Возможность применения кондуктометрического метода для контроля степени загрязнения автомобильных масел

УДК 620.197

ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА

ДЛЯ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ МАСЕЛ

В. Г. Заренбин, д.т.н., проф., А. А. Лифинцев, бакалавр, Г. И. Забияка, к.т.н., доц.,

Г .Г. Карасёв, к. ф.-м. н., доц.

Постановка проблемы и актуальность. На современном этапе развития автомобильной техники значительно повышается уровень требования к качеству автомобильных масел, что непосредственно связано с усовершенствованием и разработкой новых методов их контроля качества и оценки эксплуатационных свойств [1].

В зависимости от целей контроля качества могут использоваться методы контроля загрязненности и методы контроля обводненности масла. Каждый из методов в зависимости от точности выполнения измерений может быть качественным, количественным, прямым, косвенным и т. д. (рис. 1).

Качественные методы позволяют определить загрязненное или обводненное масло, но степень загрязненности они не определяют. Наиболее простой из этих методов - визуальный, он заключается в просматривании невооруженным глазом пробы масла. Качественные методы служат в основном для входного контроля при поступлении масла на склады, их применение ограничено. Достоинства качественных методов контроля загрязненности масла - их простота и скорость, недостаток - низкая точность контроля, обусловленная невозможностью количественной оценки.

Рис. 1. Классификация методов измерения качества очистки масел

Количественные методы контроля дают возможность определить концентрацию загрязнений с необходимой степенью точности. Основой этих методов могут быть как физические, так и химические принципы. Количественные методы также делятся на прямые и косвенные. Прямые методы - методы периодического (разового) действия, косвенные методы могут быть как периодического, так и непрерывного действия.

Прямые методы контроля основаны на массовом анализе дисперсной фазы, предварительно выделенной тем или иным путем из определенного объема (массы) масла.

Прямые методы контроля загрязненности нашли применение при комплексном анализе масла. К сожалению, длительность анализа, необходимость использования громоздкого и хрупкого стеклянного оборудования, реактивов и их пополнения не позволяют использовать эти методы непосредственно на подвижных объектах.

Более широкое применение на автопредприятиях нашли косвенные методы измерения и контроля качества масла. В настоящее время предпочтительными являются инструментальные методы контроля качества и оценки эксплуатационных свойств автомобильных масел, так как они позволяют получать сравнительно высокую точность, воспроизводимость результатов анализа и снижать возможность субъективных ошибок.

Автомобильные масла в процессе эксплуатации превращаются в дисперсные системы. Это происходит потому, что в них попадают твёрдые частички с поверхности каналов и элементов механических систем, а также продукты износа деталей из-за трения [2].

Цель исследований. Показать возможность применения кондуктометрического метода для контроля степени загрязнённости автомобильных масел в постоянных и переменных электрических полях на основе фундаментальных физических параметров масел, как удельное объёмное электрическое сопротивление (р) и относительная диэлектрическая проницаемость (е).

Изложение основного материала. Методы фильтрации масел при помощи сильных электрических полей обуславливают необходимость изучения таких электрофизических свойств масел как диэлектрической проницаемости (е) и удельного объёмного электрического сопротивления (р). По величине диэлектрической проницаемости е можно судить о том, от каких конкретных загрязнителей можно избавиться с помощью электроочистителя. Величина удельного объёмного электрического сопротивления р автомобильного масла, прошедшего ту или иную обработку, может служить одним из критериев оценки:

- электризуемости автомобильных масел и наличия антистатических присадок;

- содержания фактических или адсорбционных смол;

- термоокислительной стабильности;

- степени загрязнённости автомобильных масел;

- некоторых характеристик, обуславливающих противоизносные свойства автомобильных масел. Автомобильные масла являются типичными диэлектриками и имеют диэлектрическую проницаемость е в пределах

от 2 до 6. Величина е может изменяться в зависимости от примесей. Определение примесей в высокодисперсных диэлектрических жидкостях и их дисперсионного состава до сих пор является сложной и трудно решаемой задачей [2].

Изучение поведения частиц в электрическом поле необходимо как при разработке методов и устройств контроля степени загрязнённости и электроочистке технических жидких диэлектриков, так и для пояснения эффектов, которые при этом наблюдаются.

Частицы загрязнений в автомобильных маслах могут быть диэлектриками с диэлектрической проницаемостью, отличной от диэлектрической проницаемости масла, или проводниками. Из встречающихся загрязнений к диэлектрикам относят частицы окислов кремния, алюминия и других материалов, к проводникам и полупроводникам - частицы

соединений железа, меди и цинка.

Анализ загрязнений автомобильных масел указывает на их весьма разнообразный состав, содержащий органические и неорганические соединения. Ориентировочно элементный состав загрязнений колеблется в пределах: неорганические соединения - Бе от 4 до 26%, от 3 до 29%, А1 от 1 до 5%, Си от 0,2 до 0,9%, 2п от 0,3 до 0,4% ; органические соединения от 20 до 40%.

Наиболее агрессивная часть загрязнений - это соединения серы, ванадия, натрия, калия и меди [4].

При прокачке и транспортировке автомобильных масел на загрязняющих частицах появляются заряды, вызванные трением частиц о масло и частиц друг о друга. Знак образованных зарядов зависит от электрофизических свойств частиц.

В таблице 1 приведены состав и типы загрязнений автомобильных масел. Как следует из таблицы, все частицы являются носителями свободных зарядов. Существенно, что частицы с различными электрофизическими свойствами могут приобретать заряды разных знаков. Независимо от того, имеют ли частицы заряд или являются нейтральными, по своим электрофизическим свойствам они отличаются от масла, поэтому в электрическом поле частицы загрязнений будут подвергаться силовому воздействию.

При выборе направления разработки кондуктометрического метода и прибора учитывались следующие факторы:

- стоимость прибора или установки;

- простота обслуживания и проведения анализа;

- универсальность, т. е. применимость предложенного метода или прибора для оценки нескольких эксплуатационных показаталей современных автомобильных масел.

Таблица 1

Состав и типы загрязнений автомобильных масел

Загрязнение Тип загрязнения

Окись кремния БЮ2 Окись алюминия (корунд) А1203 Окись меди Си20 Каменная соль (галикт) №С1 Окись железа (гематит) Бе203 Чистый диэлектрик Слабый проводник Слабый проводник Слабый проводник Проводник

Методической основой для кондуктометрического метода контроля степени загрязнённости масел служил ГОСТ 6581-75 [5].

Аппаратура для проведения измерений состояла из измерительной ячейки, электрометрических усилителей У 5-11, В7-30, источника высокого напряжения, коммутирующего устройства. Приёмом и обработкой измерений управляла ЭВМ. Необходимо отметить, что идентичность конструктивного исполнения измерительной ячейки и параметров электрической цепи является основным условием для получения воспроизводимых результатов анализа [6].

Предварительные измерения относительной диэлектрической проницаемости е масел проводились измерителем диэлектрической проницаемости и плотности жидкостей Ш2-8. Принцип работы измерителя в части измерений е заключается в измерении изменения электрической емкости двухэлектродного коаксиального датчика при введении в него исследуемого масла. Емкостной датчик включен в колебательный контур отсчетного генератора, преобразующего изменение емкости в изменение частоты [25]. Рабочая частота измерителя с незаполненной исследуемой жидкостью измерительной ячейки находится в пределах от 0,8 до 0,9 МГц. Для масла РМЦ: градуировка нуля Б0=1,103169 Гц 1=23,24°С С0=35,75 Пф. В качестве калибровочной жидкости использовался бензол марки ХЧ е=2,2725 (1=250С).

Результаты исследований относительной диэлектрической проницаемости масла РМЦ различной загрязнённости приведены в таблице 2.

Таблица 2

Размеры частиц загрязнений и относительные диэлектрические проницаемости различных образцов масел РМЦ

Номера образцов

1 2 3 4

Характеристика образца с указанием максимального размера частиц

8 мкм и менее 16 мкм и менее Исходный (товарный) образец Образец обработан в магнитном поле

Относительная диэлектрическая проницаемость

1.1939 1.6161 1.76899 1.8254

График зависимости относительной диэлектрической проницаемости масла РМЦ от степени загрязненности образца приведен на рисунке 2.

4 Номер образца

в

2

3

Рис. 2. Зависимость диэлектрической проницаемости масла РМЦ от загрязненности масла

Выводы

1. В результате проведенных исследований диэлектрической проницаемости (в) масла РМЦ установлено, что с повышением загрязненности масла (в) увеличивается (1,5 раза).

2. Изучение электрофизических свойств масел имеет большое значение для решения проблем электризации масел, пояснения электрической конвекции и электрогидродинамических закономерностей, процессов массо- и теплообмена, а также для теоретического описания ионизационно-рекомбинационного механизма зарядообразования в маслах.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Абрамчук Ф. I., Гутаревич Ю. Ф., Дохганов К. С., Тимченко I. I. Автомобшьш двигуни. - К.: Арштей, 2005 - 476 с.

2. Григорьев М. А., Бунаков Б. М., Долецкий В. А. Качество моторного масла и надёжность двигателя. М.: Изд-во. стандартов, 1981. - 232 с.

3. Школьников В. М. Справочник. Топлива. Смазочные материалы. Технические жидкости. Ассортимент и применение. - М.: Издательский центр "Технинформ". Международная Академия Информатизации. 1999. - 658 с.

4. Кочанов В. П., Кочанов Ю. С., Скачков А. Е. Электрические методы очистки и контроля судовых топлив. - Л.: Судостроение, 1990. - 216 с.

5. Материалы электроизоляционные жидкие. Методы электрических измерений. ГОСТ 6581-75. М.: Изд-во стандартов, 1975.

6. Саблина З. А., Широкова Г. Б., Ермакова Т. И. Лабораторные методы оценки свойств автомобильных масел. - М.: Химия, 1978.

УДК 620.197

Возможность применения кондуктометрического метода для контроля степени загрязнения автомобильных масел /В. Г. Заренбин, А. А. Лифинцев, Г. И. Забияка, Г. Г. Карасёв //Вкник ПридншровськоТ державноТ академп будiвництва та арх^ектури. - Дншропетровськ: ПДАБА, 2008. - № 1-2. - С. 26-30. - рис. 2. - табл. 2. - Бiблiогр.: (6 назв.).

Запропонован кондуктометричний метод контролю ступеня чистоти автомобшьних мастил в постшних та змшних електричних полях на основi таких фундаментальних фiзичних параметрiв як питомий об'емний електричний ошр i вщносна дiелектрична проникшсть.