АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕФРАКТОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ СРЕД Российский патент 1998 года по МПК G01N33/04 G01N21/43 

Прибор предназначен для контроля параметров жидких сред, он позволяет производить измерения как в прозрачных, так и непрозрачных средах, в том числе мутных, и может быть использован в молочной и других отраслях промышленности.

Основная трудность при измерении показателя преломления любой жидкости, в том числе мутной, при помощи рефрактометра практически любой конструкции заключается в том, что граница между темным и светлым полями, по положению которой определяют величину показателя преломления, сильно размыта вследствие светорассеяния. Это снижает точность отсчета по сравнению с прозрачной жидкостью минимум на порядок вне зависимости от того, каким образом производят отсчет - визуально или при помощи какого-либо светоприемника.

Известен рефрактометр для измерения показателя преломления в жидких средах, в том числе в мутных (рефрактометр с призмой Аббе, работающий в отраженном свете), состоящий из двух призм, выполненных из оптически прозрачного материала и расположенных с образованием между ними камеры для исследуемой жидкости, осветителя и устройства для визуального отсчета величины показателя преломления.

Граница между светлым и темным полями в этом рефрактометре достаточно резкая.

Недостатком известного устройства является наличие погрешности, связанной с субъективным отсчетом величины показателя преломления при помощи глаза. Автоматизация отсчета практически невозможна из-за крайне низкой разности освещенностей светлого и темного полей (низкого контраста).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому прибору является визуальный рефрактометр Аббе, состоящий из осветителя и двух призм, выполненных из оптически прозрачного материала и расположенных с образованием между ними камеры для исследуемой жидкости (Краткая химическая энциклопедия.- М. : Советская энциклопедия, т.4, 1965, с.670-671). Этот прибор работает в проходящем свете, так как контраст светлого и темного полей в нем достаточно высок для того, чтобы использовать в качестве светоприемника фотоэлемент.

Недостатком этого прибора является низкая точность отсчета при измерении показателя преломления мутных жидкостей из-за того, что граница между светлым и темным полями сильно размыта. Кроме того, прототипу, как и всем рефрактометрам с визуальным отсчетом присуща дополнительная погрешность, связанная с субъективным отсчетом величины показателя преломления при помощи глаза.

Технический результат изобретения заключается в создании автоматического рефрактометра с высокой точностью измерения показателя преломления при контроле параметров жидких, в том числе мутных сред, в частности молочных продуктов.

Технический результат достигается тем, что рефрактометр для исследования параметров жидких сред, состоящий из осветителя и двух призм, выполненных из оптически прозрачного материала и расположенных с образованием между ними камеры для исследуемой жидкости, согласно изобретению дополнительно снабжен осветителем, двумя светоприемниками, оптически прозрачной кюветой, расположенной между осветителем и светоприемником, при этом второй светоприемник расположен на выходе сигнала из призмы, а устройство для обработки сигналов с двух светоприемников оснащено индикатором.

Схема и работа предлагаемого устройства пояснена фиг. 1 и 2.

Устройство состоит из осветительной призмы 1 с выходной гранью 2 и измерительной призмы 3 с выходной гранью 4, расположенных с образованием между ними камеры для измеряемой жидкости 5, осветителя 6, расположенного перед входной гранью 2 и светоприемника 7, расположенного перед выходной гранью 4, оптически прозрачной кюветы для измеряемой жидкости 8, расположенной между осветителем 9 и светоприемником 10, устройства для обработки сигналов 11, поступающих со светоприемников и индикатора для представления результатов измерения 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Исследуемую жидкость помещают в камеру 5 и кювету 8 устройства. Свет от осветителя 6 падает на входную грань 2 осветительной призмы 1, которая направляет луч света на поверхности жидкости в камере 5. Этот луч света преломляется исследуемой жидкостью в измерительную призму 3, а из нее - на светоприемник 7.

Луч света от осветителя 9 проходит через слой жидкости в кювете 8 и попадает на светоприемник 10.

Сигналы от светоприемника 7 и 10 поступают в устройство для обработки сигналов 11, которое управляет индикатором для представления результатов измерения 12.

При этом в зависимости от коэффициента преломления жидкости меняется соотношение площадей светлого и темного полей на выходной грани 4 измерительной призмы: чем больше коэффициент преломления, тем меньше площадь темного поля. Таким образом, в общем случае, чем больше коэффициент преломления жидкости, тем больше света попадает на светоприемник 7, тем больше сигнал от этого светоприемника.

При измерении коэффициента преломления прозрачной жидкости граница между светлым и темным полями - резкая (фиг.2а), поэтому сигнал светоприемника 7 однозначно определяет величину коэффициента светопреломления жидкости.

При измерении коэффициента преломления непрозрачной жидкости граница между светлым и темным полями более или менее размыта (фиг. 2б), ширина границы непостоянна, так как зависит от мутности жидкости, поэтому величина сигнала светоприемника 7 не может однозначно определять величину коэффициента светопреломления жидкости.

Величина сигнала от светоприемника 10 зависит от мутности (светорассеивающих свойств) жидкости в кювете 8: чем больше мутность, тем меньше сигнал.

Устройство для обработки сигналов светоприемников 11, используя сигнал от светоприемника 10, вводит поправку к величине сигнала светоприемника 7. Это позволяет устранить влияние светорассеяния жидкости на показания рефрактометра.

При использовании устройства по прототипу погрешность измерения коэффициента преломления в мутных жидкостях, например молочных, колеблется в пределах от 0,0015 (цельное несгущенное молоко) до 0,0030 (сгущенное молоко с сахаром). Это соответствует погрешности измерения массовой доли сухих веществ 1 и 2,5% соответственно. Столь высокая погрешность делает рефрактометрический анализ молочных продуктов невозможным, поэтому в настоящее время его используют лишь во внутрицеховом контроле для предварительной быстрой оценки состава продукта.

При использовании предлагаемого устройства погрешность измерения коэффициента преломления молока составляет 0,0001 и не зависит от состава молока. Это соответствует погрешности измерения массовой доли сухих веществ 0,07% для цельного несгущенного молока и 0,1% для сгущенного молока с сахаром. Такие значения погрешностей вполне допустимы как для входного контроля сырья, так и для выходного контроля продукции. Автоматизация процесса измерения коэффициента преломления с помощью предлагаемого устройства делает контроль состава продукта объективным, а не субъективным, как при использовании у устройства по прототипу. С помощью этого прибора можно определять массовую долю сухих веществ в жидких средах, в частности в молочных продуктах.

Устройство относится к измерительным приборам и предназначено для контроля параметров жидких сред, в том числе молочных. Автоматический рефрактометр включает осветительную и измерительную призмы, два осветителя, один из которых является дополнительным, два светоприемника, оптически прозрачную кювету, расположенную между дополнительным осветителем и первым светоприемником, и устройство для обработки сигнала, при этом второй светоприемник расположен на выходе сигнала из измерительной призмы, устройство для обработки сигнала оснащено индикатором. Сигналы от двух светоприемников поступают на устройство для обработки сигнала. Сигнал от первого светоприемника вводят в виде поправки к величине сигнала второго светоприемника для устранения влияния светорассеяния жидкости на показания рефрактометра. Автоматический рефрактометр обеспечивает высокую точность измерения показателя преломления при контроле жидких сред. 2 ил.

Автоматический рефрактометр для контроля параметров жидких сред, включающий осветительную и измерительную призмы из оптически прозрачного стекла, камеру для исследуемой жидкости, осветитель и устройство для отсчета величины показателя преломления, отличающийся тем, что в него введены два светоприемника, дополнительный осветитель и оптически прозрачная кювета, размещенная между дополнительным осветителем и первым светоприемником, при этом второй светоприемник расположен на выходе измерительной призмы и устройство для отсчета величины показателя преломления оснащено индикатором, а сигналы от светоприемников поступают на устройство для отсчета величины показателя преломления, причем сигнал от первого светоприемника служит для введения поправки величины сигнала от второго светоприемника.