Устройство для экспресс-контроля наличия тяжелых фракций углеводородов в бензине

Область техники.
Полезная модель относится к области контроля качества моторных топлив и предназначена для определения наличия тяжелых фракций углеводородов в бензинах.
Уровень техники.
Известен, например, прибор типа ПОС для определения фактических смол (ГОСТ 8489-85. Метод определения фактических смол (по Бударову), в кн.: Нефтепродукты. Методы испытаний, ч. II – М.: Стандартов, 1987, с.373., [1]), содержащий гнезда с крышками для стаканов с топливом, эксикатор и весы.
Недостатком аналога [1] является громоздкость приборного оборудования.
Также известно устройство для определения содержания тяжелых фракций углеводородов в моторных маслах и топливах с помощью химического сенсора (патент РФ № 2481573 на изобретение, МПК G01N31/22, G01N33/22, опуб. 10.05.2013, [2]), содержащее калибровочную шкалу и химический сенсор, представляющий собой нанесенный на алюминиевую фольгу композитный сорбент.
Устройство [2] обладает сложностью, длительностью изготовления и относительной дороговизной пластинки-сенсора и калибровочной шкалы. Цвет подсушенной пластинки с бензином определяют и сравнивают с калибровочной шкалой визуально, что вносит элемент субъективизма и влияет на точность результата.
В качестве прототипа к заявляемому техническому решению выбрано устройство определения содержания фактических смол в бензинах (патент РФ № 2007711 на изобретение, МПК G01N31/00, опуб. 15.02.1994, [3]), содержащее хроматографическую бумагу с нанесенной на нее пробой бензина, сушильный шкаф и прибор КФК-2.
Прибор КФК-2— стационарный спектральный прибор, работающий в отдельных участках диапазона длин волн 315-980 нм, выделяемых светофильтрами.
Недостатком аналога [3] является длительность проведения операций и использование меняющихся систем растворителей. Кроме того, прибор КФК-2 имеет значительные габариты, массу и стоимость.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении или использовании технического решения является необходимость упрощения конструкции прибора для определения тяжелых фракций углеводородов в бензинах.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым устройством является упрощение конструкции устройства для определения содержания тяжелых фракций углеводородов в бензинах.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что устройство для контроля наличия тяжелых фракций углеводородов в бензине содержит излучатель, подложку с бензином, фотоприемник с фотодиодом, при этом выход фотоприемника соединен с усилителем тока, выход которого соединен с аналогово-цифровым преобразователем, выход которого соединен с микропроцессором. Отличается тем, что излучателем является светодиод с длиной волны λ=940 нм. При этом подложка выполнена в виде полоски, изготовленной из фильтровальной бумаги «синяя лента».
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
Авторами технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фигуре показана схема устройства для контроля наличия тяжелых фракций углеводородов в бензине.
Перечень ссылочных обозначений:
1 – излучатель;
2 – вентилятор испарителя;
3 – подложка с бензином;
4 – фотоприемник;
5 – световой экран;
6 – усилитель тока;
7 – аналогово-цифровой преобразователь;
8 – микропроцессор;
9 – температурный датчик;
10 – блок питания;
11– дисплей.
Осуществление устройства.
Устройство для контроля наличия тяжелых фракций углеводородов в бензине содержит оптический излучатель (1), подложку (3) с бензином и фотоприемник (4), которые находятся внутри светового экрана (5).
В отличие от прототипа [3] оптическим излучателем (1) является светодиод с длиной волны λ=940 нм. Излучение светодиода с указанной длиной волны поглощается не испарившимися с подложки тяжелыми фракциями бензина, что влияет на диффузно отраженный сигнал и позволяет отслеживать присутствие тяжелых фракций углеводородов в тестируемом бензине. Подложкой (3) служит полоска, изготовленная из фильтровальной бумаги «синяя лента» (интернет-источник https://labor.ru/fil-try-sinyaya-lenta-d-9-0-sm-ind-up, 02.02.2020). По сравнению прототипом фильтровальная бумага «синяя лента» хорошо смачивается бензином, химически стойкая и не меняет своей формы после нанесения и испарения бензина.
Фотоприемник (4) содержит фотодиод. Выход фотоприемника (4) соединен с усилителем тока (6), выход которого соединен с аналогово-цифровым преобразователем (7). Выход аналогово-цифрового преобразователя (7) соединен с микропроцессором (8), который связан с жидкокристаллическим дисплеем (11).
К микропроцессору (8) подключен температурный датчик (9).
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенным выше примером.
Порядок использования.
Подложку (3) смачивают исследуемым бензином и размещают в световом экране (5). На подложку (3) с бензином подается излучение ИК светодиода (1) с длиной волны λ=940 нм. Диффузно-отражённый от подложки (3) сигнал попадает на ИК фотодиод в фотоприёмнике (4), в цепи которого возникает фототок. Уровень этого сигнала зависит от наличия и концентрации тяжёлых фракций углеводородов в исследуемом бензине. Полученный сигнал усиливается усилителем тока (6) и обрабатывается аналогово-цифровым преобразователем (7). Оцифрованный сигнал передаётся в микропроцессор (8), где обрабатывается в соответствии с заложенной программой, определяющей присутствие и концентрацию тяжёлых фракций углеводородов в исследуемом бензине. Полученный результат отображается на экране жидкокристаллического дисплея (11).
В зависимости от показаний температурного датчика (9) в микропроцессоре (8) на программном уровне происходит корректировка результатов измерений.
Управление работой электродвигателя вентилятора испарителя (2) также осуществляется микропроцессором (8) в соответствии с заложенной программой в автоматическом режиме.
Питание устройства осуществляется от блока питания (10) стабилизированным напряжением 5 В.
Коэффициент диффузного отражения определяют из следующего соотношения:
o
R=I/I,
где R - коэффициент диффузного отражения;
I – интенсивность диффузно-рассеянного излучения подложки (3) смоченной бензином, а затем выдержанной в потоке воздуха;
o
I – интенсивность диффузно-рассеянного излучения чистой полоски-сенсора.
При этом концентрацию тяжелых фракций углеводородов определяют по калибровочной кривой, связывающей значения коэффициента диффузного отражения смоченной бензином и затем выдержанной определенное время в потоке воздуха подложки (3) с соответствующим значением концентрации тяжелых фракций углеводородов в бензине.
Промышленная применимость.
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов и найдет широкое применение в области контроля качества моторных топлив.