内燃机车用轻柴油蒸馏测定法中检测误差的发现与解决

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出液体积检测误差，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石油产品蒸馏测定

2、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，馏出液体的体积很难读准确。为深入了解肉眼观测馏

3、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、10号轻柴油分别进行了40%、50%和60%回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：轻柴油蒸馏馏出量测定原始记录项 目观测温度（）量桶质量（g）量筒+样品质量（g）样品质量(g)实测密度(Kg/m3)实际体积(ml)人工读数(ml)体积误差(ml)相对误差(%)0号轻柴油40%回收温度260.575.6910108.856133.1651833.539.6340.000.370.9350%回收温度275.575.75

4、77117.164741.4070838.249.4050.000.601.2160%回收温度290.575.5910125.450249.8592842.559.2360.000.771.3010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282.075.7432125.682549.9492843.059.2560.000.751.26样品名称： 0号柴油 样品密度：857.0 产地：长

5、岭路口铺 检验时间：2007年12月15日样品名称：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%、60%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）依次为：833.7、838.6、843.0。无论是0号还是-10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

6、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。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%回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±0.5毫升。在0号轻柴油中超出误差的有0.60、 0.77、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

7、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（Contact Image Sensor，简称CIS）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=S×H）的实时变化dV，除以检测所用的

8、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

9、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）、0.13（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%回收温度时）、4.624.77倍（50%回收温度时）、7.507.70倍（60%回收温度时）其体积读数误差完

10、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%回收温度时）、4.654.85倍（50%回收温度时）、7.007.65倍（60%回收温度时）。 表2： 轻柴油蒸馏馏出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/T65361997石油产品蒸馏测定法轻柴油蒸馏仪馏出液的新型光电检测方法人工读数（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39.6340.000.370.9339.783339.780.15330.150.38690.3850%回收温度49.4050.000.601.214

11、9.528949.530.12890.130.26090.2660%回收温度59.2360.000.771.3059.334359.330.10430.100.17610.1710号轻柴油40%回收温度39.5840.000.421.0639.733539.730.15350.150.38770.3950%回收温度49.3850.000.621.2649.509049.510.12900.130.26110.2660%回收温度59.2560.000.751.2659.354359.350.10430.100.17600.183.3 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

12、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 - 0.2530D0.0025V 0.2524RD0.2524÷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 128041991 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，并且完全符合国家标准和使