基于介電常數(shù)法的生物柴油混合燃料混合比車載檢測(cè)方法研究

宋 捷

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，山西 長(zhǎng)治 046000）

傳統(tǒng)能源的日益枯竭需要開(kāi)發(fā)新的可再生能源，環(huán)境保護(hù)與汽車工業(yè)的發(fā)展需要清潔油料。生物柴油是以植物或動(dòng)物油脂及其產(chǎn)物為原料制成的可再生能源，作為柴油替代能源的生物柴油以其較為優(yōu)越的車輛使用性能和環(huán)保性能受到了世界各國(guó)研究人員的重視。

但經(jīng)過(guò)前期研究，不同種屬和不同比例生物柴油混合燃料在車用時(shí)，其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油特性、燃燒性能、排放性和動(dòng)力性上都有顯著的影響。為優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能，并開(kāi)發(fā)生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，生物柴油混合燃料混合比車載檢測(cè)方法成為其重要研究?jī)?nèi)容。

本論文依據(jù)介電常數(shù)測(cè)試原理，通過(guò)試驗(yàn)分析方法，找出了生物柴油混合燃料混合比與其相對(duì)介電常數(shù)之間的映射關(guān)系，建立了基于介電常數(shù)的混合燃料混合比測(cè)試模型。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)油品

BI-870介電常數(shù)儀。

本試驗(yàn)中使用的油品是由北京凱藍(lán)森工貿(mào)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的大豆油酸制生物柴油，試驗(yàn)中使用的礦物柴油是東北地區(qū)冬季常用的-35號(hào)柴油和春秋季常用的0號(hào)柴油。生物柴油分別與兩種礦物柴油混合得到兩組混合燃料，并以生物柴油和-35號(hào)柴油配置的混合燃料為一組；以生物柴油和0號(hào)柴油配置的混合燃料為二組。兩組混合燃料的配置過(guò)程相同，混合比例相同，配置過(guò)程如下：

利用兩個(gè)量程為50ml的滴定管，其中一個(gè)負(fù)責(zé)滴定生物柴油，另一個(gè)負(fù)責(zé)滴定礦物柴油。通過(guò)兩個(gè)滴定管的配合使用，配制生物柴油與礦物柴油體積比0%、5%、10%、20%、40%、50%、80%、100%的8個(gè)混合燃料各50ml。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

（1）用儀器專用清洗劑（環(huán)己烷）清洗儀器測(cè)試探頭內(nèi)腔；

（2）打開(kāi)儀器電源開(kāi)關(guān)，將測(cè)量檔位調(diào)至到1-20檔，此時(shí)測(cè)試探頭置于空氣中，然后先后調(diào)整粗調(diào)、細(xì)調(diào)旋鈕；使得測(cè)試儀器LED顯示為1.00，即為空氣相對(duì)介電常數(shù)。

（3）將第一個(gè)測(cè)試樣置于測(cè)試專用的測(cè)試皿內(nèi)，此時(shí)放入儀器測(cè)試探頭，并使其完全浸沒(méi)于油樣中；

（4）先后調(diào)整粗調(diào)、細(xì)調(diào)旋鈕，當(dāng)儀器上兩盞紅燈熄滅時(shí)，讀取試樣的相對(duì)介電常數(shù)值；

（5）重復(fù)三次操作，相對(duì)介電常數(shù)增值取平均值；

（6）用專用的清洗劑對(duì)測(cè)試皿、儀器測(cè)試探頭進(jìn)行清洗，并吹干，方可進(jìn)行下一個(gè)試樣的測(cè)試。

2 混合比測(cè)試模型的建立

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

兩組生物柴油混合燃料的相對(duì)介電常數(shù)值見(jiàn)表1，表2。

表1 一組混合燃料相對(duì)介電常數(shù)值

表2 二組混合燃料相對(duì)介電常數(shù)值

2.2 生物柴油混合比測(cè)試模型的建立

根據(jù)繪制出的兩幅散點(diǎn)圖1，圖2，可以看出，相對(duì)介電常數(shù)與生物柴油混合燃料混合比基本成線性關(guān)系，可對(duì)所得數(shù)據(jù)采用一元線性回歸法進(jìn)行處理。

由兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)和一元線性回歸的計(jì)算公式 得[6]：

b1=95.885，a1=209.10，r1=0.999

b2=96.275，a2=208.03，r2=0.999

因此，基于介電常數(shù)的生物柴油混合燃料混合

比測(cè)試模型為：

兩條回歸直線的線性回歸系數(shù)：r都趨近于1，說(shuō)明兩組生物柴油混合燃料的混合比例和生物柴油混合燃料的相對(duì)介電常數(shù)之間具有顯著的線性關(guān)系。

2.3 測(cè)試模型的試驗(yàn)驗(yàn)證

為證明所建模型的準(zhǔn)確性，分別將兩組試驗(yàn)測(cè)得的生物柴油混合燃料的相對(duì)介電常數(shù)值帶入所建模型，分別得到由所建模型測(cè)試生物柴油混合燃料的混合比，并計(jì)算與真值的誤差值和誤差率。如表3，表4所示。

表3 一組回歸效果測(cè)試表

表4 一組回歸效果測(cè)試表

通過(guò)表3，表4可以看出由所建模型測(cè)試的生物柴油混合燃料的混合比例與生物柴油混合燃料配置時(shí)的精確比例的誤差率不大于4.0%，誤差來(lái)源可能是由于試驗(yàn)中儀器測(cè)試皿、測(cè)試探頭未洗凈和儀器設(shè)備的系統(tǒng)誤差造成，可以通過(guò)今后的大量取樣測(cè)試解決，從而進(jìn)一步提高回歸效果。

通過(guò)比較兩組生物柴油混合燃料的相對(duì)介電常數(shù)值，可以看出第二組試驗(yàn)測(cè)得各比例混合燃料的相對(duì)介電常數(shù)值比第一組小0.1左右，進(jìn)過(guò)分析相對(duì)介電常數(shù)差值由于使用的介電常數(shù)儀器的調(diào)零誤差和測(cè)試誤差造成。由試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和系統(tǒng)誤差分析，看出0號(hào)礦物柴油和-35號(hào)礦物柴油的相對(duì)介電常數(shù)值基本相同，進(jìn)而生物柴油和不同牌號(hào)的礦物柴油混合得到的生物柴油混合燃料的相對(duì)介電常數(shù)值基本不變。

4 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)驗(yàn)室條件下，通過(guò)介電常數(shù)儀對(duì)兩組生物柴油混合燃料的相對(duì)介電常數(shù)值進(jìn)行了測(cè)試，并用一元線性回歸法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了回歸分析，分析結(jié)果表明生物柴油混合燃料混合比例與其相對(duì)介電常數(shù)存在顯著的線性關(guān)系，并構(gòu)建了基于介電常數(shù)的生物柴油混合燃料混合比測(cè)試模型。該模型的建立為生物柴油混合燃料混合比車載檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試提供了有效依據(jù)。

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