Dispositivo per la rilevazione della presenza di acqua in liquidi ad elevata resistività. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Convertitori dissipativi al quarzo, descritti nell'articolo di V. Savchenko e L. Gribova “Un risonatore al quarzo converte quantità non elettriche in elettriche” in “Radio”, 2004, n. 2, a p. 34-36, hanno trovato applicazione in dispositivi per il monitoraggio dell'umidità di gas e solidi, in apparecchiature per la ricerca scientifica di nuovi materiali, ecc. Non meno importante è il problema della rilevazione dell'acqua nelle sostanze liquide, in particolare nel carburante per motori. L'articolo seguente descrive uno dei modi pratici per risolvere questo problema.

La qualità del combustibile liquido è determinata da molti fattori, tra i quali non ha poca importanza il suo contenuto di acqua. L'acqua nel carburante può trovarsi in diversi stati di aggregazione: disciolta, libera ed emulsionata. A diverse temperature del carburante, si dissolve dallo 0,002 allo 0,007% di acqua, che non può essere controllata visivamente. Al diminuire della temperatura, la solubilità dell'acqua nel carburante diminuisce e si deposita sotto forma di goccioline sul fondo del serbatoio.

L'acqua libera nel carburante aumenta più volte la corrosione dei metalli a contatto con il carburante e in inverno, congelandosi nella linea del carburante, può causare l'arresto del motore. Pertanto, il contenuto di acqua nel carburante è consigliabile e in alcuni casi è semplicemente necessario controllarlo.

Per aumentare l'efficienza del monitoraggio visivo della presenza di acqua libera, ad esempio, al campione di carburante viene aggiunto permanganato di potassio che, sciolto in acqua, lo colora di un colore caratteristico ben visibile all'occhio. Naturalmente questo metodo di controllo è molto scomodo per cui diventa importante segnalare la presenza di acqua libera tramite un dispositivo portatile automatico.

La difficoltà di controllo sta nel fatto che il carburante, essendo un dielettrico di alta qualità, ha una resistenza specifica molto elevata alla corrente elettrica. Una goccia d'acqua nel carburante, anche posta tra due elettrodi, non può essere monitorata con un semplice megaohmetro CC, poiché la pellicola di carburante che circonda la goccia non le consente di entrare in stretto contatto con gli elettrodi, motivo per cui la resistenza elettrica in il circuito non può essere ridotto significativamente.

Per indicare l'acqua libera nel carburante, proponiamo di utilizzare un convertitore dissipativo di energia elettrica al quarzo, che è altamente sensibile alle variazioni di grandi valori di resistenza elettrica. Il dispositivo contiene un circuito elettrico costituito da un risonatore al quarzo sottovuoto e un sensore capacitivo collegati in serie o parallelo. Questo circuito è chiamato convertitore dissipativo di energia elettrica al quarzo, poiché la sua resistenza elettrica equivalente, essendo il parametro di uscita del convertitore, è determinata dalla perdita di energia in un sensore con un dielettrico controllato, ad esempio nel combustibile idrocarburico liquido.

Nella fig. 1, aeb mostrano la progettazione del dispositivo sviluppato per il monitoraggio dell'acqua libera nel carburante. Il dispositivo è realizzato sotto forma di un misurino in vetro organico con coperchio e manico. La maniglia contiene batterie e un interruttore a pulsante situato sul lato interno. Nella parte superiore dell'impugnatura è montato un LED, dal cui bagliore viene determinata la presenza di acqua nel combustibile liquido.

Sul fondo della tazza è presente un sensore capacitivo, costituito da due elettrodi a forma di cono posti coassialmente, con i vertici rivolti l'uno verso l'altro, come mostrato schematicamente in Fig. 2. Entrambi gli elettrodi sono stampati in lamiera di ottone, quello superiore (esterno) è troncato.

Fig. 2

Gli elettrodi sono fissati sul fondo della tazza in modo che tra loro si formi uno spazio anulare d'aria largo circa 0,25 mm, che determina la capacità elettrica del sensore di circa 0,8 pF senza carburante. Sotto il fondo della tazza è presente una scheda con parti della parte elettronica del dispositivo.

Nella tazza viene versato circa mezzo litro di carburante. Se sono presenti gocce d'acqua libera, per qualche tempo rotolano giù dalle pareti a forma di cono del sensore nello spazio e modificano la resistenza elettrica nello spazio del sensore capacitivo. Il coperchio della tazza, incernierato su una cerniera, è necessario per evitare che le precipitazioni (pioggia, neve) entrino nel volume di lavoro quando si lavora in condizioni di campo.

Nella fig. La Figura 3 mostra un diagramma schematico del dispositivo. Il trasduttore dissipativo al quarzo contiene un sensore capacitivo Cd e un risonatore al quarzo sotto vuoto ZQ1 alla frequenza di 300 kHz, avente una resistenza dinamica (equivalente attiva) Rd = 80 Ohm e una capacità statica Cst = 6,5 pF. L'auto-oscillatore è realizzato secondo un circuito capacitivo a tre punti sul transistor VT1.

Fig. 3

La tensione alternata dell'auto-oscillatore, dopo essere stata rilevata dai diodi VD1, VD2 con il condensatore C5, viene fornita alla base del transistor VT2 e lo chiude, il che porta ad una diminuzione della corrente di collettore del transistor; Il LED HL1 si spegne.

In assenza di autogenerazione, la corrente di collettore del transistor UT2 è sufficiente per illuminare il LED HL1. La corrente di collettore richiesta per questo transistor viene impostata selezionando i resistori del partitore di tensione R4R5. Dalla luminosità del LED al momento dell'accensione del dispositivo si può giudicare la sufficienza della sua tensione di alimentazione (3 V), ottenuta da due elementi galvanici.

Man mano che le batterie invecchiano, la luminosità del LED diminuisce. Il dispositivo rimane operativo fino ad una tensione di alimentazione di 2 V.

Quando i contatti del pulsante SB1 sono chiusi, a causa dell'elevato fattore di qualità (oltre 500000) del risuonatore al quarzo, l'autogenerazione non può avvenire istantaneamente. Entro 1,5...1,8 s vengono gradualmente stabiliti i valori nominali dell'ampiezza e della frequenza delle oscillazioni del generatore. Fino a quando il generatore non raggiunge la modalità normale, il LED HL1 si accende. Trascorso il tempo specificato, il generatore si accende e, se non sono presenti tracce d'acqua nel sensore del dispositivo, il LED HL1 si spegne, poiché la tensione positiva alla base del transistor VT2 sarà compensata dalla tensione negativa proveniente dal rilevatore .

Lo spegnimento del LED indica che il dispositivo è pronto per il funzionamento, cioè per monitorare la presenza di acqua libera nel carburante. Dopo aver versato il carburante pulito nel misurino, il LED rimane spento. Se nel carburante è presente almeno una goccia (0,023...0,026 g o più) di acqua, le perdite attive nel convertitore aumenteranno notevolmente, il che porterà a un'interruzione dell'autogenerazione e all'accensione del LED.

Si noti che una goccia d'acqua libera nel carburante per automobili che penetra nello spazio tra gli elettrodi del sensore provoca un aumento della resistenza attiva del convertitore di Ra = 400 Ohm. Teoricamente ciò corrisponde a collegare in parallelo al sensore capacitivo Cd una resistenza di perdita Rp = 1 GOhm. Il calcolo è stato effettuato secondo la formula:

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

La sensibilità del dispositivo viene impostata dal condensatore di trimming C1. Per verificare la sensibilità, agli elettrodi del sensore è collegato un resistore con una resistenza di 750 kOhm (MLT-0,25). In pratica è sufficiente tenere il resistore per un terminale e toccare con l'altro l'elettrodo centrale del sensore. Con sensibilità normale, dopo che il cavo del resistore entra in contatto con l'elettrodo centrale del sensore, il LED si accende dopo 1...2 s.

Se assumiamo che la massa di carburante collocata nel volume di lavoro del dispositivo sia pari a 0,5 kg e che la massa di una goccia d'acqua in media sia di 0,025 g, si scopre che il dispositivo controlla in modo affidabile già cinque centesimi di a percentuale di acqua libera.

Il test del dispositivo con vari tipi di combustibile liquido ha avuto esito positivo. Si è rivelato adatto per monitorare la presenza di acqua libera in altri liquidi dielettrici, ad esempio acetone, benzene, ecc.

Autori: V.Savchenko, L.Gribova, Ivanovo

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