柴油標號及十六烷值測定方法及裝置的製作方法

2023-05-14 11:28:06 2

專利名稱：柴油標號及十六烷值測定方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及柴油品質的測定技術，具體來說是測定柴油的標號和十六烷值的方法及裝置。
柴油發動機的燃料餾分較重，其中含有大量高分子烷烴，在大氣溫度降低到一定程度時，由於蠟的結晶使柴油失去流動性，從而給使用和運輸帶來困難。柴油的冷凝點雖不能代表它的最低使用溫度，應為在冷凝點前5～10℃時就開始有蠟結晶析出，它們將堵塞燃料過濾器的小孔，減少供油量，降低發動機的功率，嚴重時會中斷供油，使發動機停止工作，但冷凝點無疑是一個重要的抽注、運輸和保管指標。因此，商品柴油的標號是以冷凝點作為劃分標準的，如果測出了柴油的冷凝溫度，便知道了柴油的標號。
由於柴油組分的複雜性且鎦程很寬，現有常規方法測定冷凝溫度很難。利用降低溫度的方法觀測冷凝點的界限很不明確，觀測偏差較大，而且這種常規測定方法的設備陳舊，操作煩瑣，測定時間較長。
柴油的十六烷值是表示柴油燃料抗爆性能的條件單位，是評定柴油質量的重要指標之一。十六烷值影響柴油發動機的整個燃燒過程。一般來說，十六烷值高的柴油，其自燃點低，燃燒滯燃期短，燃燒均勻，熱功轉化效率高，發動機的工作平穩且節省燃料；反之，低十六烷值的柴油，燃燒過程所發出的熱量不均勻，使得燃料消耗增加。如果柴油的十六烷值過低，由於最初噴入汽缸的燃料太不易氧化，過氧化物生成量不足，遲遲不能自燃，以至噴入的燃料積聚過多，自燃一開始，這些燃料同時自燃造成壓力增長過快，大大超過正常燃燒的壓力，引起爆震，衝擊活塞頭，發出金屬敲擊聲，使得功率下降，零件損壞。然而，如果柴油十六烷值過高，則一方面減少了燃料來源，另一方面由於燃料的滯燃期太短，在尚未與空氣形成均勻混合氣時就開始自燃，以致空氣供應不充足，燃燒不完全，排冒黑煙尾氣，燃料消耗量反而增加。因而，使用十六烷值適當的柴油才經濟合理。
柴油十六烷值的測定方法，是利用標準十六烷值測定機，在標準試驗條件下，將試樣與一定配比的標準燃料(正十六烷和α-甲基萘或正十六烷和七甲基壬烷)的爆燃傾向進行比較而測定出來的。利用此法測定十六烷值需要精密、貴重的設備和操作熟練的技術人員，且消耗參比燃料和待測油料，是一項耗資耗時的實驗。此外，這種方法及測定機雖經人們的不斷改進和完善，其測定工況及測量精度得到不斷提高，但由於測定程序及操作相當複雜，影響測量精度的因素繁多，從而影響實際測量結果的可靠性。
隨著科學技術的發展，國內外許多科研單位都在研究用柴油的物理化學特性，探索測定十六烷值的新方法或將十六烷值與其他特性參數相關聯，並得到相應的計算公式。已被廣泛採用的計算公式有十六烷值CV=29．26-0．1779(ta／d20)+0．0059(ta／d20)2其中ta為油品的苯胺點(℃)ta=0．163677×10-4(tc+273)2．29888×d-4．401820tc為油品的中沸點(℃)d20為油品在20℃時的密度(g／cm3)此外，還可以根據柴油的密度和中沸點計算十六烷指數CI=431.29-1586.88d20+730.97d202+12.392d203+0.0515d204-0.554tc+97.803(logtc)2]]>其中tc為油品的中沸點(℃)d20為油品在20℃時的密度(g／cm3)利用上述公式確定柴油的十六烷值，較為經濟、簡便，但為測定密度d20(g／cm3)和中沸點tc，(℃)，仍須把待測油樣送往配備有專用儀器的實驗室中測定後再計算。
本發明的目的在於針對現有技術之不足，提供一種同時測定柴油標號和十六烷值的既簡單又快速的測定方法和儀器，以解決現有方法和裝用設備的種種不足。


圖1為柴油標號及十六烷值測定儀結構示意圖；圖2-a為環形同心電極電容式傳感器結構圖；圖2-b為具有溫度補償性能的環形同心電極電容式傳感器結構圖；圖3為柴油標號及十六烷值測定儀電路邏輯框圖；圖4為可供採用的電子線路圖之一種實例；圖5為柴油在20℃時的相對密度與相對介電常數的相關函數關係；圖6為柴油的中沸點與相對介電常數的相關函數關係；圖7為柴油的冷凝點與相對介電常數的相關函數關係；圖8為柴油的折光率與相對介電常數的相關函數關係；圖9為柴油的平均分子量與相對介電常數的相關函數關係。
本發明採用以電容式敏感元件為傳感器，以相對介電常數為相關變量，用數理統計規律，間接測定柴油標號、十六烷值和石油餾分其他物理參數的方法(簡稱SW法)。它是一種電子技術與統計法相結合的柴油及其他石油餾分物理性能和參數的測定新方法。
柴油是具有電氣絕緣性能的液體混合物，粘度低、流動性好，為使用電容式傳感器直接測量其相對介電常數創造了有利條件。
由理論電工學可知，平行極板間的電容為C=ε0·εr·S／b其中ε0=8．85415×10-12F／M為真空的介電常數；εr為相對介電常數(在真空中εr0=1，在空氣中εr0≈1)S為平行極板的面積；b為平行極板的間距。平行極板電容式傳感器在空氣中的電容是C0=ε0·εr0·S／b同一傳感器在柴油中的電容是C=ε0·εr·S／b於是有C／C0=εr／εr0≈εr所以，柴油的相對介電常數εrd約等於同一傳感器以柴油為介質時的電容值C與以空氣為介質時的電容值C0之比。對同一品質的柴油，該比值為一常數。於是，便可以通過測定浸入待測油品中的電容傳感器的電容C值來得到待測柴油的相對介電常數εrd。
柴油餾分的相對介電常數介於2．05～2．50之間，不同品質的柴油，其相對介電常數εrd也不相同，而且柴油的相對介電常數εrd與其其他物理參數，如密度d20、中沸點tc、冷凝點td、折光率nD、平均分子量M等相關。因此，只要找到這些物理參數與相對介電常數之間的函數關係，便可通過測量柴油的相對介電常數，來間接測量該柴油的相關物理參數，代入前述兩個公式後計算出十六烷值CV和十六烷指數CI。
本發明的關鍵就是通過對大量實測數據的統計分析，得出了柴油的物理常數(d20、tc、td、nD、M)和相對介電常數之間的εrd函數關係Y=f(εrd)將待測柴油的相對介電常數εrd與上述函數關係輸入微處理器進行處理，通過顯示器用模擬信號或數碼直接顯示、讀出或列印出待測柴油的標號和十六烷值。
本發明的柴油標號和十六烷值測定儀(圖1)包括顯示器101、鍵盤102，在氣密閉式外殼100中裝有印刷線路板103、內下部裝有電池104，上側面有微型印表機接口105和通過屏蔽線107與活動接口106相連的傳感器200。
傳感器200採用環形同心電極電容式傳感器(圖2-a)，主要有由非磁性金屬材料加工製成的環形電極201、2011、202、2021，其上均開有2～6個氣孔203、2031、204、2041，在測量時用來排出內腔中的空氣。若環形電極201、2011接正極，則環形電極202、2021接負極；反之亦可。環形電極201、2011通過螺紋與相同材質製成的極板骨架205連接，環形電極202、2021則分別通過螺紋與用尼龍(或聚四氟乙烯、電木、耐油塑料等)製成的用於分隔正、負極板的絕緣套206和絕緣連接件207相連。在極板骨架205頂部中心有一根據需要擰入的外接手柄或標準微波插頭210，並通過中心孔208引入一導線A，該導線通過位於極板骨架205和絕緣套206同一位置的孔209與環形電極202相連，同時也與環形電極2021相連。
為了消除由於溫度的變化對測試準確度的影響，傳感器200還可採用具有溫度補償性能的環形同心電極電容式傳感器(圖2-b)。該傳感器有由非磁性金屬材料加工製成的同心環形負極211、2111和環形主電極(正極)212，其上均開有2～6個氣孔213、2131、214，在測量時用來排出內腔中的空氣。環形電極211、2111通過螺紋與相同材質製成的極板骨架215連接，環形電極212則通過螺紋與用尼龍(或聚四氟乙烯、電木、耐油塑料等)製成，用於分隔正、負極板的絕緣套216相連。在極板骨架215頂部中心有一根據需要擰入的外接手柄或標準微波插頭220。標準微波插頭220上的二個接線柱2201、2202與溫度傳感器217由導線連接，另一接線柱亦由導線通過位於極板骨架215和絕緣套216同一位置的孔218與環形電極212相連。
印刷線路板103上的電路邏輯框圖如圖3所示。當將電容傳感器200浸入待測油樣中後，信號便由採樣電路131傳送至電容／頻率變換電路132。電容／頻率變換電路132由無穩態振蕩電路組成，它可以是LC振蕩電路，其振蕩頻率為fLC=12LC]]>也可以是555時基振蕩電路，其振蕩頻率為f555=k(Ra+2Rb)C]]>其中k為常數由於C／C0=εr／εr0=εr，故待測油樣相對介電常數的增加，將導致振蕩頻率的降低，因而電容增大；反之亦然。由此便可得到待測柴油的相對介電常數。圖4為可供採用的一種電子線路。
通過對大量實測數據的回歸分析，得到柴油在20℃時的相對密度d20、中沸點tc、冷凝點td和苯胺點ta與相對介電常數εrd與汽油辛烷值之間的相關函數關係(參見圖5、圖6、圖7)分別為
以及折光率nd、平均分子量M與相對介電常數εrd之間的相關函數關係(圖8、圖9)分別為
於是，根據該柴油的相對密度d20和中沸點tc可得其苯胺點(℃)ta=0．163677×10-4(tc+273)2．29888×d-4．401820將柴油的相對密度d20及苯胺點ta代入公式CV=29．26-0．1779(ta／d20)+0．0059(ta／d20)2便可得到待測柴油的十六烷值；而將柴油的相對密度d20及中沸點tc代入公式CI=431.29-1586.88d20+730.97d202+12.392d203+0.0515d204-0.554tc+97.803(logtc)2]]>又可得到待測柴油的十六烷指數。
將按上述各相關函數關係編寫的運算程序存儲在微處理器133內。由電容／頻率變換後得到的電容值傳送至微處理器133後，經運算便可得到柴油的標號(冷凝點)和十六烷值及十六烷指數，同時還可得到待測柴油的折光率nd和平均分子量M等其他重要物理參數。然後，將計算所得結果通過顯示器接口134和／或微型印表機接口135輸出。此外，還有鍵盤接口136。如需要，可增加溫度補償電路137和計算機互聯接口138。
權利要求
1．一種利用電子技術並與統計法相結合的柴油標號及十六烷值測定方法及裝置，其特徵在於①通過浸入待測柴油中的電容式傳感器測得該柴油的相對介電常數εrd；②將柴油的相對密度、中沸點、冷凝點以及相關參數-折光率和平均分子量與相對介電常數εrd相關聯，並得到它們之間的相關函數關係，即d20=fd(εrd)、tc=ftc(εrd)、td=ftd(εrd)、nD=fn(εrd)、M=fM(εrd)；③待測柴油的冷凝點溫度值便為其標號，而其十六烷值則先由相對密度d20和中沸點tc得到其苯胺點ta=0.16367710-4(tc+273)2.29888d20-4.4018]]>然後根據已被廣泛採用的公式CV=29．26-0．1779(ta／d20)+0．0059(ta／d20)2計算得到。將柴油的相對密度d20及中沸點tc代入公式CI=431.29-1586.88d20+730.97d202+12.392d203+0.0515d204-0.554tc+97.803(logtc)2]]>還可得到待測柴油的十六烷指數。④將上述相關函數關係和待測汽油的相對介電常數ε，值輸入微處理器進行處理，並通過顯示器用模擬信號或數碼將處理結果顯示出來。
2．權利要求1所述的電容式傳感器，主要由非磁性金屬製成並平行排放的正、負極板組成。正、負極板可以是平板形平行極板，也可以是同心環形極板或是按一定間隔平行排放的其他形狀的極板。為了消除溫度對待測汽油相對介電常數的影響，電容式傳感器內可以增設溫度傳感器。
3．權利要求1所述的相對介電常數測量方法，其特徵在於當電容式傳感器浸入待測汽油中時，由無穩態振蕩電路產生一諧振頻率。該無穩態振蕩電路可以是LC振蕩電路，其振蕩頻率為fLC=12LC]]>也可以是555時基振蕩電路，其振蕩頻率為f555=k(Ra+2Rb)C]]>其中k為常數於是，由無穩態振蕩電路產生的諧振頻率可按上述關係轉換成電容值C。由電容式傳感器極板間的電容與相對介電常數之間的關係C／C0=εr／εr0≈εr便得到待測汽油的相對介電常數。
4．權利要求1所述的相關函數關係d20=fd(εrd)、tc=ftc(εrd)、td=ftd(εrd)、nD=fn(εrd)、M=fM(εrd)是在大量實測數據的基礎上，運用回歸分析的方法得到的，因而不是唯一的。
全文摘要
一種柴油標號和十六烷值測定方法及裝置,主要由電容式傳感器、電容/頻率變換電路和微處理器組成,運用統計規律,在相對介電常數與柴油的標號(即冷凝點)、相對密度、中沸點以及折光率、平均分子量等參數之間建立關聯式。通過傳感器測出汽油的相對介電常數,經微處理器處理得到相關參數並代入已被廣泛採用的公式計算出該柴油的十六烷值。
文檔編號G01N31/00GK1204770SQ9711251
公開日1999年1月13日 申請日期1997年7月8日 優先權日1997年7月8日
發明者孫威, 孫曉明, 孫弘鈞 申請人:孫威, 孫曉明, 孫弘鈞