автоматический рефрактометр для контроля параметров жидких сред

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.