Способ измерения показателя преломления жидкости

 

Изобретение предназначено для измерения показателя преломления жидких сред. Цель изобретения - повышение точности быстродействия. Рассеянным пучком излучения освещают цилиндрическую кювету с исследуемой жидкостью . Диапазон углов входа излучения в кювету ограничивают. Формируют пучок параллельных лучей, прошедщих через исследуемый объект, характеристики которого связаны с показателем преломления жидкости, помещенной в кювету. Характеристиками параплельного светового пучка, позволяющими измерять показатель преломления, исследуемой жидкости, являются границы светотени. 2 ил. I

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 7 А1 (gi)g G 01 N 21/41

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

-й2У ) . 1

Н А8ТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4643985/25 (22) 08.12.88 (46) 23.03.91. Бюл. У 11 (71) Киевский политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.Ф.Гришко и О.Н .Паламарчук (53) 535.24 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1179171, кл. С 01 N 21/45, 1985.

Патент Великобритании М 2074316, кл. G 01 N 11/02, 1981. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ

ПРЕЛОМЛЕНИЯ М6ЩКОСТИ (57) Изобретение предназначено для

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения показателя преломления жидких сред.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерений.

На фиг.1 показана структурная схема устройства для реализации способа; на фиг.2 — зависимость угла входа луча, прошедшего через кювету с жидкостью, от координаты выхода его иэ объекта и соответствующий сигнал на выходе фотоприемника.

Устройство для реализации способа (фиг.1) содержит источник 1 света, рассеиватель 2, ограничитель 3 и 4 светового потока в виде непрозрачных пластин, прозрачную цилиндрическую кювету 5, фотоприемиик 6 и ре" гистрирующий прибор 7.

Источник 1 света располагают в пространстве так, чтобы ocb индиизмерения показателя преломления жидких сред. Цель изобретения — повышение точности быстродействия. Рассеянным пучком излучения освещают цилиндрическую кювету с исследуемой жидкостью. Диапазон углов входа излучения в кювету ограничивают. Формируют пучок параллельных лучей, прошедщих через исследуемый объект, характеристики которого связаны с показателем преломления жидкости, помещенной в кювету. Характеристиками парачлельного светового пучка, позволя..1щими измерять показатель преломления исследуемой жидкости, являются границы светотени. 2 ил. катрисы излучения была перпендикулярна оси прозрачной цилиндрической кюветы 5. Рассеиватель 2 и ограничители 3 и 4 располагают в плоскости, перпендикулярной оси светового потока, причем ограничители 3 и 4 равноудалены от нее. Фотоприемник 6 включает объектив с малой апертурой и . линейный прибор с зарядовой связью и электрически связан с регистрирующим прибором 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемую жидкость помещают в прозрачную цилиндрическую кювету 5

Световым потоком от источника 1, рассеянным с помощью рассеивателя 2, облучают кювету 5 с жидкос ью, причем диапазон углов входа излучения в кювету 5 ограничивают закрепленными ограничителями 3 и 4. С помощью объектива фотоприемника 6, имеющего 1636737 малую апертуру, из всех лучей„ вышедших из кюветы 5 в плоскости изображения фотоприемника 6, фиксируют только параллельные лучи. Фиксация пучка параллельных лучей, определяемая объективом фотоприемника 6 после прохода через прозрачную цилиндрическую кювету 5 с исследуемой жидкостью, имеет вид свет- 10 лых и темных полос, На выходе фотоприемника 6 формируется сигнал, от-, раженный на фиг.2.

В пучке параллельных лучей отсутствуют лучи, угол входа которых в 15 кювету 5 превышает + 9 q, образованный осью пучка лучей и линией, проходящей через края ограничителей 3 и

4 и цилиндрическую кювету 5. Отсутст— вие лучей в параллельном пучке приво- 20 ,дит к образованию темных полос, что

;соответствует уровню "0" сигнала на выходе фотоприемника 6 (фиг.2).

Лучи,. вошедшие в прозрачную ци,.пиндрическую кювету 5 с исследуемой 25 жидкостью в секторе, ограниченном значением углов 9 к>, также как и лучи, прошедшие мимо кюветы 5, образуют светлую полосу в пучке параллельных лучей, что соответствует уровню

"1" сигнала на выходе фотоприемника 6 (фиг.2).

График зависимости угла входа лучей в прозрачную цилиндрическую кювету 5 с исследуемой жидкостью от координат выхода этих лучей параллельно линии регистрации, показанный на фиг.2, построен на основе уравнения

Х n X

Q = 2(агсздп — — — arcsin - — +

Ъ п,Ь

40 поХ пс Х

+ arsin — — — arcsin — -"- ) (1) пса пса п эп и n — показатели преломления окружающей среды, кюветы 5 и 50 исследуемой жидкости соответственно;

Х вЂ” координата выхода относительно линии регистрации лучей, прошедших сквозь кювету 5.

Для максимальных углов входа рассеянных лучей, которые определяются где g — угол входа лучей в кювету 5; 45 а и Ъ вЂ” внутренний и внешний радиусы кюветы 5; положением ограничителей 3 и 4, ко .да О = Q pи Х = Х . уравнение (1) запишется в виде

Х(° nnX )

g = 2(arcsin — — — arcsin - — + кр Ъ и Ь поХ< и оХ4

+ arcsin — — — — arcsin — — ). (2) пеа пса

Предельный угол О к отличается от угла Оо, который образован линией регистрации и линией, проходящей через край ограничителя и ось кюветы, и вычисляется функцией

90= агсЕВ Е

P (3) т,=гк,, Х,, (4) где К, — коэффициент передачи фотоприемника 6.

При условии 2К = 1, что обеспечивается в процессе настройки прибо ра из уравнения (2) с учетом соотношения (4), получают формулу

Однако, если обеспечить условия

Ь и Ъ и Р >> Ь, то предельный угол

О п будет близок по значению углу.Qy а при 1. % 100 Ъ и Р > 100:. Ь - углы g > и 9 с погрешностью, непревышающей 1, совпадают. Если размеры кюветы удовлетворяют условию Ь (,(L/100 и Ь Р/100, то калибровку устройства с целью определения предельного угла для каждого нового образца жидкости проводить не нужно, в противном случае ограничители удаляют на требуемое расстояние и проводят дополнительную калибровку.

График на фиг.2, построенный на основании уравнения (1), свидетельствует о том, что при отсечении ограничителями 3 и 4 лучей, угол входа которых в кювету 5 с исследуемой жидкостью превышает 9 к, приводит к отсутствию в пучке лучей, выходящих из кюветы 5 параллельно линии регистрации.

Границы светотени — Х» и Х< (фиг.2) связаны с геометрическими па раметрами кюветы 5, показателем пре— ломления исследуемой жидкости и положением ограничителей 3 и 4, задающих критические углы + 9к входа лучей в прозрачную цилиндрическую кювету 5, соотношением (1).

Сигнал на выходе фотоприемника

6 (фиг.2) связан с границами светотени соотношением

1636737

Ti nd

; (5) т ппТ< е паъТ > а sin(arcsin — — — argsin — -+ arcsin - — — — — - )

Ь псЬ п а 2

T1" п

noT < g

ares in — — — — --"--) пе а 2

Оо=

Р

=arctgL

Регистрирующий прибор 7 из сигнала на выходе фотоприемника 6 выделяет интервал Т, соответствующий минимальному расстоянию между границами света и тени в распределении интенсивности параллельного пучка, и вычисляет значение показателя преломления исследуемой жидкости согласно уравнению (5).

1 15

Способ отличается простотой реализации оптической системы, состоящей из источника света в виде лампы накаливания, рассеивателя, например, из оргстекла молочного цвета, двух 20 экранов, например, металлических и длиннофокусного объектива. Требования к элементам невысокие — так, напри» мер, изменение напряжения питания источника на + 10% относительно номи- 25 нальнаго значения не влияет на результат измерения прибора. В связи с отсутствием подвижных механизмов устройство, реализующее способ, обладает повьппенной надежностью. 30

Способ характеризуется высоким быстродействием, определяемым в основном быстродействием фотоприемника и продолжительностью вычислений по формуле (1) вычислительного устройства, входящего в состав регистрирующего прибора. При.использовании, например, в качестве фотоприЖ Т ° пОТ! а; sin(arcs in — — — arcsin — —. +

Ь пс Ь где Т вЂ” минимальное расстояние меж1 ду границами света и тени в распределении интенсивнос- 45 ти ) п — показатель преломления окруо жающей среды, емника линейного прибора с зарядовой связью с тактовой частотой 3 ИГц, время преобразования видеосигнала не превысить 0,3 мс.

Формула изобретения

Способ измерения показателя преломления жидкости, в котором исследуемую жидкость помещают в цилиндрическую кювету с известными внутренним а и внешним Ь диаметрами и показателем преломления п материала стенок кюветы, освещают кювету световым пучком, который ограничивают симметрично плоскости, проходящей через ось кюве" ты и линию регистрации, и измеряют расстояния между границами света и . тени в распределении интенсивности, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повьппения точности и быстро- . действия, световой пучок до его ограничения рассеивают и ограничивают рас-. сеянный световой пучок так, что расстояние P от линии регистрации до краев ограничителей и расстояние L от оси кюветы до плоскости ограничи- . телей много больше внешнего диаметра кюветы, из прошедшего кювету излуче" ния формируют пучок параллельных лучей, а показатель преломления и исследуемой жидкости вычисляют по формуле — угол между линией регистрации и линией, проходящей через край ограничителя и ось кюветы.

1636737

Фиг.1

„0"

Составитель Ю. Гринева

Редактор Л.Зайцева Техред M.Äèäûê Корректор М. Р1ароии

Заказ Hii Тираж 407 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская.наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101