Практически любой мужчина нашей Родины рано, или поздно оказывается в ситуации, либо становится свидетелем ситуации, при которой во время сильного мороза автомобиль глохнет, либо после остановки просто – не заводится. Чаще всего причиной этому оказывается некачественное топливо, в котором либо много мазута, или другого г..на после некачественной очистки, либо много воды, добавленной в ёмкость «нехорошим человеком» из водопровода, или в виде «ослиной мочи». Неприятность усиливается тем, что это происходит при сильном морозе, когда необходимо побеспокоиться не только об автомобиле, но и о своём здоровье. В случае нахождения в дальней поездке, такая ситуация может оказаться опасной для жизни.
Свободная вода в топливе в несколько раз усиливает коррозию металлов, контактирующих с топливом, а зимой, замерзая в топливопроводе, может вызвать остановку двигателя. Сильнее страдает от воды, растворённой в топливе дизельный двигатель. Двигатель внутреннего сгорания – «зажигалка» меньше страдает от воды, но зато топливный бак такого двигателя сильнее подвержен коррозии, чем бак дизельного двигателя. Поэтому содержание воды в любом топливе целесообразно, а в ряде случаев просто необходимо контролировать как в бензине, так и в дизельном топливе.
Качество жидкого топлива определяется многими факторами, среди которых немаловажное значение имеет его обводненность. Вода в топливе может находиться в разных агрегатных состояниях — растворенная, свободная и эмульсионная. При различной температуре топлива в нем растворяется от 0,002 до 0,007 % воды, которую визуально контролировать невозможно. С понижением температуры растворимость воды в топливе уменьшается, и она в виде капель оседает на дно резервуара.
Для повышения эффективности визуального контроля наличия свободной воды к пробе топлива добавляют, например, марганцовокислый калий, который, растворяясь в воде, окрашивает ее в характерный цвет, хорошо видимый на глаз. Конечно, такой метод контроля весьма неудобен, поэтому важное значение приобретает индикация наличия свободной воды с помощью автоматического портативного прибора.
Сложность контроля состоит в том, что топливо, являясь высококачественным диэлектриком, имеет очень большое удельное сопротивление электрическому току. Капля воды в топливе, даже помещенная между двух электродов, не может быть проконтролирована простым мегаомметром на постоянном токе, так как пленка топлива, окружающая каплю, не позволяет ей плотно соприкоснуться с электродами, из-за чего электрическое сопротивление в цепи не может существенно уменьшиться.
Для индикации свободной воды в топливе предлагается использовать диссипативный кварцевый преобразователь электрической энергии, обладающий высокой чувствительностью к изменению больших значений электрического сопротивления. Прибор содержит электрическую цепь из последовательно, или параллельно включенных вакуумного кварцевого резонатора и емкостного датчика. Эта цепь названа кварцевым диссипативным преобразователем электрической энергии, так как ее эквивалентное электрическое сопротивление, являясь выходным параметром преобразователя, определяется потерей энергии в датчике с контролируемым диэлектриком, например, в жидком углеводородном топливе.
На рисунке показана конструкция разработанного прибора для контроля свободной воды в топливе. Прибор выполнен в виде мерной кружки из полиэтилена с крышкой и ручкой. Ни в коем случае не используйте ёмкость из органического стекла. Органическое стекло растворяется под воздействием нефтепродуктов и некоторых других химических активных жидкостей. В ручке размещены элементы питания и кнопочный выключатель, выведенный на ее внутреннюю сторону. В верхнюю часть ручки вмонтирован светодиод, по свечению которого определяют наличие воды в жидком топливе.
На дне кружки расположен емкостный датчик, состоящий из двух конусообразных соосно размещенных электродов, направленных вершинами навстречу, как схематически показано на следующем рисунке. Оба электрода отштампованы из листовой латуни, причем верхний (наружный) выполнен усеченным.
Электроды фиксированы на дне кружки так, что между ними образуется воздушный кольцевой зазор шириной примерно 0,25 мм, определяющий электрическую емкость датчика около 0,8 пФ без топлива. Под дном кружки размещена плата с деталями электронной части прибора.
В кружку заливают примерно половину литра топлива. Если в нем имеются капли свободной воды, то в течение некоторого времени они по конусообразным стенкам датчика скатываются в зазор и изменяют электрическое сопротивление в зазоре емкостного датчика. Крышка кружки, укрепленная шарнирно на петле, необходима для предотвращения попадания в рабочий объем атмосферных осадков (дождя, снега) при работе в полевых условиях.
На следующем рисунке изображена принципиальная схема прибора.
Кварцевый диссипативный преобразователь содержит емкостный датчик Сд и вакуумированный кварцевый резонатор ZQ1 на частоту 300 кГц, имеющий динамическое (эквивалентное активное) сопротивление Rд = 80 Ом и статическую емкость Сст = 6,5 пФ. Автогенератор выполнен по схеме емкостной трехточки на транзисторе VT1.
Переменное напряжение автогенератора после детектирования диодами VD1, VD2 с конденсатором С5 поступает на базу транзистора VT2 и закрывает его, что приводит к уменьшению коллекторного тока транзистора и светодиод HL1 гаснет.
При отсутствии автогенерации ток коллектора транзистора VT2 достаточен для свечения светодиода HL1. Необходимый коллекторный ток этого транзистора устанавливают подборкой резисторов делителя напряжения R4R5. По яркости свечения светодиода в момент включения прибора можно судить о достаточности напряжения его питания (3 В), получаемого от двух гальванических элементов.
По мере старения элементов питания яркость свечения светодиода уменьшается. Работоспособность прибор сохраняет до напряжения питания 2 В.
При замыкании контактов кнопки SB1 из-за большой (свыше 500 000) добротности кварцевого резонатора, автогенерация не может возникать мгновенно. В течение 1,5…1,8 секунд происходит плавное установление номинальных значений амплитуды и частоты колебаний генератора. Пока генератор не вышел на нормальный режим, светит светодиод HL1. Через указанное время генератор включается, и если в датчике прибора нет следов воды, светодиод HL1 гаснет, так как положительное напряжение на базе транзистора VT2 будет скомпенсировано отрицательным с детектора.
Погасание светодиода свидетельствует о готовности прибора к работе, т. е. к контролю свободной воды в топливе. После заливания чистого топлива в мерную кружку светодиод так и остается выключенным. Если же в топливе есть хотя бы одна капля (0,023…0,026 г или больше) воды, то активные потери в преобразователе резко увеличатся, что приведет к срыву автогенерации и включению светодиода.
Заметим, что капля свободной воды в автомобильном топливе, попавшая в зазор между электродами датчика, вызывает увеличение активного сопротивления преобразователя на Ra = 400 Ом. Теоретически это соответствует включению параллельно емкостному датчику Сд сопротивления потерь Rп = 1 ГОм. Расчет проводился по формуле:
Чувствительность прибора устанавливают подстроечным конденсатором С1. Для проверки чувствительности к электродам датчика подключают резистор сопротивлением 750 кОм (МЛТ-0,25). Практически достаточно, держа резистор за один вывод, другим коснуться центрального электрода датчика. При нормальной чувствительности после соприкосновения вывода резистора с центральным электродом датчика светодиод включается через 1 …2 с.
Если принять, что масса топлива, помещаемая в рабочий объем прибора, равна 0,5 кг, а масса капли воды в среднем — 0,025 г, то получается, что прибор надежно контролирует уже пять сотых процента свободной воды.
Прибор пригоден для контроля наличия свободной воды в различных видах жидкого топлива, а также и в других диэлектрических жидкостях, например, в ацетоне, в бензоле и др. Конечно было бы намного лучше, если бы прибор был встроен в систему топливопровода автомобиля. В этом случае нет необходимости пользоваться «кружкой».
