СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕНЗИНОВ Российский патент 2003 года по МПК G01N27/22 

Изобретение касается исследования или анализа топлив, в частности автомобильных бензинов, с помощью электрических и электромагнитных средств и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности, при транспортировке, хранении и реализации топлив во всех областях промышленности, где необходим оперативный контроль качества автобензина.

При использовании в двигателях бензинов различных марок основным фактором, определяющим мощностные и экономические показатели двигателя, является детонационная стойкость бензина. Стойкость бензина к возникновению детонационного сгорания зависит от его группового химического состава, количества в нем стойких к детонации соединений и наличия антидетонационных присадок.

На практике детонационную стойкость бензинов оценивают октановыми числами (ОЧ).

Разработан и стандартизирован ряд методов определения ОЧ. В частности, для автомобильных марок бензина применяют моторный и исследовательский методы, которые отличаются различными режимами работы моторной установки для определения ОЧ. Для бензинов А-72, А-76 ОЧ определяют по моторному методу (ОЧМ). Для бензинов АИ-93, АИ-95, АИ-98 ОЧ определяют обоими указанными методами (ОЧМ и ОЧИ). Оценка одновременно двумя методами дает возможность определить чувствительность топлива к изменению режима. Чувствительность оценивают разностью ОЧ, полученных исследовательским моторным методами.

Недостатком этого наиболее распространенного способа является значительная длительность испытаний (не менее 120 мин), дороговизна самой установки и эталонных топлив. Кроме того, этот способ может быть использован только на стационарной крупногабаритной установке, что делает затруднительным его широкое применение [1, 2].

Известен способ определения октанового числа бензинов, основанный на измерении инфракрасных спектров (ИК-спектров), т.е. спектров электромагнитного излучения с длиной волны λ≥800 нм. При контроле октанового числа или цетанового числа комплексной смеси, содержащей углеводороды и(или) замещенные углеводороды, измеряют величину поглощения в ближней ИК-области спектра на одной длине волны в одном или нескольких диапазонах, выбранных из группы, состоящей из следующих диапазонов: 1572-1698, 1700-1726, 824-884, 2058-2130 нм. Осуществляют математическое преобразование этого сигнала в выходной сигнал, определяющий октановое число или цетановое число смеси [3].

Существенным недостатком спектрального метода является отсутствие чувствительности к добавлению присадок, повышающих октановое число бензинов. Это приводит к низкой точности измерений.

Известен также способ определения октанового числа топлив, по которому подают воздух и топливо в сферический реактор, нагретый до 280-320^oC. После окончания реакции холоднопламенного окисления октановое число определяют по максимальному значению температуры реакции холоднопламенного окисления топлива [4].

К недостаткам определения октанового числа бензинов способом холоднопламенного окисления следует отнести необходимость предварительной калибровки. В процессе работы на установке сложно добиться устойчивой работы, и как следствие, определения октанового числа осуществляется с большой погрешностью.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения октанового числа (ОЧ) топлив, заключающийся в определении значения ОЧ по зависимости ОЧ от диэлектрической проницаемости 6 бензина, плотности бензина ρ, температуры бензина Т [5]. В этом случае устройство для определения октанового числа содержит емкостной датчик, включенный в частотно-зависимую цепь автогенератора. Параллельно емкостному датчику подключены элементы компенсации с датчиками температуры и плотности. Теоретической основой данного способа служит известная взаимосвязь электрофизического параметра нефтепродуктов (диэлектрическая проницаемость) со структурными и фазовыми превращениями [6].

К недостаткам данного способа следует отнести использование в качестве основной характеристики ОЧ бензина только диэлектрическую проницаемость ε, что снижает точность определения ОЧ при исследовании бензинов с различными химическими примесями.

Задача, на решение которой направлен заявляемый способ определения ОЧ бензинов, связана с созданием более эффективной технологии проведения измерений, так как наряду с диэлектрической проницаемостью учитывается и магнитная проницаемость μ бензинов.

Технический результат от использования способа заключается в том, что достигается тем, что повышается точность определения ОЧ бензина в процессе измерений.

Технический результат достигается тем, что в способе определения ОЧ автомобильных бензинов, включающем предварительное построение зависимости (графика, таблицы и др. ) информационного параметра, например, диэлектрической проницаемости бензина от ОЧ эталонных бензинов, в качестве информационного параметра используют резонансную частоту колебательного контура, в элементах емкости и индуктивности которого размещены пробы анализируемого автомобильного бензина.

В процессе измерений бензин служит диэлектрической средой в измерительном конденсаторе С и магнитной средой в измерительной катушке индуктивности L. Измерительный конденсатор С и катушка индуктивности L образуют колебательный контур, резонансная частота ν которого определяется диэлектрической проницаемостью ε и магнитной проницаемостью μ исследуемого сорта бензина. Как известно, при внесении диэлектриков в электрическое поле, происходит явление поляризации, которое характеризуется электрическими дипольными моментами молекул Р. Если напряженность поля Е быстро изменяется, то между колебаниями векторов Р и Е появляется разность фаз σ, которая обуславливает электрические потери и зависимость диэлектрической проницаемости ε от частоты поля ν.. Магнитная проницаемость бензина μ в переменном поле также будет зависеть от частоты ν поля, так как в переменном поле магнитная проницаемость диэлектриков определяется обратимыми процессами намагничивания и необратимыми процессами рассеяния энергии магнитного поля (потери на вихревые токи, магнитную вязкость и др.) [7]. Бензины - смеси, содержащие в различных пропорциях ароматические, нафтеновые, нормальные парафиновые и непредельные углеводороды. Поэтому зависимость резонансной частоты ν колебательного контура от сорта бензина имеет сложный, но вместе с тем и индивидуальный для данного сорта бензина характер.

Возможная техническая реализация предлагаемого способа показана на установке, приведенной на фиг.1. Установка включает измеритель импеданса 1 с возможностью определения реактивного сопротивления Z и сдвига фаз ϕ между током и напряжением в колебательном контуре, конденсатор 2, индуктивность 3 и частотомер 4. В ячейку конденсатора 2 и в катушку индуктивности 3 заправляется исследуемый бензин. Меняют частоту задающего генератора на измерителе импеданса 1 до получения резонанса в колебательном контуре, которому соответствует сдвиг фаз ϕ между током и напряжением, равный нулю, и минимальное значение реактивного сопротивления Z. Оба параметра ϕ и Z определяют по измерителю импеданса 1. При установившемся резонансе по частотомеру 4 определяют резонансную частоту колебаний ν в колебательном контуре. Определение резонансных частот предварительно проводят для эталонных автомобильных бензинов с известными ОЧ и устанавливают зависимость резонансной частоты ν от ОЧ бензина. Установленная зависимость представляется в виде графика, таблицы или аналитической формулы. При исследовании бензина с неизвестным ОЧ определяют соответствующую ему резонансную частоту ν и по установленной зависимости определяют его ОЧ.

Для экспериментальной установки выявленная зависимость резонансных частот ν эталонных автомобильных бензинов от их ОЧ представлена в таблице.

Проведенные исследования и приведенные в таблице результаты позволяют сделать выводы.

1. Отмечаются высокая стабильность результатов измерений и малая среднеквадратичная погрешность измерений. На каждый вариант число измерений получено не менее 150.

2. Выявлена закономерность: с повышением октанового числа бензинов резонансная частота ν в колебательном контуре снижается. Это позволяет создать калибровочные кривые и выдавать результаты измерений непосредственно в октановых числах.

3. Время измерений при прогретой аппаратуре не превышает 10 с, что выгодно отличает предлагаемый способ от уже известных. Применение заявленного электромагнитного способа определения октанового числа бензинов в народном хозяйстве не представляет значительных трудностей, не связано с большими затратами на его осуществление и может иметь большое значение при создании новых технологических устройств для определения октановых чисел бензинов.

Источники информации
1. Покровский Г.П., Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости. -М.: Машиностроение, 1985, с.35-37.

2. Авт. свид. СССР 1416909, кл. G 01 N 33/22, Москва, 1986.

3. Патент США 5349188, G 01 N 21/35.

4. Авт. свид. СССР 1245975, кл. G 01 N 25/20, Москва, 1983.

5. Патент РФ 2100803, кл. G 01 N 27/22, 33/22, Москва, 1997.

6. Авт. свид. СССР 1673945, кл. G 01 N 27/02, 1989.

7. Физический энциклопедический словарь, М., "Большая Российская энциклопедия", 1995, с. 176-177, с.366-367.

Изобретение относится к исследованию или анализу топлива, в частности автомобильных бензинов, с помощью электрических и электромагнитных средств и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности, при транспортировке, хранении и реализации топлив во всех областях промышленности, где необходим оперативный контроль качества автобензина. В ячейку конденсатора и в катушку индуктивности заправляют исследуемый бензин. Меняют частоту до получения резонанса в колебательном контуре. При установившемся резонансе определяют резонансную частоту колебаний ν в колебательном контуре. Определение резонансных частот предварительно проводят для эталонных автомобильных бензинов с известным октановым числом (ОЧ) и устанавливают зависимость резонансной частоты ν от ОЧ бензина. Установленная зависимость представляется в виде графика, таблицы или аналитической формулы. При исследовании бензина с неизвестным ОЧ определяют соответствующую ему резонансную частоту ν и по установленной зависимости определяют его ОЧ. Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения ОЧ. 1 табл., 1 ил.

Способ определения октанового числа (ОЧ) автомобильных бензинов, включающий предварительное построение зависимости информационного параметра бензина от ОЧ эталонных бензинов, отличающийся тем, что в качестве информационного параметра используют резонансную частоту колебательного контура, в элементах емкости и индуктивности которого размещены пробы анализируемого автомобильного бензина.