СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА БЕНЗИНОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01N21/35 

Изобретение относится к исследованию физико-химических свойств моторных топлив, в том числе бензинов и может быть использовано для идентификации и экспрессного определения октанового числа и других параметров, характеризующих качество товарных бензинов, как в лабораторных условиях так и в потоке, непосредственно на технологической установке.

Известен способ определения октанового числа бензинов, заключающийся в следующем. Используя набор стандартных (эталонных) смесей изооктана (его октановое число равно 100 ед.) и н-гептана (его октановое число равно 0 ед.) на специальных установках, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, методом постепенного приближения добиваются равной детонационной способности испытуемого бензина с эталонной пробой. При этом считают, что октановое число испытуемого бензина равно октановому числу этой эталонной смеси (ГОСТ 511-82. Топливо для двигателей. Моторный метод определения октанового числа).

Недостаток этого способа заключается в большой длительности процесса определения октанового числа (проба берется с технологической установки и доставляется в специальную лабораторию), а также в том, что требует сложного, громоздкого и дорогого оборудования для его технической реализации.

Известен способ определения октанового числа топлива (авт. св. СССР N 1245975, кл. C 01 N 25/20), заключающийся в том, что пробу бензина подают в потоке воздуха в предварительно нагретый до 280 -320^oC реактор, где осуществляется так называемая реакция холоднопламенного окисления. Октановое число определяют по максимальному значению температуры реакции холоднопламенного окисления.

Недостаток способа сложность его технической реализации, необходимость обеспечения специальных мер пожаро- и взрывозащиты, наличии нагреваемого реактора, необходимость в специальном устройстве дожига газа, выходимого из реактора.

Наиболее близким предлагаемому по технической сущности является способ определения содержания октанового числа в смеси горючего, заключающийся в пропускании частоты от источника инфракрасного (ИК-излучения) излучения в зоне от 0,8 до 2,6 мкм через кювету с испытуемым топливом и измерении степени поглощения пропускаемой через кювету частоты излучения (FR, заявка N 2619624, кл. G 01 N 33/26, 1989) и устройство для его реализации, содержащее источник ИК-излучения, оптические фильтры, фотоприемники, устройство для обработки полученной информации и отображения результатов расчета на дисплее (патент N 5, 225, 679, кл. G 01 N 21/35, 1993).

Однако известные способ и устройство имеют недостаточно высокую точность измерения вследствие изменения во времени параметров ИК-излучения и фотоприемного устройства, имеющих аналоговую структуру, которые в конечном счете отражаются на точности определения октанового числа.

Техническая задача изобретения разработка способа определения октанового числа бензинов и устройство для его реализации, которые позволили бы повысить точность измерения октанового числа и обеспечивали бы пожаро- и взрывобезопасность работы устройства.

Задача решается тем, что в известном способе определения октанового числа бензинов, заключающемся в пропускании сигнала источника ИК-излучения в зоне от 0,8 до 2,6 мкм через рабочую кювету с испытуемым топливом, сигнал от источника ИК-излучения дополнительно пропускают через контрольную кювету с сигналом с выхода контрольной кюветы стабилизируют уровень сигнала источника ИК-излучения, а величину октанового числа определяют по разности сигналов на выходе рабочей и контрольной кювет, и за счет того, что в устройстве для реализации способа, содержащем источник ИК-излучения с оптическим фильтром на заданную частоту пропускания, рабочую кювету с топливом, снабженную излучающим и приемным зондами, фотоприемник с предусилителем, подключенным через блок АЦП к вычислительному устройству с индикатором на выходе, дополнительно установлена контрольная кювета с излучающим и приемными зондами, оптический переключатель, синхрогенератор, блок памяти и блок управления, причем, выход оптического фильтра через оптический переключатель с помощью световода подключен к излучающим зондам контрольной и рабочей кювет, выходы приемных зондов обоих кювет подключены через световоды на вход фотоприемника, один выход синхрогенератора подключен к вычислительному устройству, на другой вход которого подключен блок памяти, выход вычислительного устройства через блок управления подключен к источнику ИК-излучения.

Способ осуществляется следующим образом.

Пробу топлива помещают в рабочую кювету. Частотный сигнал от источника ИК-излучения, отфильтрованный оптическим фильтром попеременно проходит то по рабочему, то по контрольному каналу. Контрольный канал в качестве обратной связи управляет мощностью источника ИК-излучения, стабилизируя уровень излучения. В процессе работы попеременно измеряют то уровень сигнала на выходе контрольного канала и принимают его за начальную точку отсчета, то уровень сигнала на выходе рабочего канала. По разнице этих сигналов определяют октановое число испытуемого топлива.

На чертеже изображена схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит источник 1 ИК-излучения, частотный сигнал которого через оптический фильтр 2, оптический переключатель 3 поступает по световодам 4 на излучающие зонды 5 контрольной 6 и рабочей 7 кювет. В качестве рабочей кюветы может использоваться участок технологического трубопровода, если октаномер установлен на технологической установке. Приемные зонды 8 контрольной 6 и рабочей 7 кювет через световоды 9 подключены на вход фотоприемника 10, выход фотоприемника через блок АЦП 11 подключен на вход вычислительного устройства 12, выход вычислительного устройства 12 через блок управления 13 подключен на вход источника ИК-излучения 1. К вычислительному устройству 12 подключены индикатор 14, блок памяти 15 и выход синхрогенератора 16. Другой выход синхрогенератора 16 подключен на вход управления оптического переключателя 3.

Устройство работает следующим образом.

Вначале устанавливается "нуль" измерительной схемы. Для этого кюветы 6 и 7 остаются пустые. Работает синхрогенератор 16, переключая с заданной частотой оптический переключатель 3, пропуская частотный сигнал излучения то на оптический канал контрольной кюветы 6, то на оптический канал рабочей кюветы 7, фотоприемник 10 принимая излучение то от одного, то от другого оптического канала, преобразовывает его в электрический сигнал. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11 в цифровом виде передает также попеременно величину сигнала то одного, то другого канала в вычислительное устройство 12, которое определяет разницу величин сигналов этих двух каналов. Перемещая зонды вдоль оптической оси в одной из кювет (6 или 7) добиваются нулевой разницы этих сигналов. Считается, что в этом случае каналы настроены.

Далее в кювету 7 заливается исследуемая проба бензина. На выходе АЦП 11 попеременно присутствует в цифровом виде величина сигнала то с контрольной 6, то с рабочей 7 кювет. Поскольку работа вычислительного устройства 10 синхронизируется сигналами с синхрогенератора 16, то вычислительное устройство 12 в момент приема сигнала с контрольной кюветы производит его сравнение с заданной величиной, хранимой в блоке памяти 15. В случае появления разности этих сигналов в блок управления 13 подается команда на корректировку питающей мощности на излучателе 1 таким образом, чтобы величина излучения источника 1 была равна заданной величине, которая в цифровом виде хранится в блоке памяти 15.

При другой фазе срабатывания оптического переключателя 3, когда он включен на рабочий канал, т.е. когда в работе находится кювета 7, определяется величина оптического сигнала, прошедшего через пробу исследуемого бензина. Разность сигналов на выходе контрольного и рабочего каналов, которую определяет вычислительное устройство 12 дает величину, которая характеризует степень поглощения сигнала, излучаемого источника 1, при его прохождении через исследуемую пробу бензина.

В блоке памяти 15 хранятся в цифровом виде величины сигналов, характеризующих степень поглощения эталонных бензинов и таблица соответствия октановых чисел эталонных бензинов величинам поглощения. Вычислительное устройство 12, используя полученные результаты поглощения и таблицу соответствия октановых чисел, методом апроксимации определяет октановое число исследуемой пробы бензина. Эта величина высвечивается на индикаторе 14.

Таким образом, наличие элементов обратной связи по оптоэлектронному каналу, включающему контрольную кювету и практически все основные элементы рабочего канала (излучатель, фотоприемник, АЦП, вычислитель) позволяют, во-первых, свести к минимуму изменения исходного режима, т.е. стабилизировать уровень излучения, во-вторых, определяя конечный результат как разность показаний контрольного и рабочего каналов, исключить в оценке результатов измерения ошибку, которая даже несмотря на стабилизацию режима все же возникает при изменении величины излучения в оптическом канале, который в целом имеет аналоговую структуру, а следовательно, в нем присутствует так называемый "дрейф нуля", а, в третьих, благодаря световодам, связывающих излучающие и приемные зонды кювет, с оптическим переключателем и фотоприемником, обеспечивается пожаро и взрывоопасность работы установки.

Использование: оптический способ определения октанового числа бензина с использованием ИК-излучения. Сущность изобретения: способ заключается в том, что через кювету с анализируемым образцом бензина и контрольную кювету пропускают ИК-излучение с длиной волны в диапазоне 0,8 - 2,6 мкм. Регистрируют интенсивность прошедшего излучения на выходе из обеих кювет. Интенсивность излучения, прошедшего через контрольную кювету, используют для стабилизации интенсивности источника ИК-излучения. Октановое число рассчитывают по разности сигналов, полученных на выходе из кюветы с бензином и контрольной кюветы, при этом используют корреляционные зависимости, полученные для стандартных образцов с известными октановыми числами. Для определения октанового числа используют устройство, содержащее источник ИК-излучения, оптический фильтр, фотоприемник с предусилителем, подключенным через блок АЦП к вычислительному устройству с индикатором на выходе, а также две кюветы с излучающим и приемным зондами. Для переключения излучения от источника на рабочую кювету с бензином или на контрольную кювету устройство содержит оптический переключатель. Устройство содержит также синхрогенератор, блоки памяти и управления, при этом один выход синхрогенератора подключен к вычислительному устройству, а другой выход его подключен к оптическому переключателю. Блок памяти соединен с входом вычислительного устройства, а его выход через блок управления подключен к источнику ИК-излучения. Достигаемый технических результат: повышение точности измерения октанового числа бензина, учет "дрейфа нуля" в системе, обеспечение пожаро- и взрывобезопасности измерений. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения октанового числа бензинов, заключающийся в том, что пропускают через рабочую кювету с анализируемый топливом излучение в диапазоне длин волн 0,8 2,6 мкм от источника ИК-излучения, на выходе из рабочей кюветы регистрируют сигнал, характеризующий интенсивность прошедшего света, полученный сигнал используют для расчета октанового числа топлива по корреляционным зависимостям, полученным для стандартных образцов с известными октановыми числами, отличающийся тем, что дополнительно пропускают излучение от источника ИК-излучения через контрольную кювету, регистрируют на выходе из контрольной кюветы сигнал, характеризующий интенсивность прошедшего света, величину сигнала на выходе из контрольной кюветы используют для стабилизации интенсивности источника ИК-излучения, а октановое число топлива рассчитывают по разности сигналов, полученных на выходе из рабочей и контрольной кювет. 2. Устройство для определения октанового числа бензинов, содержащее источник ИК-излучения с оптическим фильтром на заданную частоту пропускания, рабочую кювету с топливом, снабженную излучающим и приемным зондами, фотоприемник с предусилителем, подключенным через блок АЦП к вычислительному устройству с индикатором на выходе, отличающееся тем, что в нем дополнительно установлена контрольная кювета с излучающим и приемным зондами, оптический переключатель, синхрогенератор, блок памяти и блок управления, причем выход оптического фильтра с помощью световодов подключен через оптический переключатель к излучающим зондам контрольной и рабочей кювет, выходы приемных зондов обеих кювет подключены через световоды на вход фотоприемника, один выход синхрогенератора подключен к оптическому переключателю, а другой выход синхрогенератора подключен к вычислительному устройству, на другой вход которого подключен блок памяти, выход вычислительного устройства через блок управления подключен к источнику ИК-излучения.