facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

СВЧ ТЕСТИРОВАНИЕ МОТОРНОГО ТОПЛИВА МЕТОДОМ Е-ПЛОСКОСТНОЙ КРЕСТООБРАЗНОЙ ЛИНЗЫ / SHF TESTING OF MOTOR FUEL USING THE E-PLANE CROSS-SHAPED LENS METHOD

СВЧ ТЕСТИРОВАНИЕ МОТОРНОГО ТОПЛИВА  МЕТОДОМ Е-ПЛОСКОСТНОЙ КРЕСТООБРАЗНОЙ ЛИНЗЫ / SHF TESTING OF MOTOR FUEL USING THE E-PLANE CROSS-SHAPED LENS METHOD
Владимир Карлов, ph.d. технических наук, доцент

Днепропетровский национальный университет им. О.Гончара, Украина

Участник первенства: Национальное первенство по научной аналитике - "Украина";

Открытое Европейско-Азиатское первенство по научной аналитике;

Представлены результаты экспериментального тестирования моторного топлива по оптической активности и затуханию электромагнитной волны в бензине и авиакеросине методом СВЧ Е-плоскостной крестообразной линзы. На волноводной частоте нулевой поляризации жидкости рассмотренный подход обеспечил измерение оптической активности бензина и авиакеросина с погрешностью в один градус.

Ключевые слова: волновод, моторное топливо, нулевая оптическая активность.

 

Нефтепродукты: бензин, авиакеросин, солярка являются основным видом топлива в двигателях внутреннего сгорания. Соответствие физико-химических свойств этих нефтепродуктов заданным контрольным характеристикам является гарантией надежного функционирования силовых агрегатов. Поэтому своевременная диагностика топлива при его разработке, при текущем использовании и при моделировании аварийных ситуаций  является актуальной задачей.

Разработана методика диагностики горюче-смазочных материалов с помощью сверхвысокочастотной  (СВЧ) волноводной Е-плоскостной крестообразной линзы [1].

В данной статье представлены результаты экспериментальных исследований бензина марки “WOG mustang” и очищенного керосина. Все сопутствующие публикации к докладу представлены на сайте < https://www.researchgate.net > [V.A. Karlov].

На рис.1 представлена упрощенная структурная схема устройства для диагностики оптически активной  жидкости [2], которая  находится в сосуде 9.

Методика проведения исследований заключается в измерении комплексного коэффициента отражения (КО) Г  от поверхностного слоя жидкости, которая заполнила прямоугольный волновод-зонд 8, в зависимости от глубины погружения dзонда в жидкость. Сечение металлического прямоугольного волновода-зонда равно 7.2мм на 3.4мм.

Если исследуемая жидкость оптически активна, то в каждом полуволновом слое жидкости, который заполнил зонд, образуется две пучности стоячей волны,  а на Г-плоскости измеренные точечные значения образуют “эллипс коэффициента отражения”.

На рис. 2 представлены осциллограммы формирования эллипса поляризации в первом полуволновом слое бензина марки “А-95 WOGmustang” на частоте 27 ГГц.

 

 

Рис. 1. Структурная схема анализатора

Рис. 2. Формирование эллипса поляризации КО в первом полуволновом слое бензина

 

 

На верхней осциллограмме рис. 2 представлено формирование двух пучностей стоячей волны в полуволновом слое бензина, а на нижней – формирование эллипса поляризации КО на Г-плоскости.

В общем случае оптически активная жидкость с потерями характеризуется тремя параметрами:

1. вектор поляризации эллипса коэффициента отражения в тестируемом i слое оптическо-активной жидкости (i=0, 1, 2, ...). Толщина слоя равна периоду коэффициента отражения  (половине длины волны в волноводе).

2.  || длина вектора поляризации эллипса коэффициента отражения – это длина большой полуоси в поляризационном эллипсе на Г-плоскости. Длина большей полуоси  равна модулю  КО  в сечении первой пучности стоячей волны в слое бензина. Из-за наличия затухания электромагнитной волны в бензине, как видно из рис. 2, вторая пучность, то есть, вторая полуось большей оси меньше первой.

3.  фаза вектора поляризации эллипса коэффициента отражения в i-слое – это фаза большей полуоси в поляризационном эллипсе на Г-плоскости.

Как следует из рис. 2, при погружении зонда на глубину первого слоя бензина  .

При погружении зонда на глубину второго слоя  бензина  . Оптическая активность данной марки бензина, которая получена при погружении зонда на глубину двух слоев бензина, равна 12=+11.67 градусов.

Основными параметрами, которые характеризуют свойства (качество) бензина, являются:

1. оптическая активность бензина – это усредненный угол поворота  вектора поляризации между соседними полуволновыми слоями.

2. Аiзатухание || в i-слое по отношению к 0-слою .

3. Fo– частота “нулевой” поляризации жидкости.

В результате проведенных экспериментальных исследований  установлено, что для каждой оптически активной жидкости имеется определенная длина волны в волноводе (волноводная “нулевая” частота генератора Fo),  на которой жидкость имеет “нулевую”  поляризацию. Выше “нулевой” частоты генератора поляризация жидкости “правосторонняя”, ниже - “левосторонняя” [3].

На “нулевой” частоте генератора Fo угол поляризации эллипса КО   не изменяется с увеличением толщины слоя бензина dв волноводом зонде  8.

На рис. 3 представлены результаты измерений при погружении на величину 5-ти периодов и изъятии зонда в бензин “А-95 WOG mustang”  и в авиа керосин на частоте 26.5 ГГц.

На рис. 3.а и рис. 3.б представлены зависимости изменения величины амплитуды электромагнитной волны при увеличении толщины слоя жидкости  в волноводом зонде  8. Как видно из рисунков, волна по амплитуде при распространении в  авиакеросине  (рис. 3.б)  практически не затухает по сравнению с распространением в бензине, рис. 3.а.

На рис. 3.в представлены графически и численно 10 положений эллипсов на Г-плоскости (10-ть фаз ) в каждом слое бензина, которые получены при погружении зонда на глубину 5-ти слоев с последующим изъятием из них.

 На рис. 3.г представлены зависимости 4-ех углов поворота эллипса поляризации между соседними слоями при погружении и изъятии зонда из бензина. Средне медианное значение оптической активности данной пробы бензина “А-95 WOG mustang”  на частоте 26.5 ГГц равно -1.0275 градусов с левосторонней поляризацией.

 

 

 

                               

                        а)                                                                                                          б)

                                           

            в)                                                                                                          г)

Рис. 3. Осциллограммы, полученные при погружении и изъятии зонда из жидкости на величину  пяти периодов: зависимость модуля Г при погружении в бензин А95  (а) и в авиакеросин (б); в) зависимости и значения 10 фаз векторов поляризации эллипсов Г в А95; г) зависимости 8-ми оптических активностей А95 между соседними слоями и средне медианное значение  оптической активности бензина А95

 

На рис. 4.а представлены основные параметры трех марок бензина производителя “WOG mustang”, которые были измерены на частоте 27,5 ГГц.

На рис. 4.б относительные зависимости затуханий Аво втором, третьем и четвертом слоях бензина по отношению к  первому слою в трех марках бензина.

Таблица 1

Тестирование трех  марок бензина на частоте 27.5 ГГц

Бензин

,град.,

27.5,ГГц

Fo,

МГц

1

А92

WOGMustang

22.4

26000

2

А95

WOGMustang

17.8

26500

3

А100

WOG Mustang

2.21

27300

 

 

      а)                                                                                          б)

Рис. 4. Оптическая активность (а) и затухание волны (б) в трех марках бензина

WOG mustang” на частоте 27.5 ГГц

 

На рис. 4.а представлена таблица тестирования трех марок бензина  “WOG mustang” на частоте 27.5 ГГц. Как видно из таблицы 1, каждая марка бензина имеет свою оптическую активность и свою волноводную частоту “нулевой”  поляризации Fo. Чем меньше октановое число бензина, тем больше его оптическая активность и меньше Fo. Из этого следует, что для сравнительного анализа необходимо тестировать различные пробы одной и той же марки бензина.

Из сравнения зависимостей, которые представлены на рис. 4.б следует: чем больше оптическая активность бензина, тем меньше затухание амплитуды электромагнитной волны в нем.

В таблице 2 представлены результаты измерений оптической активности в 6-ти пробах бензина “А-95 WOG mustang”, которые были взяты для анализа в течении 6-ти дней на разных авто заправочных станциях.

Таблица 2

Оптическая активность шести проб бензина “А-95 WOG mustang” на частоте 26.5 ГГц

Проба, №

1

2

3

4

5

6

Активность,

градус

-1.87

-1.028

1.27

0.27

0.84

0.755

 

Оптическая активность пробы №2 получена на основе осциллограмм, которые представлены на рис. 3, а, в, г. Аналогично получена оптическая активность и остальных пяти проб бензина.

Для пробы №4 оптическая активность равна 0.27 градусов независимо от толщины d слоя бензина в зонде. Можно считать, что частота генератора, которая равная 26.5 ГГц, является  0-частотой Fo для пробы №4.

Если проба №4 является образцовой пробой бензина “А-95 WOG mustang”, то по численным результатам остальных проб можно провести разбраковку бензина. В данном случае все независимые шесть проб бензина по оптической активности и затуханию имеют одинаковое качество. Рассмотренный анализ возможен, если достоверно есть соответствующие численные значения образцовой пробы бензина.

Тестирование беспотерных или “чистых” горюче-смазочных материалов, как видно из сравнения рисунков 3.а и 3.б, осложняется тем, что при распространении в них  электромагнитной волны амплитуда волны практически не изменяется. Достоверным параметром для анализа “чистых” жидкостей являются фазовые сдвиги, то есть их оптическая активность.

К “чистым”  ГСМ можно отнести авиабензин, авиакеросин, а также синтетические автомобильные масла.

На рис. 5 представлены результаты тестирования трех проб очищенного керосина на частоте 26.5 ГГц. Результаты получены при исследовании шести слоев керосина по таким же осциллограммам, как и на рис. 3.                                                                      

 Таблица 3

Тестирование трех  проб керосина на частоте 26.5 ГГц

 

Керосин очищенный

град.,

26.5,ГГц

 1

проба 1

13.95

2

проба 2

8.97

3

авиакеросин

11.04

 

 

 

 

а)                                                                                          б)

Рис. 5. Оптическая активность (а) и затухание волны (б) в трех пробах очищенного керосина на частоте 26.5 ГГц

 

Как видно из таблицы 3, каждая проба керосина имеет свою оптическую активность. Авиакеросин (3-я проба, третья кривая на рис. 4.б), согласно представленным численным значениям, имеет наименьшее затухание и является самым “чистым” по отношению к двум остальным пробам очищенного керосина.

Выводы. Метод Е-плоскостной крестообразной линзы  обеспечивает повторяемость измерения модуля и фазы коэффициента отражения от скользящих нагрузок, которые перемещаются непосредственно в измерительном канале четырехплечей неоднородности Е-креста, с погрешностью 1% по модулю и 2 градуса  по фазе. Поскольку рассмотренный подход измерения оптической активности бензина и авиакеросина реализует измерение комплексного коэффициента отражения методом скользящей нагрузки, то и погрешность измерения оптической активности моторного топлива равна одному градусу.

Полученные экспериментальные результаты показали, что тестирование моторного топлива  методом Е-плоскостной крестообразной линзы можно использовать при разработке и техническом контроле параметров горюче-смазочных материалов.

 

Литература:

  • 1. Карлов В.А. Способ и устройство для идентификации горюче-смазочных материалов по измерению комплексного коэффициента отражения методом Е-плоскостной крестообразной линзы., В сб. Materials digest of the CXXX International Research and Practice Conference and II stage of the Championship in Technical sciences, Architecture and Construction (London, September 13 – September 19, 2016). – 2016., pp. 46-49.
  • 2. Патент на корисну модель України UA114076, МПК: G01R 27/32. Пристрій для вимірювання комплексного коефіцієнта відбиття від оптично активних рідин /  опубл. 27.02.2017, Бюл. №4/2017; заявник Карлов В.А.
  • 3.  Карлов В.А. Анализ оптической активности жидкостей методом СВЧ Е-плоскостной крестообразной линзы. Частоты левосторонней, нулевойи правосторонней поляризаций., В сб. Materials digest of the CXXXVII International Research and Practice Conference and III stage of the Championship in Technical sciences, Architecture and Construction (London, Desember 20 – Desember 26, 2016). – 2016., pp. 38-42.
0
Ваша оценка: Нет (3 голоса)
Комментарии: 7

Артамонова Елена Николаевна

Уважаемый Владимир Анатольевич! Результаты исследования работы, посвященной построению модели для определения основных измеряемых параметров в целях численной оценки свойств моторного топлива по методу Е-плоскостной крестообразной линзы с графическим отображением выводов, интересны и имеют важное практическое значение. Отличный доклад!

Мозговая Елена Александровна

Уважаемый Владимир Анатольевич! Ваша работа посвящена изучению возможности осуществления тестирования моторного топлива методом Е-плоскостной крестообразной линзы, что может быть использовано при разработке и техническом контроле параметров горюче-смазочных материалов, таких как бензин и авиакеросин. Работа перспективная и заслуживает высокой оценки.

Демичев Константин Эдуардович

Уважаемый Владимир Анатольевич! Очень хороший доклад. Оценка высокая. Желаю творческих успехов!

Евтухов Владислав Александрович

Уважаемый Владимир Анатольевич, Ваша работа имеет огромную практическую значимость, а разработанная Вами методика диагностики горюче-смазочных материалов и описание прибора очень наглядны и понятны! Благодарю Вас за проделанные исследования и желаю Вам успехов в Ваших дальнейших исследованиях! С уважением Евтухов Владислав

Блажеевский Николай Евстафьевич

Уважаемый Владимир Анатольевич! Я химик-аналитик и мне интересно было познакомиться с результатами Ваших исследованием в виде этой статьи. Вашп работа, безусловно, имеет важное практическое значение, а сам метод весьма информативен. Оценка высокая. С уваж. Николай Блажеевский

Подлипная Марина Петровна

Уважаемый Владимир Карлов, спасибо большое за познавательный доклад. Ваш разработанный метод впечатляет. Желаю Вам успехов в дальнейших исследованиях. С уважением Подлипная Марина.

Симонян Геворг Саркисович

Дорогой Владимир Анатольевич приветствую Вас впервенстве МАНВО секции химические науки. В продолжении Ваших работ в области тестирования моторных масел, бензина и керосина методом СВЧ Е-плоскостной крестообразной линзы. Ваш метод обеспечивает измерение оптической активности бензина и авиакеросина с погрешностью в один градус. Оценка высокая. С уважением Геворг Саркисович.
Комментарии: 7

Артамонова Елена Николаевна

Уважаемый Владимир Анатольевич! Результаты исследования работы, посвященной построению модели для определения основных измеряемых параметров в целях численной оценки свойств моторного топлива по методу Е-плоскостной крестообразной линзы с графическим отображением выводов, интересны и имеют важное практическое значение. Отличный доклад!

Мозговая Елена Александровна

Уважаемый Владимир Анатольевич! Ваша работа посвящена изучению возможности осуществления тестирования моторного топлива методом Е-плоскостной крестообразной линзы, что может быть использовано при разработке и техническом контроле параметров горюче-смазочных материалов, таких как бензин и авиакеросин. Работа перспективная и заслуживает высокой оценки.

Демичев Константин Эдуардович

Уважаемый Владимир Анатольевич! Очень хороший доклад. Оценка высокая. Желаю творческих успехов!

Евтухов Владислав Александрович

Уважаемый Владимир Анатольевич, Ваша работа имеет огромную практическую значимость, а разработанная Вами методика диагностики горюче-смазочных материалов и описание прибора очень наглядны и понятны! Благодарю Вас за проделанные исследования и желаю Вам успехов в Ваших дальнейших исследованиях! С уважением Евтухов Владислав

Блажеевский Николай Евстафьевич

Уважаемый Владимир Анатольевич! Я химик-аналитик и мне интересно было познакомиться с результатами Ваших исследованием в виде этой статьи. Вашп работа, безусловно, имеет важное практическое значение, а сам метод весьма информативен. Оценка высокая. С уваж. Николай Блажеевский

Подлипная Марина Петровна

Уважаемый Владимир Карлов, спасибо большое за познавательный доклад. Ваш разработанный метод впечатляет. Желаю Вам успехов в дальнейших исследованиях. С уважением Подлипная Марина.

Симонян Геворг Саркисович

Дорогой Владимир Анатольевич приветствую Вас впервенстве МАНВО секции химические науки. В продолжении Ваших работ в области тестирования моторных масел, бензина и керосина методом СВЧ Е-плоскостной крестообразной линзы. Ваш метод обеспечивает измерение оптической активности бензина и авиакеросина с погрешностью в один градус. Оценка высокая. С уважением Геворг Саркисович.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.