RU2241220C2 - Способ измерения крепости водки и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способам и прибором для анализа качества водки в процессе ее розлива. Способ предусматривает пропускание исследуемой водки через дифференциальную кювету рефрактометра, выполненную в виде двух установленных параллельно друг относительно друга защитных стеклянных окон и установленных между ними с наклоном пластин. Последние образуют систему смежных призм из эталонной и исследуемой водки. Кювету просвечивают параллельным пучком света, сформированным коллиматором с источником монохроматического света, щелью, установленной в фокусе объектива. После кюветы отклоненный пучок света направляют на объектив, который строит изображение щели коллиматора на чувствительном слое матричного многоэлементного фотоприемника. По величине смещения изображения щели Δ Х относительно нулевого положения Х₀ определяют разницу показателей преломления между эталонной и исследуемой водкой

искомый показатель преломления водки n’_Dx=n_Do+Δ n_D и по найденному n’_Dx определяют долю этилового спирта Ao%. Следующие изображения щели Δ Х на фотоприемнике фиксируют по местоположению ее середины, для чего фиксируют координаты передней Х₁ и задней Х₂ границы изображения щели, находят координату середины изображения

, определяют температурную поправку по формуле Δ n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{t}}{\text{D}}$ =0,01(t-20° )(n_Do-n_Dx)+0,00653(t-20° )²· (n_Do-n_Dx)² определяют поправку, вызванную влиянием примесей концентрацией С% сахаров Δ n_Ds=0,00142· С%, находят показатель преломления исследуемой водки, соответствующий температуре t=20° С без примесей сахаров n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{20}}{\text{Dx}}$ =n_Do + Δ n_D + Δ n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{t}}{\text{D}}$ -Δ n_Ds, а объемную долю спирта в водке вычисляют по формуле Ao%=(632,328-566,954· N_D+2934,13· N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )· (0,357325-1,0872· N_D+N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )· (0,342719+0,864933· N_D +N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )· (0,383516+1,24864· N_D+N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ ), где Δ Х – величина смещения изображения щели; Х₀ – нулевое положение изображения щели; Δ n_D – разница показателей преломления; n_Do – показатель преломления эталонной водки; n_Dx – показатель преломления исследуемой водки; f¹ – фокусное расстояние объектива; θ – преломляющей угол смежных призм кюветы; n_Dx – искомый показатель преломления водки; Aо% – объемная доля этилового спирта в водке; X₁ – координата передней границы изображения щели; Х₂ – координата задней границы изображения щели; Х_t – координата середины изображения щели; Δ n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{t}}{\text{D}}$ – температурная поправка показателя преломления; t – температура, ° С; С% – концентрация сахаров, добавленных в водку; Δ n_Ds – поправка показателя преломления, вызванная примесями сахаров в водке; N_D=(n_D–1,350000)· 32 – вспомогательная переменная. Устройство содержит корпус в виде герметичной оболочки и установленные в нем последовательно источник монохроматического света, щель, коллимирующий объектив, дифференциальную кювету в виде системы смежных призм из эталонной и исследуемой водок, главное сечение которой перпендикулярно щели, отражательное устройство с двумя отражательными поверхностями под углом 90° друг относительно друга в виде призмы, главное сечение которого параллельно главному сечению системы призм кюветы, второй объектив, в фокальной плоскости которого установлен матричный многоэлементный фотоприемник, связанный с устройством обработки информации. Кювета укреплена вне герметичной оболочки корпуса. Несъемная часть кюветы укреплена на корпусе через теплоизоляционную прокладку и снабжена каналами для ввинчивания наконечников гибких шлангов, соединяющих устройство с магистральным трубопроводом. Съемная часть кюветы выполнена в виде колпака. Защитные окна обеих частей кюветы выполнены в виде плоскопараллельных друг к другу стеклянных пластин, общих для падающего и отраженного от призмы пучков света. Полость для эталонной водки выполнена в виде съемной вставки, защитные окна которой в главном сечении образуют ромб, и размещена внутри кюветы так, что она омывается исследуемой водкой со всех сторон. Вся кювета закрыта теплоизоляционным кожухом. Между источником света и щелью установлен конденсор в виде цилиндрической линзы с образующей цилиндра параллельной щели. В корпусе устройства установлено входное устройство для подсоединения проточного поляриметра, дающего информацию о величине примесей сахаров в исследуемой водке. Изобретение позволит повысить точность анализа. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к рефрактометрическим способам и приборам, которые используются, например, для анализа качества пищевых продуктов.

Согласно ГОСТ 5363-93 истинную крепость (объемную долю этилового спирта Ао%) водки, приготовленной по ГОСТ 12712-80, измеряют в лабораториях ариометром после ее перегонки, когда отделены все примеси. Требуемая точность измерения ±0,2%. Постановление Правительства РФ № 826 от 08.07.1997 г. и Распоряжение Правительства РФ № 949-Р от 18.06.1999 г. обязывают все ликероводочные заводы страны устанавливать приборы учета крепости и объема розлитой водки для осуществления контроля за расходом безводного спирта в процессе изготовления алкогольных продуктов. Приборы учета должны работать непрерывно при температуре 10-50°С. Для неразрушающего непрерывного контроля крепости водки в потоке в процессе ее разлива способ перегонки не пригоден. Наиболее удобным и точным является рефрактометрический дифференциальный способ [1, 2], при котором исследуемую водку пропускают через дифференциальную кювету рефрактометра, выполненную в виде двух установленных параллельно друг относительно друга защитных стеклянных пластин (окон) и установленных между ними с наклоном пластин, образующих систему М пар смежных призм из эталонной и исследуемой водки с преломляющими углами θ, кювету просвечивают параллельным пучком света, сформированным коллиматором с источником монохроматического света длиной волны, например,

щелью, установленной в фокусе объектива, после кюветы отклоненный на угол β пучок света направляют на объектив с фокусным расстоянием f`, который строит изображение щели коллиматора на чувствительном слое матричного многоэлементного фотоприемника, по величине смещения изображения щели х_о-х=Δx=f’tgβ относительно нулевого положения х_о определяют разницу показателей преломления между эталонной и исследуемой водкой

искомый показатель преломления водки

и по найденному n`_Dx определяют Ао %, например, с помощью таблиц Ао=f(n_Dx), составленных на основании экспериментальных исследований гомогенных растворов этилового спирта в воде (см. Справочник химика. М-Л.: Химия, 1964, с.552, 732).

Для осуществления известного способа используют известные дифференциальные рефрактометры, например дифференциальный рефрактометр, описанный в патенте Франции [2], или наиболее близкий к объекту заявки автоматический проточный рефрактометр "REMAT-40" германской фирмы "Сarl Zeise Jena GmbH" [3].

Известные устройства содержат корпус в виде герметичной оболочки с видом взрывопожарной защиты не менее IР-54 и установленные в нем последовательно источник монохроматического света, щель, коллимирующий объектив, дифференциальная кювета в виде системы из одной пары (М=1) смежных призм с преломляющим углом θ из эталонной и исследуемой жидкостей (например, водок), главное сечение которой перпендикулярно щели, отражательное устройство с двумя отражательными поверхностями под углом 90° друг относительно друга, например, в виде зеркал или призм, главное сечение которого параллельно главному сечению системы призм кюветы. Причем кювета установлена в параллельных пучках света, отраженных от отражательного устройства [2], либо между двумя отражателями [3]. После кюветы установлен второй объектив, с фокусным расстоянием f`, в фокальной плоскости которого установлено фотоприемное устройство, например, в виде матричного многоэлементного фотоприемника, связанного с устройством обработки информации.

Известное устройство [3] работает следующим образом.

Параллельный пучок света, сформированный источником света и коллимирующей линзой, проходит две смежные призмы с преломляющими углами θ из эталонной и исследуемой жидкости (водок). Если показатели преломления эталонной жидкости n_Do и исследуемой жидкости n_Dx одинаковы (одинакова крепость водки), то дифференциальная кювета подобно плоскопараллельной пластине не отклоняет пучок света, и сфокусированный на матричном многоэлементном фотоприемном устройстве пучок света, например, в виде изображения щели, занимает нулевое положение с координатой х_o относительно края фотоприемника. Если жидкости не одинаковы и отличаются по показателю преломления на величину

, то дифференциальная кювета становится эквивалентной призме, отключающей свет на угол

, изображение щели смещается на величину

относительно нулевого положения х_о.

По смещению изображения щели

определяют разницу показателей преломления

и показатель преломления исследуемого раствора (водки) n`<sub>Dx</sub>=n<sub>Do</sub>+Δn<sub>D</sub>, а затем определяют объемную долю спирта, Ао%, например, с помощью запрограммированных таблиц Ао%=f(n`_Dx).

Известный способ измерения крепости водки и устройства для его осуществления имеют ряд существенных недостатков. Во-первых, в известных устройствах фиксация местоположения изображения щели производится по местоположению одной из границ изображения тень-свет или свет–тень (см. фиг.1).

Но в процессе измерения крепости водки в потоке может быть cущественная разница между температурой окружающего воздуха и разливаемой водкой. После включения линии розлива из-за малой теплопроводности водки в кювете оказываются слои водки с различной температурой, например те слои, которые касались стенок труб и те, которые были в средине труб. Показатель преломления водки зависит не только от крепости, но и от температуры (фиг.2). Поэтому слои одной и той же крепости, но с различной температурой, по разному отклоняют лучи света, граница свет-тень изображения щели размывается, изображение щели становится более широким (фиг.1) и появляется погрешность

в измерениях координаты х, разности показателя преломления

и, следовательно, погрешность в определении искомой крепости водки Ао %.

Такой же эффект размывания изображения щели происходит при малейшем загрязнении окон кюветы или при появлении мутности исследуемой водки, например, после добавления в нее большого количества меда.

Во-вторых, в известных дифференциальных способах измерения показателя преломления исследуемой жидкости (водки) в случаях температуры исследуемой жидкости (водки) t≠20°C и неодинаковых показателей преломления эталонной n_Do и исследуемой n_Dx жидкостей (водок), учитывают температурную поправку с помощью зависимости в виде линейного уравнения

где

берут из зависимостей n_D=f(t) обычно в окрестностях t=20°C (см. фиг.2).

Из кривых, показанных на фиг. 2, видно что зависимости n_Dх=f(t) водок различной крепости не являются линейными.

Испытания показали, что без учета этой нелинейности традиционными способами учета температурной поправки нельзя обеспечить требуемой по ГОСТ 12712-80 точности измерения крепости водки ±0,2% в диапазоне температур 10-50°С.

В-третьих, кроме водок типа "Экстра", "Пшеничная", "Водка", которые можно рассматривать как двукомпонентные растворы этилового спирта в воде, существуют множество рецептов приготовления водок, предусматривающих внесение добавок в водку в виде сахара, фруктозы, меда, глицерина, кислоты и т.д. Перечень добавок регламентирует ГОСТ 5363-93. Если в водку добавлены примеси (в основном сахара), то общий показатель преломления ее, как многокомпонентной смеси, увеличивается на

, и показания крепости водки Ао=f(n`_Dx), дифференциального рефрактометра оказываются завышенными на ΔАо_s (см. фиг.3). Например, в процессе контроля водки "Столичная" с содержанием спирта 40% и сахара 20 кг /1000 дал (0,2%) вместо показаний Ао=40,00% рефрактометр покажет Ао=40,68% (фиг.3) т.е. погрешность измерений в 3,4 раза превысит допустимую по ГОСТ 12712-80 и в 1,5 раза допустимую "Временной инструкцией по автоматизированному учету алкогольной продукции при ее производстве".

Анализ большинства рецептур водок показывает, что добавка сахара (как основной добавки по массе) может достигать рекордных величин 50 кг /1000 дал (0,5%). Без учета этих добавок нельзя измерять крепость водки с требуемой "Временной инструкцией по автоматизированному учету алкогольной продукции при ее производстве" точностью ±0,5%. В известных устройствах добавки не учитываются и нет входа для введения информации о наличии и концентрации добавок.

В-четвертых, известные табличные данные зависимости объемной доли спирта Ао от измеренного при t=20°C показателя преломления n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{20}}{\text{Dx}}$ двухкомпонентного раствора этилового спирта в воде, полученные на основании таблиц плотности d = f (Ao) и массовой доли спирта Аm=f(n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{20}}{\text{Dx}}$ ), опубликованные в Справочнике химика (М.-Л.: Химия, 1964, с.732, 552), являются недостаточно точными для того, чтобы производить измерения крепости с точностью ±0,2%.

В-пятых, в известных устройствах [2,3] дифференциальная кювета установлена внутри герметичного корпуса, что создает определенные трудности для обслуживания кюветы (например, периодическая чистка окон, подсоединение кюветы к трубопроводу и для обеспечения требуемого теплового режима).

В-шестых, в известных устройствах кювета устанавливается только в одном, например в отраженном от отражательного устройства пучке света. Это означает, что если защитные окна кюветы не параллельны друг относительно друга, а наклонены в главном сечении друг к другу на угол γ, то кювета подобно клину будет отклонять параллельный пучок света на угол

, который будет изменяться с изменением

исследуемой водки и вносить дополнительную неконтролируемую погрешность в измерения показателя преломления n_Dx и искомой крепости Ао%. Как показывает многолетняя практика, достигнуть желаемой параллельности окон кюветы с точностью ±(1-2)` можно, но только в ущерб удобства обслуживания кюветы и себестоимости устройства.

В седьмых, в известных устройствах эталонная жидкость (водка) обязательно имеет тепловой контакт с окружающим воздухом и с другими деталями конструкции (хотя бы, например, через защитное окно), температура которых может отличаться на десятки градусов. Известно, что для достижения требуемой точности измерений крепости ±0,2% показатель преломления n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{20}}{\text{Dx}}$ требуется измерять с точностью не хуже ±5^.10^-5. Это означает, что разность температур между эталонной и исследуемой водкой должна быть не более ±0,07°С. Такие жесткие требования можно выполнить только с помощью особых мер, которые в известных устройствах не предусмотрены.

В-восьмых, как видно из чертежа на фиг.1, для точной фиксации местоположения изображения щели относительно многоэлементного матричного фотоприемного устройства особое значение имеет равномерность освещения щели в фокальной плоскости коллиматора. Известные устройства не имеют признаков, которые обеспечивали бы равномерность освещенности щели.

Предлагается способ измерения крепости водки и устройство для его осуществления, свободные от перечисленных недостатков. Суть предлагаемого способа состоит в том, что исследуемую водку пропускают через дифференциальную кювету рефрактометра, выполненную в виде двух установленных параллельно друг относительно друга защитных стеклянных окон и установленных между ними с наклоном пластин, образующих систему М пар смежных призм из эталонной и исследуемой водки с преломляющими углами θ, кювету просвечивают параллельным пучком света, сформированным коллиматором с источником монохроматического света длины волны, например, λ_D=589, щелью; установленной в фокусе объектива, после кюветы отклоненной на угол β пучок света направляют на объектив с фокусным расстоянием f`, который строит изображение щели коллиматора на чувствительном слое матричного многоэлементного фотоприемника, по величине смещения изображения щели х_о-х=

относительно нулевого положения х_о определяют разницу показателей преломления между эталонной и исследуемой водкой

,

искомый показатель преломления водки

и по найденному n`_Dx определяют Ао%. С целью повышения точности смещение изображения щели Δх на фотоприемнике фиксируют по местоположению середины этого изображения, для чего фиксируют координаты передней х₁ и задней х₂ границы изображения щели, находят координату середины изображения

, перед определением Ао% определяют температурную поправку с учетом нелинейности температурной зависимости

водки по формуле

.

+ 0,00653 (t-20°)² · (n_D0-n_Dx)², с помощью инкремента показателя преломления k=0,00142 определяют поправку, вызванную влиянием примесей концентрацией С% сахаров Δn_DS= 0,00142 · C%, находят показатель преломления исследуемой водки, соответствующий температуре t =20°C без примесей сахаров

а крепость водки Ао% вычисляют по уточненной формуле

Ао%=(632,328-566,954·N_D+2934,13·N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )·(0,357325-1,0872N_D+N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )·(0,342719+0,864933·N_D+N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )·(0,383516+1,24864·N_D+N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ ),

где N_D=(n_D=1,3500)·32 - вспомогательная переменная.

Предлагается устройство для осуществления способа измерения крепости водки, содержащее корпус в виде герметичной оболочки 1Р-54 и установленные в нем последовательно источник монохроматического света, щель, коллимирующий объектив, дифференциальную кювету, в виде системы М смежных призм с преломляющим углом θ из эталонной и исследуемой водок, главное сечение которой перпендикулярно щели, отражательное устройство с двумя отражательными поверхностями под углом 90° друг относительно друга, например, в виде зеркал или призмы БР-180°, главное сечение которого параллельно главному сечению системы призм кюветы, второй объектив, в фокальной плоскости которого установлено матричное многоэлементное фотоприемное устройство, связанное с устройством обработки информации. Для сохранения высокой точности измерений во всех диапазонах крепости от 30 до 60%, температур 10-40°С и величин примесей от 0 до 0,5% по сахарам, кювета укреплена вне герметичной оболочки корпуса, несъемная часть кюветы укреплена на корпусе через теплоизоляционную прокладку и снабжена каналами для ввинчивания наконечников гибких шлангов, соединяющих устройство с магистральным трубопроводом, съемная часть кюветы выполнена в виде колпака, защитные окна обеих частей кюветы выполнены в виде параллельных друг к другу плоскопараллельных стеклянных пластин, общих для падающего и отраженного от призмы БР-180° пучков света, полость для эталонной водки выполнена в виде съемной вставки, защитные окна которой в главном сечении образуют ромб, и размещена внутри кюветы так, что она омывается исследуемой водкой со всех сторон, вся кювета закрыта теплоизоляционным кожухом, между источником света и щелью установлен конденсатор в виде цилиндрической линзы с образующей цилиндра параллельной щели, а в корпусе устройства установлено входное устройство, например, в виде разъема для подсоединения устройств, дающих информацию о величине в исследуемой водке примесей сахаров, например, от поляриметра.

На фиг.1 показана идеальная а) и реальная б) формы светового и электрических сигналов на выходе фотоприемного устройства, иллюстрирующие влияние эффекта размывания изображения щели.

На фиг.2 показаны зависимости показателя преломления n

водки от температуры t°С при различной крепости Ао%.

На фиг.3 показаны зависимости погрешностей измерений крепости Ао% водки известными дифференциальными рефрактометрами от примеси сахаров в водке различной крепости.

На фиг.4 показана структурная схема предлагаемого устройства.

На фиг.5 показана схема подсоединения к магистральной трубе и к внешним устройствам.

Возможные варианты осуществления предлагаемого способа измерения крепости водки рассмотрим на примере структурной схемы предлагаемого дифференциального рефрактометра (фиг.4). Дифференциальный рефрактометр содержит корпус 1 с крышкой 2, составляющие герметичную оболочку с видом защиты IР-54, и установленные в нем последовательно источник монохроматического света 3, конденсатор в виде цилиндрической линзы с матовой плоской гранью 4, щель 5, коллимирующий объектив 6. Образующая цилиндра линзы 4 параллельна щели 5. К корпусу 1 через теплоизоляционную прокладку 7, например, изготовленную из пластмассы, прикреплена дифференциальная кювета, состоящая из двух параллельных между собой стеклянных пластин 8,9, образующая полость для исследуемой водки 10, и четырех наклоненных стеклянных пластин 11-14, создающих М=4 смежных пар призм с преломляющими углами θ и образующая полость для эталонной водки 15. Полость для эталонной водки 15 выполнена в виде съемной вставки, защитные окна которой 11-14 в главном сечении образуют ромб, и размещена внутри кюветы так, что вставка и ее окна омываются исследуемой водкой со всех сторон. Корпус кюветы состоит из несъемной 16 и съемной 17 частей.

Несъемная часть кюветы содержит защитное окно 8, каналы 18, 19 соответственно для входа и выхода исследуемой водки и датчик температуры 20 для контроля температуры протекаемой через кювету водки. К съемной части кюветы 17 прикреплен конусообразный кронштейн 21, на котором закреплено отражательное устройство в виде призмы БР-180° 22 так, что ее главное сечение параллельно главному сечению смежных призм кюветы, образованных окнами 8-9 и 11-14, и перпендикулярно щели 5. Защитные окна 8, 9 обеих частей кюветы выполнены в виде параллельных друг другу плоскопараллельных пластин, общих для падающего и отраженного от призмы 22 пучков света. Вся кювета закрыта теплоизоляционным кожухом 23.

В отраженном от призмы 22 и прошедшем второй раз кювету пучке света установлен второй объектив 24, в фокальной плоскости которого установлен матричный многоэлементный фотоприемник 25, связанный с устройством обработки информации 26.

В корпусе 1 устройства установлены источник питания 27, индикатор 28 для индикации результатов измерений, показателя преломления n_D, температуры t и объемной доли этилового спирта Ао%, разъем 29 стандартного интерфейса RS-232С/RS-485 и разъем 30 для подключения устройств, дающих информацию о величине сахаров в водке, например, от проточного поляриметра.

Для удобства подсоединения рефрактометра к магистральному трубопроводу 31 (фиг.5) линии розлива водки проточный дифференциальный рефрактометр снабжен двумя гибкими шлангами 32, 33 у которых с одной стороны прикреплены наконечники 34, 35 с уплотнительными кольцами и резьбой для ввинчивания в каналы 18, 19, а с другой – накидные гайки 36, 37 для подсоединения к магистральной трубе 31 через специальный патрубок 38 с дроссельной диафрагмой 39, сечение которой в сумме с сечением шлангов 31, 32 равно сечению трубы 31.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Сформированный источником света 3, цилиндрической линзой 4, щелью 5 и объективом 6 параллельный монохроматический пучок света направляют на дифференциальную кюветы, состоящую, например, из четырех смежных призм эталонной и исследуемой водок, образованных из параллельных пластин 8,9 и наклоненных пластин 11-14. Свет проходит пластину 8, слой исследуемой водки 10 в виде клина, плоскопараллельную пластину 11, слой эталонной водки 15 в виде клина, толстый край которого находится на противоположной стороне относительно клина из исследуемой водки 10, плоскопараллельную пластину 12, снова слой исследуемой водки 10 в виде клина, плоскопараллельную пластину 9, отражается призмой БР-180° 22 строго параллельно падающему пучку света и повторно проходит пластину 9, слой исследуемой водки 10, пластину 13, слой эталонной водки 15, пластину 14, слой исследуемой водки 10 и пластину 8. Далее параллельный пучок света направляется на объектив 24, который в фокальной плоскости, т.е. в плоскости чувствительного слоя фотоприемного устройства 25, строит изображение щели 5. Фотоприемное устройство 25 преобразует световой сигнал J в электрический U. Причем фотоприемное устройство работает в режиме насыщения на уровне U_н для того, чтобы на точность определения местоположения светового сигнала J не сказывался эффект не идеальной равномерности освещения щели 5. Выравниванию освещенности щели 5 способствует матовая поверхность плоской грани цилиндрической линзы 4, которая собирает лучи вдоль щели 5. Если показатель преломления исследуемой 10 и эталонной 15 водок одинаковы, то после кюветы пучок света остается параллельным пучку света, падающему на кювету изображение щели 5 в плоскости фотоприемного устройства занимает нулевое (исходное) положение. Фотоприемное устройство фиксирует первую границу тень-свет Х₁₀, вторую границу свет-тень Х₂₀ и середину изображения щели

. Такая регистрация середины изображения щели, как видно из чертежа (фиг.1), позволяет точно фиксировать положение изображения щели даже в том случае, если изображение щели размыто (фиг.1,б).

Если показатель преломления исследуемой 10 (фиг.4) и эталонной 15 водок отличаются на

, то после кюветы пучок света отклоняется в плоскости главного сечения на угол

где θ – угол наклона пластин 11-14, изображение щели 5 в плоскости фотоприемного устройства 25 смещается относительно нулевого положения х_о на Δх_о=х_o-

где f` - фокусное расстояние объектива 24. Встроенный микропроцессор устройства обработки информации 26 определяет разницу показателей преломления между эталонной и исследуемой водкой

показатель преломления исследуемой водки

. Перед тем, как определять объемную долю спирта Ао, микропроцессор 26 учитывает информацию о измеренной температуре t датчиком 20 и о концентрации сахара С% в водке, полученной по каналу связи 30, определяет температурную поправку по формуле

+ 0,00653 (t-20°)^2·(n_Do-n_Dx)², определяют поправку, вызванную влиянием примесей сахаров

находит показатель преломления водки, соответствующий при t=20°C без примесей сахаров n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{20}}{\text{Dx}}$ =

и вычисляют крепость водки Ао% с помощью полинома Ао%=(632,328-566,954·N_D+2934,13·N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )·(0,357325-1,0872·N_D+N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )·(0,342719+0,864933·ND+N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )×

(0,383516+1,24864·N_D+ N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ ),

где N_D= (n_D=1,350000)^.32 - вспомогательная переменная.

Предлагаемые способ измерения крепости водки и устройство для его осуществления имеют ряд преимуществ по сравнению с известными. Так, фиксация координат передней Х₁ и задней Х₂ границ изображения щели и определение координаты середины изображения щели

позволяют достигать высоких точностей измерений крепости водки даже в случае появления эффектов размытости или уширения изображения щели в плоскости фотоприемного устройства. При вычислении температурной поправки

учитывается нелинейный вид зависимости показателя преломления водки от температуры, что существенно повышает точность измерения крепости водки Ао.

Предлагаемый способ учитывает поправку

, вызванную существенным влиянием примесей сахаров на точность измерений Ао, что позволяет даже при рекордных примесях сахаров измерять крепость водки с точностью не хуже ±0,2%. Новые способ и устройство используют новую уточненную зависимость искомой крепости водки Ао% от измеренного рефрактометром показателя преломления

, без чего нельзя достигать требуемых точностей измерений Ао±0,2%.

В предлагаемом устройстве кювета укреплена вне герметичной оболочки корпуса, что позволило существенно улучшить теплоизоляцию кюветы и тепловой режим между исследуемой и эталонной водкой, а также обеспечить легкий доступ к деталям кюветы для чистки и монтажа.

Использование цилиндрической линзы в качестве конденсатора позволяет существенно увеличить световую энергию коллиматора и повысить равномерность освещения щели, что благотворно влияет на точность фиксации изображения щели и, следовательно, на точность измерения крепости водки.

Предлагаемые способ и устройство для измерения крепости водки будут широко использоваться как на линиях розлива, так и в лабораториях ликеро-водочных заводов, в лабораториях спиртпрома, а также в пищевых лабораториях Госстандарта и санитарно-эпидемиологического надзора страны.

Источники информации

1. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. Л.: Химия, 1983, с.31-36, с.107-115.

2. Патент Франции № 2249501. Изобретения за рубежом, № 12, 1975.

3. Автоматический проточный рефрактометр "REMAT 40" фирмы "Кarl Zeiss Jena" (Германия).

Claims (2)

1. Способ измерения крепости водки в процессе ее разлива, при котором исследуемую водку пропускают через дифференциальную кювету рефрактометра, выполненную в виде двух установленных параллельно относительно друг друга защитных стеклянных окон и установленных между ними с наклоном пластин, образующих систему смежных призм из эталонной и исследуемой водки, кювету просвечивают параллельным пучком света, сформированным коллиматором с источником монохроматического света, щелью, установленной в фокусе объектива, после кюветы отклоненный пучок света направляют на объектив, который строит изображение щели коллиматора на чувствительном слое матричного многоэлементного фотоприемника, по величине смещения изображения щели Δ Х относительно нулевого положения X₀ определяют разницу показателей преломления между эталонной и исследуемой водкой Δ n_D=n_Do–n_Dx=Sin[arctg Δ /f¹· (4tgθ )^-1], определяют искомый показатель преломления водки n’_Dх=n_Dо + Δ n_D и по найденному n’_Dх определяют объемную долю этилового спирта Аo% в водке, отличающийся тем, что смещение изображения щели Δ Х на фотоприемнике фиксируют по местоположению его середины, для чего фиксируют координаты передней Х₁ и задней X₂ границы изображения щели, находят координату середины изображения Х=0,5(X₁+X₂), определяют температурную поправку по формуле Δ n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{t}}{\text{D}}$ =0,01(t-20° )(n_Do-n_Dх)+0,00653(t-20° )²(n_Do-n_Dх)², определяют поправку, вызванную влиянием примесей концентрацией С% сахаров Δ n_Ds=0,00142· С%, находят показатель преломления исследуемой водки, соответствующий температуре t=20° С без примесей сахаров n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{20}}{\text{Dx}}$ =n_Do + Δ n_D + Δ n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{t}}{\text{D}}$ -Δ n_Ds, а объемную долю спирта в водке вычисляют по формуле

Ao%=(632,328-566,954· N_D+2934,13· N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )· (0,357325-1,0872· N_D+N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )· (0,342719+0,864933· N_D+N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ )x·

(0,383516+1,24864· N_D+N $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{D}}$ ),

где Δ Х – величина смещения изображения щели;

Х₀ – нулевое положение изображения щели;

Δ n_D – разница показателей преломления;

n_Do – показатель преломления эталонной водки;

n_Dx – показатель преломления исследуемой водки;

f¹ – фокусное расстояние объектива;

θ – преломляющий угол смежных призм кюветы;

n’_Dx – искомый показатель преломления водки;

Ao% – объемная доля этилового спирта в водке;

X₁ – координата передней границы изображения щели;

Х₂ – координата задней границы изображения щели;

Х_t – координата середины изображения щели;

Δ n $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{t}}{\text{D}}$ – температурная поправка показателя преломления;

t – температура, ° С;

С% – концентрация сахаров, добавленных в водку;

Δ n_Ds – поправка показателя преломления, вызванная примесями сахаров в водке;

N_D=(n_D–1,350000)· 32 – вспомогательная переменная.

2. Устройство для измерения крепости водки в процессе ее разлива, содержащее корпус в виде герметичной оболочки и установленные в нем последовательно источник монохроматического света, щель, коллимирующий объектив, дифференциальную кювету в виде системы смежных призм из эталонной и исследуемой водок, главное сечение которой перпендикулярно щели, отражательное устройство с двумя отражательными поверхностями под углом 90° относительно друг друга в виде призмы, главное сечение которого параллельно главному сечению системы призм кюветы, второй объектив, в фокальной плоскости которого установлен матричный многоэлементный фотоприемник, связанный с устройством обработки информации, отличающееся тем, что кювета укреплена вне герметичной оболочки корпуса, несъемная часть кюветы укреплена на корпусе через теплоизоляционную прокладку и снабжена каналами для ввинчивания наконечников гибких шлангов, соединяющих устройство с магистральным трубопроводом, съемная часть кюветы выполнена в виде колпака, защитные окна обеих частей кюветы выполнены в виде плоскопараллельных друг к другу стеклянных пластин, общих для падающего и отраженного от призмы пучков света, полость для эталонной водки выполнена в виде съемной вставки, защитные окна которой в главном сечении образуют ромб, и размещена внутри кюветы так, что она омывается исследуемой водкой со всех сторон, вся кювета закрыта теплоизоляционным кожухом, между источником света и щелью установлен конденсор в виде цилиндрической линзы с образующей цилиндра, параллельной щели, а в корпусе устройства установлено входное устройство для подсоединения проточного поляриметра, дающего информацию о величине примесей сахаров в исследуемой водке.

Images