Пристрій для виміру показника заломлення

Пристрій для виміру показника заломлення, що містить послідовно з'єднані джерело випромінювання, щілинний обмежник світлового потоку, прозору циліндричну кювету, фотоприймач, блок реєстрації та управління, послідовно з'єднані термостат з входом води, що стабілізує температуру, та теплообмінник з виходом води, що стабілізує температуру, два змійовики, які розташовані у теплообміннику, вхід першого змійовика призначений для подачі зразкової міри, а вхід другого змі йовика призначений для подачі вимірюваної речовини, перший клапан, перший вхід якого з єднаний з виходом першого змійовика, другий клапан, перший вхід якого з єднаний з виходом другого змійовика, а другі входи клапанів з єднані з виходами блока реєстрації та управління, трійник, входи якого з'єднані з виходами клапанів, а вихід з'єднаний з прозорою циліндричною кюветою, та вологонепроникна посудина, в якій розташовані зазначені вище джерело випромінювання, щілинний обмежник, прозора циліндрична кювета та фотоприймач, при цьому вологонепроникна посудина має тепловий контакт з термостатом, який відрізняється тим, що в нього введені послідовно з'єднані блок обчислень, вхід якого з'єднаний з виходом блока реєстрації та управління, і задавач струму, вихід якого з'єднаний з входом джерела випромінювання Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки і може бути використана для визначення показника заломлення рідких і газоподібних середовищ Відомий пристрій для виміру щ/льност/ рідини, що містить прозорий резервуар для досліджуваної рідини, лазерний генератор, спрямовані промені якого подаються в резервуар, шість відбивачів, укріплених на внутрішніх стінках резервуара, які послідовно відбивають СВІТЛОВІ промені, індикаторна пластина з флуоресціюючою оболонкою, на яку надходить промінь від останнього відбивача Положення світлового променя на пластині відповідає ЩІЛЬНОСТІ рідини [заявка Японії №63-62693, МКІ G01N 21/41, G01N 9/24, 1986р ] Недоліком цього пристрою є низька точність виміру мутних, непрозорих середовищ, обумовлена впливом рідини, що розсіює світловий промінь, а також розмитістю границь світлової плями на індикаторній пластині Відомий також прилад для визначення ЩІЛЬНОСТІ речовин з використанням коефіцієнта заломлення світла, що містить перемикаючий клапан, який приєднує до іспитової камери по сигналу "Початок виміру" канал з досліджуваною рідиною і канал з рідиною, що служить для корегування результатів вимірів, наприклад, з дистильованою водою, систему для подачі згаданих рідин, схему, що здійснює з заданою частотою по сигналу "Початок виміру' розгорнення зображення, отриманого за допомогою датчиків, схему реєстрації вимірів [заявка Японії №61-8933, МКІ G01N 9/24, G01N 21/43, 1986р] Недоліком цього пристрою є похибка, обумовлена неідентичністю каналів з вимірюваною і зразковою рідинами Найбільш близьким до корисної моделі по технічній сутності є пристрій, що містить джерело випромінювання, щілинний обмежник, прозору циліндричну кювету, фотоприймач, блок реєстрації та управління, термостат, теплообмінник, два змійовики, два клапани, трійник та вологонепроникну посудину [деклараційний патент України №66630, МКІ G01N 21/41, 2004р ] Недоліками відомого пристрою є залежність результатів вимірювання при дослідженні рідин з N CO 10377 широким діапазоном зміни температури, що обумовлено впливом температури вимірюваної рідини на точність термостабілізації. Крім того відомий пристрій не враховує похибки, пов'язані зі зміною сили випромінювання джерела випромінювання та чутливості фотоприймача при довготривалій експлуатації пристрою. В основу корисної моделі поставлена задача створити пристрій для виміру показника заломлення, у якому введення нових блоків дозволило б враховувати фактори, що впливають на результати вимірювання, змінювати передавальну характеристику пристрою, вводити виправлення в результат виміру і за рахунок цього підвищити точність виміру показника заломлення. Поставлена задача досягається тим, що в пристрій, що містить послідовно з'єднані джерело випромінювання, щілинний обмежник світлового потоку, прозору циліндричну кювету, фотоприймач, блок реєстрації та управління, послідовно з'єднані термостат з входом води, що стабілізує температуру, та теплообмінник з виходом води, що стабілізує температуру, два змійовики, які знаходяться у теплообміннику, вхід першого змійовика призначений для подачі дистильованої води, а вхід другого змійовика призначений для подачі вимірюваної речовини, перший клапан, перший вхід якого з'єднаний з виходом змійовика, другий клапан, перший вхід якого з'єднаний з виходом змійовика, а другі входи клапанів з'єднані з блоком реєстрації та управління, трійник, входи якого з'єднані з виходами клапанів, а вихід з'єднаний з прозорою циліндричною кюветою та вологонепроникна посудина, в якій знаходяться джерело випромінювання, щілинний обмежник, прозора циліндрична кювета та фотоприймач, при цьому вологонепроникна посудина має тепловий контакт з термостатом, введені послідовно з'єднані блок обчислень, вхід якого з'єднаний з виходом блока реєстрації та управління, і задавач струму, вихід якого з'єднаний із входом джерела випромінювання. Сутність корисної моделі полягає в тім, що введені елементи пристрою: блок обчислень і задавач струму дозволяють при використанні дистильованої води чи повітря як зразкової міри визначати складові похибки вимірювання, обумовлені зміною температури навколишнього середовища і досліджуваного рідкого чи газоподібного середовища, змінювати передавальну характеристику, пристрою і вводити виправлення в результат виміру показника заломлення досліджуваного середовища. На кресленні наведена блок-схема пристрою для виміру показника заломлення. Пристрій для виміру показника заломлення містить послідовно з'єднані джерело 1 випромінювання, щілинний обмежник 2 світлового потоку, прозору циліндричну кювету 3, фотоприймач 4, блок 5 реєстрації та управління, блок 6 обчислень, задавач 7 струму, вихід якого з'єднаний із входом джерела 1 випромінювання; послідовно з'єднані термостат 8 з входом води, що стабілізує температуру, та теплообмінник 9 з виходом води, що стабілізує температуру, два змійовики 10 та 11, які знаходяться у теплообміннику 9, вхід змійовика 10 призначений для подачі зразкової міри, а вхід змійовика 11 призначений для подачі вимірюваної речовини, клапан 12, перший вхід якого з'єднаний з виходом змійовика 10, клапан 13, перший вхід якого з'єднаний з виходом змійовика 11, а другі входи клапанів 12 та 13 з'єднані з блоком 5 реєстрації та управління, трійник 14, входи якого з'єднані з виходами клапанів 12 та 13, а вихід з'єднаний з прозорою циліндричною кюветою 3 та вологонепроникна посудина 15, в якій знаходяться джерело 1 випромінювання, щілинний обмежник 2, прозора циліндрична кювета 3 та фотоприймач 4, при цьому вологонепроникна посудина 15 має тепловий контакт з термостатом 8. Джерелом 1 випромінювання може служити світлодіод, наприклад, типу АЛ107Б. Щілинний обмежник 2 виконують з непрозорого матеріалу, наприклад, текстоліту, із краями щілини, розташованими відповідно на відстані а/2 і пса/2 від площини відліку, що проходить через вісь прозорої циліндричної кювети 3, за умови Ь»пса, де а, Ь, п с відповідно внутрішній, зовнішній діаметри і показник заломлення матеріалу стінок кювети 3. Прозора циліндрична кювета 3 може бути виконана у виді скляної трубки довжиною 20мм, із внутрішнім а і зовнішнім b діаметрами відповідно 5 і 9мм і показником заломлення матеріалу стінок кювети З Пс>1,55. Фотоприймачем 4 може служити лінійний прилад із зарядовим зв'язком типу TSL401. Блок 5 реєстрації та управління виконаний на аналогоцифровому перетворювачі типу LTC1392, мікросхемі К554САЗ і мікросхемах 561 серії і призначений для обробки вихідних електричних сигналів фотоприймача 4 з метою визначення показника заломлення досліджуваного середовища, що знаходиться в кюветі 3 по відстані границь світлотіні від площини відліку. Блок 6 обчислень може бути виконаний на базі мікропроцесора типу ATmega16. Задавач 7 струму може бути виконаний на базі цифро-аналогового перетворювача DAC7611, що у залежності від коду на виході блоку 6 обчислень задає струм джерела 1 випромінювання. Пристрій для виміру показника заломлення працює в такий спосіб. У першому такті роботи пристрою в прозору циліндричну кювету 3 вводять дистильовану воду, що служить зразковою мірою. При цьому блок 6 обчислень фіксує результат виміру показника заломлення дистильованої води, що не містить розчинених речовин: NB,=Kn(1+,)n0, (1) де Кп - номінальний коефіцієнт передачі пристрою, - відносна зміна коефіцієнта передачі пристрою в першому такті роботи, і=1, 2, 3... - порядковий номер виміру значення показника заломлення в першому такті роботи пристрою. п 0 - показник заломлення зразкової міри (при 20°С показник заломлення дистильованої води По=1,3329, повітря по=1,0). Результат виміру показника заломлення дистильованої води NBI, ПІСЛЯ КОЖНОГО І-ГО виміру блок 6 обчислень порівнює з величиною Ni=Knn0. Якщо N B I ^ N I , ТО блок 6 обчислень видає на вхід задавача 7 струму такий код №,, щоб за рахунок зміни струму світлодіода зменшити відносну зміну кое 10377 фіцієнта передачі пристрою , і забезпечити рівність NBI=NI З похибкою, що не перевищує значення Г&п. При коді №,=№0 через джерело 1 випромінювання буде протікати струм, який забезпечує рівність NBO=NI+ Ы де М< Г&п. З урахуванням останньої рівності результат виміру показника заломлення дистильованої води в загальному випадку, коли температура навколишнього середовища і вимірюваної води не дорівнює 20°С, при виставленому коді № 0 на вході задавача 7 струму може бути зазначений формулою: NBo=Kn(no+ n), (2) де rip NKn - похибка виміру показника заломлення зразкової міри, приведена до входу пристрою. В другому такті роботи пристрою в прозору циліндричну кювету 3 вводять вимірювану рідину. При виставленому коді № 0 на вході задавача 7 струму блок 6 обчислень фіксує результат виміру показника заломлення досліджуваної рідини: №=Кп(пж+ г& (3) де П - показник заломлення досліджуваної ріж дини; Пк- похибка виміру показника заломлення досліджуваної рідини, приведена до входу пристрою. У результаті двох тактів роботи пристрою блок 6 обчислень формує сигнал, пропорційний різниці: N M =N 2 -N B o+Ni=Kr^+Kn( піт Я). (4) Відповідно до формули (4) похибка виміру показника заломлення досліджуваної рідини п ж буде мінімальною за умови г*= п, Для виконання останнього рівняння варто враховувати наступні основні фактори: вплив температури навколишнього середовища на результати вимірювання і відмінність температури дистильованої води і досліджуваної рідини. Перший фактор можна не брати до уваги, якщо температурні умови навколишнього середовища протягом циклу вимірювання залишаються незмінними, що виконується за умови, коли тривалість першого і другого тактів роботи пристрою не перевищує кількох хвилин. Для зменшення впливу другого фактора на результат виміру показника заломлення необхідно забезпечити рівність температур дистильованої води і досліджуваної рідини за допомогою теплообмінника. Згідно з формулою (1) введенням в пристрій блоку 6 обчислень і задавача 7 струму забезпечується зменшення залежності результатів вимірювання від впливу температури вимірюваної рідини та навколишнього середовища, зміни сили випромінювання джерела випромінювання та чутливості фотоприймача при довготривалій експлуатації пристрою за рахунок стабілізації коефіцієнту передачі. У результаті експериментальних досліджень встановлено, що похибка виміру показника заломлення описуваним пристроєм не перевищила ±0,5-10"4 при зміні температури вимірюваної рідини від 15 до 60°С. Введення в пристрій для виміру показника заломлення нових елементів: блоку обчислень і задавача струму вигідно відрізняє описуваний пристрій від відомого, тому що підвищується точність виміру показника заломлення досліджуваної рідини, що дозволяє розширити сферу застосування пристрою для виміру показника заломлення. 10377 Вхід зразкової Вхід вимірюваної речошни Вихід ВОДИ, що стабішзуе температуру Вхід води, що стабілізує температуру Пристрій для виміру показника заломлення Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601