Портативный рефрактометр Советский патент 1992 года по МПК G01N21/43 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а конкретнее-к большому классу рефрактометрических приборов, широко используемых для анализа состава, концентрации и состояния различных веществ.

Среди известных рефрактометров наибольшее распространение получили простые визуальные рефрактометры типа Аббе, лабораторный рефрактометр ИРФ-454, который содержит измерительную призму из прозрачного материала с известным показателем преломления, осветительную призму, между которыми находится исследуемая среда, подвижное зеркало, диафрагму, компенсатор дисперсии в виде двух призм Амичи с приводами, объектив, по- движную шкалу, связанную с зеркалом, окуляр, а также специальный оптический канал с зеркалом для подсветки подвижной шкалы. Процесс измерения состоит в том, что, наблюдая в окуляр, совмещают с перекрестием границу свега и тени которая соот ветствует предельному углу, и по шкале определяют измеренную величину показателя преломления исследуемой среды.

Большинство таких приборов и, в частности, рефрактометр ИРФ-454 имеют высокую точность измерений (Дпо±1 Ю 4) и большой диапазон измерения (от 1.2 до 1,7) Однако подвижная шкала с зеркалом и приводом, а также дополнительный канал подсветки шкалы не позволяют достигать миниатюризации, т.е. портативности этих рефрактометров, необходимой для экспрессного анализа веществ в полевых условиях.

Наиболее близким к изобретению является рефрактометр портативный ИРФ-460.

Рефрактометр ИРФ-460 содержит измерительную призму из прозрачного материала (из стекла К8) с известным показателем преломления, осветительную призму, между которыми находится исследуемая среда, и установленные последовательно диафрагму, компенсатор дисперсии в виде

сл

с

со ы

GJ СО 00

призмы Амичи, составной объектив, шкалу и окуляр. Призма Амичи установлена с возможностью разворота ее вокруг оптической оси.

Основным недостатком рефрактометра ИРФ-460 является узкий диапазон измерения показателя преломления.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений показателя преломления портативных рефрактометров (в три раза).

Поставленная цель достигается тем, что в рефрактометре, содержащем осветительную призму и измерительную призму из прозрачного материала с известным пока- зателем преломления, установленные с зазором для исследуемой среды, оптически связанные с призмами и расположенные последовательно диафрагму, компенсатор дисперсии, объектив, шкалу и окуляр, между измерительной призмой и диафрагмой установлены последовательно два клина из стекла с показателем преломления nt, каждый с углом при вершине 0 () , гдеа-угол поля зрения, клинья закреплены в оправах с упорами, соединены с кольцами с фиксаторами и установлены с возможностью разворота каждого на 180° в корпусе рефрактометра так, что их вершины находятся на линии, перпендикулярной оптиче- ской оси рефрактометра и совпадающей с плоскостью, перпендикулярной рабочей поверхности измерительной призмы.

На фиг.1 показан один из возможных вариантов структурной схемы рефрактомет- ра; на фиг.2 - сечение рефрактометра в плоскости одного из клиньев; на фиг.З - сечение рефрактометра в плоскости сетки.

Рефрактометр портативный содержит измерительную призму 1 из прозрачного материала с известным показателем преломления, например из стекла ТФ4 с по 1,7398, осветительную призму 2 из любого прозрачного материала, между которыми находится исследуемая среда 3 с искомым показателем преломления пх. Далее установлены последовательно диафрагма 4, компенсатор 5 дисперсии, например призма Амичи, объектив 6, шкала 7 и окуляр 8. Грань осветительной призмы 2, соприка- сающаяся с исследуемой средой 3, выполнена матовой. Компенсатор 5 закреплен в оправе, установлен в корпусе 9 рефрактометра с возможностью поворота вокруг оптической оси и соединен с кольцом 10 с помощью поводка 11. Шкала с нанесенными значениями показателя преломления по установлена в фокусе объектива 6. Окуляр 8 закреплен на основе, которая может перемещаться вдоль оптической оси для диоптрийной наводки. Между измерительной призмой 1 и диафрагмой 4 установлены последовательно два клина 12 и 13 из стекла с показателем преломления пь, каждый из которых имеет угол при вершине в ( -1) , где сг- угол поля зрения, который зависит от фокусного расстояния объектива б и размера шкалы 7.

Клинья 12, 13 закреплены в оправах 14, 15 с поводками 16, 17, которые вставлены в пазы корпуса 9 и соединены с кольцами 18, 19 с фиксаторами 20,21. Клинья 12, 13 установлены в корпусе рефрактометра 9 так, что их вершины находятся на линии, совпадающей с плоскостью падения лучей на границу раздела исследуемой среды 3 с измерительной призмой 1. Пазы в корпусе 9 и фиксаторы 20, 21 позволяют разворачивать каждый из клиньев в своей плоскости на 180°. Для определения положения каждого из клиньев на корпусе 9 рефрактометра и на кольцах 18. 19 нанесены метки. Для измерения дисперсии показателя преломления на кольце 10 привода призмы Амичи нанесена шкала, а на корпусе 9 имеется риска. Шкала 7 состоит из трех частей (фиг.З), помеченных такими же метками, как на кольцах 18, 19 и на корпусе 9. Участок шкалы 22 с -одной меткой соответствует диапазону измерения от 1.33 до 1,38, участок 23 с двумя метками - от 1,375 от 1,45, а участок 24 с тремя метками - от 1,445 до 1,51. Портативный рефрактометр снабжен заслонкой 25, которая, например, с помощью шарнира позволяет закрывать то входную грань осветительной призмы 2, то входную грань измерительной призмы 1.

Портативный рефрактометр работает следующим образом

Естественный свет или свет от искусственного источника проходит осветительную призму 2 (фиг.1) и в виде рассеянного пучка падает на границу раздела исследуемой среды 3 с рабочей поверхностью измерительной призмы 1 и преломляется. При этом образуются лучи с разной интенсивностью по обе стороны границы их раздела, местоположение которой зависит от соотношения показателей преломления Пх/пп. Далее свет проходит клинья 12, 13, диафрагму 4, компенсатор дисперсии, и объективом 6 граница раздела света и тени проектируется в плоскость шкалы 7, которая рассматривается оператором с помощью окуляра 8. При этом, если, например, показатель преломления исследуемой среды находится в пределах от 1,375 до 1,45. а вершины клиньев 12, 13 развернуты на 180° относительно

друг друга, как показано на фиг.1, то в соответствии с метками, пользуясь средним участком 23 шкалы 7, оператор считывает значения показателя преломления, соответствующего положению границы света и те- ни относительно данного участка шкалы 7. Перед считыванием искомого показателя преломления исследуемой среды при необ- ходимости с помощью кольца 10 оператор доворачивает компенсатор дисперсии 5 до положения, при котором граница света и тени не имеетокраски. Если, например, при том же положении клиньев 12,13, как показано на фиг.1, показатель преломления среды 3 меньше 1,375, то наблюдаемое в окуляр 8 поле шкалы 7 ярко освещено, что свидетельствует о том, что один из клиньев 12,13 следует повернуть на 180° так, чтобы метки на кольцах 18, 19 с меткой на корпусе 9 соответствовали меткам участка 22 шкалы 7, а далее проделать те же действия, которые описаны выше. Если при TQM же положении клиньев 12,13, как показано на фигЛ, показатель преломления среды 3 больше 1,45, то наблюдаемое в окуляр 8 поле шкалы 7 будет серым (слабо освещенным), что говорит о том,что один изддиньев 12, 13 следует повернуть на 180° так.чтобы метки на кольцах 18, 19с метками на корпусе 9 соответствовали меткам участка 24 шкалы 7. На практи- ке, как правило, предварительно известен ожидаемый предел измерения показателя преломления исследуемой среды 3. В этом случае перед измерениями оператор устанавливает кольца 18, 19 в такое положение, при котором сочетание меток на них и на корпусе 9 соответствует меткам необходимого участка шкалы 7. Если среда 3 темная или рассеивает свет (патока,-сметана, масло, томатная паста), то перед работой с ре- фрактометром заслонку 25 переводят в положение, при котором открывается входная грань измерительной призмы 1, а входная грань осветительной п ризмы закрывается. В этом режиме работы, назы- ваемом работа в отраженном свете, меняются местами светлые и темные участки наблюдаемой границы света и тени.

Наличие в рефрактометре двух клиньев 12, 13 позволяет скачками переключать по-

ле зрения на заранее известную угловую величину, равную угловому полю рефрактометра в одну и другую стороны, что обеспечивает расширение диапазона измерения по крайней мере в три раза по сравнению с другими рефрактометрами с неподвижной шкалой.

Оптические клинья позволяют осуществлять простое переключение поддиапазонов без потери точности измерения ±(1 -2)х .

Это объясняется тем, что клинья периодически разворачиваются вокруг оптической оси на 180° и вершины клиньев до и после разворота находятся на прямой, перпендикулярной оптической оси и совпадающей с плоскостью, перпендикулярной рабочей поверхности измерительной призмы, а траектории отклонения лучей клиньями 12, 13 находятся в окрестностях экстремумов синусоид, где неточности углов поворота мало сказываются на величине отклонения лучей в плоскости падения, т.е. вдоль упомянутой прямой.

Формула изобретения Портативный рефрактометр, содержащий осветительную призму и измерительную призму из прозрачного материала с известным показателем преломления, установленные с зазором для исследуемой среды и оптически связанные с призмами и расположенные последовательно диафрагму, компенсатор дисперсии, объектив, шкалу и окуляр, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений показателя преломления, между измерительной призмой и1 диафрагмой установлены последовательно два клина из стекла с показателем преломления ni, каждый с уг- ломпри вершине (nk-1)1, где а-угол поля зрения, клинья закреплены в оправках. с поводками, соединенными с кольцами и фиксаторами, и установлены с возможностью разворота каждого на 180° в корпусе рефрактометра так, что их вершины находятся на линии, перпендикулярной оптической оси рефрактометра и совпадающей с плоскостью, перпендикулярной рабочей поверхности измерительной призмы.

- Л

2 12 Я Ю Я 9

Ш

25

,

Сущность изобретения; между измерительной призмой и диафрагмой установлены последовательно два клина из стекла с показателем преломления nic, каждый из которых имеет угол при вершине $ (nk- -1)1, где а - угол поля зрения. Клинья закреплены в оправах с упорами, соединенными с кольцами с фиксаторами и установлены в корпусе рефрактометра так, что их вершины находятся на линии, совпадающей с плоскостью падения лучей на границу раздела исследуемой среды с измерительной призмой с возможностью периодического разворота каждого из клиньев на 180°. Зил.

Ж ..

Ъфиг.2.

Б-S

22 &

п0- 1,Я

фиг.$;