CN108037098B - 一种生物质基调和燃料的互溶性测试系统及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物质基调和燃料的互溶性测试系统及其测试方法。所述系统包括投料装置、混料罐、光感装置和控制装置，投料装置包括至少两个燃料瓶，燃料瓶通过油管与混料罐连接，每个燃料瓶对应连接的油管上设有流量阀；光感装置包括设置于混料罐上方的激光器、设置于混料罐内底面的反光机构以及设置于反光机构一侧的感光机构，感光机构的输出端与控制装置的输入端信号连接，激光器的输入端和流量阀的输入端分别与控制装置的输出端信号连接。本发明结构简单，利用ECU控制装置对各个机构进行数控，利用调和燃料于互溶状态和分层状态（即不互溶状态）下的折射率不同原理，可以快速测定调和燃料的互溶性、以及调和燃料的互溶性与环境温度之间的变化关系。
Description
技术领域
本发明属于调和燃料测试技术领域，尤其涉及一种生物质基调和燃料的互溶性测试系统及其测试方法。
背景技术
发展汽车清洁代用燃料可缓解环境污染和减少化石能源依赖得到众多国内外学者的认可。生物质基液体燃料具有来源广泛、可再生、易储存和与化石能源具有相似的性质而得到广泛应用。以生物柴油、生物乙醇、生物丁醇、乙酰丙酸甲酯、乙酰丙酸乙酯、乙酰丙酸丙酯和γ戊内酯等生物质基燃料为例，在研究替代化石燃料的进程中，首先要进行与化石燃料的互溶性试验，生物质基调和燃料的互溶性是生物质基液体燃料应用于车用内燃机的前提。生物质基燃料的种类繁多，成分复杂，采用快速准确的手段测试生物质基燃料和化石能源的互溶比例范围，对加快生物质基代用燃料的研究进程具有较大意义。传统互溶性试验具有费时费力等缺陷，因此开发一种互溶性测试装置是实现调和燃料互溶度快速测试的可行性方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质基调和燃料的互溶性测试系统及其测试方法，所述系统结构简单，操作方便，利用调和燃料于互溶状态和分层状态（即不互溶状态）下的折射率不同原理，可用于快速测定调和燃料的互溶性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种生物质基调和燃料的互溶性测试系统，所述系统包括投料装置、混料罐、光感装置和控制装置，所述投料装置包括至少两个燃料瓶，燃料瓶通过油管与混料罐连接，每个燃料瓶对应连接的油管上设有流量阀；所述光感装置包括设置于混料罐上方的激光器、设置于混料罐内底面的反光机构以及设置于反光机构一侧的感光机构，感光机构的输出端与控制装置的输入端信号连接，激光器的输入端和流量阀的输入端分别与控制装置的输出端信号连接。
优选的，所述反光机构为水平放置的反光镜，感光机构为板面上布设有光敏传感器的板体，板体设有光敏传感器的板面朝向激光器设置；激光器呈与竖直直线一定夹角设置且激光器的激光头朝向板体倾斜。
优选的，所述油管一端与相应燃料瓶连接，另一端与三通管的端部连接，三通管与混料罐连通。
优选的，所述系统还包括水浴缸，混料罐位于水浴缸内，水浴缸内设有温控机构和第一温度检测器，第一温度检测器的输出端与控制装置的输入端连接，温控机构的输入端与控制装置的输出端连接。
优选的，所述混料罐内设有搅拌器和第二温度检测器，第二温度检测器的输出端与控制装置的输入端连接，搅拌器的输入端与控制装置的输出端连接。
优选的，所述系统还包括LED显示器，LED显示器的输入端与控制装置的输出端连接。
优选的， 所述控制装置为ECU控制系统。
使用上述生物质基调和燃料的互溶性测试系统进行测试的方法，步骤如下：
1）控制测试系统处于恒温条件下，向不同的燃料瓶内分别导入基液和添加剂溶液，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为基点，然后关闭激光器；
2）通过流量阀向混料罐内定量注入基液并使得混料罐内基液埋没反光机构，搅拌器搅拌混料罐内的液体一定时长，待混料罐内液面平静且无气泡状态下，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A0，然后关闭激光器；
3）通过流量阀向混料罐内按体积单位注入添加剂溶液，待混料罐内液面平静且无气泡状态下，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A1，然后关闭激光器；
4）重复步骤3）操作向混料罐中注入相同体积单位的添加剂溶液，并分别记录相应光斑的位置信号为A2、A3、A4.....An，A0至An对应的光斑位置相对于基点对应的光斑位置的位移关系呈规律性变化，待An+1对应的光斑位置相对于基点对应的光斑位置的位移关系呈不规律性变化时代表混料罐内的液体出现分层现象导致折射率突变，即表明当前温度状态下基液和添加液溶液不再互溶，控制装置计算混料罐内分层现象发生前添加剂溶液的累积注入量获得调和燃料的互溶比例。
进一步，可通过LED显示器显示相应的数据，即当前混料罐内的温度、基液的添加量和添加剂溶液的总添加量，计算出当前温度下，基液和添加液溶液的互溶程度。
同时，本发明所述测试系统也可以测定调和燃料的互溶性与环境温度之间的变化关系，方法如下：
1）向不同的燃料瓶内分别导入基液和添加剂溶液，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为基点，然后关闭激光器；
2）通过流量阀向混料罐内按比例定量注入基液和添加剂溶液，并使得混料罐内液体埋没反光机构，待混料罐内液面平静且无气泡、分层状态下，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A0，然后关闭激光器；
3）对混料罐进行温度单位的升温或降温，具体可通过水浴缸的温控机构进行，待混料罐内液面平静且无气泡状态下，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A1，然后关闭激光器；
4）重复步骤3）操作对混料罐进行相同温度单位的梯度升温或降温，并分别记录调温后相应光斑的位置信号为A2、A3、A4.....An，A0至An对应的光斑位置相对于基点对应的光斑位置的位移关系呈规律性变化，待An+1对应的光斑位置相对于基点对应的光斑位置的位移关系呈不规律性变化时代表混料罐内的液体出现分层现象导致折射率突变，即表明当前温度状态下基液和添加液溶液不再互溶，记录此时的温度信息即得调和燃料的互溶性与温度的关系，具体可通过混料罐内的第二温度检测器将当前混料罐内的温度信息进行检测并通过LED显示器显示相应数据。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明结构简单，利用ECU控制装置对各个电气机构进行数控，操作方便，利用调和燃料于互溶状态和分层状态（即不互溶状态）下的折射率不同原理，可以快速测定调和燃料的互溶性、以及调和燃料的互溶性与环境温度之间的变化关系。
附图说明
图1为具体实施方式中生物质基调和燃料的互溶性测试系统的结构示意图；
图2为具体实施方式中使用生物质基调和燃料的互溶性测试系统对γ戊内酯和汽油的互溶比例进行测定的光斑位移图；
图3为具体实施方式中使用生物质基调和燃料的互溶性测试系统对γ戊内酯和汽油的互溶性与环境温度之间的变化关系测定的光斑位移示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种生物质基调和燃料的互溶性测试系统，所述系统包括投料装置、混料罐、光感装置、水浴缸、LED显示器5和控制装置：
所述投料装置包括两个燃料瓶41，每个燃料瓶41底部对应连接有油管，油管通过三通管43与混料罐2连通，每个燃料瓶41对应连接的油管上设有体积流量阀42；
所述光感装置包括激光器31、反光机构32和感光机构33，所述激光器31设置于混料罐2上方且呈与竖直直线一定夹角设置；反光机构32为水平设置于混料罐2内底面的反光镜；感光机构33为板面上布设有光敏传感器的板体，板体设置于反光机构32一侧且其设有光敏传感器的板面朝向激光器31设置，激光器31的激光头朝向板体倾斜。
混料罐2位于水浴缸1内，水浴缸1内设有温控机构12和第一温度检测器11，混料罐2内设有搅拌器21和第二温度检测器22。
所述控制装置为ECU控制装置6，感光机构33的光敏传感器输出端与ECU控制装置6的输入端信号连接，激光器31的输入端和体积流量阀42的输入端分别与ECU控制装置6的输出端信号连接；第一温度检测器11和第二温度检测器22的输出端分别与ECU控制装置6的输入端连接，温控机构12和搅拌器21的输入端分别与ECU控制装置6的输出端连接；LED显示器5的输入端与ECU控制装置6的输出端连接。
以γ戊内酯为例，使用上述生物质基调和燃料的互溶性测试系统对γ戊内酯和汽油的互溶比例进行测定，步骤如下：
1）向两燃料瓶41内分别导入200体积汽油和200体积γ戊内酯，汽油为基液，γ戊内酯为添加剂溶液，向水浴缸1中注入冷却液， ECU控制装置6控制温控机构12工作并使得冷却液温度达到20℃后，ECU控制装置6控制激光器31开启，激光器31发射的光束经过反光机构32反射至感光机构33的板体上，光敏传感器感应光斑，并通过控制装置标记其位置信号为基点，然后ECU控制装置控制激光器关闭；
2）ECU控制装置控制流量阀开启并向混料罐内注入100体积基液并使得混料罐内基液埋没反光机构，待第二温度检测器检测混料罐内基液温度达到20℃且其平静无气泡状态下，ECU控制装置控制激光器开启，激光器发射的光束经过基液折射后并通过反光机构反射至感光机构的板体上，光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A0，然后ECU控制装置控制激光器关闭；
3）ECU控制装置控制流量阀开启并向混料罐内注入1体积的添加剂溶液，ECU控制装置控制搅拌器搅拌混料罐内的液体一定时长，待第二温度检测器检测混料罐内液体温度达到20℃且其平静无气泡状态下，ECU控制装置控制激光器开启，激光器发射的光束经过液体折射后并通过反光机构反射至感光机构的板体上，光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A1，然后ECU控制装置控制激光器关闭；
4）重复步骤3）操作向混料罐中注入1体积单位的添加剂溶液，并分别记录相应光斑的位置信号为A2、A3、A4.....An，A0至An对应的光斑位置相对于基点对应的光斑位置的位移关系呈规律性变化，待An+1对应的光斑位置相对于基点对应的光斑位置的位移关系呈不规律性变化（如图2所示）时则代表混料罐内的液体已出现分层，导致折射率突变，即表明当前温度状态下基液和添加液溶液不再互溶，控制装置计算混料罐内分层现象出现前的添加剂溶液的累积注入量，并通过LED显示器显示相应数据：环境温度20℃，汽油100体积单位和γ戊内酯35体积单位。
还可利用本发明所述测试系统测定调和燃料的互溶性与环境温度之间的变化关系，方法如下：
1）向两燃料瓶内分别导入200体积汽油和200体积γ戊内酯，汽油设置为基液，γ戊内酯设置为添加剂溶液，向水浴缸中注入冷却液， ECU控制装置控制温控机构工作并使得冷却液温度达到0℃后，ECU控制装置控制激光器开启，激光器发射的光束经过反光机构反射至感光机构的板体上，光敏传感器感应光斑，并通过控制装置标记其位置信号为基点，然后ECU控制装置控制激光器关闭；
2）ECU控制装置控制流量阀开启并向混料罐内按体积比例100:35注入基液和添加剂溶液，并使得混料罐内液体埋没反光机构，待第二温度检测器检测混料罐内液体温度达到0℃且其平静无气泡状态下，ECU控制装置控制激光器开启，激光器发射的光束经过混合液折射后并通过反光机构反射至感光机构的板体上，光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A0，然后ECU控制装置控制激光器关闭；
3）ECU控制装置控制温控机构工作并使得冷却液温度升高1℃，待第二温度检测器检测混料罐内液体温度达到相应温度后且平静无气泡状态下，ECU控制装置控制激光器开启，激光器发射的光束经过液体折射后并通过反光机构反射至感光机构的板体上，光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A1，然后ECU控制装置控制激光器关闭；
4）重复步骤3）操作对混料罐进行梯度升温（如果基点设置在高温，也可以采用梯度降温的方式），并分别记录加热后相应光斑的位置信号为A2、A3、A4.....An，A0至An对应的光斑位置相对于A0对应的光斑位置的位移关系呈规律性变化，待An+1对应的光斑位置相对于A0对应的光斑位置的位移关系呈不规律性变化时（如图3所示）代表混料罐内的液体出现分层现象导致折射率突变，即表明当前温度状态下基液和添加液溶液不再互溶，混料罐内的第二温度检测器将当前混料罐内的温度信息进行检测并通过LED显示器显示相应数据：温度20℃。
Claims (7)
1.一种生物质基调和燃料的互溶性测试系统，其特征在于，所述系统包括投料装置、混料罐、光感装置和控制装置，所述投料装置包括至少两个燃料瓶，燃料瓶通过油管与混料罐连接，每个燃料瓶对应连接的油管上设有流量阀；所述光感装置包括设置于混料罐上方的激光器、设置于混料罐内底面的反光机构以及设置于反光机构一侧的感光机构，感光机构的输出端与控制装置的输入端信号连接，激光器的输入端和流量阀的输入端分别与控制装置的输出端信号连接；
所述系统还包括水浴缸，混料罐位于水浴缸内，水浴缸内设有温控机构和第一温度检测器，第一温度检测器的输出端与控制装置的输入端连接，温控机构的输入端与控制装置的输出端连接；
所述混料罐内设有搅拌器和第二温度检测器，第二温度检测器的输出端与控制装置的输入端连接，搅拌器的输入端与控制装置的输出端连接。
2.如权利要求1所述的生物质基调和燃料的互溶性测试系统，其特征在于，所述反光机构为水平放置的反光镜，感光机构为板面上布设有光敏传感器的板体，板体设有光敏传感器的板面朝向激光器设置；激光器呈与竖直直线一定夹角设置且激光器的激光头朝向板体倾斜。
3.如权利要求1所述的生物质基调和燃料的互溶性测试系统，其特征在于，所述油管一端与相应燃料瓶连接，另一端与三通管的端部连接，三通管与混料罐连通。
4.如权利要求1所述的生物质基调和燃料的互溶性测试系统，其特征在于，所述系统还包括LED显示器，LED显示器的输入端与控制装置的输出端连接。
5.如权利要求1-4任一所述的生物质基调和燃料的互溶性测试系统，其特征在于，所述控制装置为ECU控制系统。
6.使用权利要求1-5任一所述生物质基调和燃料的互溶性测试系统进行测试的方法，其特征在于，步骤如下：
1）控制测试系统处于恒温条件下，向不同的燃料瓶内分别导入基液和添加剂溶液，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为基点，然后关闭激光器；
2）通过流量阀向混料罐内定量注入基液并使得混料罐内基液埋没反光机构，待混料罐内液面平静且无气泡状态下，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A0，然后关闭激光器；
3）通过流量阀向混料罐内按体积单位注入添加剂溶液，待混料罐内液面平静且无气泡状态下，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A1，然后关闭激光器；
4）重复步骤3）操作向混料罐中注入相同体积单位的添加剂溶液，并分别记录相应光斑的位置信号为A2、A3、A4.....An，A0至An对应的光斑位置相对于基点对应的光斑位置的位移关系呈规律性变化，待An+1对应的光斑位置相对于基点对应的光斑位置的位移关系呈不规律性变化时代表混料罐内的液体出现分层现象导致折射率突变，控制装置计算混料罐内分层现象发生前添加剂溶液的累积注入量获得调和燃料的互溶比例。
7.使用权利要求1-5任一所述生物质基调和燃料的互溶性测试系统进行测试的方法，其特征在于，步骤如下：
1）向不同的燃料瓶内分别导入基液和添加剂溶液，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为基点，然后关闭激光器；
2）通过流量阀向混料罐内按比例定量注入基液和添加剂溶液，并使得混料罐内液体埋没反光机构，待混料罐内液面平静且无气泡、分层状态下，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A0，然后关闭激光器；
3）对混料罐进行温度单位的升温或降温，待混料罐内液面平静且无气泡状态下，开启激光器，感光机构通过光敏传感器感应反射机构反射后的光斑，并通过控制装置标记其位置信号为A1，然后关闭激光器；
4）重复步骤3）操作对混料罐进行相同温度单位的梯度升温或降温，并分别记录调温后相应光斑的位置信号为A2、A3、A4.....An，A0至An对应的光斑位置相对于基点对应的光斑位置的位移关系呈规律性变化，待An+1对应的光斑位置相对于基点对应的光斑位置的位移关系呈不规律性变化时代表混料罐内的液体出现分层现象导致折射率突变，记录此时的温度信息即得调和燃料的互溶性与温度的关系。
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