基于介電常數(shù)法的生物柴油混合燃料混合比車載檢測方法研究

宋 捷

（山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，山西 長治 046000）

傳統(tǒng)能源的日益枯竭需要開發(fā)新的可再生能源，環(huán)境保護與汽車工業(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研究人員的重視。

但經(jīng)過前期研究，不同種屬和不同比例生物柴油混合燃料在車用時，其對發(fā)動機的噴油特性、燃燒性能、排放性和動力性上都有顯著的影響。為優(yōu)化發(fā)動機性能，并開發(fā)生物柴油發(fā)動機控制系統(tǒng)，生物柴油混合燃料混合比車載檢測方法成為其重要研究內(nèi)容。

本論文依據(jù)介電常數(shù)測試原理，通過試驗分析方法，找出了生物柴油混合燃料混合比與其相對介電常數(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試模型。

1 試驗方法

1.1 試驗儀器和試驗油品

BI-870介電常數(shù)儀。

本試驗中使用的油品是由北京凱藍森工貿(mào)有限責任公司生產(chǎn)的大豆油酸制生物柴油，試驗中使用的礦物柴油是東北地區(qū)冬季常用的-35號柴油和春秋季常用的0號柴油。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號柴油配置的混合燃料為一組；以生物柴油和0號柴油配置的混合燃料為二組。兩組混合燃料的配置過程相同，混合比例相同，配置過程如下：

利用兩個量程為50ml的滴定管，其中一個負責滴定生物柴油，另一個負責滴定礦物柴油。通過兩個滴定管的配合使用，配制生物柴油與礦物柴油體積比0%、5%、10%、20%、40%、50%、80%、100%的8個混合燃料各50ml。

1.2 試驗過程

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

（2）打開儀器電源開關(guān)，將測量檔位調(diào)至到1-20檔，此時測試探頭置于空氣中，然后先后調(diào)整粗調(diào)、細調(diào)旋鈕；使得測試儀器LED顯示為1.00，即為空氣相對介電常數(shù)。

（3）將第一個測試樣置于測試專用的測試皿內(nèi)，此時放入儀器測試探頭，并使其完全浸沒于油樣中；

（4）先后調(diào)整粗調(diào)、細調(diào)旋鈕，當儀器上兩盞紅燈熄滅時，讀取試樣的相對介電常數(shù)值；

（5）重復(fù)三次操作，相對介電常數(shù)增值取平均值；

（6）用專用的清洗劑對測試皿、儀器測試探頭進行清洗，并吹干，方可進行下一個試樣的測試。

2 混合比測試模型的建立

2.1 試驗結(jié)果

兩組生物柴油混合燃料的相對介電常數(shù)值見表1，表2。

表1 一組混合燃料相對介電常數(shù)值

表2 二組混合燃料相對介電常數(shù)值

2.2 生物柴油混合比測試模型的建立

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

由兩組試驗數(shù)據(jù)和一元線性回歸的計算公式 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介電常數(shù)之間具有顯著的線性關(guān)系。

2.3 測試模型的試驗驗證

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

表3 一組回歸效果測試表

表4 一組回歸效果測試表

通過表3，表4可以看出由所建模型測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的精確比例的誤差率不大于4.0%，誤差來源可能是由于試驗中儀器測試皿、測試探頭未洗凈和儀器設(shè)備的系統(tǒng)誤差造成，可以通過今后的大量取樣測試解決，從而進一步提高回歸效果。

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

4 結(jié)語

在實驗室條件下，通過介電常數(shù)儀對兩組生物柴油混合燃料的相對介電常數(shù)值進行了測試，并用一元線性回歸法對試驗結(jié)果進行了回歸分析，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系統(tǒng)測試提供了有效依據(jù)。

[1]董堯清，劉永祥．車用生物柴油的現(xiàn)狀與發(fā)展前[J]．現(xiàn)代車用動力，2007,11(4)．

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[6]何少華．試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M]．國防科技大學(xué)出版社，2002：144-157．