Рефрактометр Советский патент 1988 года по МПК G01N21/43 

Фиг.1

1

Изобретение относится к оптическим измерительным приборам, точнее к рефрактометрам.

Целью изобретения является повышение точности измерения показателя преломления (ПП) жидкости с изменяющейся температурой.

На фиг. 1 представлена конструкция световода рефрактометра, на фиг. 2 - одна из поверхностей равной температуры и ход луча в световоде (источник измерения и фотоприемник- с блоком регистрации (не пока завы).

Световод рефрактометра представляет собой единую плоскопараллель- -ную Ш1астину, склеенную из измерительной 1 и четырех вспомогательных 2-5 пластин. Торцы 6 и 7 измерительной пластины перпендикулярны к ее поверхности и имеют зеркально отражющее покрытие. К одной из поверхностей пластины 1 примыкают призмы 8 и 9 для ввода и вьшода излучения. Другая поверхность.погружается в исследуемую жидкость 10. Грань призмы 8, через которую вводится излучение перпендикулярна его направлению. Световод встраивается в стенку бака или трубопровода.

Устройство работает следующим образом.

Пучок лучей - вводится в световод через призму 8, проходит его во встречных направлениях, отражаясь о покрытия торцов 6 и 7 и от границы с исследуемой жидкостью 10, как показано на фиг. 2. Лучи, испытавшие Полное внутреннее отражение в световоде., покидают его через призму 9. Остальное излучение выходит в жидкость.

Использование зеркальногЬ отраже- кия от торцов измерительной пластины позволяет сделать ее размеры значительно меньше размеров световода, сохраняя при этом большее число отражений светового пучка от границы с жи,цкостью. При этом влияние процессов теплопередачи на краях световода оказьтается на распределении температур в измерительной пластине незначительно, а высокая чувствительность светопропускания световода к изменению ПП жидкости сохраняется благодаря большому числу отражений светового пучка.

0

5

0

5

0

5

На фиг. 2 позицией 11 обозначена одна из поверхностей равной температуры Т. Существенную кривизну эта поверхность имеет у торцов световода, т.е. во вспомогательных пластинах. Пучок света, показанный на фиг. 2 линией со стрелками, проходит только через плоские слои равной температуры. Входную грань призмы 8 пучок пересекает перпендикулярно и не преломляется. На границе призмы 8 и пластины 1 преломления не происходит из- за равенства ПП по обе стороны границы.

Температура точки ввода пучка Т, hn световода в этой точке п (Т,). Температура жидкости Т, ее ШТ - п. Граничащий с ней слой материала световода также имеет температуру Т, поскольку находится в ней в тепловом контакте. Ш1 материала световода на границе с жидкостью п (Т).

Угол падения светового луча на границу световода ПИА связан с углом ввода ©BO следующим образом:

nc(Tjsin 088 nt.(T,;)sin епс,д.(1)

При заданных углах ввода угол падения лучей светового пучка на границу с жидкостью зависит только от температур точки ввода Т и жидкости Tj . Поскольку световой пучок испытывает большое число отражений от границы с жидкостью, лучи, падающие- с углами

sinQnoA

п

Пс(Та)

(2)

т.е. те, для которых нарушено условие полного внутреннего отражения, световода не пройдут.

Светопропускание световода определяется величиной

Пс1

(ТО

п

sin ЭГТОА

(3)

или, учитывая (1) sin 9.

.

п.

(4)

j

55

Следовательно, искомый ПП определяется по измеренной величине и температуре точки ввода

„,л

sin ejg

(5)

Температура точки ввода Т, меняется медленно в силу тепловой инерции световода. Скорость измерения температуры ,не ограничивает быстродействие предлагаемого устройства.

Зависимость величины ж от свето- пропускания световода определяется калибровкой по стандартным растворам в термостате.

В измерительной пластине на распределение температуры влияет только теплообмен с жидкостью через рабочую поверхност ь световода, так как его края удалены от измерительной пластины. В этих условиях поверхности равной температуры являются плоскостями параллельными рабочей поверхности. Установка световода в корпус такого эффекта не дает, поскольку толщина, теплопроводность и теплоемкость мате риала корпуса отличаются от этих параметров у световода. Распределение температуры по толщин е в световоде и корпусе отличаются. Это приводит к искривлению поверхностей равной Температуры вблизи краев световода. Оптические параметры примыкающих пластин не влияют на работу световода, поскольку световой пучок в них не проходит. Теплопроводность материала измерительной и примыкающих пластин также не влияет на работу световода, существенно, чтобы она бьша одинаковой.

0

5

0

5

Формула изобретения Рефрактометр, содержащий источник излучения и расположенные по ходу излучения плоскопараллельный световод с призмами ввода и вьшода излучения и фотоприемник, соединенный с блоком регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения показателя преломления жидкости с изменяющейся температурой, плоскопараллельный световод выполнен в виде составной пластины, образованной измерительной плоскопараллельной пластиной и установленными в контакте с ее торцовыми поверхностями пластинами той же толщины h с шириной d, удовлетворяющей соотношению 10h ««кс у где d д,с1Кс - максимальная ширина составной пластины, и теплопроводностью, равной теплопроводности измерительной пластины, причем измерительная нлОскопараллельная.пластина имеет зеркально отражающие покрытия на торцах, расположенных по ходу излучения, а входная грань призмы ввода составляет с поверхностью измерительной пластины угол б , опре- деляемьй из соотношения

sin е

Пм

Пс(Тм)

где п, - минимальный измеряемьй показатель преломления жидкости,

,) - показатель преломления материала световода при минимально рабочей температуре.

Изобретение относится к оптическим измерениям.. Цель изобретения - повьшение точности измерения показателя преломления жидкости с изменяющейся температурой. Для этого в рефрактометре используется световод полного внутреннего отражения, -состоящий из пяти склеенных,плоскопарал- лельных пластин. Центральная пластина 1 - измерительная, ее торцы 6 и 7 имеют зеркальное покрытие. На одной из поверхностей пластины 1 располагаются призмы 8 и 9 ввода и вьшода излучения. Другая поверхность помещается в исследуемую жидкость 10; Пластины 2-5 - вспомогательные и служат для исключения влияния процессов теплопередачи на краях световода на распределение температур в измерительной пластине. Наличие вспомогательных пластин приводит к тому, что поверхности равной температуры в измерительной пластине-плоскости параллельны ее поверхности. Излучение вводится в светойод через призму 8 и испытывает в нем многократные отражения от торцов 6 и 7 и от границы с жидкостью 10. Светопропускание све- товода однозначно зависит от температуры призмы 8 ввода и показателя преломления жидкости 10. Это дает возможность измерять показатель прелом- лен ия жидкости быстрее, чем устанавливается термодинамическое равновесие в световоде. 2 ил. / 5J III/ с (Л со СХ) оо О5 4 -Г:: 7

Х

С

су. xgj

XX XiX ХХ

X X

ю