Pierwszenstwo: Opublikowano: 04.111.1964 (P 103 928) 12.IV.1968 55086 KI. 42 h, 36 MKP & 0&~ UKD Wspóltwórcy wynalazku: doc. dr Alojzy Kotecki, dr inz. Jan Szukalski, inz. Tadeusz Wagnerowski, mgr inz. Tadeusz Kryszczynski Wlasciciel patentu: Warszawskie Zaklady Aparatury Laboratoryjnej i Pomiarowej, Warszawa (Polska) Sposób refraktometrycznych pomiarów oparty na zasadzie kata granicznego calkowitego odbicia i urzadzenie do stosowania tego sposobu Sposób i urzadzenie do refraktometrycznych po¬ miarów oparte na zasadzie kata granicznego cal¬ kowitego odbicia, stanowiace przedmiot niniejszego wynalazku, jest szczególnie przydatne do ciaglych przemyslowych pomiarów o szerokim zakresie zmian wartosci wspólczynnika zalamania cieczy badanej.Sposób refraktometrycznych pomiarów wg wy¬ nalazku polega na tym, ze wiazka promieni swietlnych po odbiciu calkowitym od powierzchni dzielacej pryzmat pomiarowy i ciecz badana prze¬ chodzi przez uklad lunetowy. W diafragmie pola widzenia okulara lunety tworzy sie linia podzialu jasnej i ciemnej czesci pola. Polozenie tej linii po¬ dzialu zalezne jest od wielkosci kata granicznego calkowitego odbicia, a ^viec od wspólczynnika za¬ lamania badanej cieczy.Autokolimacyjny uklad skladajacy sie z okulara lunety i wirujacego zespolu luster poprzez szcze¬ line analizuje pole diafragmy pod wzgledem na¬ tezenia strumienia swietlnego. Za szczelina znaj¬ duje sie czujnik fotoelektryczny, o którym po¬ wstaja odpowiednie impulsy elektryczne, o czasie, trwania zaleznym od szerokosci jasnej czesci pola w diafragmie, bedacej funkcja granicznego kata calkowitego odbicia a wiec wspólczynnika zalama¬ nia swiatla cieczy badanej. Impulsy te sa wzmoc¬ nione i odpowiednio formowane na impulsy prosto¬ katne o stalej amplitudzie, których szerokosc czyli czas trwania jest funkcja wspólczynnika zalamania 10 15 20 25 30 cieczy. Otrzymane impulsy prostokatne mozna do¬ wolna metoda wykorzystac do ciaglego wskazy¬ wania i rejestracji stezenia cieczy badanej z moz¬ liwoscia zastosowania w ukladzie regulacji auto¬ matycznej.W dotychczas znanych ukladach refraktome¬ trycznych opartych na zasadzie granicznego kata calkowitego odbicia stosuje sie zasadniczo dwie metody pomiarowe. W jednej pomiar wspólczyn¬ nika zalamania cieczy jest oparty na zasadzie sle¬ dzenia linii podzialu jasnej i ciemnej czesci pola. W ukladzie jednostrumieniowym, w którym stosuje sie dwa czujniki fotoelektryczne, pomiary sa obar¬ czone bledami wynikajacymi ze zmiany czulosci czujników fotoelektrycznych. Powyzsza wada jest wyeliminowana w ukladach porównawczych dwu- strumieniowych z przemiennym oswietleniem czujnika fotoelektrycznego. Ten typ ukladów na¬ daje sie tylko do pomiaru wspólczynnika zala¬ mania w waskim zakresie zmian. Uklady te na ogól sa dokladne lecz posiadaja klopotliwa regu¬ lacje, zlozona konstrukcje oraz wymagaja precy¬ zyjnych elementów zwiazanych z ukladem sledza¬ cym.Druga metoda jest oparta na pomiarze nateze¬ nia strumienia swiatla odbitego; jest ona prosta i nieskomplikowana, lecz malo dokladna, obarczo¬ na bledami wynikajacymi ze zmiany natezenia wiazki swiatla oraz ze zmiany czulosci czujnika fotoelektrycznego. Dla zwiekszenia dokladnosci 550863 i wyeliminowania powyzszych wad stosuje sie uklady porównawcze dwustrumieniowe z prze¬ miennym oswietlaniem jednego czujnika fotoelek- trycznego. Metoda powyzsza wymaga jednak bar¬ dzo precyzyjnych elementów konstrukcyjnych.Pewna odmiane wyzej podanych ukladów re¬ fraktometrycznych stanowi uklad oparty na za¬ sadzie granicznego kata calkowitego odbicia z im¬ pulsowym oswietleniem, uzyskanym przy pomocy wirujacego pryzmatu szklanego. W ukladzie tym równolegla wiazka swiatla ograniczona szczelina, przechodzac przez wirujacy pryzmat szklany, do¬ znaje odchylenia i pada pod zmieniajacym sie katem na pryzmat pomiarowy. Wiazka swiatla podczas jednego impulsu rozciaga sie symetrycz¬ nie wzgledem zalozonego kata granicznego. Czesc swiatla impulsu, padajaca pod katem mniejszym od granicznego, zalamuje sie do cieczy ^badahej, zas czesc swiatla impulsu, padajacego pod katem wiekszym od kata granicznego, ulega calkowitemu odbiciu wewnetrznemu i wpada do czujnika fGeo¬ elektrycznego, w którym wytwarza odpowiedni im¬ puls elektryczny. Do czujnika fotoelektrycznego wpada swiatlo w drugim pólokresie impulsu. Czas trwania impulsu elektrycznego stanowi wartosc pomiarowa. Jakakolwiek odchylka kata granicz¬ nego od wartosci zalozonej wydluza lub skraca czas padania odbitej wiazki swietlnej na czujnik fotoelektryczny, co powoduje zmiane czasu trwa¬ nia impulsu elektrycznego. Zmiana czasu trwania jest proporcjonalna do zmiany wspólczynnika za¬ lamania cieczy badanej.Uklad ostatnio podany posiada pewne podobien¬ stwo do ukladu refraktometrycznego, który sta¬ nowi przedmiot wynalazku. Wykorzystuje bowiem szerokosc impulsu elektrycznego, czyli czas jego trwania, do pomiaru wspólczynnika zalamania cieczy badanej, natomiast rózni sie sposobem uzys¬ kania impulsów. W ukladzie wedlug wynalazku pryzmat pomiarowy jest oswietlany równomierna i ciagla wiazka swiatla, natomiast w ukladzie re¬ fraktometrycznym ostatnio podanym pryzmat po¬ miarowy jest oswietlany impulsami swietlnymi przy pomocy wirujacego pryzmatu szklanego, któ¬ ry stanowi element trudny pod wzgledem techno¬ logicznym, musi byc precyzyjnie wykonany i usta¬ wiony dla uzyskania impulsów oswietlajacych sy¬ metrycznie rozlozonych wzgledem zalozonego kata granicznego. Wad wyzej wymienionych i skompli¬ kowanych precyzyjnych elementów nie posiada uklad refraktometryczny, który jest przedmiotem wynalazku. Posiada on prosta konstrukcje, ce¬ chuje sie duza dokladnoscia i czuloscia pomiarów w szerokim zakresie zmian wspólczynnika zalama¬ nia. Pomiary nie sa obarczone bledami spowodo¬ wanymi zmiana natezenia zródla swiatla oraz zmiana czulosci czujnika fotoelektrycznego.Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wy¬ nalazku jest przedstawione w przykladzie wyko¬ nania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ogólny urzadzenia, fig. 2 przekrój urza¬ dzenia wzdluz linii A-A, fig. 3 przedstawia ksztalt impulsów elektrycznych otrzymanych na wyjsciu ze wzmacniacza, a fig. 4 — ksztalt tych impulsów po przejsciu przez wzmacniacz formujacy. 4 Jak uwidoczniono na fig. 1, z zarówki 1 poprzez oswietlacz 2 i 3 wiazka monochromatycznych pro¬ mieni zbieznych pada na pryzmat pomiarowy 4.Czesc promieni przechodzi do badanej cfeczy 5, 5 a czesc odbija sie calkowicie od powierzchni dzie¬ lacej D—D pryzmat pomiarowy i ciecz badana, po czym przechodzi do Ukladu lunetowego skla¬ dajacego sie z obiektywu <6 i okulara 10. W prosto¬ katnej diafragmie 8 (fig. 2) pola widzenia oku- 10 lara tworzy sie linia podzialu P—P jasnej a i ciemnej b czesci pola. Pole jasne odpowiada wiazce promieni padajacych na powierzchnie dzielaca pryzmat pomiarowy 4 i ciecz badana 5 pod katem wiekszym od kata granicznego calko- 15 witego odbicia. Ze wzrostem wspólczynnika zala¬ mania cieczy rosnie kat graniczny, linia podzialu przesuwa sie, a szerokosc pola jasnego maleje.Uklad autokolimacyjny skladajacy sie z okulara 10 i zespolu wirujacych luster 11 przesuwa obraz 20 swietlny diafragmy pola 8 przed analizujaca* szczelina 9, umieszczona nad diafragma pola 8.Najkorzystniejsza czestotliwosc przesuniec obrazów diafragmy pola wzgledem szczeliny wynosi 200 —400 He. Wirujacy zespól luster 11 jest wyko- 25 nany na szklanym wieloboku foremnym, przy tym najkorzystniejsza ilosc boków wynosi 4, 6 lub 8.NajKorzystniejsza szerokosc szczeliny analizujacej wynosi od 0,1 do 0,3 mm. Za szczelina powstaja impulsy swietlne, których czas trwania zalezy od 80 szerokosci pola jasnego w diafragmie. Za szcze¬ lina 9 znajduje sie czujnik fotoelektryczny 7, któ¬ ry zamienia impulsy swietlne na odpowiednie impulsy elektryczne. Impulsy te sa nastepnie wzmacniane we wzmacniaczu 12. Impulsy elek¬ tryczne maja ksztalt zblizony do prostokatów (fig. 3), ich szerokosc czyli czas trwania tr—t2 w górnej czesci jest zalezny od wielkosci' wspól¬ czynnika zalamania. Impulsy powtarzaja sie okre¬ sowo z czestoscia przesuwania sie obrazów dia¬ fragmy pola przed szczelina.Celem wyeliminowania szkodliwego wplywu zmiany natezenia zródla swiatla oraz zmiany czu¬ losci czujnika fotoelektrycznego na pomiar wspól- 45 czynnika zalamania, z czesci impulsu Ii—14, dla której wystepuje prosta zaleznosc impulsu od wspólczynnika zalamania, do pomiaru wykorzysta¬ na jest wartosc impulsu w przedziale I2—13 (zakres- kowane pole na fig. 3), pozostawiajac przedzialy 50 I2—12 i 1$—14 jako zabezpieczenie przed # zmianami natezenia impulsu wywolanymi zmiana natezenia strumienia swietlnego oraz zmiana czulosci czujni¬ ka fotoelektrycznego. Wartosc pomiarowa uzyskuje sie przez formowanie we wzmacniaczu formuja- 55 cym 13 wzmocnionego impulsu elektrycznego w prostokatny impuls (fig. 4) o stalej amplitudzie, wykorzystujac do formowania czesc impulsu w przedziale I2—13 jedna ze znanych metod, na przy¬ klad obustronnego obciecia impulsu w przedziale 60 I2—13 lub wyzwalania przerzutnika albo dyskrymi- natora typu Schmidta, dobierajac ich punkty kry¬ tyczne w przedziale I2—13.Otrzymane prostokatne impulsy elektryczne sa wykorzystane w ukladzie pomiarowym 14 do bez- 65 posredniego odczytu lub w ukladzie rejestrujacym.; :{; I" ¦¦"'.¦?'¦ 5 15, a po zastosowaniu odpowiedniego urzadzenia wzmacniajaco — przeksztalcajacego 16, do stero¬ wania ukladem regulacji automatycznej.Refraktometr wykonany wedlug ukladu beda¬ cego przedmiotem wynalazku sluzy do ciaglych pomiarów bezposrednich w szerokim zakresie war¬ tosci wspólczynnika zalamania cieczy. Jego po¬ miary nie sa obarczone bledami spowodowanymi zmiana natezenia zródla swiatla oraz zmiana czu¬ losci czujnika fotoelektrycznego. Refraktometr ten charakteryzuje sie duza dokladnoscia i czuloscia pomiarów, nie wymaga stosowania dodatkowej re¬ gulacji i cechowania w czasie pracy oraz posiada .prosta i stabilna konstrukcje nie zawierajaca skomplikowanych i precyzyjnie wykonanych ele¬ mentów. Jedynym elementem ruchomym jest wi¬ rujacy zespól luster. Czujnik optyczny wlacza sie bezposrednio do linii produkcyjnej. Refraktometr ten jest przewidziany do pracy ciaglej w warun¬ kach przemyslowych. PL