Dispositivo para detecção de água em líquidos com alta resistividade. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Conversores dissipativos de quartzo, descritos no artigo de V. Savchenko e L. Gribova “Um ressonador de quartzo converte grandezas não elétricas em elétricas” em “Rádio”, 2004, nº 2, na p. 34-36, encontraram aplicação em dispositivos de monitoramento de umidade de gases e sólidos, em equipamentos para pesquisa científica de novos materiais, etc. Não menos importante é o problema de detecção de água em substâncias líquidas, em particular em combustíveis para motores. O artigo abaixo descreve uma das maneiras práticas de resolver esse problema.

A qualidade do combustível líquido é determinada por muitos fatores, entre os quais o seu teor de água não é de pouca importância. A água no combustível pode estar em diferentes estados de agregação - dissolvida, livre e emulsionada. Em diferentes temperaturas do combustível, ele se dissolve de 0,002 a 0,007% de água, o que não pode ser controlado visualmente. À medida que a temperatura diminui, a solubilidade da água no combustível diminui e ela se deposita na forma de gotículas no fundo do tanque.

A água livre no combustível aumenta várias vezes a corrosão dos metais em contato com o combustível e, no inverno, o congelamento na linha de combustível pode causar a parada do motor. Portanto, o teor de água no combustível é aconselhável e, em alguns casos, é simplesmente necessário controlá-lo.

Para aumentar a eficiência do monitoramento visual da presença de água livre, por exemplo, é adicionado à amostra de combustível permanganato de potássio que, ao ser dissolvido em água, dá-lhe uma cor característica e claramente visível a olho nu. É claro que este método de controle é muito inconveniente, portanto, indicar a presença de água livre por meio de um dispositivo portátil automático torna-se importante.

A dificuldade de controle reside no fato de o combustível, por ser um dielétrico de alta qualidade, possuir uma resistência específica à corrente elétrica muito elevada. Uma gota de água no combustível, mesmo colocada entre dois eletrodos, não pode ser monitorada com um simples megôhmetro DC, pois a película de combustível que envolve a gota não permite que ela entre em contato próximo com os eletrodos, razão pela qual a resistência elétrica em o circuito não pode ser reduzido significativamente.

Para indicar água livre no combustível, propomos a utilização de um conversor dissipativo de energia elétrica de quartzo, que é altamente sensível a mudanças em grandes valores de resistência elétrica. O dispositivo contém um circuito elétrico que consiste em um ressonador de quartzo a vácuo e um sensor capacitivo conectado em série ou paralelo. Este circuito é denominado conversor dissipativo de energia elétrica de quartzo, pois sua resistência elétrica equivalente, sendo o parâmetro de saída do conversor, é determinada pela perda de energia em um sensor com dielétrico controlado, por exemplo, em combustível de hidrocarboneto líquido.

Na Fig. 1, a e b mostram o projeto do dispositivo desenvolvido para monitoramento de água livre no combustível. O aparelho é feito em forma de copo medidor de vidro orgânico com tampa e alça. A alça contém baterias e um botão localizado em seu lado interno. Na parte superior do cabo é montado um LED, cujo brilho determina a presença de água no combustível líquido.

Na parte inferior da caneca há um sensor capacitivo, composto por dois eletrodos em forma de cone colocados coaxialmente, com seus vértices direcionados um para o outro, conforme mostrado esquematicamente na Fig. 2. Ambos os eletrodos são estampados em chapa de latão, sendo o superior (externo) truncado.

Fig. 2

Os eletrodos são fixados na parte inferior da caneca de modo que entre eles se forme um espaço anular de ar de aproximadamente 0,25 mm de largura, o que determina a capacitância elétrica do sensor de cerca de 0,8 pF sem combustível. Abaixo do fundo da caneca há uma placa com partes da parte eletrônica do aparelho.

Cerca de meio litro de combustível é colocado na caneca. Se houver gotas de água livre nele, por algum tempo elas rolam pelas paredes em forma de cone do sensor até a lacuna e alteram a resistência elétrica na lacuna do sensor capacitivo. A tampa da caneca, articulada, é necessária para evitar que precipitações (chuva, neve) entrem no volume de trabalho durante o trabalho em condições de campo.

Na Fig. A Figura 3 mostra um diagrama esquemático do dispositivo. O transdutor dissipativo de quartzo contém um sensor capacitivo Cd e um ressonador de quartzo evacuado ZQ1 a uma frequência de 300 kHz, tendo uma resistência dinâmica (ativa equivalente) Rd = 80 Ohm e uma capacitância estática Cst = 6,5 pF. O autooscilador é feito de acordo com um circuito capacitivo de três pontos no transistor VT1.

Fig. 3

A tensão alternada do autooscilador, após ser detectada pelos diodos VD1, VD2 com capacitor C5, é fornecida à base do transistor VT2 e fecha-o, o que leva a uma diminuição na corrente de coletor do transistor; O LED HL1 apaga.

Na ausência de autogeração, a corrente de coletor do transistor UT2 é suficiente para iluminar o LED HL1. A corrente de coletor necessária deste transistor é definida selecionando os resistores divisores de tensão R4R5. Pelo brilho do LED no momento em que o dispositivo é ligado, pode-se avaliar a suficiência de sua tensão de alimentação (3 V), obtida a partir de dois elementos galvânicos.

À medida que as baterias envelhecem, o brilho do LED diminui. O dispositivo permanece operacional até uma tensão de alimentação de 2 V.

Quando os contatos do botão SB1 estão fechados, devido ao alto fator de qualidade (acima de 500000) do ressonador de quartzo, a autogeração não pode ocorrer instantaneamente. Dentro de 1,5...1,8 s, os valores nominais da amplitude e frequência das oscilações do gerador são gradualmente estabelecidos. Até que o gerador atinja o modo normal, o LED HL1 acende. Após o tempo especificado, o gerador liga, e se não houver vestígios de água no sensor do dispositivo, o LED HL1 apaga, pois a tensão positiva na base do transistor VT2 será compensada pela tensão negativa do detector .

A extinção do LED indica que o dispositivo está pronto para operação, ou seja, para monitorar água livre no combustível. Depois de colocar combustível limpo no copo medidor, o LED permanece apagado. Se houver pelo menos uma gota (0,023...0,026 g ou mais) de água no combustível, as perdas ativas no conversor aumentarão acentuadamente, o que levará à falha da autogeração e ao acendimento do LED.

Observe que uma gota de água livre no combustível de automóvel que entra no espaço entre os eletrodos do sensor causa um aumento na resistência ativa do conversor em Ra = 400 Ohm. Teoricamente, isso corresponde a conectar uma resistência de perda Rp = 1 GOhm em paralelo com o sensor capacitivo Cd. O cálculo foi realizado de acordo com a fórmula:

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

A sensibilidade do dispositivo é ajustada ajustando o capacitor C1. Para verificar a sensibilidade, um resistor com resistência de 750 kOhm (MLT-0,25) é conectado aos eletrodos do sensor. Na prática, basta segurar o resistor por um terminal e tocar o eletrodo central do sensor com o outro. Com sensibilidade normal, após o contato do fio do resistor com o eletrodo central do sensor, o LED acende após 1...2 s.

Se assumirmos que a massa de combustível colocada no volume de trabalho do dispositivo é igual a 0,5 kg, e a massa de uma gota de água é em média 0,025 g, verifica-se que o dispositivo já controla com segurança cinco centésimos de um por cento de água livre.

O teste do dispositivo com vários tipos de combustível líquido foi bem-sucedido. Acabou sendo adequado para monitorar a presença de água livre em outros líquidos dielétricos, por exemplo, acetona, benzeno, etc.

Autores: V.Savchenko, L.Gribova, Ivanovo

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