内燃机车用轻柴油蒸馏测定法中检测误差的发现与解决(精)

1、1内燃机车用轻柴油蒸馏测定法中检测误差的发现与解决新乡机务段赵东捷，安静茹，孙立伟摘 要：通过试验发现内燃机车用轻柴油蒸馏测定法中存在着馏岀液体积检测误差，作者采用新型光电检测方 法使其误差大大减小，并完全符合国家标准的要求，有效地提高了轻柴油化验的工作效率和检测结果的准确性。关键词：轻柴油；蒸馏；检测；误差；解决1前言内燃机车用轻柴油质量的检验是机务段化 验室的日常工作，也是内燃机车柴油机安全正常 运行的保证。十六烷值是轻柴油的一项重要技术 指标，可是全路各机务段化验室均没有测定轻柴 油十六烷值的可连续改变压缩比的专用单缸柴 油发动机装置，目前机务段化验室是按照 GB/T65361997石油

2、产品蒸馏测定法 的规定 来进行轻柴油的蒸馏试验，测定轻柴油馏出 40% 50%和 60%体积时的蒸馏温度，用来计算十 六烷指数作为近似的十六烷值1，以判断轻柴油的是否合格，从而确保内燃机车使用性能优良的 轻柴油。2检测误差的发现我们按照国家标准2规定的方法取一定 体积的轻柴油试样按适合于轻柴油性质规定的条件进行蒸馏。在试验过程中需要两名化验人员 进行操作，其中一人要认真地观察温度计读数， 而另外一名化验员需要实时观察馏出液在玻璃 量筒中的体积，目前的方法是靠肉眼观测，但是肉眼观测精度低，很难实现实时检测并读出准确 结果，而且负责读馏出液体积的人员还要同时观 看秒表，控制流速。所以，馏出液体的体

3、积很难 读准确。为深入了解肉眼观测馏出液的体积误差究 竟有多大，其结果否能符合国家标准3的要求。 我们对不同产地的 0 号、一 10 号轻柴油分别进 行了 40% 50%和 60%收温度时的人工读数体积 与实际体积的测量，并计算出误差及相对误差。其具体试验数据（注：每一数据均为10 次测量的平均结果，下同）见表 1。表 1 ：轻柴油蒸馏馏岀量测定原始记录观测量桶量筒+样品样品实测实际人工体积相对项目温度质量质量质量密度体积读数误差误差C)(g)(g)(g)(Kg/m3)(ml)(ml)(ml)(%)0 号轻柴油40%回收温度260.575.6910108.856133.1651833.539.

4、6340.000.370.9350%回收温度275.575.7577117.164741.4070838.249.4050.000.601.2160%回收温度290.575.5910125.450249.8592842.559.2360.000.771.30-10 号轻柴油40%回收温度259.075.7089109.447133.7909833.739.5840.000.421.0650%回收温度270.575.6719117.006541.4087838.649.3850.000.621.2660%回收温度282.075.7432125.682549.9492843.059.2560.00

5、0.751.26样品名称： 0 号柴油 样品密度：857.0产地：长岭路口铺检验时间：2007 年 12 月 15 日样品名称：一 10 号柴油 样品密度：852.5 产地：荆门东检验时间：2008 年 01 月 22 日由表 1 可以看出：0 号轻柴油在 40% 50% 为：833.7、838.6、843.0。无论是 0 号还是-1060%回收温度时的实测密度（Kg/m3）依次为：833.5、838.2、842.5 ；而-10 号轻柴油在 40%50% 60%回收温度时的实测密度（Kg/m3）依次号轻柴油其实测密度的数据均是由小到大，并逐步增加，但是，无论怎样又都小于轻柴油原来的 密度。这充

6、分说明随着蒸馏温度的升高，轻柴油中的轻质馏分先馏出并逐步减少，而重质馏分后馏出并逐步增加，由此说明我们的蒸馏试验无论 从理论上还是从实测试验数据看，都完全符合实 际情况，是成功并且可信度较高的试验。2从收集的馏出液体积数据分析，由表1 可以看出：0 号轻柴油在 40% 50% 60 嘲收温度 时的人工体积读数平均误差依次为：0.37、0.60、0.77 ;而-10 号轻柴油在 40% 50% 60% 回收温度时的人工体积读数平均误差依次为： 0.42、0.62、0.75。而国家标准3规定，量筒 容量为 100 毫升时，仅允许误差为土 0.5 毫升。 在 0 号轻柴油中超出误差的有0.60、0.

7、77、在-10 号轻柴油中超出误差的有0.62、0.75。由此可以说明在平时我们试验中50% 60%回收温度时的人工体积读数全部超出国家标准3，只有40%回收温度时的人工体积读数符合国家标准。 这一较大的误差现象长期存在而且一直未被发 现，更没有解决。3检测误差的解决为了提高轻柴油蒸馏检验的可靠性和油品 测试的自动化程度，我们研制了具有自主知识产 权的新型轻柴油蒸馏仪。核心技术是利用接触式 图象传感器，采用新型光电方法来检测蒸馏馏出 液，从而提高轻柴油蒸馏馏出液检测的准确性， 消除了人工读数误差的存在。3.1 方法简介接触式图象传感器（Con tact Image Se nsor, 简称 CI

8、S ）检测流量原理是，让蒸馏出来的油液 流入量筒，CIS 测出量筒内液位的实时变化dH,得到量筒内液体体积（V=SxH）的实时变化 dV, 除以检测所用的微分时段dt,就可获得液体流量Q （Q=dV/dt ）。因为 CIS 扫描速度很快，扫描一 轮仅需时 2ms,所以实际应用中完全可用差分算 式Q=V：t来计算实时流量。由检测原理可 见，使用本方法时，应保证量筒截面积均匀一致。 如图 1 所示，线状光源和线阵 CIS 器件对称地安 装在量筒的两侧。图 1 CIS 检测流量原理CIS 检测流量的工作过程为，线状光源发出 的光射向量筒，透射光被 CIS 模块内的感光元件 检测，并转化为电压信号。根

9、据量筒内液体和空 气不同的折射率，可计算和确定光源和 CIS 的位 置，使经过液面上下方透射到CIS 上的光强不同，那么 CIS 相应位置上的感光元件就会产生反 映不同光强的电信号。 这样，液面位置便可由光 强信号的分界点获得，通过实时检测液面在单位 时间内的升高量，就可得到轻柴油蒸馏仪中回收 液的体积流量。3.2 两种检测方法的对比将研制的新型光电测量方法， 应用于轻柴油 蒸馏馏出液的检测效果很好， 可有效地提高油品 化验分析的效率和检测的准确性。具体对比试验 数据见表 2。从表 2 可以看出，轻柴油蒸馏仪馏出液的新 型光电检测方法得到的体积误差分别为：0.15（40%回收温度时） 、 0.

10、13（ 50%回收温度时） 、0.10（60%回收温度时），比 GB/T65361997石 油产品蒸馏测定法中的体积误差要小2.472.80 倍（40 咖收温度时）、4.624.77 倍（50% 回收温度时）、7.507.70 倍（60 伽收温度时） 其体积读数误差完全符合国家标准3的要求。同时，相对误差要降低 2.452.72 倍（40%收 温度时）、4.654.85 倍（50%回收温度时）、7.007.65倍（60%回收温度时）。3表 2 :轻柴油蒸馏馏岀液测定新型光电检测方法与人工读数方法的对比项目实际 体积(ml)GB/T6536 1997石油产品蒸馏测定法轻柴油蒸馏仪馏岀液的新型光电

11、检测方法人工 读数(ml)体积 误差(ml)相对 误差(%计算机读数(ml)体积误差(ml)相对误差(%0 号轻柴油40%回收温度39.6340.000.370.9339.7833 39.780.1533 0.150.3869 0.3850%回收温度49.4050.000.601.2149.5289 49.530.1289 0.130.2609 0.2660%回收温度59.2360.000.771.3059.3343 59.330.1043 0.100.17610.1710 号轻柴油40%回收温度39.5840.000.421.0639.7335 39.730.1535 0.150.3877

12、0.3950%回收温度49.3850.000.621.2649.5090 49.510.1290 0.130.2611 0.2660%回收温度59.2560.000.751.2659.3543 59.350.1043 0.100.1760 0.183.3 拟合公式的建立在表 2 的基础上我们进行了大量的试验，将 所得数据用最小二乘法作线性拟合，发现总体上 线性关系挺好。得出蒸馏馏出液的实际体积(V)、与光电方法计算机读数(D)、光电方法计算机体积读数误差(D)以及光电方法计算机体积读 数相对误差(RD 的拟合公式：V= 1.0025 D - 0.2530D=- 0.0025V + 0.2524

13、RD= 0.2524 - V - 0.0025将此关系式编程输入单片机后，可直接精确 读得轻柴油馏出液体积检测值。在整个试验过程中，光电方法计算机读数的 平均误差为 0.1267ml，最小误差为 0.1043ml, 最大误差仅为0.1535ml，远远小于国家标准GB/T 12804 1991实验室玻璃仪器量筒中规定的误差上限(0.5ml、。由此可以说明，光 电检测方法及拟合公式是可行并成功的。4结论目前机务段化验室在进行轻柴油蒸馏试验 过程中，只有 40%回收温度时的人工体积读数符 合国家标准，而 50% 60%回收温度时的人工体 积读数全部超出国家标准， 这一现象长期存在而 且一直未被发现，可见靠人工肉眼观察体积读数 已不适合于检测馏出液的体积。作者研制的轻柴油蒸馏仪馏出液的新型光 电检测方法目前已分别应用于武汉铁路局武昌 南机务段化验室以及郑州铁路局洛阳机务段化 验室的轻柴油检测中，得出的馏出液检测误差远 远小于人工读数误差，并且完全符合国