CN116559115A - 一种利用折射率仪测量溶液浓度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用折射率仪测量溶液浓度的方法，包括如下步骤：（1）标定；（2）初洗；（3）精洗；（4）测量，将待测溶液置于步骤（3）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；（5）重复步骤（4）得出多组浓度数据，求得平均值；其中，所述折射率仪中光源经棱镜反射后在硅光电池上形成一等宽狭长的明暗相间的视场；所述硅光电池将所述视场内的光通总和转换成电信号；所述电信号经放大转换后经单片机处理。通过在硅光电池上形成一等宽狭长的视场并通过硅光电池将视场内光通量转换成电信号的方法；使得使用成本低，检测精度高且通过总的光通量的变换代替原有的分界线位置，使得抗干扰能力强。
Description
技术领域
本发明涉及溶液浓度测量领域，尤其是一种利用折射率仪测量溶液浓度的方法。
背景技术
在实际生活中，往往需要进行溶液浓度的测量，例如糖度、酒精度、豆乳浓度、冷却液浓度等。
现有技术中，主要是利用不同浓度的液体其折射率不一样，通过棱镜利用全反射原理，得到一个明暗相间的视场，并通过各点光强度的比对找出明暗视场分界的位置，从而得出待测液体的浓度。
例如，在中国专利文献中公开了一种“折射计”，其公告号为CN101545859A。该专利中，公开了一种用于测定试样折射率的折射计，其包括：一个棱镜，具有与所述试样相接触的界面；一个光源，用于从棱镜的射入表面向界面射入光；以及一个光电传感器，用于接收在所述界面反射并从棱镜的射出表面向外射出的光。该光源和该光电传感器固定在棱镜上。该折射计包括一个配置在所述界面表面周围的试样台，该试样台设有在其表面上形成的非粘着性涂层。该折射计包括配置在所述界面表面和所述光电传感器之间的滤光装置，该滤光装置包括一个波长滤光器，其能选择性地允许传输具有在给定区域内的波长包括光源的光的波长在内的光。该专利中，说明书部分能够得出，通过光电传感器获得清晰的明暗对比的界面位置。
例如，在中国专利文献中公开了“一种高量程高精度的折光仪”，其公告号为CN215448981U。该专利中，公开了一种高量程高精度的折光仪，包括光源、棱镜、色散抑制单元和光电传感器，棱镜的折射率≥1.7，棱镜具有一与待测液体接触的接触界面，光源被配置为光源发射的光经过棱镜的入射面进入棱镜并照射至接触界面，从接触界面反射的光经棱镜的出射面出射出棱镜后被光电传感器接收，色散抑制单元用于抑制从棱镜的出射面出射的光的色散。该专利中，从附图中能够明确得知，通过CCD图像传感器得出明暗对比的界面位置。
现有技术中通过明暗分界的位置，进行浓度的测量，该方法需要分析多个点光强度，程序复杂，且通过CCD等图像传感器进行光的处理，使用成本高，不利企业的发展；经过全反射形成的明暗分界的视场，其分界线容易受到溶液是否够充足、溶液是否有气泡、溶液是否有震动、溶液中是否有杂物或残渣、或外界光线等影响。采用CCD图像传感器或CCD光学阵列传感器作为接收装置，经过全反射后形成明暗分界的视场，都要利用各种算法确定明暗分界线的位置或明暗视场的比例，从而得到相应的折射率或相应的溶液的浓度值。明暗视场的分界线一旦受到上述不确定因素的影响，测量结果将会出现较大错误。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种通过在硅光电池上形成一等宽狭长的视场并通过硅光电池将视场内光通量转换成电信号的方法；使得使用成本低，检测精度高且通过总的光通量的变换代替原有的分界线位置，使得抗干扰能力强。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用折射率仪测量溶液浓度的方法，包括如下步骤
（1）标定，根据待测溶液不同浓度的标准溶液对所述折射率仪进行标定；
（2）初洗，用清水将折射率仪的盛液槽进行冲洗2-3次；
（3）精洗，用待测溶液对步骤（2）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2-3次；
（4）测量，将待测溶液置于步骤（3）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（5）重复步骤（4）得出多组浓度数据，求得平均值；
其中，所述折射率仪中光源经棱镜反射后在接收装置上形成一等宽狭长的明暗相间的视场；所述接收装置为硅光电池；所述硅光电池将所述视场内的光通总和转换成电信号；所述电信号经放大转换后经单片机处理。
光源通过棱镜照射到待测液后，发生全反射，全反射的光线在硅光电池上形成一等宽狭长的明暗相间的视场，随着浓度的不同，溶液的折射率不同，即就是明暗视场分界线的上下位置的不同，也就是光通量大小变化，当宽度限定后，能够保证光通量随浓度的变化稳定，保证标定和测量的精确；通过上述硅光电池将光通量转换成电信号，光照越强，电信号越大，光照越弱，电信号越小；电信号的大小代表着光通量的强弱，同时也代表着明暗分界视场中明视场和暗视场相应的变化；不用通过算法确认明暗视场分界线的位置或明暗视场的比例，通过光通量的大小即可反应浓度的高低，硅光电池接受的信号是该视场中全部的光通量，即使受到溶液不够充足、溶液有气泡、溶液有震动、溶液中有杂物或残渣、或外界光线等影响，使明暗视场的分界线受到波动，但明暗视场中总的光通量变化并不大，测量精确，稳定性好，且硅光电池成本低，降低使用成本；上述电信号通过放大电路放大，在经过模数转换通过单片机处理，使用方便；根据实际使用，对初始的折射率仪进行标定，在测量过程中，通过步骤（2）和步骤（3）的初洗和精洗能够提高测量精度。
进一步的，所述步骤（1）中标准溶液的不同浓度为从0开始且呈每隔5的梯度上升。每隔5的梯度进行标准溶液的标定，即能得到对应的浓度计，且上述间隔设置合理，提高了后续的测量精度。
进一步的，经所述棱镜反射的光通过一滤色片照射在所述硅光电池上。光源经过上述滤色片后在上述硅光电池上形成明暗相间的视场，上述滤色片与光源相适配，通过该滤色片的设置能够有效过滤杂光，保证测量的精确性。
进一步的，通过设置在所述棱镜和所述硅光电池之间且设有一等宽狭长缝的光筛板或通过呈等宽狭长的硅光电池的设置形成所述视场。上述等宽狭长的明暗相间的视场可以是通过上述光筛板或者上述硅光电池形状的设置形成，设置合理。
进一步的，所述步骤（1）-（5）在温度和光照稳定的环境下进行。保证测量的精度。
与现有技术相比，本发明的优点是：使用成本低，检测精度高且通过总的光通量的变换代替原有的分界线位置，使得抗干扰能力强。
附图说明
图1为本发明一种实施例的原理示意图。
图2为本发明产生的明暗相间的视场示意图。
图3为本发明一种实施例中糖度浓度与数字量对应关系趋势图。
图4为本发明一种实施例中酒精度浓度与数字量对应关系趋势图。
图5为本发明流程示意图。
图中：
1、光源；2、棱镜；3、光筛板；4、等宽狭长缝；5、硅光电池；6、溶液；7、盛液槽；8、壳体。
实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下列实施例均在环境温度和光照稳定的条件下进行。
实施例一：糖度浓度的测量
参见图1、图2、图3和图5为本发明一种利用折射率仪测量溶液浓度的方法的实施例，在本实施例中，折射率仪结构：包括一壳体，在壳体上设有一盛液槽，在该盛液槽的底部设置一棱镜，在棱镜的一侧设有一光源，光源的设置根据实际需检测的溶液进行选择，这里不再赘述；在棱镜的另一侧通过一设有等宽狭长缝的光筛板进行筛光，在本实施例中，上述等宽狭长缝的宽度为2mm，在别的实施例中可以是别的形式的设置，这里不再赘述；在上述光筛板的另一侧设有硅光电池，且本实施例中，在上述光筛板和上述硅光电池之间设有一滤色片，在上述硅光电池上形成一明暗相间的视场，在别的实施例中，可以选用呈等宽狭长状的硅光电池进行使用，这里不再赘述；上述硅光电池将上述视场内的光通量转化成电流信号，再将该电流信号转化为电压信号，该电压信号放大后进行模数转换，在本实施例中，该A/D转换为12位，模拟量被转化为数字量的范围是0 ~ 4095，电压最大为3.3V，A/D转换的位数高，转化后的数据就越精确，提高了测量精度。
在本实施例中，浓度测量的方法包括如下步骤：
（1）标定，根据待测溶液不同浓度的标准溶液对所述折射率仪进行标定；（2）初洗，用清水将折射率仪的盛液槽进行冲洗2次；
（3）精洗，用待测溶液对步骤（2）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2次；
（4）测量，将待测溶液置于步骤（3）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（5）重复步骤（4）得出多组浓度数据，求得平均值。
在本实施例中，通过上述步骤对糖溶液进行糖度的测定，在测定前需对折射率仪进行标定，本实施例中选用标准糖溶液的浓度为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%和50%；标定时同样需要进行上述步骤（2）和（3）中的清洗步骤，在清洗完成后将标准溶液滴入上述盛液槽中进行标定；上述所有浓度在本实施例中标定了五台，记录标准糖度溶液相应浓度与数字量及A/D值的数据如下表：
根据上述表格中的数据进行曲线图的绘制，如图3所示，得出浓度与数字量的关系，随着浓度的提升数字量逐步减少，根据上述标定得出所需的糖度浓度计。
实验一
对可乐的糖度进行测量，其中可乐糖度为10.6%，测量步骤如下：
（1）初洗，用清水将标定好的折射率仪的盛液槽进行冲洗2次；
（2）精洗，用待测可乐对步骤（1）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2次；
（3）测量，将待测可乐置于步骤（2）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（4）重复步骤（3）得出5组浓度数据，求得平均值。
实验二
对5%的标准糖度溶液进行测量，测量步骤如下：
（1）初洗，用清水将标定好的折射率仪的盛液槽进行冲洗2次；
（2）精洗，用待测溶液对步骤（1）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2次；
（3）测量，将待测溶液置于步骤（2）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（4）重复步骤（3）得出5组浓度数据，求得平均值。
实验三
对12%的标准糖度溶液进行测量，测量步骤如下：
（1）初洗，用清水将标定好的折射率仪的盛液槽进行冲洗2次；
（2）精洗，用待测溶液对步骤（1）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2次；
（3）测量，将待测溶液置于步骤（2）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（4）重复步骤（3）得出5组浓度数据，求得平均值。
根据上述四组实验得出对应数据并进行记录如下表所示：
实验四
对23%的标准糖度溶液进行测量，测量步骤如下：
（1）初洗，用清水将标定好的折射率仪的盛液槽进行冲洗2次；
（2）精洗，用待测溶液对步骤（1）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2次；
（3）测量，将待测溶液置于步骤（2）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（4）重复步骤（3）得出5组浓度数据，求得平均值。
根据上述四组实验得出对应数据并进行记录如下表所示
根据上述实验数据可知，该测量方法测得的数值准确，且利用硅光电池使用成本低。
实施例二：酒精度浓度的测量
本实施例中，测量原理与上述实施例一致，这里不再赘述；测量的方法包括如下步骤：
（1）标定，根据待测溶液不同浓度的标准溶液对所述折射率仪进行标定；（2）初洗，用清水将折射率仪的盛液槽进行冲洗2次；
（3）精洗，用待测溶液对步骤（2）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2次；
（4）测量，将待测溶液置于步骤（3）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（5）重复步骤（4）得出多组浓度数据，求得平均值。
在本实施例中，通过上述步骤对酒精溶液进行酒精度的测定，在测定前需对折射率仪进行标定，本实施例中选用标准酒精溶液的浓度为0%vol、5%vol、10%vol、15%vol、20%vol、25%vol、30%vol、35%vol、40%vol、45%vol、50%vol、55%vol、60%vol、65%vol、70%vol和75%vol；标定时同样需要进行上述步骤（2）和（3）中的清洗步骤，在清洗完成后将标准溶液滴入上述盛液槽中进行标定；上述所有浓度在本实施例中标定了五台，记录标准酒精溶液相应浓度与数字量及A/D值的数据如下表：
根据上述表格中的数据进行曲线图的绘制，如图4所示，得出浓度与数字量的关系，随着浓度的提升数字量逐步减少，根据上述标定得出所需的酒精度浓度计。
实验一
对6%vol的标准酒精溶液进行测量，测量步骤如下：
（1）初洗，用清水将标定好的折射率仪的盛液槽进行冲洗2次；
（2）精洗，用待测酒精对步骤（1）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2次；
（3）测量，将待测酒精置于步骤（2）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（4）重复步骤（3）得出5组浓度数据，求得平均值。
实验二
对13%vol的标准酒精溶液进行测量，测量步骤如下：
（1）初洗，用清水将标定好的折射率仪的盛液槽进行冲洗2次；
（2）精洗，用待测溶液对步骤（1）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2次；
（3）测量，将待测溶液置于步骤（2）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（4）重复步骤（3）得出5组浓度数据，求得平均值。
实验三
对33%vol的标准酒精溶液进行测量，测量步骤如下：
（1）初洗，用清水将标定好的折射率仪的盛液槽进行冲洗2次；
（2）精洗，用待测溶液对步骤（1）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2次；
（3）测量，将待测溶液置于步骤（2）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（4）重复步骤（3）得出5组浓度数据，求得平均值。
实验四
对五粮液的酒精度进行测量，其中五粮液标准酒精度为52%vol；测量步骤如下：
（1）初洗，用清水将标定好的折射率仪的盛液槽进行冲洗2次；
（2）精洗，用待测溶液对步骤（1）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2次；
（3）测量，将待测溶液置于步骤（2）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（4）重复步骤（3）得出5组浓度数据，求得平均值。
根据上述四组实验得出对应数据并进行记录如下表所示：
根据上述四组实验得出对应数据并进行记录如下表所示
根据上述实验数据可知，该测量方法测得的数值准确，且利用硅光电池使用成本低。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (9)
1.一种利用折射率仪测量溶液浓度的方法，其特征在于：包括如下步骤
（1）标定，根据待测溶液不同浓度的标准溶液对所述折射率仪进行标定；
（2）初洗，用清水将折射率仪的盛液槽进行冲洗2-3次；
（3）精洗，用待测溶液对步骤（2）中冲洗后的盛液槽进行冲洗2-3次；
（4）测量，将待测溶液置于步骤（3）处理的盛液槽后，摁压折射率仪测试按钮测试，得出溶度数值；
（5）重复步骤（4）得出多组浓度数据，求得平均值；
其中，所述折射率仪中光源经棱镜反射后在接收装置上形成一等宽狭长的明暗相间的视场；所述接收装置为硅光电池；所述硅光电池将所述视场内的光通总和转换成电信号；所述电信号经放大转换后经单片机处理。
2.根据权利要求1所述的利用折射率仪测量溶液浓度的方法，其特征在于：所述步骤（1）中标准溶液的不同浓度为从0开始且呈每隔5的梯度上升。
3.根据权利要求1或2所述的利用折射率仪测量溶液浓度的方法，其特征在于：经所述棱镜反射的光通过一滤色片照射在所述硅光电池上。
4.根据权利要求1或2所述的利用折射率仪测量溶液浓度的方法，其特征在于：通过设置在所述棱镜和所述硅光电池之间且设有一等宽狭长缝的光筛板或通过呈等宽狭长的硅光电池的设置形成所述视场。
5.根据权利要求3所述的利用折射率仪测量溶液浓度的方法，其特征在于：通过设置在所述棱镜和所述硅光电池之间且设有一等宽狭长缝的光筛板或通过呈等宽狭长的硅光电池的设置形成所述视场。
6.根据权利要求1或2所述的利用折射率仪测量溶液浓度的方法，其特征在于：所述步骤（1）-（5）在温度和光照稳定的环境下进行。
7.根据权利要求3所述的利用折射率仪测量溶液浓度的方法，其特征在于：所述步骤（1）-（5）在温度和光照稳定的环境下进行。
8.根据权利要求4所述的利用折射率仪测量溶液浓度的方法，其特征在于：所述步骤（1）-（5）在温度和光照稳定的环境下进行。
9.根据权利要求6所述的利用折射率仪测量溶液浓度的方法，其特征在于：所述步骤（1）-（5）在温度和光照稳定的环境下进行。
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2023
- 2023-01-15 CN CN202310058493.3A patent/CN116559115A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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