Рефрактометр

 

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,плоскопараллельных 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 световода однозначно зависит от температуры призмы 8 ввода и показателя преломления жидкости 10. Это дает возможность измерять показатель преломлен ия жидкости быстрее, чем устанавливается термодинамическое равновесие в световоде. 2 ил. / 5J III/ с (Л со СХ) оо О5 4 -Г:: 7

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 N 21/43

° CI г списочник изоБркт НИя » „

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. ИИЬЛЦЦ7, (21) 4140102/31-25 (22) 28.07,86 (46) 23.03 ° 88. Бюл. - 11 (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) С.В.Иванов и В.В.Черный (53) 535.024(088.8) (56) Лейкин И.В. и др. Отрицательная рефрактометрия. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1983, с. 61-67.

Авторское свидетельство СССР

Р 840711, кл. G 01 N 21/43, 1981. (54) РЕФРАКТОМЕТР (57) Изобретение относится к оптическим измерениям,. Цель изобретения— повышение точности измерения показателя преломления жидкости с изменяющейся температурой. Для этого в рефрактометре используется световод полного внутреннего отражения, -состоящий из пяти склеенных плоскопараллельных пластин. Центральная пластина 1 — измерйтельная, ее торцы б и 7

„„Я0„„1383164 А1 имеют зеркальное покрытие. На одной из поверхностей пластины 1 располагаются призмы 8 и 9 ввода и вывода 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 световод через призму 8 и испытывает в нем многократные отра- а ф жения от торцов 6 и 7 и от границы с жидкостью 10, Светопропускание све-» товода однозначно зависит от температуры призмы 8 ввода и показателя пре- С ломления жидкости 10. Это дает возможность измерять показатель преломления жидкости быстрее, чем устанав- ры ливается термодинамическое равнове( сие в световоде. 2 ил. 00

1383164

< n

sin В„ д (2) и (Т1)

3Е= sin 6„,„ и (3) или, учитывая (1), п с(Т,) . (4) по(Т,) .

n =

Х.

81п &Вв

Изобретение относится к оптическим измерительным приборам, точнее к рефрактометрам.

Целью изобретения является повы5 шение точности измерения показателя преломления (ПП) жидкости с изменяющейся температурой.

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

Световод рефрактометра представляет. собой единую плоскопараллель.ную пластину, склеенную из измерительной 1 и четырех вспомогательных

2-5 пластин. Торцы 6 и 7 измерительной ппастины перпендикулярны к ее поверхности и имеют зеркально отражающее покрытие. К одной из поверхностей пластины 1 примыкают призмы

8 и 9 для ввода и вывода излучения.

Другая поверхность, погружается в ис. следуемую 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

35 встречных направлениях, отражаясь от 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 отражения от торцов измерительной пластины позволяет сделать ее размеры значительно меньше размеров световода, сохраняя при этом большее число отражений светового пучка от гРаницы с жидкостью. При этом влияние процессов теплопередачи на краях световода оказывается на распределении температур в измерительной пластине незначительно, а высокая чувствительность светопропускания световода к изменению ПП жидкости сохраняется благодаря большому числу отражений светового пучка.

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 изза равенства ПП по обе стороны границы.

Температура точки ввода пучка Т, ПП световода в этой точке п, (Т,).

Температура жидкости Т . ее ПП вЂ” n., Граничащий с ней слой материала световода также имеет температуру Т, поскольку находится в ней в тепловом контакте. ПП материала световода на границе с жидкостью п, (Т ) .

Угол падения светового луча на границу световода „с„„ связан с углом ввода 6 . следующим образом:

n (T„) 81п ВВ = n (T ) s1n 0 „ В. (1) При заданных углах ввода угол падения лучей светового пучка на границу с жидкостью зависит только от температур точки ввода Т, и жидкости Т . Поскольку световой пучок испытывает большое число отражений от границы с жидкостью, лучи, падающие. с углами т,е. те, для которых нарушено условие полного внутреннего отражения, световода не пройдут.

Светопропускание световода определяется величиной

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

1383164

Температура точки ввода Т меня1 ется медленно в силу тепловой инерции световода. Скорость измерения температуры,не ограничивает быстродействие предлагаемого устройства °

Зависимость величины ж от светопропускания световода определяется калибровкой по стандартным растворам в термостате.

В измерительной пластине на распределение температуры влияет только теплообмен с жидкостью через рабочую поверхность 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 толщине в свето25 воде 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 35 была одинаковой.

Формула изобретения

Рефрактометр, содержащий источник излучения и расположенные по ходу излучения нлоскопараллельный световод с призмами ввода и вывода 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 Ь с шириной й, удовлетворяющей соотношению 1011 d < Й„„... где Йма1,с — максимальная ширина составной пластины, и теплопроводностью, равной теплопроводности измерительной пластины, причем измерительная ялЬскопараллельная.пластина имеет зеркально отражающие покрытия на торцах, расположенных по ходу излучения, а входная грань призмы ввода составляет с поверхностью измерительной пластины угол 0, определяемый из соотношения пн (Т ) где n — минимальный измеряемый показатель преломления жидкости, п,(Т„) — показатель преломления материала световода при минимально рабочей температуре.