SU1383164A1 - Рефрактометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптическим измерени м.. Цель изобретени  - повьшение точности измерени  показател  преломлени  жидкости с измен ющейс  температурой. Дл  этого в рефрактометре используетс  световод полного внутреннего отражени , -состо щий из п ти склеенных,плоскопарал- лельных пластин. Центральна  пластина 1 - измерительна , ее торцы 6 и 7 имеют зеркальное покрытие. На одной из поверхностей пластины 1 располагаютс  призмы 8 и 9 ввода и вьшода излучени . Друга  поверхность помещаетс  в исследуемую жидкость 10; Пластины 2-5 - вспомогательные и служат дл  исключени  вли ни  процессов теплопередачи на кра х световода на распределение температур в измерительной пластине. Наличие вспомогательных пластин приводит к тому, что поверхности равной температуры в измерительной пластине-плоскости параллельны ее поверхности. Излучение вводитс  в светойод через призму 8 и испытывает в нем многократные отражени  от торцов 6 и 7 и от границы с жидкостью 10. Светопропускание све- товода однозначно зависит от температуры призмы 8 ввода и показател  преломлени  жидкости 10. Это дает возможность измер ть показатель прелом- лен и  жидкости быстрее, чем устанавливаетс  термодинамическое равновесие в световоде. 2 ил. / 5J III/ с (Л со СХ) оо О5 4 -Г:: 7

Description

Фиг.1

1

Изобретение относитс  к оптическим измерительным приборам, точнее к рефрактометрам.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  показател  преломлени  (ПП) жидкости с измен ющейс  температурой.

На фиг. 1 представлена конструкци  световода рефрактометра, на фиг. 2 - одна из поверхностей равной температуры и ход луча в световоде (источник измерени  и фотоприемник- с блоком регистрации (не пока завы).

Световод рефрактометра представл ет собой единую плоскопараллель- -ную Ш1астину, склеенную из измерительной 1 и четырех вспомогательных 2-5 пластин. Торцы 6 и 7 измерительной пластины перпендикул рны к ее поверхности и имеют зеркально отражющее покрытие. К одной из поверхностей пластины 1 примыкают призмы 8 и 9 дл  ввода и вьшода излучени . Друга  поверхность.погружаетс  в исследуемую жидкость 10. Грань призмы 8, через которую вводитс  излучение перпендикул рна его направлению. Световод встраиваетс  в стенку бака или трубопровода.

Устройство работает следующим образом.

Пучок лучей - вводитс  в световод через призму 8, проходит его во встречных направлени х, отража сь о покрыти  торцов 6 и 7 и от границы с исследуемой жидкостью 10, как показано на фиг. 2. Лучи, испытавшие Полное внутреннее отражение в световоде ., покидают его через призму 9. Остальное излучение выходит в жидкость .

Использование зеркальногЬ отраже- ки  от торцов измерительной пластины позвол ет сделать ее размеры значительно меньше размеров световода, сохран   при этом большее число отражений светового пучка от границы с жи,цкостью. При этом вли ние процессов теплопередачи на кра х световода оказьтаетс  на распределении температур в измерительной пластине незначительно, а высока  чувствительность светопропускани  световода к изменению ПП жидкости сохран етс  благодар  большому числу отражений светового пучка.

0

5

0

5

0

5

На фиг. 2 позицией 11 обозначена одна из поверхностей равной температуры Т. Существенную кривизну эта поверхность имеет у торцов световода, т.е. во вспомогательных пластинах. Пучок света, показанный на фиг. 2 линией со стрелками, проходит только через плоские слои равной температуры . Входную грань призмы 8 пучок пересекает перпендикул рно и не преломл етс . На границе призмы 8 и пластины 1 преломлени  не происходит из- за равенства ПП по обе стороны границы .

Температура точки ввода пучка Т, hn световода в этой точке п (Т,). Температура жидкости Т, ее ШТ - п. Граничащий с ней слой материала световода также имеет температуру Т, поскольку находитс  в ней в тепловом контакте. Ш1 материала световода на границе с жидкостью п (Т).

Угол падени  светового луча на границу световода ПИА св зан с углом ввода ©BO следующим образом:

nc(Tjsin 088 nt.(T,;)sin епс,д.(1)

При заданных углах ввода угол падени  лучей светового пучка на границу с жидкостью зависит только от температур точки ввода Т и жидкости Tj . Поскольку световой пучок испытывает большое число отражений от границы с жидкостью, лучи, падающие- с углами

sinQnoA

п

Пс(Та)

(2)

т.е. те, дл  которых нарушено условие полного внутреннего отражени , световода не пройдут.

Светопропускание световода определ етс  величиной

Пс1

(ТО

п

sin ЭГТОА

(3)

или, учитыва  (1) sin 9.

.

п.

(4)

j

55

Следовательно, искомый ПП определ етс  по измеренной величине и температуре точки ввода

„,л

sin ejg

(5)

Температура точки ввода Т, мен етс  медленно в силу тепловой инерции световода. Скорость измерени  температуры ,не ограничивает быстродействие предлагаемого устройства.

Зависимость величины ж от свето- пропускани  световода определ етс  калибровкой по стандартным растворам в термостате.

В измерительной пластине на распределение температуры вли ет только теплообмен с жидкостью через рабочую поверхност ь световода, так как его кра  удалены от измерительной пластины . В этих услови х поверхности равной температуры  вл ютс  плоскост ми параллельными рабочей поверхности. Установка световода в корпус такого эффекта не дает, поскольку толщина, теплопроводность и теплоемкость мате риала корпуса отличаютс  от этих параметров у световода. Распределение температуры по толщин е в световоде и корпусе отличаютс . Это приводит к искривлению поверхностей равной Температуры вблизи краев световода . Оптические параметры примыкающих пластин не вли ют на работу световода , поскольку световой пучок в них не проходит. Теплопроводность материала измерительной и примыкающих пластин также не вли ет на работу световода, существенно, чтобы она бьша одинаковой.

0

5

0

5

Claims (1)

1. Формула изобретени  Рефрактометр, содержащий источник излучени  и расположенные по ходу излучени  плоскопараллельный световод с призмами ввода и вьшода излучени  и фотоприемник, соединенный с блоком регистрации, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  показател  преломлени  жидкости с измен ющейс  температурой, плоскопараллельный световод выполнен в виде составной пластины, образованной измерительной плоскопараллельной пластиной и установленными в контакте с ее торцовыми поверхност ми пластинами той же толщины h с шириной d, удовлетвор ющей соотношению 10h ««кс у где d д,с1Кс - максимальна  ширина составной пластины, и теплопроводностью , равной теплопроводности измерительной пластины, причем измерительна  нлОскопараллельна .пластина имеет зеркально отражающие покрыти  на торцах, расположенных по ходу излучени , а входна  грань призмы ввода составл ет с поверхностью измерительной пластины угол б , опре- дел емьй из соотношени 

   sin е

   Пм

   Пс(Тм)

   где п, - минимальный измер емьй показатель преломлени  жидкости,

   ,) - показатель преломлени  материала световода при минимально рабочей температуре.

   Х

   С

   су. xgj

   XX XiX ХХ

   X X

   ю