von Wasser in Flüssigkeiten, insbesondere in Kraftstoffen, ist nicht weniger wichtig. Eine der praktischen Möglichkeiten zur Lösung dieses Problems wird im folgenden Artikel beschrieben. Die Qualität von flüssigem Kraftstoff wird von vielen Faktoren bestimmt, unter denen sein Wasseranteil von nicht geringer Bedeutung ist. Wasser im Kraftstoff kann in verschiedenen Aggregatzuständen vorliegen – gelöst, frei und emulsionsförmig. Bei unterschiedlichen Kraftstofftemperaturen lösen sich darin 0,002 bis 0,007 % Wasser, was optisch nicht kontrolliert werden kann. Mit sinkender Temperatur nimmt die Löslichkeit des Wassers im Kraftstoff ab und es setzt sich in Form von Tröpfchen am Tankboden ab. Freies Wasser im Kraftstoff verstärkt die Korrosion von Metallen, die mit dem Kraftstoff in Berührung kommen, um ein Vielfaches, und im Winter kann das Einfrieren der Kraftstoffleitung zum Stillstand des Motors führen. Daher ist der Wassergehalt im Kraftstoff ratsam und in manchen Fällen einfach zu kontrollieren. Um die Effizienz der visuellen Kontrolle des Vorhandenseins von freiem Wasser zu erhöhen, wird der Kraftstoffprobe beispielsweise Kaliumpermanganat zugesetzt, das sie beim Auflösen in Wasser in eine charakteristische, für das Auge deutlich sichtbare Farbe färbt. Natürlich ist eine solche Kontrollmethode sehr umständlich, daher ist die Anzeige des Vorhandenseins von freiem Wasser mithilfe eines automatischen tragbaren Geräts von großer Bedeutung. Die Komplexität der Steuerung liegt darin, dass der Kraftstoff als hochwertiges Dielektrikum einen sehr hohen spezifischen Widerstand gegenüber elektrischem Strom aufweist. Ein Wassertropfen im Kraftstoff, selbst wenn er zwischen zwei Elektroden platziert ist, kann nicht mit einem einfachen Gleichstrom-Megaohmmeter kontrolliert werden, da der den Tropfen umgebende Kraftstofffilm keinen engen Kontakt mit den Elektroden zulässt, wodurch der elektrische Widerstand in Der Kreislauf kann nicht wesentlich abnehmen. Um freies Wasser im Kraftstoff anzuzeigen, schlagen wir die Verwendung eines dissipativen Quarzkonverters für elektrische Energie vor, der sehr empfindlich auf Änderungen großer elektrischer Widerstandswerte reagiert. Das Gerät enthält einen Stromkreis aus einem Vakuum-Quarzresonator und einem kapazitiven Sensor, die in Reihe oder parallel geschaltet sind. Diese Schaltung wird als dissipativer Quarzenergiewandler bezeichnet, da ihr äquivalenter elektrischer Widerstand, der der Ausgangsparameter des Wandlers ist, durch den Energieverlust in einem Sensor mit einem kontrollierten Dielektrikum, beispielsweise in flüssigem Kohlenwasserstoffkraftstoff, bestimmt wird. Auf Abb. Die Abbildungen 1a und XNUMXb zeigen den Aufbau des entwickelten Geräts zur Überwachung von freiem Wasser im Kraftstoff. Das Gerät besteht aus einem Messbecher aus organischem Glas mit Deckel und Griff. Der Griff enthält Batterien und einen Druckknopfschalter auf der Innenseite. Im oberen Teil des Griffs ist eine LED angebracht, durch deren Leuchten das Vorhandensein von Wasser im flüssigen Kraftstoff festgestellt wird.
Am Boden des Bechers befindet sich ein kapazitiver Sensor, der aus zwei kegelförmigen, koaxial angeordneten Elektroden besteht, die mit ihren Spitzen aufeinander zu gerichtet sind, wie schematisch in Abb. 2. Beide Elektroden sind aus Messingblech gestanzt, die obere (äußere) ist abgeschnitten.
Die Elektroden sind am Boden des Bechers befestigt, so dass zwischen ihnen ein Luftringspalt von ca. 0,25 mm Breite entsteht, der die elektrische Kapazität des Sensors von ca. 0,8 pF ohne Kraftstoff bestimmt. Unter dem Boden des Bechers befindet sich eine Tafel mit Einzelheiten zum elektronischen Teil des Geräts. Etwa ein halber Liter Kraftstoff wird in einen Becher gegossen. Befinden sich darin freie Wassertropfen, dann rollen diese für einige Zeit an den kegelförmigen Wänden des Sensors in den Spalt hinunter und verändern den elektrischen Widerstand im Spalt des kapazitiven Sensors. Der an einem Scharnier aufgehängte Deckel des Bechers ist notwendig, um zu verhindern, dass bei Arbeiten auf dem Feld atmosphärische Niederschläge (Regen, Schnee) in das Arbeitsvolumen gelangen. Auf Abb. 3 zeigt ein schematisches Diagramm des Geräts. Der dissipative Quarzkonverter enthält einen kapazitiven Sensor Cd und einen evakuierten Quarzresonator ZQ1 mit einer Frequenz von 300 kHz, einem dynamischen (äquivalenten aktiven) Widerstand Rd = 80 Ohm und einer statischen Kapazität Cst = 6,5 pF. Der Oszillator ist nach dem kapazitiven Dreipunktschema auf dem VT1-Transistor aufgebaut.
Die Wechselspannung des Oszillators gelangt nach Erkennung durch die Dioden VD1, VD2 mit dem Kondensator C5 in die Basis des Transistors VT2 und schließt diesen, was zu einer Verringerung des Kollektorstroms des Transistors führt; HL1-LED erlischt. Ohne Autogeneration reicht der Kollektorstrom des Transistors UT2 aus, um die HL1-LED zum Leuchten zu bringen. Der erforderliche Kollektorstrom dieses Transistors wird durch eine Auswahl von Widerständen des Spannungsteilers R4R5 eingestellt. Anhand der Helligkeit der LED im Moment des Einschaltens des Geräts kann man beurteilen, ob die von zwei galvanischen Zellen empfangene Versorgungsspannung (3 V) ausreicht. Mit zunehmendem Alter der Batterien nimmt die Helligkeit der LED ab. Das Gerät bleibt bis zu einer Versorgungsspannung von 2 V betriebsbereit. Wenn die Kontakte der SB1-Taste geschlossen sind, kann es aufgrund des großen Qualitätsfaktors (über 500000) des Quarzresonators nicht sofort zur Selbsterzeugung kommen. Innerhalb von 1,5 ... 1,8 s stellen sich die Nominalwerte der Amplitude und Frequenz der Generatorschwingungen reibungslos ein. Während der Generator den Normalmodus noch nicht erreicht hat, leuchtet die HL1-LED. Nach der angegebenen Zeit schaltet sich der Generator ein und wenn sich im Sensor des Geräts keine Wasserspuren befinden, erlischt die HL1-LED, da die positive Spannung an der Basis des VT2-Transistors durch die negative Spannung von kompensiert wird Der Detektor. Das Erlöschen der LED zeigt die Betriebsbereitschaft des Gerätes, d. h. zur Überwachung von freiem Wasser im Kraftstoff, an. Nach dem Einfüllen von sauberem Kraftstoff in den Messbecher bleibt die LED aus. Befindet sich im Kraftstoff mindestens ein Tropfen (0,023 ... 0,026 g oder mehr) Wasser, dann steigen die aktiven Verluste im Konverter stark an, was zum Zusammenbruch der Eigenerzeugung und zum Einschalten des Konverters führt LED. Beachten Sie, dass ein Tropfen freien Wassers im Kraftstoff, der in den Spalt zwischen den Sensorelektroden gelangt ist, zu einer Erhöhung des aktiven Widerstands des Wandlers um Ra = 400 Ohm führt. Theoretisch entspricht dies der Einbeziehung eines Verlustwiderstandes Rp = 1 GΩ parallel zum kapazitiven Sensor Cd. Die Berechnung erfolgte nach der Formel: Ra \u1d Rd / (2 + (Omega * Cd * Rp) ^ XNUMX) Die Empfindlichkeit des Geräts wird durch einen Trimmerkondensator C1 eingestellt. Zur Überprüfung der Empfindlichkeit wird an die Sensorelektroden ein Widerstand mit einem Widerstandswert von 750 kOhm (MLT-0,25) angeschlossen. Es reicht praktisch aus, den Widerstand an einem Anschluss festzuhalten und mit dem anderen Anschluss die Mittelelektrode des Sensors zu berühren. Bei normaler Empfindlichkeit schaltet sich die LED nach 1 ... 2 s ein, nachdem der Widerstandsausgang die Mittelelektrode des Sensors berührt. Wenn wir davon ausgehen, dass die im Arbeitsvolumen des Geräts befindliche Kraftstoffmasse 0,5 kg und die Masse eines Wassertropfens durchschnittlich 0,025 g beträgt, stellt sich heraus, dass das Gerät bereits fünf Hundertstel Prozent zuverlässig kontrolliert kostenloses Wasser. Tests des Geräts mit verschiedenen Arten von Flüssigbrennstoffen verliefen erfolgreich. Es erwies sich als geeignet für die Überwachung des Vorhandenseins von freiem Wasser in anderen dielektrischen Flüssigkeiten, beispielsweise in Aceton, Benzol usw. Autoren: V.Savchenko, L.Gribova, Ivanovo
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