УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА УГЛЕВОДОРОДНОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА

Предлагаемое техническое решение касается полезной модели как объекта промышленной собственности и относится к измерительной технике и может быть использовано в системах для измерения и контроля качества топлива со сложным структурно-групповым составом. В частности, полезная модель может быть реализована в устройстве для измерения оптических параметров керосинов, используемых в ракетной технике.
В большинстве жидкостных ракетных двигателей применяется проточное охлаждение, где в качестве охладителя, как правило, используется само топливо, поэтому используемое топливо должно обладать высокими охлаждающими свойствами. Одним из самых распространенных видов топлива, применяемых в ЖРД, является керосин. При применении керосина в качестве охлаждающих жидкостей, в системе охлаждения протекают сложные физико-химические процессы, сопровождающиеся разложением топлива при высоких температурах и осаждением отложений на стенках канала, которые ухудшают проходимость канала и снижают эффективность теплообмена. Способность топлива к образованию осадков характеризуется показателем термическая стабильность. Центрами кристаллизации или катализаторами этих процессов могут служить вещества и примеси, имеющиеся в топливе в небольших количества.
Оптические устройства для контроля качества топлива позволяют обнаруживать и измерять концентрации веществ, влияющих на термическую стабильность топлива. Стоит отметить, что при этом не обязательно непосредственно обнаруживать и контролировать каждое конкретное вещество. Достаточно установить зависимость между оптическими параметрами топлива и термической стабильностью.
Наиболее широко применяемым оптическим параметром является спектральный показатель ослабления веществ (оптическая плотность). Устройства для измерения спектрального показателя ослабления являются наиболее экономически выгодными и широко применяются в различных областях науки и производства. По результатам измерений спектрального показателя ослабления эталонных проб топлива формируется банк данных или таблица калибровки, которые устанавливают связь между спектральным показателем ослабления и контролируемыми свойствами топлива.
В патенте РФ RU 2091758 (опубл. 27.09.1997 г.) используется оптический способ определения октанового числа бензина с использованием ИК-излучения. Предложенное устройство, реализующее этот способ, содержит источник ИК-излучения, оптический фильтр, фотоприемник с предусилителем, подключенным к вычислительному устройству с индикатором на выходе, а также две кюветы с излучающим и приемным зондами, оптический переключатель, синхрогенератор, блоки памяти и управления. Через кювету с анализируемым образцом бензина и контрольную кювету пропускают ИК-излучение с длиной волны в диапазоне от 0,8 до 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. Достигаемый технический результат предложенного устройства - повышение точности измерения октанового числа бензина, учет «дрейфа нуля» в системе, обеспечение пожаро- и взрывобезопасности измерений.
Известно устройство для определения октанового числа бензинов (патент РФ RU 2331058 опубл. 10.08.2008 г., Бюл.22) содержащее оптический излучатель, формирователь оптического пучка, зондируемую кювету с бензином, детектор прошедшего оптического излучения, измеритель интенсивности прошедшего оптического излучения на выходе кюветы и определитель коэффициента поглощения на основе аналого-цифрового преобразователя и процессора. Кювету зондируют оптическим пучком дальнего ультрафиолетового или фиолетового излучения с длиной волны из диапазона от 370 до 420 нм, измеряют интенсивность прошедшего излучения с пустой кюветой и наполненной анализируемым бензином, определяют оптическую плотность из соотношения, октановое число определяют по калибровочной кривой, связывающей значения оптической плотности бензина или коэффициента поглощения с соответствующим значением октанового числа бензина.
Основным недостатком этих устройств является то, что при измерении показателя ослабления топлива и формировании банка данных появляется систематическая ошибка, связанная с оптическими свойствами самой кюветы, что влияет на точность измерений. Использование пустой контрольной кюветы, не позволяет ее устранить в полной мере из-за разницы при отражении Френеля на границах сред с разными показателями преломления. Ослабление потока излучения вызванное отражением Френеля вносит ошибку в измерение показателя ослабления топлива, так как показатели преломления материала стенок кюветы и исследуемого топлива, как правило, заранее неизвестны и изменяются с изменением длины волны. Углеводородное топливо обладает сложным многокомпонентным составом, и форма кривой поглощения состоит из большего числа перекрывающихся полос. При этом разница в спектре поглощения топлив, отличающихся по качеству, может быть очень малой и без выделяющихся спектральных особенностей, поэтому величина ошибки вносимой отражением Френеля может быть довольно существенной.
Другой проблемой, снижающей точность измерений, является присутствие фоновой засветки от сторонних источников излучения, а также шум и помехи в электронном тракте приемника излучения.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка устройства для контроля качества углеводородного ракетного топлива, позволяющего повысить точность измерения показателя ослабления при составлении банка данных и сравнении топлив различного качества.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для контроля качества углеводородного ракетного топлива, содержащем источник излучения, модулятор, осветительный блок со светофильтрами, кюветное отделение, линзы коллимации, монохроматор, приемник излучения и блок управления, регистрации и обработки сигналов, кюветное отделение содержит две кюветы разной длины с исследуемым топливом, при этом кюветы установлены на координатном столе, который имеет возможность перемещения перпендикулярно направлению оптической оси устройства.
Кроме этого длины кювет с исследуемым топливом могут отличаться не менее, чем в четыре раза.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении точности измерения показателя ослабления за счет того, что в состав кюветного отделения входят две кюветы разной длины и координатный стол, осуществляющий перемещение кювет перпендикулярно направлению оптической оси и позволяющий по очереди выводить кюветы на зондируемую трассу.
При измерении потоков излучения, прошедших кюветы различной длины с одним и тем же топливом вклад отражения Френеля в ослабление излучения будет учтен.
Обе кюветы выполнены из одинакового материала со стенками одинаковой толщины. Линзы коллимации, установленные до и после кювет позволяют выполнять измерение в параллельном пучке лучей и избежать погрешностей, связанных с изменением траектории и формы потока излучения из-за преломления света в кювете с топливом.
Амплитудная модуляция потока излучения с последующим выделением огибающей сигнала позволяет устранить влияние фоновой засветки стороннего излучения и уменьшить влияние шумов и помех в электронном тракте.
Так как показатель ослабления определяется по отношению двух потоков излучения, то точность измерения повышается с увеличением разницы этих потоков. С увеличением длины кюветы уменьшается интенсивность прошедшего потока. Поэтому длины кювет с исследуемым топливом могут отличаться не менее чем в четыре раза.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
На Фиг.1 представлена функциональная схема устройства для контроля качества углеводородного ракетного топлива.
На Фиг.2 представлена схема кюветного отделения.
Устройство для контроля качества углеводородного ракетного топлива (Фиг.1) состоит из источника излучения 1, модулятора 2, осветительного блока со светофильтрами 3, кюветного отделения 4, линз коллимации 5, монохроматора 6, приемника излучения 7 и блока управления, регистрации и обработки сигналов 8. Кюветное отделение (Фиг.2) состоит из координатного столика 9 с винтом подачи 10. На координатном столике установлены кювета большой 11 и малой 12 длины.
Устройство для измерения качества углеводородного ракетного топлива работает следующим образом. Источник излучения 1 создает световой поток, который проходит через модулятор 2, собирается и фокусируется осветительным блоком 3. Светофильтры предназначены для срезания высших порядков дифракции. Линзы коллимации 5 формируют параллельный пучок лучей, который проходит через кюветное отделение 4 с исследуемым топливом и фокусируется на входную спектральную щель монохроматора 6. Монохроматор осуществляет сканирование по спектру и выделяет спектральные интервалы, интенсивность излучения в которых регистрируется приемником излучения 7. Блок управления, регистрации и обработки сигналов 8 управляет установкой светофильтров, приводом сканирования монохроматора, детектирует и оцифровывает зарегистрированный сигнал. Исследуемый образец топлива заливается в обе кюветы кюветного отделения 4. После измерения интенсивности потока излучения сканированием по всему спектру на одной из кювет, при помощи винта подачи 10 на трассу зондирования выводится другая кювета и измерение повторяется. Измеренные параметры используют для математического вычисления спектрального показателя ослабления и формирования банка данных, по которым можно судить о качестве исследуемого углеводородного ракетного топлива.
Предложенная полезная модель реализована и обеспечивает более высокую точность измерений и тем самым улучшает контроль качества углеводородного ракетного топлива.