Instrument pour détecter l'eau dans les liquides à haute résistivité. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Transducteurs dissipatifs à quartz décrits dans l'article de V. Savchenko et L. Gribova « Un résonateur à quartz convertit les quantités non électriques en quantités électriques » dans « Radio », 2004, n° 2, à la p. 34-36, ont trouvé une application dans les dispositifs de surveillance de l'humidité des gaz et des solides, dans les équipements de recherche scientifique sur de nouveaux matériaux, etc. Le problème de la détection de l'eau dans les liquides, en particulier dans les carburants, n'est pas moins important. L'un des moyens pratiques de résoudre ce problème est décrit dans l'article ci-dessous.

La qualité du carburant liquide est déterminée par de nombreux facteurs, parmi lesquels sa teneur en eau n'est pas négligeable. L'eau contenue dans le carburant peut être dans différents états d'agrégation : dissoute, libre et émulsion. À différentes températures de carburant, de 0,002 à 0,007 % d'eau s'y dissout, ce qui ne peut être contrôlé visuellement. À mesure que la température diminue, la solubilité de l'eau dans le carburant diminue et celle-ci se dépose sous forme de gouttelettes au fond du réservoir.

L'eau libre dans le carburant augmente plusieurs fois la corrosion des métaux en contact avec le carburant, et en hiver, en gelant dans la conduite de carburant, elle peut provoquer l'arrêt du moteur. Par conséquent, la teneur en eau du carburant est conseillée et, dans certains cas, elle est simplement nécessaire à contrôler.

Pour augmenter l'efficacité du contrôle visuel de la présence d'eau libre, par exemple, du permanganate de potassium est ajouté à l'échantillon de carburant qui, se dissolvant dans l'eau, le peint d'une couleur caractéristique clairement visible à l'œil nu. Bien entendu, une telle méthode de contrôle est très peu pratique, c'est pourquoi l'indication de la présence d'eau libre à l'aide d'un appareil portable automatique est d'une grande importance.

La complexité du contrôle réside dans le fait que le carburant, étant un diélectrique de haute qualité, présente une résistance spécifique au courant électrique très élevée. Une goutte d'eau dans le carburant, même placée entre deux électrodes, ne peut pas être contrôlée avec un simple mégohmmètre DC, car le film de carburant entourant la goutte ne lui permet pas d'entrer en contact étroit avec les électrodes, ce qui entraîne la résistance électrique dans le circuit ne peut pas diminuer de manière significative.

Pour indiquer l'eau libre dans le carburant, nous proposons d'utiliser un convertisseur d'énergie électrique à quartz dissipatif, très sensible aux changements de grandes valeurs de résistance électrique. L'appareil contient un circuit électrique d'un résonateur à quartz sous vide et un capteur capacitif connectés en série ou en parallèle. Ce circuit est appelé convertisseur d'énergie électrique dissipatif à quartz, car sa résistance électrique équivalente, étant le paramètre de sortie du convertisseur, est déterminée par la perte d'énergie dans un capteur avec un diélectrique contrôlé, par exemple dans un carburant hydrocarbure liquide.

Sur la fig. Les figures 1a et XNUMXb montrent la conception du dispositif développé pour surveiller l'eau libre dans le carburant. L'appareil se présente sous la forme d'une tasse à mesurer en verre organique avec un couvercle et une poignée. La poignée contient des piles et un interrupteur à bouton-poussoir situé sur sa face intérieure. Une LED est montée dans la partie supérieure de la poignée, par la lueur de laquelle la présence d'eau dans le carburant liquide est déterminée.

Au fond de la tasse se trouve un capteur capacitif, constitué de deux électrodes en forme de cône placées coaxialement, dirigées l'une vers l'autre par leurs sommets, comme le montre schématiquement la Fig. 2. Les deux électrodes sont estampées dans une tôle de laiton et celle du haut (extérieur) est tronquée.

Fig. 2

Les électrodes sont fixées au fond de la tasse de manière à former entre elles un espace annulaire d'air d'environ 0,25 mm de large, ce qui détermine la capacité électrique du capteur d'environ 0,8 pF sans carburant. Sous le fond de la tasse se trouve un tableau avec des détails sur la partie électronique de l'appareil.

Environ un demi-litre de carburant est versé dans une tasse. S'il contient des gouttes d'eau libre, elles roulent pendant un certain temps sur les parois en forme de cône du capteur dans l'espace et modifient la résistance électrique dans l'espace du capteur capacitif. Le couvercle du mug, articulé sur une charnière, est nécessaire pour empêcher les précipitations atmosphériques (pluie, neige) de pénétrer dans le volume de travail lors des travaux sur le terrain.

Sur la fig. La figure 3 montre un diagramme schématique du dispositif. Le convertisseur à quartz dissipatif contient un capteur capacitif Cd et un résonateur à quartz sous vide ZQ1 à une fréquence de 300 kHz, ayant une résistance dynamique (active équivalente) Rd = 80 Ohm et une capacité statique Cst = 6,5 pF. L'oscillateur est réalisé selon le schéma capacitif à trois points sur le transistor VT1.

Fig. 3

La tension alternative de l'oscillateur après détection par les diodes VD1, VD2 avec le condensateur C5 entre dans la base du transistor VT2 et la ferme, ce qui entraîne une diminution du courant de collecteur du transistor ; La LED HL1 s'éteint.

En l'absence d'autogénération, le courant collecteur du transistor UT2 est suffisant pour allumer la LED HL1. Le courant de collecteur requis de ce transistor est réglé par une sélection de résistances du diviseur de tension R4R5. Par la luminosité de la LED au moment où l'appareil est allumé, on peut juger de la suffisance de sa tension d'alimentation (3 V) reçue de deux cellules galvaniques.

À mesure que les piles vieillissent, la luminosité de la LED diminue. L'appareil reste opérationnel jusqu'à une tension d'alimentation de 2 V.

Lorsque les contacts du bouton SB1 sont fermés, en raison du facteur de qualité élevé (plus de 500000 1,5) du résonateur à quartz, l'autogénération ne peut pas se produire instantanément. En 1,8 ... 1 s, les valeurs nominales de l'amplitude et de la fréquence des oscillations du générateur sont établies en douceur. Tant que le générateur n'a pas atteint le mode normal, la LED HL1 est allumée. Après le temps spécifié, le générateur s'allume et s'il n'y a aucune trace d'eau dans le capteur de l'appareil, la LED HL2 s'éteint, car la tension positive à la base du transistor VTXNUMX sera compensée par la tension négative de le détecteur.

L'extinction de la LED indique que l'appareil est prêt à fonctionner, c'est-à-dire à surveiller l'eau libre dans le carburant. Après avoir versé du carburant propre dans le gobelet doseur, la LED reste éteinte. S'il y a au moins une goutte (0,023 ... 0,026 g ou plus) d'eau dans le carburant, alors les pertes actives dans le convertisseur augmenteront fortement, ce qui entraînera la panne de l'autogénération et la mise en marche du DIRIGÉ.

A noter qu'une goutte d'eau libre dans le carburant automobile tombée dans l'espace entre les électrodes du capteur provoque une augmentation de la résistance active du convertisseur de Ra = 400 Ohm. Théoriquement, cela correspond à l'inclusion d'une résistance de perte Rp = 1 GΩ en parallèle avec le capteur capacitif Cd. Le calcul a été effectué selon la formule :

Ra \u1d Rd / (2 + (oméga * Cd * Rp) ^ XNUMX)

La sensibilité de l'appareil est réglée par un condensateur trimmer C1. Pour vérifier la sensibilité, une résistance d'une résistance de 750 kOhm (MLT-0,25) est connectée aux électrodes du capteur. Il suffit pratiquement, en tenant la résistance par une borne, de toucher l'électrode centrale du capteur avec l'autre. Avec une sensibilité normale, une fois que la sortie de la résistance touche l'électrode centrale du capteur, la LED s'allume après 1 ... 2 s.

Si nous supposons que la masse de carburant placée dans le volume de travail de l'appareil est de 0,5 kg et que la masse d'une goutte d'eau est en moyenne de 0,025 g, il s'avère que l'appareil contrôle de manière fiable déjà cinq centièmes de pour cent de eau gratuite.

Les tests de l'appareil avec différents types de combustibles liquides ont été couronnés de succès. Il s'est avéré adapté au contrôle de la présence d'eau libre dans d'autres liquides diélectriques, par exemple dans l'acétone, le benzène, etc.

Auteurs : V.Savchenko, L.Gribova, Ivanovo

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