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

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МОТОРНЫХ МАСЕЛ Е-ПЛОСКОСТНОЙ 30-ГГц КРЕСТООБРАЗНОЙ ЛИНЗОЙ

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МОТОРНЫХ МАСЕЛ  Е-ПЛОСКОСТНОЙ 30-ГГц КРЕСТООБРАЗНОЙ ЛИНЗОЙ
Владимир Карлов, доцент, ph.d. технических наук, доцент

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

Открытое Европейско-Азиатское первенство по научной аналитике;

Разработана методика измерения основных параметров моторных масел в миллиметровом диапазоне длин волн, которая основана на эффекте поляризации  электромагнитной волны в зондирующем прямоугольном волноводе четырехплечего самокалибрующегося крестообразного анализатора комплексного коэффициента отражения. При различных температурах нагрева исследованы изменения параметров синтетических  масел, когда в них  введена  присадка для стабилизации  вязкости  “Visco-Stabil”.

Ключевые слова: векторный анализатор, 30-GHz, самокалибровка, моторное масло, присадки.

 

1. Постановка задачи.

Поскольку длина волны в волноводе соизмерима с геометрическими размерами исследуемых неоднородностей, которые находятся, как во внешнем пространстве, так и во внутреннем объеме металлического волновода, миллиметровый диапазон длин волн (от 1 мм до 10 мм) находит широкое применение, как при неразрушающем контроле диэлектрических материалов и конструкций, так и при исследовании свойств взаимодействия компонент электромагнитного поля  с материальными  объектами.

В работе [1] обнаружено свойство поляризации магнитной  компоненты основной волны  прямоугольного металлического волновода в оптически активных жидкостях, которые непосредственно облучаются в волноводе. Определены конкретные частоты “нулевой”  поляризации для некоторых жидкостей,  выше которых  вращение вектора поляризации эллипса коэффициента отражения “правостороннее”, ниже -  “левостороннее”.

Поскольку одним из основных параметров  для жидкостей является их вязкость, необходимо разработать аппаратные и программные средства для анализа характеристик моторных масел во времени, когда масло нагревается.

Приведенные результаты исследований являются оценочными, поскольку проведены не в лабораторных условиях, а в “гаражных”. Все сопутствующие публикации к статье представлены на сайте  < https://www.researchgate.net >[V.A. Karlov].

2. Аппаратный интерфейс измерителя.

На рис.1 представлена упрощенная структурная схема векторного анализатора миллиметрового диапазона длин волн для исследования параметров оптически-активных жидкостей в зависимости от температуры их нагрева.

  На рис.2 представлены осциллограммы тестирования синтетического моторного масла.

Как видно из рис.1, измеритель состоит из пятиплечего  анализатора, который собран на основе образцового Е-плоскостного крестообразного делителя мощности 1 с расчетными параметрами [2]. К фланцу анализатора 7, относительно которого измеряется  комплексный коэффициент отражения (КО)  Г, стыкуется образцовый отрезок прямоугольного волновода – зонд 8.  Зонд погружен в рабочий сосуд 9 с маслом. Для фокусировки неоднородности крестообразного делителя 1 на внешнюю неоднородность используется фазовращатель 5 [3].   

Как видно из рис. 1, основное отличие рассматриваемого измерителя от устройства для измерения комплексного коэффициента отражения от оптически-активных жидкостей [4] состоит в том, что между фокусирующим фазовращателем 5 и выходным фланцем прибора 7  дополнительно введен согласованный аттенюатор 6. На “закрытый”  аттенюатор 6 осуществляется самокалибровка измерителя независимо от того, на какую неоднородность с неизвестным комплексным КО Г  нагружен анализатор.

 

Для непрерывного заполнения зонда 8 маслом используется система из двух сообщающихся сосудов. Рабочий сосуд 9 неподвижно расположен относительно зонда 8 и связан с первичным сосудом 10 гибким шлангом 11. Объем первичного сосуда 10 в три раза больше объема рабочего сосуда 9.   Внутренний диаметр гибкого шлага 11 равен 6 мм, а его длина равна 1 м. В исходном состоянии первичный сосуд 10 располагается на нижнем уровне 1-1 и в нем находится  необходимый для исследования объем масла. Температура масла фиксируется термометром 12.

3. Методика измерения.

 1. Измерения проведены на частоте 28.5 ГГц,  длина волны в пустом прямоугольном волноводе зонда сечением 7.2 мм на 3.4 мм равна 15.436 мм. Пространственный период КО Г  равен 7.713 мм (половине длины волны в пустом волноводе). Таким образом, через каждый слой масла, толщина которого, примерно,  равна 7.713 мм  эпюры КО на комплексной Г-плоскости будут повторяться с учетом физико-химических свойств масла. 

   2. В режиме “ПУСК” анализатор циклически по таймеру с задержкой равной 100 мс измеряет неизвестный комплексный коэффициент отражения Г.

3. Первичный сосуд 10 располагается на нижнем уровне 1-1. Моторное масло, которое предварительно было нагрето до необходимой температуры, наливается в сосуд 10.

4. При остывании масла, при достижении заданных температур, сосуд 10 поднимается на верхний уровень 2-2 до момента заполнения зонда  8 маслом на заданную глубину “погружения”  d=, а затем перемещается на нижний уровень 1-1 для полного удаления масла из рабочего сосуда 10.

5. Циклически от момента касания зонда 8 масла и до момента “погружения”  зонда в масло на глубину d в память ЭВМ записываются измеренные значения комплексного коэффициента отражения Г.

6. Рассчитываются основные параметра моторного масла.

Согласно приведенной методике, на рис. 2.а представлена осциллограмма  измеренных значений модуля Г  при достижении температуры масла 80, 70, 60, …,20 градусов. Как видно из осциллограммы, измерено 30600  значений комплексного КО Г.

При погружении зонда в масло на глубину полдлины  волны в заполненном маслом волноводе на Г-плоскости прорисовывается эллипс коэффициента отражения.

Согласно рис.2.б, при  заданной температуре для построения периода модуля  Г использовано не больше, не меньше 110 значений Г. Максимальное значение вектора поляризации эллипса КО Р = 0.4232. Погрешность измерения этой контрольной величины зависит от разрядности и быстродействия АЦП, которые используются в индикаторах мощности 2 и 3 (Р2 и Р3) [5].

Согласно осциллограмме, которая представлена на  рис.2.в,  на комплексной  Г-плоскости в третьем периоде заполнения зонда маслом по 110 значениям  Г “прорисован” эллипс с углом вектора поляризации Р равным 125.45 градусов.

Из рис. 2.б и рис. 2.в следует, что модуль вектора поляризации эллипса КО Р равен  0.4232, фаза - 125.45 градусов, а за время погружения зонда в третий период КО измерено 110 точек Г с шагом по времени 100 мс. Таким образом, данный эллипс КО прорисовался за время t = 11 секунд. Данная величина контрольная. Чем больше вязкость масла, тем больше точек Г  “прорисуют” на осциллограмме эллипс в конкретном периоде  КО Г.

 Если зонд погружен в масло на пять периодов, то на соответствующих пяти Г-плоскостях прорисуются пять эллипсов КО. Чем больше оптическая активность масла, тем больше угол поворота вектора поляризации Р  при переходе из одного полуволнового слоя жидкости в следующий.

На рис. 2.в представлены  углы поворота эллипса поляризации между соседними слоями при погружении зонда в масло на глубину в пять периодов КО (d40 мм). Как видно из рисунка, средне медианное значение угла поворота вектора поляризации КО  Г  в полуволновом слое масла равно 4.675 градусов.

Из измеренных численных значений, которые представлены на рис. 2 следует, что для данного моторного масла при заданной температуре его оптическая активность =4.675 градусов,  а время заполнения t  зонда маслоь на  длину d , которая равна пяти полуволновым слоям в масле, равна 1.13 минут. Чем больше вязкость масла, тем больше времени тратится на заполнение зондом масла.

4. Результаты экспериментальных исследований.

Согласно разработанной методике, измерены основные параметры моторного масла:

угол –  оптическая активность масла;

время заполнения tзонда маслом на такую длину d, при которой на пяти Г-плоскостях отображаются пять эллипсов КО Г.

Измерены параметры синтетического моторного масла 5W-40 “MobilSuper 3000” и синтетического моторного масла 5W-40 “Premium”. Вначале, в зависимости от температуры нагрева масла,  были измерены параметры масел без присадок, а затем с добавлением присадки для стабилизации  вязкости масла “Visco-Stabil”.

На рис. 3 представлены зависимости оптической активности масел от температуры их нагрева: точечные зависимости  1 и 2  для масла “MobilSuper”, соответственно, чистого и с присадкой; зависимости 3 и 4 – для масла “Premium ” чистого и с присадкой.

 

На рис. 4 представлены зависимости времени заполнения зонда маслом на длину dот температуры их нагрева: точечные зависимости  1 и 2  для масла “MobilSuper”, соответственно, чистого и с присадкой; зависимости 3 и 4 – для масла “Premium ” чистого и с присадкой.

 

 

Анализ точечных зависимостей, которые представлены на рис. 3:

1. Как видно из анализа кривых 1 и 3, при температуре нагрева чистых масел до 30 градусов оптическая активность масла  5W-40 “Mobil Super 3000” = 6 градусов, а для масла 5W-40 “Premium” =0 градусов. Чем больше оптическая активность жидкости, тем меньше модуль коэффициента отражения от нее, тем чище жидкость. Масло  5W-40 “Mobil Super 3000” чище масла 5W-40 “Premium”  независимо  от температуры их нагрева.

2. Как видно из анализа кривых 2 и 4, при добавлении присадки “Visco-Stabil” и в одно и в другое масло их оптическая активность уменьшается независимо от температуры нагрева   – масло становится менее чистым.

3. Добавление присадки “Visco-Stabil” в моторное масло 5W-40 “MobilSuper 3000” (кривых 1 и 2) не больше,чемна 0.5 градуса уменьшило его оптическую активность независимо от температуры нагрева масла.

4. Добавление присадки “Visco-Stabil” в моторное масло 5W-40 “Premium”  (кривые 3 и 4) несколько стабилизировало оптическую активность масла.

Анализ точечных зависимостей, которые представлены на рис. 4:

1. Как видно из анализа кривых 1 и 2, добавление присадки “Visco-Stabil” в моторное масло 5W-40 “Mobil Super 3000” относительномало” увеличило вязкость масла независимо от  температуры его нагрева.

2. Как видно из анализа кривых 3 и 4, добавление присадки “Visco-Stabil” в моторное масло 5W-40 “Premium”  относительнобольше” увеличило вязкость масла при разных температурах его нагрева.

Выводы.

Разработаны аппаратные и программные средства для тестирования электрических параметров моторных масел в зависимости от температуры их нагрева в реальном масштабе времени.

Основным оценочным параметром моторных масел различных производителей является их оптическая активность: чем “чище” масло, тем выше его оптическая активность и тем меньше коэффициент отражения от масла.

Разработанная методика измерения позволяет последовательно протестировать моторное масло по оптической активности и вязкости и  провести аналогичный повторный эксперимент после того, как в масло добавлена та или иная присадка.

Фокусировка крестообразной неоднородности на исследуемую неоднородность и самокалибровка анализатора позволили обеспечить повторяемость результатов. При заполнении прямоугольного волновода маслом на пять полуволновых слоев жидкости погрешность повторяемости усредненной оптической активности не более чем ±0.5 градуса.

Поскольку в первичном преобразователе анализатора используются стандартные направленные детекторы от скалярных рефлектометров  типа Р2- , измеритель и разработанную методику измерений можно использовать во всех миллиметровых и сантиметровых диапазонах длин волн, то есть с сечением прямоугольного волновода зонда от нескольких сантиметров до нескольких миллиметров.

   

Литература:

  • 1. Карлов В.А. Анализ оптической активности жидкостей методом СВЧ Е-плоскостной крестообразной линзы. Частоты левосторонней, нулевой и 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. – P.38-42.106-108.

  • 2.  Карлов В.А. Учет числа высших типов волн в электродинамической модели крестообразного анализатора комплексного коэффициента отражения // VI-я МНК “Актуальные вопросы современной техники и технологии”.  Сборник докладов. – Липецк, 2012. – С. 74-81.

  • 3. Патент України на винахід№113781, МПК: G01R27/06. Спосіб і пристрій для вимірювання комплексного коефіцієнта відбиття. / 10.03.2017; опубл. 10.03.2017, Бюл. №5; заявник Карлов В.А.

  • 4. Патент України на корисну модель №114076, МПК: G01R27/32. Пристрій для вимірювання комплексного коефіцієнту відбиття від оптично активних рідин / 27.02.2017; опубл. 27.02.2017, Бюл. №4; заявник Карлов В.А.

  • 5. Патент України на корисну модель №62293, МПК: G01R27/32. Пристрій для вимірювання комплексного коефіцієнта відбиття. – Заявл. 10.01.2011; опубл. 25.08.2011, Бюл. №16/25.08.2011; автор Карлов В.А, заявник Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара.

0
Ваша оценка: Нет Средняя: 8 (4 голоса)
Комментарии: 5

Карлов Владимир Анатольевич

Спасибо всем за внимание к моей работе. Ваша оценка моей работы является единственной поддержкой (поддержкой моральной) для проведения дальнейших исследований. С уважением, Владимир Карлов.

Кузнецов Сергей Иванович

Несомненно, важность Вашей работы в исследовании характеристик моторных масел нельзя переоценить. Именно от масла зависит качество работы и ресурс двигателя. Выбранный Вами способ исследования дает наилучший практический результат. Именно такая форма исследования позволяет определять как проявляются качественные характеристики масла в различных условиях. С Уважением, Сергей Кузнецов.

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Уважаемый Владимир Анатольевич! Очень интересная работа представляющий прикладное значение для народного хозяйства не только Украины, но и всех стран постсоветского пространства.Желаю успехов во внедрение задумок на промышленном уровне. Оценка доклада 9 баллов. С уважением Накибулло Бабаев

Трещалин Михаил Юрьевич

Уважаемый Владимир Анатольевич Прекрасная и практически нужная работа, подтвержденная экспериментом. Осталось внедрить. С уважением М.Ю. Трещалин

Симонян Геворг Саркисович

Уважаемый Владимир Анатольевич очередная отличная работа. Вами разработана чувствительный первичный измерительная система для анализа свойств моторных масел. Также тестировани изменения параметры синтетических масел при различных температурах нагрева , когда в них введена присадка для стабилизации вязкости. С уважением Геворг Саркисович Симонян.
Комментарии: 5

Карлов Владимир Анатольевич

Спасибо всем за внимание к моей работе. Ваша оценка моей работы является единственной поддержкой (поддержкой моральной) для проведения дальнейших исследований. С уважением, Владимир Карлов.

Кузнецов Сергей Иванович

Несомненно, важность Вашей работы в исследовании характеристик моторных масел нельзя переоценить. Именно от масла зависит качество работы и ресурс двигателя. Выбранный Вами способ исследования дает наилучший практический результат. Именно такая форма исследования позволяет определять как проявляются качественные характеристики масла в различных условиях. С Уважением, Сергей Кузнецов.

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Уважаемый Владимир Анатольевич! Очень интересная работа представляющий прикладное значение для народного хозяйства не только Украины, но и всех стран постсоветского пространства.Желаю успехов во внедрение задумок на промышленном уровне. Оценка доклада 9 баллов. С уважением Накибулло Бабаев

Трещалин Михаил Юрьевич

Уважаемый Владимир Анатольевич Прекрасная и практически нужная работа, подтвержденная экспериментом. Осталось внедрить. С уважением М.Ю. Трещалин

Симонян Геворг Саркисович

Уважаемый Владимир Анатольевич очередная отличная работа. Вами разработана чувствительный первичный измерительная система для анализа свойств моторных масел. Также тестировани изменения параметры синтетических масел при различных температурах нагрева , когда в них введена присадка для стабилизации вязкости. С уважением Геворг Саркисович Симонян.
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.