CN209296573U - 一种液体折射率测定仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种液体折射率测定仪，包括白光光源、毛玻璃、玻璃槽、基座及迈克尔逊干涉仪；本实用新型将迈克尔逊干涉仪设置在基座上，采用将被检测液体注入两件容积厚度不同的玻璃槽内，通过被检测液体光程的改变得出液体的折射率。本实用新型具有结构简单、造价便宜、适用范围广、测定方法简明清晰、测定过程快捷方便且检测数据精确度高的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及物理实验装置，尤其是一种液体折射率测定仪。
背景技术
折射率是表征物质性质的重要光学常数，物质的浓度、纯度、色散等性质都能通过折射率进行反应。折射率是食品生产中常用的工艺指标，精确测量折射率在理解物质结构性质、工业生产中，都具有十分重要的意义。
利用迈克尔逊干涉仪测量薄玻璃片的折射率也是大学物理实验的内容之一，但是想测量液体的折射率，物理实验室却找不到相应的装置。国内外对液体折射率的测量主要分为两类，第一类为是几何光学法,如最小偏角法、掠入射法。另一类是波动光学法，如牛顿环法、光栅衍射法。但是以上方法存在一定的局限性，最小偏向角法和掠入射法的测量范围受棱镜折射率的限制；牛顿环法在测液体折射率时，光程差增加，条纹反衬度下降，模糊不清，容易造成视觉误差，精确度较低；光栅衍射法光斑距离测量的精度限制了折射率的精度。设计一种造价便宜、适用范围广、精度高、操作简便并能投入到物理实验室的折射率测定仪将显得十分必需。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供的一种液体折射率测定仪，本实用新型将迈克尔逊干涉仪设置在基座上，采用将被检测液体注入两件容积厚度不同的玻璃槽内，通过被检测液体光程的改变得出液体的折射率。本实用新型具有结构简单、造价便宜、适用范围广、测定方法简明清晰、测定过程快捷方便且检测数据精确度高的优点。
实现本实用新型目的的具体技术方案是：
一种液体折射率测定仪，其特点包括白光光源、毛玻璃、玻璃槽、基座及迈克尔逊干涉仪；
所述基座为设有直角坐标系的原点O、X轴及Y轴的矩形板状，基座上沿X轴原点O以左设有光源座及毛玻璃插口，X轴原点O以右设有第一玻璃槽支架，基座上沿Y轴原点0以上设有第二玻璃槽支架，基座上直角坐标系的第二象限上设有干涉仪支架；
所述玻璃槽为设有主屏幕面的矩形容器，玻璃槽为两件，分别设于第一玻璃槽支架且及第二玻璃槽支架内，两件玻璃槽的主屏幕面分别与X轴及Y轴正交设置；
所述白光光源及毛玻璃分别设于基座的光源座及毛玻璃插口上；
所述的迈克尔逊干涉仪上设有分束板G1、补偿板G2、第一反射镜M1及第二反射镜M2，迈克尔逊干涉仪设于基座的干涉仪支架上。
所述的两件玻璃槽的主屏幕面相同，玻璃槽容积的长度及宽度相同、容积的厚度不同。
本实用新型将迈克尔逊干涉仪设置在基座上，采用将被检测液体注入两件容积厚度不同的玻璃槽内，通过被检测液体光程的改变得出液体的折射率。本实用新型具有结构简单、造价便宜、适用范围广、测定方法简明清晰、测定过程快捷方便且检测数据精确度高的优点。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型玻璃槽的结构示意图；
图3为食盐水折射率、浓度的关系曲线与理论曲线比对图；
图4为蔗糖水折射率、浓度的关系曲线与理论曲线比对图。
具体实施方式
参阅图1，本实用新型包括白光光源1、毛玻璃2、玻璃槽3、基座4及迈克尔逊干涉仪5；
所述基座4为设有直角坐标系的原点0、X轴及Y轴的矩形板状，基座4上沿X轴原点0以左设有光源座11及毛玻璃插口12，X轴原点0以右设有第一玻璃槽支架13，基座4上沿Y轴原点0以上设有第二玻璃槽支架14，基座4上直角坐标系的第二象限上设有干涉仪支架15。
参阅图1、图2，所述玻璃槽3为设有主屏幕面31的矩形容器，玻璃槽3为两件，分别设于第一玻璃槽支架13且及第二玻璃槽支架14内，两件玻璃槽3的主屏幕面31分别与X轴及Y轴正交设置。
参阅图1、图2，所述白光光源1及毛玻璃2分别设于基座4的光源座11及毛玻璃插口12上；所述的迈克尔逊干涉仪5上设有分束板G16、补偿板G27、第一反射镜M18及第二反射镜M29，迈克尔逊干涉仪5设于基座4的干涉仪支架15上。
参阅图2，所述的两件玻璃槽3的主屏幕面31相同，玻璃槽容积的长度及宽度相同、容积的厚度不同。
本实用新型是这样工作的：
a)、迈克尔逊干涉仪与基座的布设：
将迈克尔逊干涉仪5上的第一反射镜M18及第二反射镜M29分别与X轴及Y轴正交设置在第一玻璃槽支架13且及第二玻璃槽支架14外侧，将分束板G16设置在基座4的原点O，将补偿板G27设置在分束板G16与第二玻璃槽支架14之间；最后将白光光源1及毛玻璃2分别设于基座4的光源座11及毛玻璃插口12上。
由于迈克尔逊干涉仪5等厚干涉条纹可见度会随着液体的厚度增加而降低，实验中，选用两件主屏幕面31相同、且容积具有厚度差为Δd1的扁平矩形体玻璃槽3。
b)、液体折射率的测量：
在两件玻璃槽3内加入同种被测量液体；白光光源1垂直透过毛玻璃2形成测量光路进入迈克尔逊干涉仪5；
当两件玻璃槽3均未放置到第一玻璃槽支架13及第二玻璃槽支架14时，沿Y轴缓慢移动第一反射镜M18，光路在分束板G16及补偿板G27的作用下，使得彩色条纹出现在迈克尔逊干涉仪5的光屏中央，即为第一反射镜M18、第二反射镜M29处于等光程差的位置；
然后将装有被测量液体的两件具有厚度差的玻璃槽3分别放置在第一玻璃槽支架13及第二玻璃槽支架14上，当玻璃槽3放置后，光路在光屏中央的彩色条纹消失，此时，再次沿Y轴缓慢移动第一反射镜M18，直至彩色条纹再次出现在光屏中央。测出第一反射镜M18在此过程中的移动距离为Δl。
白光光源1发出的白光在分束板G16分成两束光，第一束光经分束板G16折向第一反射镜M18，经反射后穿过分束板G16；第二束光穿过分束板G16和补偿板G27射向第二反射镜M29，反射后穿过补偿板G27，由分束板G16反射，与第一束光发生干涉。如果两束光的光程相同，由于第一反射镜M18和第二反射镜M29的夹角和90°存在微小差异，我们能够观察到等厚干涉条纹，即上述彩色条纹。已知玻璃槽3的容积厚度差为Δd1，命待测液体的折射率为nx，取空气的折射率为1，则由于Δd1带来的附加的光程差为2(nx-1)Δd1。通过移动第一反射镜M18，来抵消这个附加光程差。第一反射镜M18移动距离为Δl，则第一束光在射向第一反射镜M18再反射回分束板G16的过程中，光程的改变量为2Δl。当
2Δl＝2(nx-1)Δd1 (1)
附加光程差被完全抵消，彩色条纹再次出现，整理上式可得待测液体的折射率
实施例中，将数值Δd1＝0.1mm带入公式(2)便得到实施例的折射率计算公式：
即可计算出该液体的折射率nx。
实施例
a)、使用不同浓度的食盐水的测试：
参阅图1、图3，在两件玻璃槽3内加入浓度为61g/L的食盐水。当两件玻璃槽3均未放置到第一玻璃槽支架13及第二玻璃槽支架14时，沿Y轴缓慢移动第一反射镜M18，使彩色条纹出现在迈克尔逊干涉仪5的光屏中央。然后将两件装有被测量液体的具有厚度差的玻璃槽3分别放置在第一玻璃槽支架13及第二玻璃槽支架14上，光路在光屏中央的彩色条纹消失，此时，再次沿Y轴缓慢移动第一反射镜M18，直至彩色条纹再次出现在光屏中央。测出第一反射镜M18在此过程中的移动距离为0.03466mm，则光程的改变量分别为0.06932mm。将数据带入下面公式
计算出61g/L的食盐水的折射率分别为1.3466。用同样的方法分别测量浓度为120g/L，180g/L、240g/L的食盐水，求得折射率分别为1.3574、1.3661、1.3790。用ρ表示浓度，测量曲线拟合表达式为：nx＝1.793×10-4ρ+1.336，线性拟合度很高。为了对比参考得出的数据的准确性，我们用阿贝折射仪测量了上述食盐水溶液并将其作为理论值，得到折射率与浓度的理论曲线函数表达式为：nx＝1.702×10-4ρ+1.333。可以看出，测量曲线与理论曲线很接近，斜率的相对误差为5％，截距的误差为0.2％。也就是说本实验新型测量透明液体折射率准确度高，价格低廉，操作方便。
使用不同浓度的蔗糖水的测试：
b)、参阅图1、图4，使用同样的方法分别测量浓度为42g/L，72g/L，103g/L，132g/L的蔗糖水，测出第一反射镜M18前后的移动距离分别为0.03435mm、0.03460mm、0.03527mm、0.03574mm，则光程的改变量分别为0.06870mm、0.06920mm、0.07054mm、0.07148mm。带入下面公式
计算出浓度为42g/L，72g/L，103g/L，132g/L的蔗糖水的折射率分别为1.3435、1.3460、1.3527、1.3574。同样用ρ表示浓度，测量曲线的拟合表达式为：nx＝1.613×10-4ρ+1.336，测量曲线的线性拟合度较高。同样用阿贝折射仪得到蔗糖水溶液折射率与浓度的理论曲线表达式为：nx＝1.599×10-4ρ+1.333。能看出测量曲线与理论曲线十分接近，斜率的相对误差为0.9％，截距的误差为0.17％。
Claims (2)
1.一种液体折射率测定仪，其特征在于，它包括白光光源（1）、毛玻璃（2）、玻璃槽（3）、基座（4）及迈克尔逊干涉仪（5）；
所述基座（4）为设有直角坐标系的原点O、X轴及Y轴的矩形板状，基座（4）上沿X轴原点O以左设有光源座（11）及毛玻璃插口（12），X轴原点O以右设有第一玻璃槽支架（13），基座（4）上沿Y轴原点O以上设有第二玻璃槽支架（14），基座（4）上直角坐标系的第二象限上设有干涉仪支架（15）；
所述玻璃槽（3）为设有主屏幕面（31）的矩形容器，玻璃槽（3）为两件，分别设于第一玻璃槽支架（13）且及第二玻璃槽支架（14）内，两件玻璃槽（3）的主屏幕面（31）分别与X轴及Y轴正交设置；
所述白光光源（1）及毛玻璃（2）分别设于基座（4）的光源座（11）及毛玻璃插口（12）上；
所述的迈克尔逊干涉仪（5）上设有分束板G1（6）、补偿板G2（7）、第一反射镜M1（8）及第二反射镜M2（9），迈克尔逊干涉仪（5）设于基座（4）的干涉仪支架（15）上。
2.根据权利要求1所述的一种液体折射率测定仪，其特征在于，所述两件玻璃槽（3）的主屏幕面（31）相同，玻璃槽容积的长度及宽度相同、容积的厚度不同。
Priority Applications (1)
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| CN201821953087.4U CN209296573U (zh) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | 一种液体折射率测定仪 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201821953087.4U Expired - Fee Related CN209296573U (zh) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | 一种液体折射率测定仪 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109406456A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-03-01 | 华东师范大学 | 一种液体折射率测定仪 |
| CN110779690A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-02-11 | 四川大学 | 双棱镜折射率的测量方法 |
| CN111504949A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-07 | 西南大学 | 一种基于干涉法的流体鉴别装置 |
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2018
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