RU2113710C1

RU2113710C1 - Automatic refractometer to control parameters of liquid media

Info

Publication number: RU2113710C1
Application number: RU97121096/13A
Authority: RU
Inventors: Леонид Петрович Брусиловский; Михаил Аврамович Верников; Александра Николаевна Стрепихеева; Евгений Алексеевич Фетисов; Владимир Георгиевич Харебов
Original assignee: Закрытое акционерное общество Международная компания "Луч"
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: instrumentation, control over parameters of liquid media including dairy media. SUBSTANCE: automatic refractometer includes lighting and measurement prisms, two illuminators, two light detectors, optically transparent dish located between one illuminator and first light detector and device processing signals. Second light detector is positioned at output of signal from measurement prism. Device processing signals is fitted with indicator. Signals from two light detectors go to device processing them. Signal of first light detector is entered in the form of correction to value of signal of second light detector to remove influence of diffusion of light in liquid on readings of refractometer. EFFECT: high accuracy of measurement of refractive index during test of liquid media. 2 dwg

Description

Прибор предназначен для контроля параметров жидких сред, он позволяет производить измерения как в прозрачных, так и непрозрачных средах, в том числе мутных, и может быть использован в молочной и других отраслях промышленности. The device is designed to control the parameters of liquid media, it allows measurements in both transparent and opaque media, including turbid ones, and can be used in dairy and other industries.

Основная трудность при измерении показателя преломления любой жидкости, в том числе мутной, при помощи рефрактометра практически любой конструкции заключается в том, что граница между темным и светлым полями, по положению которой определяют величину показателя преломления, сильно размыта вследствие светорассеяния. Это снижает точность отсчета по сравнению с прозрачной жидкостью минимум на порядок вне зависимости от того, каким образом производят отсчет - визуально или при помощи какого-либо светоприемника. The main difficulty in measuring the refractive index of any liquid, including turbid, using a refractometer of almost any design, is that the boundary between dark and bright fields, by the position of which the value of the refractive index is determined, is very blurred due to light scattering. This reduces the reading accuracy in comparison with a transparent liquid by at least an order of magnitude, regardless of how the readout is made - visually or using some kind of light detector.

Известен рефрактометр для измерения показателя преломления в жидких средах, в том числе в мутных (рефрактометр с призмой Аббе, работающий в отраженном свете), состоящий из двух призм, выполненных из оптически прозрачного материала и расположенных с образованием между ними камеры для исследуемой жидкости, осветителя и устройства для визуального отсчета величины показателя преломления. A refractometer is known for measuring the refractive index in liquid media, including turbid ones (a refractometer with an Abbe prism operating in reflected light), consisting of two prisms made of optically transparent material and located between them to form a chamber for the liquid under study, an illuminator and devices for visual reading of the value of the refractive index.

Граница между светлым и темным полями в этом рефрактометре достаточно резкая. The boundary between the light and dark fields in this refractometer is quite sharp.

Недостатком известного устройства является наличие погрешности, связанной с субъективным отсчетом величины показателя преломления при помощи глаза. Автоматизация отсчета практически невозможна из-за крайне низкой разности освещенностей светлого и темного полей (низкого контраста). A disadvantage of the known device is the presence of an error associated with the subjective reading of the value of the refractive index using the eye. Automation of reading is almost impossible due to the extremely low difference in illumination of light and dark fields (low contrast).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому прибору является визуальный рефрактометр Аббе, состоящий из осветителя и двух призм, выполненных из оптически прозрачного материала и расположенных с образованием между ними камеры для исследуемой жидкости (Краткая химическая энциклопедия.- М. : Советская энциклопедия, т.4, 1965, с.670-671). Этот прибор работает в проходящем свете, так как контраст светлого и темного полей в нем достаточно высок для того, чтобы использовать в качестве светоприемника фотоэлемент. The closest in technical essence to the claimed device is a Abbe visual refractometer, consisting of an illuminator and two prisms made of optically transparent material and located with the formation of a chamber for the test fluid between them (Brief chemical encyclopedia.- M.: Soviet Encyclopedia, vol. 4 , 1965, p. 670-671). This device operates in transmitted light, since the contrast of light and dark fields in it is high enough to use a photocell as a light detector.

Недостатком этого прибора является низкая точность отсчета при измерении показателя преломления мутных жидкостей из-за того, что граница между светлым и темным полями сильно размыта. Кроме того, прототипу, как и всем рефрактометрам с визуальным отсчетом присуща дополнительная погрешность, связанная с субъективным отсчетом величины показателя преломления при помощи глаза. The disadvantage of this device is the low accuracy of reading when measuring the refractive index of turbid liquids due to the fact that the boundary between the bright and dark fields is very blurred. In addition, the prototype, like all refractometers with a visual readout, has an additional error associated with the subjective reading of the value of the refractive index using the eye.

Технический результат изобретения заключается в создании автоматического рефрактометра с высокой точностью измерения показателя преломления при контроле параметров жидких, в том числе мутных сред, в частности молочных продуктов. The technical result of the invention is to create an automatic refractometer with high accuracy in measuring the refractive index while monitoring the parameters of liquid, including turbid media, in particular dairy products.

Технический результат достигается тем, что рефрактометр для исследования параметров жидких сред, состоящий из осветителя и двух призм, выполненных из оптически прозрачного материала и расположенных с образованием между ними камеры для исследуемой жидкости, согласно изобретению дополнительно снабжен осветителем, двумя светоприемниками, оптически прозрачной кюветой, расположенной между осветителем и светоприемником, при этом второй светоприемник расположен на выходе сигнала из призмы, а устройство для обработки сигналов с двух светоприемников оснащено индикатором. The technical result is achieved by the fact that the refractometer for studying the parameters of liquid media, consisting of a illuminator and two prisms made of optically transparent material and arranged to form a chamber for the test liquid between them, according to the invention is additionally equipped with a illuminator, two light receivers, an optically transparent cell located between the illuminator and the light receiver, while the second light receiver is located at the output of the signal from the prism, and the device for processing signals from two light riemnikov is equipped with an indicator.

Схема и работа предлагаемого устройства пояснена фиг. 1 и 2. The scheme and operation of the proposed device is illustrated in FIG. 1 and 2.

Устройство состоит из осветительной призмы 1 с выходной гранью 2 и измерительной призмы 3 с выходной гранью 4, расположенных с образованием между ними камеры для измеряемой жидкости 5, осветителя 6, расположенного перед входной гранью 2 и светоприемника 7, расположенного перед выходной гранью 4, оптически прозрачной кюветы для измеряемой жидкости 8, расположенной между осветителем 9 и светоприемником 10, устройства для обработки сигналов 11, поступающих со светоприемников и индикатора для представления результатов измерения 12. The device consists of a lighting prism 1 with an output face 2 and a measuring prism 3 with an output face 4 located to form a chamber for the liquid to be measured 5 between them, a illuminator 6 located in front of the input face 2 and a light receiver 7 located in front of the output face 4, which is optically transparent cuvettes for the measured liquid 8, located between the illuminator 9 and the light receiver 10, a device for processing signals 11 coming from the light receivers and an indicator for presenting the measurement results 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Исследуемую жидкость помещают в камеру 5 и кювету 8 устройства. Свет от осветителя 6 падает на входную грань 2 осветительной призмы 1, которая направляет луч света на поверхности жидкости в камере 5. Этот луч света преломляется исследуемой жидкостью в измерительную призму 3, а из нее - на светоприемник 7. The test liquid is placed in the chamber 5 and the cuvette 8 of the device. The light from the illuminator 6 falls on the input face 2 of the illuminating prism 1, which directs the light beam on the surface of the liquid in the chamber 5. This light beam is refracted by the investigated liquid into the measuring prism 3, and from it to the light receiver 7.

Луч света от осветителя 9 проходит через слой жидкости в кювете 8 и попадает на светоприемник 10. A ray of light from the illuminator 9 passes through a liquid layer in the cell 8 and enters the light detector 10.

Сигналы от светоприемника 7 и 10 поступают в устройство для обработки сигналов 11, которое управляет индикатором для представления результатов измерения 12. The signals from the light receiver 7 and 10 enter the device for processing signals 11, which controls the indicator to present the measurement results 12.

При этом в зависимости от коэффициента преломления жидкости меняется соотношение площадей светлого и темного полей на выходной грани 4 измерительной призмы: чем больше коэффициент преломления, тем меньше площадь темного поля. Таким образом, в общем случае, чем больше коэффициент преломления жидкости, тем больше света попадает на светоприемник 7, тем больше сигнал от этого светоприемника. Moreover, depending on the refractive index of the liquid, the ratio of the areas of light and dark fields on the output face 4 of the measuring prism changes: the higher the refractive index, the smaller the dark field area. Thus, in the General case, the greater the refractive index of the liquid, the more light enters the light detector 7, the greater the signal from this light detector.

При измерении коэффициента преломления прозрачной жидкости граница между светлым и темным полями - резкая (фиг.2а), поэтому сигнал светоприемника 7 однозначно определяет величину коэффициента светопреломления жидкости. When measuring the refractive index of a transparent liquid, the boundary between the light and dark fields is sharp (Fig. 2a), therefore, the signal of the light detector 7 uniquely determines the magnitude of the light refraction coefficient of the liquid.

При измерении коэффициента преломления непрозрачной жидкости граница между светлым и темным полями более или менее размыта (фиг. 2б), ширина границы непостоянна, так как зависит от мутности жидкости, поэтому величина сигнала светоприемника 7 не может однозначно определять величину коэффициента светопреломления жидкости. When measuring the refractive index of an opaque liquid, the boundary between the bright and dark fields is more or less blurred (Fig.2b), the width of the boundary is not constant, since it depends on the turbidity of the liquid, therefore, the signal value of the light detector 7 cannot uniquely determine the value of the light refraction coefficient of the liquid.

Величина сигнала от светоприемника 10 зависит от мутности (светорассеивающих свойств) жидкости в кювете 8: чем больше мутность, тем меньше сигнал. The magnitude of the signal from the light receiver 10 depends on the turbidity (light-scattering properties) of the liquid in the cell 8: the greater the turbidity, the smaller the signal.

Устройство для обработки сигналов светоприемников 11, используя сигнал от светоприемника 10, вводит поправку к величине сигнала светоприемника 7. Это позволяет устранить влияние светорассеяния жидкости на показания рефрактометра. A device for processing signals of the light detectors 11, using the signal from the light detector 10, introduces an amendment to the signal value of the light detector 7. This eliminates the influence of light scattering of the liquid on the readings of the refractometer.

При использовании устройства по прототипу погрешность измерения коэффициента преломления в мутных жидкостях, например молочных, колеблется в пределах от 0,0015 (цельное несгущенное молоко) до 0,0030 (сгущенное молоко с сахаром). Это соответствует погрешности измерения массовой доли сухих веществ 1 и 2,5% соответственно. Столь высокая погрешность делает рефрактометрический анализ молочных продуктов невозможным, поэтому в настоящее время его используют лишь во внутрицеховом контроле для предварительной быстрой оценки состава продукта. When using the device according to the prototype, the error in measuring the refractive index in turbid liquids, for example, dairy, ranges from 0.0015 (whole condensed milk) to 0.0030 (condensed milk with sugar). This corresponds to an error in measuring the mass fraction of solids of 1 and 2.5%, respectively. Such a high error makes refractometric analysis of dairy products impossible, therefore, at present it is used only in in-plant control for a preliminary quick assessment of the composition of the product.

При использовании предлагаемого устройства погрешность измерения коэффициента преломления молока составляет 0,0001 и не зависит от состава молока. Это соответствует погрешности измерения массовой доли сухих веществ 0,07% для цельного несгущенного молока и 0,1% для сгущенного молока с сахаром. Такие значения погрешностей вполне допустимы как для входного контроля сырья, так и для выходного контроля продукции. Автоматизация процесса измерения коэффициента преломления с помощью предлагаемого устройства делает контроль состава продукта объективным, а не субъективным, как при использовании у устройства по прототипу. С помощью этого прибора можно определять массовую долю сухих веществ в жидких средах, в частности в молочных продуктах. When using the proposed device, the error in measuring the refractive index of milk is 0.0001 and does not depend on the composition of milk. This corresponds to an error in measuring the mass fraction of solids of 0.07% for whole non-condensed milk and 0.1% for condensed milk with sugar. Such error values are quite acceptable both for the input control of raw materials, and for the output control of products. Automation of the process of measuring the refractive index using the proposed device makes monitoring the composition of the product objective and not subjective, as when using the device according to the prototype. Using this device, it is possible to determine the mass fraction of solids in liquid media, in particular in dairy products.

Claims

An automatic refractometer for monitoring the parameters of liquid media, including an illuminating and measuring prism made of optically transparent glass, a chamber for the liquid under study, a illuminator and a device for reading the value of the refractive index, characterized in that two light receivers are introduced into it, an additional illuminator and an optically transparent cell placed between the additional illuminator and the first light detector, while the second light detector is located at the output of the measuring prism and a device for measuring In other words, the refractive index is equipped with an indicator, and the signals from the light receivers are fed to the device for counting the value of the refractive index, and the signal from the first light receiver serves to introduce a correction of the signal from the second light receiver.