Гидрооптический рефрактометр Советский патент 1982 года по МПК G01N21/41 

(5) ГИДРООПТИЧЕСКИЙ РЕФРАКТОМЕТР

Изобретение относится к технической физике, а именно к рефрактометрическим приборам для анализа жидкостей и может быть использовано, прежде все го, в гидрологии, а также в химической, фармацевтической и других отраслях, промышленности. Известен автоматический проточный рефрактометр, основанный на гониометрическом методе измерения, включающий в себя осветительный коллиматор, проточную призматическую кювету, приемный объектив и фотррегистрирующее устройство СО. Недостатком такого рефрактометра является обязательное наличие в проточной кювете некоторой сравнительной (эталонной) среды. Из-за этого известные рефрактометры не позволяют производить измерение протекающей жидкости в условиях быстрого изменения ее температуры, так как сравнительная (эталонная) жидкость не успевает прогреться до температуры исследуемой жидкости, что приводит к существенным ошибкам измерения. В особенности это сказывается при гидрологических исследованиях показателя преломления, где имеет место быст- ,, рое изменение температуры исследуемой воды при погружении прибора (на 2030° С за несколько минут). Наиболее близким к предлагаемому является гидрооптический рефрактометр для гидрологических исследований, содержащий источник света и последовательно установленные по ходу луча проточную кювету, образованную иллюминаторами, установленными в, металлическом корпусе прибора, а также головной объектив и фоторегистрирующее устройство C2J. Недостатком рефрактометра является понижение точности из-за влияния температурных изменений и флуктуации показателя преломления веществ,находящихся между исследуемой средой и головным объективом. Действительно, между исследуемой средой (водой) и объективом расположены иллюминаторы и воздух. Иллюминаторы в виде плоско-параллельных пластин, образующих проточную кювету, установлены в стенке металлического кожуха, расчитанного на большие давления (десятки атмосфер), возникающие при погружении. Стекло иллюминаторов и металлический корпус имеют значительное различие коэффициентов теплопроводности. Поэтому при быстром изменении температуры исследуемой воды (при погружении) в стекле иллюминаторов возникает близкий к сферическому градиент показателя преломления, приводящий к дополнительному (паразитному) отклонению луча, наклонно падающего на иллюминатор, что приводит к ошибке измерения Изменение температуры воздуха, находящегося между иллюминатором и головным объективом, вызывает изменение его показателя преломления, что такхче приводит к дополнительному отклонению пучка, а следовательно к ошибке измерения. Г Цель изобретения - повышение точности измерений за счет снижения температурных флуктуации показателей преломления материала иллюминатора и пространства между иллюминатором и . О Поставленная цель достигается тем что в гидрооптическом рефрактометре, содержащем источник света и лоследовятельно установленные по ходу луча проточную кювету, отделенную от внутренней полости металлического корпуса иллюминатором, расположенным в стенке корпуса, объектив и фоторегистрирующее устройство, иллюминатор установлен в корпусе чере п|эокладку, выполненную из материала с коэффициен том теплопроводности, по крайней мере в пять раз меньшим коэффициента тепло проводности материала иллюминатора, а иллюминатор отделен от полости корпуса рефрактометра герметично установ ленной стенкой, имеющей окна для входа и выхода луча, причем окно для выхода луча расположено перпендикулярно лучу, а полость между иллюминатором и стенкой вакуумйрована. На фиг. i показана принципиальная схема рефрактометра; на фиг. 2 -вид иллюминатора в известном рефрактометре; на фиг. 3 вид предлагаемого иллюминатора. Рефрактометр содержит источник света 1, входную щель 2, коллимационный объектив 3, окно t, корпус 5 вакуумируемой полости 6, окно 7, иллюминатор 8, аатоколлимационное зеркало 9, слой материала с низкой теплопроводностью 10, диафрагму 11, зеркало 12, головной объектив 13, фоторегистрирующее устройство Т, корпус рефрактометра 15. Исследуемая вода 16 протекает через проточную кювету, образованную иллюминатором 8 и зеркалом 9 На фиг. 2 и 3 показаны линии равных показателей преломления (изорефракты) 17 в иллюминаторе 8. Рефрактометр работает следующим образом.о Источник света 1 освещает входную щель 2, находящуюся в фокальной плоскости объектива 3. Коллимированный пучок света через окно 4 и иллюминатор 8 входит в исследуемую среду (во.ду) 16. Отраженный автоколлимационный зеркалом 16 пучок наклонно падает на иллюминатор, преломляется в нем, проходит через окно 7 по нормали к нему и зеркалом 12 направляется в головной объект 13, который строит в своей фокальной плоскости изображе)ие входной щели 2. Положение изображения входной щели, характеризующее исследуемый показатель преломления, анализируется фоторегистрирующим устройством 14. Исследуемый показатель преломления воды определяется углом выхода наклонного пучка света из иллюминатора. Для исключения температурных влияний измерений и флуктуации показателя преломления стекла иллюминатора и воздуха внутри корпуса рефрактометра в предложенной конструкции предусмотрены следующие меры. Иллюминатор 8 установлен в металлическом корпусе рефрактометра 15 мерез промежуточный слой вещества 10 с низким коэффициентом теплопроводности, по крайней мере, в 5 раз ниже коэффициента теплопроводности материала иллюминатора, в данном случае (2г5)л10 кал/см.с.град, например, резины. Обусловленное быстрым изменением температуры воды различие температуры внутри корпуса прибора tj, и температуры воды t приводит к возникновению температурного градиента

показателя преломления внутри иллюминатора. Однако введение между иллюминатором и металлическим корпусом рефрактометра, имеющего высокий коэффициент теплопроводности, вещества с низким коэффициентом теплопроводности, приводит к тому, что градиент показателя преломления направлен перпендикулярно преломляющим поверхностям иллюминатора, т.е. линии равного показателя преломления (изорефракты) 17 направлены параллельно поверхностям иллюминатора. В этом случае проходящий наклонно через иллюминатор луч света выходит из него без дополнитель ного отклонения, т.е. пйд таким же углом j8 , как и в отсутствие градиента (некоторые искажения температурного поля на краях иллюминатора диафрагмируются диафрагмой 11).

Отсутствие в известной конструкции промежуточного слоя вещества между иллюминатором и корпусом прибора (фиГо 2) приводит к возникновению дополнительного отклонения светового луча иллюминатором, т.е. к возникновению угловой погрешности.

С целью исключения влияния температурных изменений показателя преломления воздуха внутри корпуса рефрактометра, между иллюминатором и головным объективом введена вакуумируемая полость 6 (фиг. 1). Полость одной стороной примыкает к иллюминатору 8 и имеет выходное окно 7 перпендикулярное оптической оси прибора; Поэтому наклонный пучок света выходит из иллюминатора в вакуум, и температурные изменения показателя преломления воздуха внутри корпуса прибора не оказывают на угол j3 никакого влияния. Выходящий из вакуумируейой полости пучок света направлен перпендикулярно окну 7, следовательно и здесь изменение показателя преломления возуха не вызывает дополнительного отлонения пучка света.

Таким образом, в предлагаемой конструкции уменьшего влияние температурных изменени й и флуЛтуаций показателя преломления вецеств, находящихся между исследуемой средой и головным объективом (стекло иллюминатора и воздух), поэтому и повышается точность измерения.

Формула изобретения

Гидрооптический рефрактометр, со- держащий источник света и последовательно установленные по ходу луча проточную кювету, отделенную от внутренней полости металлического корпуса иллюминатором, расположенным в стенке корпуса, объектив и фоторегистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет снижения температурных флуктуа|Д1Й показателя преломления материала иллюминатора и пространства между иллюминатором и объективом, иллюминатор установлен в корпусе через прокладку, выполненную из материала с коэффициентом теплопроводности, по крайней мере, в пять раз меньшим коэффициен а теплопроводности материала иллюминатора, а иллюминатор сгтделен от полости корпуса рефрактометра герметично установленной стенкой, имеющей окна для входа и выхода луча, причем окно для выхода луча расположено перпендикулярно лучу, а полость между иллюминатором и стенкой вакуумирована.

Источники информации, ринятце во внимание при экспертизе

2о Патент Японии f 50-171 7, л. IIIF4, опублик. 1975 (прототип).

8

Фиг.З