內(nèi)燃機(jī)車用輕柴油蒸餾測(cè)定法中檢測(cè)誤差的發(fā)現(xiàn)與解決

1、內(nèi)燃機(jī)車用輕柴油蒸餾測(cè)定法中檢測(cè)誤差的發(fā)現(xiàn)與解決新鄉(xiāng)機(jī)務(wù)段 趙東捷，安靜茹，孫立偉摘 要：通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)車用輕柴油蒸餾測(cè)定法中存在著餾出液體積檢測(cè)誤差，作者采用新型光電檢測(cè)方法使其誤差大大減小，并完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，有效地提高了輕柴油化驗(yàn)的工作效率和檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：輕柴油；蒸餾；檢測(cè)；誤差；解決1 前言內(nèi)燃機(jī)車用輕柴油質(zhì)量的檢驗(yàn)是機(jī)務(wù)段化驗(yàn)室的日常工作，也是內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)安全正常運(yùn)行的保證。十六烷值是輕柴油的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，可是全路各機(jī)務(wù)段化驗(yàn)室均沒(méi)有測(cè)定輕柴油十六烷值的可連續(xù)改變壓縮比的專用單缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，目前機(jī)務(wù)段化驗(yàn)室是按照GB/T65361997石油產(chǎn)品蒸餾測(cè)定

2、法的規(guī)定來(lái)進(jìn)行輕柴油的蒸餾試驗(yàn)，測(cè)定輕柴油餾出40%、50%和60%體積時(shí)的蒸餾溫度，用來(lái)計(jì)算十六烷指數(shù)作為近似的十六烷值1，以判斷輕柴油的是否合格，從而確保內(nèi)燃機(jī)車使用性能優(yōu)良的輕柴油。2 檢測(cè)誤差的發(fā)現(xiàn)我們按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2規(guī)定的方法取一定體積的輕柴油試樣按適合于輕柴油性質(zhì)規(guī)定的條件進(jìn)行蒸餾。在試驗(yàn)過(guò)程中需要兩名化驗(yàn)人員進(jìn)行操作，其中一人要認(rèn)真地觀察溫度計(jì)讀數(shù)，而另外一名化驗(yàn)員需要實(shí)時(shí)觀察餾出液在玻璃量筒中的體積，目前的方法是靠肉眼觀測(cè)，但是肉眼觀測(cè)精度低，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)并讀出準(zhǔn)確結(jié)果，而且負(fù)責(zé)讀餾出液體積的人員還要同時(shí)觀看秒表，控制流速。所以，餾出液體的體積很難讀準(zhǔn)確。為深入了解肉眼觀測(cè)餾

3、出液的體積誤差究竟有多大，其結(jié)果否能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3的要求。我們對(duì)不同產(chǎn)地的0號(hào)、10號(hào)輕柴油分別進(jìn)行了40%、50%和60%回收溫度時(shí)的人工讀數(shù)體積與實(shí)際體積的測(cè)量，并計(jì)算出誤差及相對(duì)誤差。其具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)（注：每一數(shù)據(jù)均為10次測(cè)量的平均結(jié)果，下同）見表1。表1：輕柴油蒸餾餾出量測(cè)定原始記錄項(xiàng) 目觀測(cè)溫度（）量桶質(zhì)量（g）量筒+樣品質(zhì)量（g）樣品質(zhì)量(g)實(shí)測(cè)密度(Kg/m3)實(shí)際體積(ml)人工讀數(shù)(ml)體積誤差(ml)相對(duì)誤差(%)0號(hào)輕柴油40%回收溫度260.575.6910108.856133.1651833.539.6340.000.370.9350%回收溫度275.575.75

4、77117.164741.4070838.249.4050.000.601.2160%回收溫度290.575.5910125.450249.8592842.559.2360.000.771.3010號(hào)輕柴油40%回收溫度259.075.7089109.447133.7909833.739.5840.000.421.0650%回收溫度270.575.6719117.006541.4087838.649.3850.000.621.2660%回收溫度282.075.7432125.682549.9492843.059.2560.000.751.26樣品名稱： 0號(hào)柴油 樣品密度：857.0 產(chǎn)地：長(zhǎng)

5、嶺路口鋪 檢驗(yàn)時(shí)間：2007年12月15日樣品名稱：10號(hào)柴油 樣品密度：852.5 產(chǎn)地：荊門東 檢驗(yàn)時(shí)間：2008年01月22日由表1可以看出：0號(hào)輕柴油在40%、50%、60%回收溫度時(shí)的實(shí)測(cè)密度（Kg/m3）依次為：833.5、 838.2、842.5；而-10號(hào)輕柴油在40%、50%、60%回收溫度時(shí)的實(shí)測(cè)密度（Kg/m3）依次為：833.7、838.6、843.0。無(wú)論是0號(hào)還是-10號(hào)輕柴油其實(shí)測(cè)密度的數(shù)據(jù)均是由小到大，并逐步增加，但是，無(wú)論怎樣又都小于輕柴油原來(lái)的密度。這充分說(shuō)明隨著蒸餾溫度的升高，輕柴油中的輕質(zhì)餾分先餾出并逐步減少，而重質(zhì)餾分后餾出并逐步增加，由此說(shuō)明我們的蒸

6、餾試驗(yàn)無(wú)論從理論上還是從實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，都完全符合實(shí)際情況，是成功并且可信度較高的試驗(yàn)。從收集的餾出液體積數(shù)據(jù)分析，由表1可以看出：0號(hào)輕柴油在40%、50%、60%回收溫度時(shí)的人工體積讀數(shù)平均誤差依次為：0.37、 0.60、0.77；而-10號(hào)輕柴油在40%、50%、60%回收溫度時(shí)的人工體積讀數(shù)平均誤差依次為：0.42、0.62、0.75。而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3規(guī)定，量筒容量為100毫升時(shí)，僅允許誤差為±0.5毫升。在0號(hào)輕柴油中超出誤差的有0.60、 0.77、在-10號(hào)輕柴油中超出誤差的有0.62、0.75。由此可以說(shuō)明在平時(shí)我們?cè)囼?yàn)中50%、60%回收溫度時(shí)的人工體積讀數(shù)全部超出國(guó)

7、家標(biāo)準(zhǔn)3，只有40%回收溫度時(shí)的人工體積讀數(shù)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。這一較大的誤差現(xiàn)象長(zhǎng)期存在而且一直未被發(fā)現(xiàn)，更沒(méi)有解決。3 檢測(cè)誤差的解決為了提高輕柴油蒸餾檢驗(yàn)的可靠性和油品測(cè)試的自動(dòng)化程度，我們研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型輕柴油蒸餾儀。核心技術(shù)是利用接觸式圖象傳感器，采用新型光電方法來(lái)檢測(cè)蒸餾餾出液，從而提高輕柴油蒸餾餾出液檢測(cè)的準(zhǔn)確性，消除了人工讀數(shù)誤差的存在。3.1 方法簡(jiǎn)介接觸式圖象傳感器（Contact Image Sensor，簡(jiǎn)稱CIS）檢測(cè)流量原理是，讓蒸餾出來(lái)的油液流入量筒，CIS測(cè)出量筒內(nèi)液位的實(shí)時(shí)變化dH，得到量筒內(nèi)液體體積（V=S×H）的實(shí)時(shí)變化dV，除以檢測(cè)所用的

8、微分時(shí)段dt，就可獲得液體流量Q（Q=dV/dt）。因?yàn)镃IS掃描速度很快，掃描一輪僅需時(shí)2ms，所以實(shí)際應(yīng)用中完全可用差分算式來(lái)計(jì)算實(shí)時(shí)流量。由檢測(cè)原理可見，使用本方法時(shí)，應(yīng)保證量筒截面積均勻一致。如圖1所示，線狀光源和線陣CIS器件對(duì)稱地安裝在量筒的兩側(cè)。圖 1 CIS檢測(cè)流量原理CIS檢測(cè)流量的工作過(guò)程為，線狀光源發(fā)出的光射向量筒，透射光被CIS模塊內(nèi)的感光元件檢測(cè)，并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。根據(jù)量筒內(nèi)液體和空氣不同的折射率，可計(jì)算和確定光源和CIS的位置，使經(jīng)過(guò)液面上下方透射到CIS上的光強(qiáng)不同，那么CIS相應(yīng)位置上的感光元件就會(huì)產(chǎn)生反映不同光強(qiáng)的電信號(hào)。這樣，液面位置便可由光強(qiáng)信號(hào)的分界點(diǎn)獲

9、得，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)液面在單位時(shí)間內(nèi)的升高量，就可得到輕柴油蒸餾儀中回收液的體積流量。3.2 兩種檢測(cè)方法的對(duì)比將研制的新型光電測(cè)量方法，應(yīng)用于輕柴油蒸餾餾出液的檢測(cè)效果很好，可有效地提高油品化驗(yàn)分析的效率和檢測(cè)的準(zhǔn)確性。具體對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。從表2可以看出，輕柴油蒸餾儀餾出液的新型光電檢測(cè)方法得到的體積誤差分別為：0.15（40%回收溫度時(shí)）、0.13（50%回收溫度時(shí)）、0.10（60%回收溫度時(shí)），比GB/T65361997石油產(chǎn)品蒸餾測(cè)定法中的體積誤差要小2.472.80倍（40%回收溫度時(shí)）、4.624.77倍（50%回收溫度時(shí)）、7.507.70倍（60%回收溫度時(shí)）其體積讀數(shù)誤差完

10、全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3的要求。同時(shí)，相對(duì)誤差要降低2.452.72倍（40%回收溫度時(shí)）、4.654.85倍（50%回收溫度時(shí)）、7.007.65倍（60%回收溫度時(shí)）。 表2： 輕柴油蒸餾餾出液測(cè)定新型光電檢測(cè)方法與人工讀數(shù)方法的對(duì)比項(xiàng) 目實(shí)際體積（ml）GB/T65361997石油產(chǎn)品蒸餾測(cè)定法輕柴油蒸餾儀餾出液的新型光電檢測(cè)方法人工讀數(shù)（ml)體積誤差（ml）相對(duì)誤差（%）計(jì)算機(jī)讀數(shù)（ml）體積誤差（ml）相對(duì)誤差（%）0號(hào)輕柴油40%回收溫度39.6340.000.370.9339.783339.780.15330.150.38690.3850%回收溫度49.4050.000.601.214

11、9.528949.530.12890.130.26090.2660%回收溫度59.2360.000.771.3059.334359.330.10430.100.17610.1710號(hào)輕柴油40%回收溫度39.5840.000.421.0639.733539.730.15350.150.38770.3950%回收溫度49.3850.000.621.2649.509049.510.12900.130.26110.2660%回收溫度59.2560.000.751.2659.354359.350.10430.100.17600.183.3 擬合公式的建立在表2的基礎(chǔ)上我們進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，將所得數(shù)據(jù)用

12、最小二乘法作線性擬合，發(fā)現(xiàn)總體上線性關(guān)系挺好。得出蒸餾餾出液的實(shí)際體積（V）、與光電方法計(jì)算機(jī)讀數(shù)（D）、光電方法計(jì)算機(jī)體積讀數(shù)誤差（D）以及光電方法計(jì)算機(jī)體積讀數(shù)相對(duì)誤差（RD）的擬合公式：V 1.0025 D - 0.2530D0.0025V 0.2524RD0.2524÷V - 0.0025 將此關(guān)系式編程輸入單片機(jī)后，可直接精確讀得輕柴油餾出液體積檢測(cè)值。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，光電方法計(jì)算機(jī)讀數(shù)的平均誤差為0.1267ml，最小誤差為0.1043ml,最大誤差僅為0.1535ml，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 128041991 實(shí)驗(yàn)室玻璃儀器 量筒中規(guī)定的誤差上限（0.5ml）。由此可以說(shuō)明，光電檢測(cè)方法及擬合公式是可行并成功的。4 結(jié)論目前機(jī)務(wù)段化驗(yàn)室在進(jìn)行輕柴油蒸餾試驗(yàn)過(guò)程中，只有40%回收溫度時(shí)的人工體積讀數(shù)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而50%、60%回收溫度時(shí)的人工體積讀數(shù)全部超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這一現(xiàn)象長(zhǎng)期存在而且一直未被發(fā)現(xiàn)，可見靠人工肉眼觀察體積讀數(shù)已不適合于檢測(cè)餾出液的體積。作者研制的輕柴油蒸餾儀餾出液的新型光電檢測(cè)方法目前已分別應(yīng)用于武漢鐵路局武昌南機(jī)務(wù)段化驗(yàn)室以及鄭州鐵路局洛陽(yáng)機(jī)務(wù)段化驗(yàn)室的輕柴油檢測(cè)中，得出的餾出液檢測(cè)誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人工讀數(shù)誤差，并且完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和使