Анализатор испаряемости жидкости Советский патент 1979 года по МПК G01N33/22 G05B19/00 

ложена подвижная пластина. В подвижной пластине имеется цилиндрическое отверстие, служащее дозой. Для перемещения подвижной пластины с целью соединения дозы с лннней анализируемой жидкости и аналитической системой служит мембранный исполнительный механизм. Недостатком такого анализатора является то, что он не позволяет моделировать процесс испарения канель жидкости, в частности нефтепродуктов, иснользуемых в качестве топлив в двигателях, который имеет место в карбюраторных, дизельных, реактивных и ракетных двигателях. Это не позволяет получать достоверную информацию о реальной испаряемости топлив. Указанный недостаток связан с тем, что доза исследуемого вещества в анализаторе имеет цилиндрическую форму, что легко выполнить технически, в то время как капля топлива при испарении в двигателях имеет сферическую форму. Выполнение дозы анализируемой жидкости в сферической форме представляет большие технические трудности.

Цель изобретения - моделирование испарения исследуемой жидкости в капельной форме.

Поставленная цель достигается тем, что в анализаторе испаряемости жидкости, содержащем соединенную последовательно по тракту газа-носителя с детектором ячейкудозатор, в подвижной пластине которого вынолнена доза, доза в подвижной пластине выполнена в виде расширяющегося вверх конического отверстия.

На фиг. 1 ноказана принципиальная схема анализатора испаряемости; на фиг. 2 даны кривые испарения жидких нефтепродуктов.

Анализатор испаряемости жидкостей содержит ячейку-дозатор 1, магнитный равночувствительный детектор 2, систему 3 измерения и регистрации сигналов детектора, вычислительное пневматическое устройство 4, вторичный 5 и командный 6 приборы.

Ячейка-дозатор представляет собой дозирующее устройство револьверного типа, содержащее две неподвижные 7 и одну подвижную 8 пластины. Подвижная пластина 8 приводится в движение мембранным нриводом 9, который получает сигнал в виде давления сжатого воздуха от командного нрибора 6. В подвижной пластине имеются два отверстия 10 и 11, служащие соответственно для протока анализируемого продукта в процессе анализа через дозатор и для дозирования постоянной по объему пробы анализируемого вещества. Объем пробы составляет 0,1-0,2 мл. Отверстие 11 имеет коническую форму, причем большее но площади сечение конуса обращено в сторону верхней неподвижной пластины ячейки дозатора.

Коническая форма отверстия И позволяет осуществлять испарение анализируемой

жидкости при неременной поверхности иснарения. Это приближает условия испарения вещества в ячейке-дозаторе к условиям испарения капель жидкого топлива во

всасывающих и распыляющих системах двигателей внутреннего сгорания. Действительно, площадь испарения 5ш для капли топлива, имеющей форму шара, связана с объемом УК капли выражением

(где г - радиус капли), а для конуса площадь поверхности основания 5к, которая в данном случае является поверхностью испарения, связана с его объемом УК выражением 5к ЗУкУ/г (где h - высота конуса),

т. е. изменение новерхности испарения шарообразной капли и пробы вещества, имеющей коническую форму, происходит по одному и тому же закону. Для получения идентичности условий при

абсолютных измерениях испарения с поверхности основания конуса испарению из шарообразной капли достаточно принять высоту конуса /г равной радиусу г шарообразной капли.

Магнитный равночувствительный детектор 2 представляет собой малоинерционный (постоянная времени 1-2 с) магнитный газоанализатор. Так как детектор является равночувствительным, то сигнал его зависит только от объемной концентрации паров нефтепродукта в газе-носителе и не зависит от их природы.

Магнитный детектор содержит камеру

12, в которой размещены две нары нолюсных наконечников: рабочие 13, вынолненные из мягкой стали, и ложные 14, изготовленные из латуни. В середину камеры 12 вводится поток газов из ячейки-дозатора, состоящий из газа-носителя и паров анализируемого нефтепродукта. К рабочим наконечникам 13 прикреплен постоянный магнит 15, напряженность магнитного поля которого составляет 8000-10000 Э. По каналам 16 и 17 в верхние наконечники 13 и 14 вводится газ-носитель. На входах каналов 16 и 17 размещены диафрагмы 18 и 19, составляющие вместе с зазорами между наконечниками 13 и 14 пневматический неравновесный мост, питание которого осуществляется сжатым воздухом постоянного давления от редуктора 20 через неременный дроссель 21. Через дроссель 22 от этого же редуктора газ-носитель (воздух) поступает

в ячейку-дозатор 1. В каналах 16 и 17 размещены измерительный 23 и сравнительный 24 терморезисторы, которые составляют малоинерционный анемометр и нагреваются током неравновесного моста 25

со стабилизированным источником питания постоянного тока.

Ячейка дозатора 1 и детектор 2 размещены в термостате 26, температура в котором задается в зависимости от типа анализируемой жидкости. Так, для бензинов температура термостата поддерживается 40°С, а для керосинов 150°С.

Неравновесный электрический мост 25 и электронный нотенциометр 27 составляют систему 3 измерения, регистрации и отображения информации.

Отображение информации об испаряемости осуществляется с помощью электронного потенциометра, перед диаграммной лентой которого установлена маска 28, изготовленная из органического стекла, на которой нанесена кривая испарения, соответствующая нефтепродукту заданного качества. Потенциометр 27 снабжен механопневматическим преобразователем, выходной сигнал которого поступает в вычислительное устройство 4.

Вычислительное пневматическое УСТРОЙСТВО 4, собранное на элементах УСЭПГТА, содержит интегратор 29 входного сигнала, индикатор 30 окончания испарения, переключающее устройство 31, датчик 32 продолжительности испарения, делительное устройство 33 и запоминающее устройство 34.

Сигнал потенциометра поступает одновременно в интегратор 29 и индикатор окончания испарения, а выходной сигнал PI интегратора 29 подается на вход «Делимое делительного устройства 33. Входной сигнал индикатора 30 управляет переключающим устройством 31, которое управляет работой интегратора 29 и датчика 32 продолжительности испарения. Выходной сигнал РЧ датчика 32 продолжительности испарения поступает на вход «Делитель делительного устройства 33. Сигнал делительного з стройства 33 запоминается запоминающим устройством 34.

Вычислительное устройство запускается по сигналу командного прибора 6. Выходной сигнал вычислительного устройства 34 посылается на вторичный пневматический прибор 5 или в систему автоматического регулирования.

Работой анализатора управляет командный прибор 6, в качестве которого может быть использован, например, пневматический командный прибор.

Анализатор испаряемости жидкости работает следующим образом.

Прибоп имеет два режима работы: «Анализ и «Отбор пробы.

В режиме «Отбор пробы сигналы Р„ и РК командного прибора равны «О. При этом под действием пружины привода 9 подвижная пластина 8 занимает крайнее правое положение, отверстие П совмещается с каналом, по которому в дозатор поступает анализируемая жидкость. В этом режиме запоминающее устройство 34 сохраняет на своем выходе пневматический сигнал, полученный в предыдущем цикле работы прибора.

В момент времени /о сигналы Рк и РО становятся равными условной единице (1,4ат), мембранный привод 9 перемещает подвижную пластину 8 в крайнее левое положение и совмещает отверстие 11 с полостью в верхней неподвижной пластине (паровое пространство ячейки-дозатора), в которую непрерывно поступает воздух (газ-носитель). Отверстие 10 совмещается с каналом анализируемой жидкости и последняя в период всего анализа протекает через дозатор, что необходимо для промывки подводящих линий анализируемой жидкостью и исключения транспортного запаздывания. Газ-носитель, двигаясь над поверхностью анализируемой жидкости, подхватывает испаривщиеся фракции и транспортирует их в магнитный детектор. В детекторе газовый поток разветвляется на две части. Одна часть смывает рабочие 13, а другая ложные 14 наконечники. Когда в воздухе, поступающем в детектор, появляются пары жидкости, то концентрация самого воздуха в потоке, а следовательно и кислорода, уменьщается. Это приводит к увеличению потока газа через канал 16, так как снижение концентрации кислорода уменьщает силу, с которой газ, находящийся около рабочих наконечников, втягивается в магнитное поле. Если пары жидкости, например нефтепродукта, диамагнитны, и поэтому не втягиваются в магнитное поле, то расход через канал 16 будет определяться только концентрацией кислорода (кислород является паромагнитным газом и его магнитная восцриимчивость приблизительно в 150 раз превыщает магнитную восприимчивость нефтяных паров) в потоке, поступающем в детектор.

Через канал 17 при появлении в воздухе паров жидкости, расход газа изменяться не будет, так как к ложным наконечникам 14 не приложено магнитное поле. Они введены в газоанализатор для исключения влияния изменений вязкости и плотности потока на результат измерения. Увеличение расхода через канал 16 приводит к уменьщению температуры измерительного терморезистора 23, а температура сравнительного терморезистора 25 остается постоянной. Это вызывает разбаланс неравновесного моста 25, который непрерывно измеряется и регистрируется потенциометром.

Сигнал и моста 25 в каждый момент времени пропорционален изменению объемной концентрации кислорода в потоке, поступающем в магнитный детектор, или иначе, пропорционален объемной концентрации паров жидкости.

Полное испарение жидкости происходит за период времени Ati или Д4 н зависит от состава анализируемой жидкости. Длительность режима «Анализ определяется предварительно и устанавливается несколько большей, чем время испарения пробы жидкости, имеющей наименьшую испаряемость.

Результат испарения пробы в потоке газаноеителя представляетея на диаграмме потенциометра в виде кривых 35 или 36. Кривая 35 еоответствует жидкости, имеюи ей большую испаряемость, чем жидкость, имегощая кривую 36 испарения (позицией 37 обозначена заданная кривая испарения).

Определение соответствия качества жидкости, например, нефтепродукта заданному по испаряемости осуществляется оператором в момент, когда отметка «О на диаграмме потенциометра совместится с отметкой «О на маске.

Вычислительное устройство 4 работает следующим образом.

При поступлении команды переключающее устройство 31 включает интегратор 29, вычисляющий площадь под эвапорограммой (кривая испарения) и датчик 32 продолжительности испарения, который также представляет собой интегратор, работающий всегда при постоянном значении входного сигнала. Окончание интегрирования происходит по команде индикатора 30, размыкающего через переключатель 31 входные цепи устройств 29 и 32. Выходные сигналы PI и Р2 этих устройств поступают соответственно на входы «Делимое и «Делитель пневматического устройства 33, выходной сигнал которого, пропорциональный средней объемной скорости испарения, запоминается на один цикл работы анализатора запоминающим устройством 34. Входной и выходной сигналы вычислительного устройства 4 изменяются в стандартном диапазоне 0,2-1 ат. Это позволяет использовать анализатор в системах автоматического управления. Запись информации на диаграмме вторичного прибора 5 имеет вид ступенчатой кривой.

Предлагаемый анализатор осуществляет измерение за отрезок времени, равный 3- 5 мин и требует для анализа 0,1-0,2 мл анализируемого вещества. Он позволяет автоматически измерять динамическую испаряемость жидкостей, в частности нефтепродуктов, осуществлять сравнение качества нефтепродуктов по этому показателю и вводить информацию об испаряемости в системы автоматического регулирования.

Вследствие того, что испаряемость является основной характеристикой топлив, анализатор может получить щирокое распространение в системах автоматического контроля и управления процессами нефтепереработки, связанными с производством автомобильных, авиационных и реактивных топлив.

Формула изобретения

Анализатор испаряемости жидкости, содержащий соединенную с детектором ячейку-дозатор, в подвижной пластине которой выполнена доза, отличающийся тем, что, с целью моделирования испарения жидкости в капельной форме, доза в подвижной пластине выполнена в виде расширяющегося вверх конического отверстия. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Рыбак Б. М. Анализ нефти и нефтепродуктов. М., 1962.

2.Ирисов А. С. Испаряемость топлив для поршневых двигателей и метопы ре исследования. М., 1955, с. 177-180.

3.Фарзане Н. Г. и др. Идентификация жидких веществ путем испарения в потоке газа-носителя. ЖФХ, № 1, 1975.

2

. OmSop npoBiii