Methods for measuring motor oil’s impedance
Изтегляне 0.78 Mb.
|
- Навигация на страницата:
- ИЗЛОЖЕНИЕ
|
Методи за измерване на импеданс на моторно масло Дарин ПЕЕВ** Русенски Университет „А. Кънчев”, Русе 7017, ул. “Студентска” №8, Катедра „Електроника”, E-mail: dpeev@ru.acad.bg Methods for measuring motor oil’s impedance: In this paper are investigated the qualities of several methods for impedance measurement of motor oil, including auto balancing bridge technique and the Frequency Response Analyzer. Their evaluation is made by criteria such a precision, automation, noise-resistance, frequency band, etc. The most suitable for a laboratory study and for a portable device are determined. Keywords: Impedance measurements, motor oil, frequency response analysis. УводОпределянето на интервалите за смяна на моторното масло по изминати километри или изтекло време не гарантира пълното използване на ресурса на моторното масло. Удължаване времето за експлоатация, от друга страна крие рискове то да остане в двигателя въпреки изтеклата работоспособност, породено от замърсяване, изчерпване на добавките или ускорена деградация. Смяна на масло с остатъчен ресурс неизбежно води до загуби, т.к. трябва да бъде изхвърлено или преработено, отново с цената на определен негативен екологичен ефект и ресурси. Едно от възможните решения е периодична проверка на неговите свойства. Такива лабораторни тестове костват минимум 1-2 дни за изследване, изискват реактиви и ресурси. По-рационално е използването на система за мониторинг, инсталирана на превозното средство или преносима система за бърз анализ на качеството на маслото. Водещи автомобилни компании като General Motors и DaimlerChrysler вече поставят системи за мониторинг предупреждаващи водача кога трябва да се извърши смяна. Част от тези системи отчитат единствено условията на експлоатация като температура, обороти и километраж, без да оценяват което и да е физико-химично свойство на моторното масло. Този индиректен подход не предполага обективност на резултата. Перспективните системи за бърз анализ на качеството на маслото са базирани на Електрохимична импедансна спектроскопия (Electrochemical Impedance Spectroscopy), където измерването на импеданс на маслото за различни честоти е ключово. Ниската специфична проводимост ( Целта на доклада е да бъдат намерени най-рационалните и надеждни методи за лабораторно изследване и за вграждане в преносимо устройство, роботещо в полеви условия. ИЗЛОЖЕНИЕ1. Чрез електронно-лъчев осцилоскоп (ЕЛО) и фигура на Лисажу При еднолъчев ЕЛО измерването се свежда до измерване на фазова разлика и отношение на напреженията подадени на двата входа Х и Y на отклоняващите пластини при изключена вътрешна развивка. Подаденото на Х входа напрежение е приложеното върху измервателната клетка, съдържаща проба моторно масло, а подаденото на Y входа е със стойност пропорционална на тока през нея. Поради малката стойност на протичащият през маслото ток, последното трябва да бъде усилено. Получената върху екрана на ЕЛО картина е позната като фигура на Лисажу (фиг.1). При двулъчев ЕЛО напреженията се подават на входове Y1 и Y2 при включена линейна развивка. При такава развивка и еднолъчев осцилоскоп е необходим електронен комутатор превключващ периодично двете напрежения. Ако честотата на напрежението е по-малка от 5 Hz се налага използване на запомнящ осцилоскоп. Един от главните недостатъци на метода е невъзможност да се определи в кой квадрант се намира фазовата разлика. За това е нужно допълнително измерване. Грешката на метода достига до 10 ел. градуса [1]. 
Фигура 1. Фигура на Лисажу В схемата на свързване (фиг.2) М е измервателната клетка, а У е необходимият усилвател. В този случай важат уравненията :
където
 - модулът на импеданса
 - ъгълът на дефазиране
 - коефициетът на усилване по напрежение на усилвателя У
Фигура 2. Схема на свързване Конфигурацията на измервателната клетка често представлява два успоредни плоски електрода от неръждаема стомана, пространството между които е запълнено с маслото за измерване. Извод: Поради необходимост от ЕЛО, субективният характер на отчитането на резултата, невъзможност за автоматизиране, както и голямата грешка методът е неприложим както за лабораторни измервания, така и за полеви условия. 2. С променливотоков мост Поради капацитивният характер на импедансът на измервателната клетка е възможно представянето й за конкретна честота като кондензатор Заместването на  и  с елктронно регулиреми съпротивление и капацитет като полеви транзистор и варикап позволява уравновесяването на моста да става цифрово. Долната граница на честотата е по-висока от 10 Hz. Недостатък е фактът, че равновесие се получава при различно напрежение върху измервателната клетка. Това може да се осигури ако се регулират и трите диагонала, което е крайно неудобно. Точността на метода може да достигне
0,1 %. За редуциране влиянието на паразитните капацитети 
Фигура 3. Схема с мост на Нернст ключа S, то не само мостът е уравновесен, но и ND има потенциал равен с маса. Извод: Методът има високо съотношение качество-цена. Може да бъде използван за лабораторни изследвания, както й при преносимо устройство. 3. С преобразувател ток-напрежение Известен в литературата като “Auto balancing bridge method” [3]. С помоща на усилвател с широка честотна лента, високо усилване и голямо входно съпротивление може да се получи висока точност за голям спектър от честоти. Ако коефициента на усилване Ако напреженията се измерват от анологово-цифров преобразувател, фазовата разлика се определя по познатите цифрови методи. Интегралната схема AD5934 на фирмата Analog Devices е устроена по този начин, разполага с вграден програмируем синусоидален генератор и позволява прецизно завършено измерване на импеданс [4]. По отношение на интегрираните електронни средства методът има значителна преднина пред останалите. Точността може да бъде сведена до под 0,1 %. Долната гранична честота е приблизително 10 Hz. Извод: Налични са различни компактни решения с висока точност, съвместими с микропроцесорните системи. Методът е рационален за преносимо устройство. 
Фигура 4. Метод с използване на преобразувател ток-напрежение 4. Чрез цифров честотен анализатор (Digital Frequency Response Analyser) Един от най-мощните методи в електро-химията. Устройство от този тип типично покрива честотен диапазон 1 mHz – 10 MHz. Позволява избор на потенциостатичен или галваностатичен режим на измерване, при които напрежението или токът се поддържат постоянни. Въпреки, че най-често клетката за измерване на импеданс на масло се състои от два електрода, методът е съвместим с дву, три или четириелектродни конфигурации. Уравненията, които важат за показаната блокова схема (фиг.5) на метода са [5]: където  - резултатния сигнал от клетката (съдържащ и шум), имаща предавателна функция 
 - стимулния за клетката сигнал
Фигура 5. Работен принцип на цифров честотен анализатор Предавателната функция тук е самият импеданс. Методът се използва в Електорхимичната импедансна спектроскопия (Electrochemical Impedance Spectroscopy), където не се търси директно физически параметър (като импеданс или проводимост), а предавателната функция представлява отклика на системата за променливо входно въздействие. Методът има висока шумозащитеност. Ако времето за интегриране Цената на честотня анализатор е няколко хиляди долара , но могат да се търсят възможности за наемане на апаратурата. Предлага се с необходимото софтуерно осигуряване, коаксиални кабели, директна комуникация с компютър, индикация и компактен пулт за управление. Има възможност за изчислителна компенсация на паразитни съставки, като индуктивност на кабели и пр.
На основата на критерии като точност, възможност за автоматично управление, шумоустойчивост, честотен диапазон, цена и пр. може да се заключи, че най-подходящ за лабораторни изследвания е методът с цифров честотен анализатор, а за вграждане в преносимо устройство – метод с преобразувател ток-напрежение. ЛИТЕРАТУРА
Изследванията са подкрепени по договор № BG051PO001-3.3.04/28, „Подкрепа за развитие на научните кадри в областта на инженерните научни изследвания и иновациите”. Проектът се осъществява с финансовата подкрепа на Оперативна програма „Развитие на човешките ресурси” 2007-2013, съфинансирана от Европейския социален фонд на Европейския съюз. Каталог: files -> article article -> Характеристики на горивата за двигатели с вътрешно горене ic engines fuel characteristics article -> Утвърдил весела неделчева article -> Конкурс за проект, при реализирането на проекти, финансирани със средства от европейските фондове, по реда на зоп article -> Христо Смирненски article -> Информация по чл. 4, ал. 3 от Наредбата за овос article -> Алгоритми за настройване триточково осветление при наблюдение или заснемане на сценични обекти article -> Analysis of reliability of the chassis of light lorry during operation article -> A decision for plant- growing in large agricultural farms by spreadsheets article -> International Scientific Conference 18 – 19 November 2011, gabrovo Изтегляне 0.78 Mb. Сподели с приятели:
|
) и малката диелектрична проницаемост (
) на обекта за измерване поставя специфични изисквания към метода и неговата реализация [6].
със съответните загуби, изразени от активно съпротивление 
. Ако схемата е мост на Нернст (фиг.3), при равновесие се получава [1]:
между крайщата на нулевият детектор (ND) и маса може да се използва т.н. “маса на Вагнер” [2]. Когато ND има нулево показание и при двете положения на
, то от схемата на фиг.4 за модулът на импеданса може да се запише :
, то интегралите от (6) и (7) имат ненулева стойност само за първия (основен) хармоник. Така се постига пълно изолиране на шума. На практика това не се изпълнява и честотната лента на филтрация е зависима от стойността на Т. Например за измерване при честота 1 Hz и време на интегриране 100 периода, шумовата лента е едва 0,01 Hz.