Двухлучевой фотометр

 

Изобретение относится к технике фотометрического анализа и может быть использовано при контроле состава жидкостей и газов в технологических процессах. Цель изобретения - повышение точности измерений. Фотометр содержит источник излучения, оптическое устройство для создания двух оптических каналов, рабочую и сравнительную кюветы, два фотоприемника и измерительное уо. Окна кювет совмещены и выполнены в виде прямоугольных призм, имеющих три прозрачные и две зеркальные грани, при этом две прозрачные грани образуют с осями кювет угол α, удовлетворяющий условиям SINΑ≥(1-N<SB POS="POST">31</SB>)/4N<SB POS="POST">21</SB>

COSΑ≥N<SB POS="POST">31</SB>, где N<SB POS="POST">21</SB> и N<SB POS="POST">31</SB> - соответственно, показатели преломления загрязняющей пленки и исследуемого продукта относительно материала призмы, а угол между зеркальными гранями и осями кювет равен 45° + α/2. Благодаря такой конструкции входных и выходных окон кювет обеспечивается (за счет нарушенного полного внутреннего отражения) прохождение светового потока в рабочем канале через окна сравнительной кюветы, а в сравнительном канале через окна рабочей кюветы. Это исключает погрешности, обусловленные поглощением света в загрязняющей пленке на окнах кювет. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU»1476324 А 1 (51) 4 G OI J 1/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4178884/24-25 (22) 07.01.87 (46) 30.04.89. Бюл. № 16 (71) Азербайджанское научно-производственное объединение «Нефтегазавтомат» (72) Г. М. Мансуров, Э. С. Рувинов, Т. К. Гусейнов и С. М. Сутовский (53) 535.242 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 212571, кл. G 01 J I/04, 1967.

Гринштейн М. М. и Кучикян Л. М. Фотоэлектрические концентратометры для автоматического контроля и регулирования — М.:

Машиностроение, 1966, с. 7. (54) ДВУХЛУЧЕВОЙ ФОТОМЕТР (57) Изобретение относится к технике фотометрического анализа и может быть использовано при контроле состава жидкостей и газов в технологических процессах.

Цель изобретения — повышение точности измерений. Фотометр содержит источник излучения, оптическое устройство для создаИзобретение относится к технике фотометрического анализа и может быть использовано при контроле состава жидкостей и газов в технологических процессах нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На чертеже представлена схема предложенного фотометра.

Фотометр содержит источник 1 излучения, по ходу излучения оптическое устройство 2 для создания двух оптических каналов, с каждой из сторон рабочей 3 и сравнительной 4 кювет две одинаковые ния двух оптических каналов, рабочую и сравнительную кюветы, два фотоприемника и измерительное устройство. Окна кювет совмещены и выполнены в виде прямоугольных призм, имеющих три прозрачные и две зеркальные грани, при этом две прозрачные грани образуют с осями кювет угол а, удовлетворяющий условиям sinu)(I — nqi) /

/4n i,. cosa)n i, где n i и nq — соответственно показатели преломления загрязняющей пленки и исследуемого продукта относительно материала призмы, а угол между зеркальными гранями и осями кювет равен

45 +а/2. Благодаря такой конструкции входных и выходных окон кювет обеспечивается (за счет нарушенного полного внутреннего отражения) прохождение светового потока в рабочем канале через окна сравнительной кюветы, а в сравнительном канале через окна рабочей кюветы. Это исключает погрешности, обусловленные поглощением света в загрязняющей пленке на окнах кювет. I ил. призмы 5, имеющие прозрачные грани для ввода световых потоков, образующие осями каждой из кювет угол а, две зеркально отражающие грани, образующие с осями кювет угол 45 +, в каждом оптио с ческом канале фотоприемники 6, связанные с входом измерительного устройства 7.

Фотометр работает следующим образом.

От источника 1 излучения формируется два оптических ка нала посредством оптического устройства 2. B первом оптическом канале световой поток от источника

1 излучения через оптическое устройство

1476324

2 падает перпендикулярно на прозрач11ую грань призмы 5, претерпевает полное внутреннее отражение на грани, прилегающей к внутренней полости рабочей кюветы 3 и, отразившись от зеркальной грани призмы 5, 5 проходит через сравнительную к1овету 4.

Прошедший световой поток, отразившись от зеркальной грани другой призмы, вновь претерпевает полное внутреннее отражение на грани, прилегаю!цей к внутренней полости рабочей кюветы и через прозрачную грань падает на фотоприемник 6.

Во втором оптическом канале ход светового потока через оптическое устройство 2, призмы 5, раоочую кювету 3 и взаимодействие с гранями призм, прилегающими к 15 внутренней полости сравнительной кюветы 4, аналогичны первому каналу.

И 3 - 3 а и О г !1 0 11 le I l H s! с в с т 0 в О Г 0 потока н р абочей и сравнительной к,one!. Iõ происходит

OCJla6 lClIHC CaC rO;O. C;,: ОКП на фотоприемllH!, ;. .;с;: .,ь!Н1! vcTройство 7 pcl с;

Налы с фOTOllpHC IIIHK5113, и 110 изме!!ОHHIO

Отноп!ения этих сигна;!Ов c 1,51 I О концентр IIIHH измеряемой компо!1; ь г1,1:, редукта, Teope H«cckoc обоснование достижения поставленной цели заключается в следующем. Известно, что в условиях полного внутреннего отражения световой поток проникает на некоторую глубину исследуемой среды, при этом коэффициент ослабления вышедшего из среды потока, когда глав- 30 ный показатель поглощения К среды меньше I),1, выражается формулой

А = 1 — ел р(— а с(), (1) где а — натуральный коэффициент поглощения;

d — толщина слоя, создающег0 одинако- 35 вое ослабление световых потоков при отражении и пропускании.

Предположим, что на окнах кюветы образовалась загрязняющая пленка с толщиной с(:. Тогда световой поток, прошедший р через загрязнякнцую пленку и исследуемый продукт на расстоянии d1 от окна к1овсты, ослабится на величину

А = — ) — ехр(— а . 11 . — ap(d — г1 - ), (2) где и. и ао — натуральные коэффициенты 45 пропускания загрязняющей пленки и исследуемого продукта соответственно.

Следовательно, для исключения влияния загрязняющей пленки на результаты измерсния отраженный световой погок должен быгь ослаблен на величину равную А, что может быть выполнено при условии нарушенного полного внутреннего отражения (cosa )npI ) путем выбора угла я, если известны показатели преломления загрязняющей пленки и и исследуемого продукта

npl относительно материала призмы. На практике для оптимального выбора этих параметров можно воспользоваться выражением

4n2Iипа

d = —.— dnи "з (4) Из этой формулы и указанного условия

d)Ch получаем

Р япа)

1 — и;!! (5)

-1 n2I

Отсюда следует, что удовлетворять условиям:

2 япя)

1 — пз!

4п2! угол а дол жен (6) евана) ПЗ1

При этом луч, ной грани, должен кюветы, для чего ми гранями и отраженный от зеркальбыть параллельным оси угол между зеркальныосями кювет выбран

Я

Таким образом, световой поток, падающий на первый фотоприемник, будет определяться следующим выражением иi 1 — 2dа

1 — оптическая база кюветы; т Р— — коэффициент пропускания призмы.

Световой поток, падающий на второй фотоприемник, равен

iиi и 1-2d 1 — 2da

2= Отстстр р" 0 ти т" Р, (8) где т, — коэффициент пропускания слоя измеряемой компоненты в слое единичной толщины.

Электрические сигналы с фотоприемников, пропорциональные значениям Ф и г1), о — exp(— а;d. — ap(d — d ))I, (3)

R3+ mRI) ° и где о — функция, которую следует минимизировать;

R, и Яр — энергетические коэффициенты отражения Френеля; т — степень поляризации.

Расчеты показывают, что только при

d)d«. можно получить одинаковое ослабление световых потоков при пропускании и отражении. Углы а, при которых достигаются эти условия, могут быть определены численным путем из выражения (3) . Для приближенной оценки величины а можно воспользоваться формулой

1476324

cosa)naH

Формула изобретения вет угол 45 + †.

2 ! !

/ /

1

Составитель P. Юшкайтис

Редактор М. Келемеш Техред И. Верес Корректор И. Муска

Заказ 21! 5!42 Тираж 467 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГKHT СССР

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. ужгород, x.t. Гагарина, lt)l поступают на вход измерительного устройства 7, где после деления двух сигналов с фотоприемников получают сигнал, равный йФ вЂ” 2d (9)

% где Й вЂ” коэффициент пропорциональности, равный произведению передаточных коэффициентов фотоприемника и делительного устройства.

Следовательно, в измерительном устройстве формируется сигнал, пропорциональный коэффициенту пропускания измеряемой компоненты.

Повышение точности измерений достигается благодаря обеспечению прохождения светового потока в рабочем канале через окна сравнительной кюветы, а в сравнительном канале — через окна рабочей кюветы, что исключает погрешности, обусловленные поглощением света в загрязняющей пленке на окнах кювет.

Двухлучевой фотометр, содержащий источник излучения, расположенные по ходу излучения, устройство для создания двух оптических каналов, рабочую и сравнительную кюветы, два фотоприемника и измерител ьное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерении, окна рабочей и сравнительной кювет попарно объединены и выполнены в виде одинаковых прямоугольных призм, имеющих по крайней мере три прозрачные и две зеркальные боковые грани, при этом одна из прозрачных граней ортогональна к оптическим осям кювет и непосредственно примыкает к торцам кювет, две другие прозрачные грани образуют с осями кювет угол а, удовлетворяющий условиям

sin a,)

1 — пз .

4пв где ng и ng) — соответственно показатели преломления загрязняющей пленки и исследуемого и родукта относительно материала призмы, а зеркальные грани образуют с осями кю