抵抗率の高い液体中の水分を検出するための機器。スキーム、説明

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比抵抗の高い液体中の水を検出する装置。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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水晶散逸コンバータ。「Radio」、2004 年、No. 2、p.34 の V. Savchenko と L. Gribova による記事「水晶共振器は非電気量を電気量に変換する」で説明されています。３４〜３６に記載の方法は、気体や固体の湿度を監視する装置、新材料の科学研究用装置などに応用されていることがわかっている。同様に重要なのは、液体物質、特に自動車燃料中の水分を検出する問題である。以下の記事では、この問題を解決するための実践的な方法の 36 つについて説明します。

液体燃料の品質は多くの要因によって決まりますが、その中でも水分含有量は少なからず重要です。燃料中の水は、溶解、遊離、乳化など、さまざまな凝集状態にあります。燃料温度が異なると、0,002 ～ 0,007% の水が燃料中に溶解しますが、これは視覚的に制御できません。温度が低下すると、燃料中の水の溶解度が低下し、水滴の形でタンクの底に沈殿します。

燃料中の自由水は燃料と接触する金属の腐食を数倍に増加させ、冬には燃料ラインが凍結してエンジンが停止する可能性があります。したがって、燃料中の水分含有量は推奨され、場合によっては単にそれを制御する必要があります。

自由水の存在を視覚的に監視する効率を高めるために、たとえば過マンガン酸カリウムを燃料サンプルに添加します。これは水に溶解すると、目にはっきりと見える特徴的な色に着色されます。もちろん、この制御方法は非常に不便であるため、自動携帯装置を使用して自由水の存在を示すことが重要になります。

制御の難しさは、燃料が高品質の誘電体であるため、電流に対する比抵抗が非常に高いという事実にあります。燃料中の水滴は、たとえ XNUMX つの電極の間に置かれたとしても、単純な DC メガオーム計では監視できません。なぜなら、その滴を囲む燃料の膜によって電極との密接な接触が妨げられるからです。そのため、燃料中の電気抵抗は回路を大幅に削減することはできません。

燃料中の自由水を示すために、大きな電気抵抗値の変化に非常に敏感な散逸性石英電気エネルギー変換器を使用することを提案します。このデバイスには、直列または並列に接続された真空水晶共振器と容量性センサーで構成される電気回路が含まれています。この回路は、コンバータの出力パラメータである等価電気抵抗が、液体炭化水素燃料などの制御された誘電体を備えたセンサーでのエネルギー損失によって決定されるため、電気エネルギーの石英散逸コンバータと呼ばれます。

図では、図１、ａおよびｂは、燃料中の自由水を監視するために開発された装置の設計を示す。この装置は、蓋とハンドルが付いた有機ガラス製の計量カップの形で作られています。ハンドルの内側には電池と押しボタンスイッチが入っています。ハンドルの上部にはLEDが取り付けられており、その光りによって液体燃料中の水の存在が判断されます。

抵抗率の高い液体中の水分を検出するための機器

マグカップの底には、図に概略的に示すように、頂点が互いに向けられた、同軸上に配置された 2 つの円錐形の電極で構成される容量センサーがあります。 XNUMX. 両方の電極は真鍮シートから打ち抜かれ、上部 (外側) の電極は切り取られています。

抵抗率の高い液体中の水分を検出するための機器
図。 2

電極はマグカップの底に固定されており、電極間に幅約 0,25 mm の空気環状ギャップが形成され、燃料なしのセンサーの電気容量は約 0,8 pF となります。マグカップの底の下には、デバイスの電子部品の部品が記載されたボードがあります。

約XNUMXリットルの燃料がマグカップに注がれます。その中に自由水滴がある場合、しばらくの間、それらはセンサーの円錐形の壁を転がり落ちてギャップに入り、静電容量センサーのギャップの電気抵抗が変化します。ヒンジで開閉するマグカップの蓋は、現場で作業するときに作業空間に降水物（雨、雪）が侵入するのを防ぐために必要です。

図では、図 3 にデバイスの概略図を示します。水晶散逸トランスデューサには、容量性センサー Cd と、周波数 1 kHz の真空水晶共振器 ZQ300 が含まれており、動的 (等価アクティブ) 抵抗 Rd = 80 オームと静的容量 Cst = 6,5 pF を持ちます。自己発振器は、トランジスタ VT1 上の容量性 XNUMX 点回路に従って作成されます。

抵抗率の高い液体中の水分を検出するための機器
図。 3

自己発振器の交流電圧は、コンデンサ C1 を備えたダイオード VD2、VD5 によって検出された後、トランジスタ VT2 のベースに供給され、トランジスタ VT1 を閉じます。これにより、トランジスタのコレクタ電流が減少します。 LED HLXNUMX が消灯します。

自己生成がない場合、トランジスタ UT2 のコレクタ電流は LED HL1 を点灯するのに十分です。このトランジスタの必要なコレクタ電流は、分圧抵抗 R4R5 を選択することによって設定されます。デバイスがオンになった瞬間の LED の明るさによって、3 つのガルバニ素子から得られる電源電圧 (XNUMX V) が十分であるかどうかを判断できます。

電池が古くなると、LED の明るさが低下します。デバイスは最大 2 V の電源電圧まで動作を続けます。

SB1 ボタンの接点が閉じている場合、水晶振動子の品質係数が高い (500000 以上) ため、自己生成は即座には発生しません。 1,5...1,8秒以内に、発電機の振動の振幅と周波数の公称値が徐々に確立されます。ジェネレーターが通常モードに達するまで、HL1 LED が点灯します。指定された時間が経過すると、発電機がオンになり、デバイスのセンサーに水の痕跡がない場合、VT1 トランジスタのベースの正の電圧が検出器からの負の電圧によって補償されるため、HL2 LED が消灯します。。

LED の消灯は、装置が動作の準備ができたこと、つまり燃料中の自由水を監視する準備ができたことを示します。きれいな燃料を計量カップに注いだ後、LED は消灯したままになります。燃料中に水が少なくとも 0,023 滴 (0,026 ～ XNUMX g 以上) 含まれている場合、コンバーターのアクティブ損失が急激に増加し、自己発電が停止し、LED が点灯します。

自動車燃料中の自由水滴がセンサー電極間のギャップに入り込むと、コンバーターのアクティブ抵抗が Ra = 400 オーム増加することに注意してください。理論的には、これは損失抵抗 Rp = 1 Ghm を容量センサー Cd と並列に接続することに対応します。計算は次の式に従って実行されました。

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

デバイスの感度は、コンデンサ C1 をトリミングすることによって設定されます。感度をチェックするには、抵抗値 750 kOhm (MLT-0,25) の抵抗器をセンサー電極に接続します。実際には、一方の端子で抵抗器を保持し、もう一方の端子でセンサーの中心電極に触れるだけで十分です。通常の感度では、抵抗リード線がセンサーの中心電極に接触した後、1 ～ 2 秒後に LED が点灯します。

装置の作動容積内に置かれた燃料の質量が0,5 kgに等しく、水滴の質量が平均0,025 gであると仮定すると、装置はすでにXNUMX分のXNUMXを確実に制御していることがわかります。自由水のパーセント。

さまざまな種類の液体燃料を使用した装置のテストは成功しました。これは、アセトン、ベンゼンなどの他の誘電性液体中の遊離水の存在を監視するのに適していることがわかりました。

著者: V.Savchenko、L.Gribova、Ivanovo

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