[发明专利]液体浓度检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测液体浓度的装置及方法。

背景技术

液体浓度是液体物质的一个非常重要的物理参数，在化工、饮料、酿酒、医药等行业的生产中以及在一些科学研究中，经常需要测量液体中特定物质的浓度，因此，液体浓度的精确检测尤为重要。

测量液体浓度有很多方法，传统的方法有比重法、旋光法、分光光度法、超声波法和折射率法。比重是指相同条件下，液体质量与相同体积的蒸馏水的质量比，比重法虽然精度较高，但是比较麻烦，要采用分析天平称几次；旋光法是检测偏振光光强的变化规律，需要不同成分具有不同的旋光性，且测量精度不高；分光光度法是检测透光率，灵敏度也不够高；超声波利用超声波声速和液体密度、粘度的关系达到检测的目的，具有精度高的优点，但是重量大、不易移动；已有的折射率法比较典型的是基于全反射的阿贝折射仪，具有很高的折射率检测精度，能达到2×10^-4，但是阿贝折射仪测量液体的折射率范围较窄，一般仅为1.3-1.7。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种测量精度高、测量过程快速方便、具有较宽折射率检测范围的基于折射率法的液体浓度检测装置及检测方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明液体浓度检测装置的结构特点是设置具有透光盖板的密闭容器，透光或半透光液体充满密闭容器，在密闭容器中固定设置反光板；反光板上的投射光束来自于容器外部的投射光源，反光板上的反射光束穿过容器内液体和透光盖板，由设置在密闭容器的外部、位于反射光束的光路上的光学接收器所接收，以光学接收器检测的反射光束投射在其上的光斑位置信号为检测信号。

本发明液体浓度检测装置的结构特点也在于：

来自于投射光源的投射光束垂直于透光盖板。

反光板与透光盖板呈不为零的夹角。

投射光源为聚焦激光束。

光学接收器为位移传感器PSD或一维线阵电荷藕合器件CCD。

密闭容器为恒温容器。

利用本发明装置进行液体浓度检测的方法的特点是按如下步骤进行：

a、在密闭容器中注入已知折射率为n₁的基准液体，由光学接收器检测并记录投照在其上的基准光斑位置信息；

b、置换密闭容器中的基准液体为被测液体，相同条件之下，由光学接收器检测并记录投照在其上的被测光斑位置信息；

c、比较基准光斑位置信息与被测光斑位置信息，获得由于基准液体与被测液体折射率的不同而带来的光斑位置的偏移量Δd，所述光斑位置的偏移量Δd与基准液体和被测液体的折射率差值Δn₁具有一一对应的线性关系，因而获到被测液体折射率n₁′＝n₁+Δn₁；

d、根据折射率n₁′与液体浓度一一对应的关系，获得与测得的液体折射率n₁′相对应的液体浓度。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明通过采用具有微米甚至亚微米位移分辨率的光学接收器，可以使装置达到0.5×10^-4的折射率检测精度；从而能够检测液体浓度的微小变化。

2、虽然光学接收器的位移量程有限，但本发明通过适当选择基准液体，即选择折射率与被测液体接近的基准液体，可以达到较宽的折射率检测范围，也就能够达到更大范围的液体浓度检测。

3、由于密闭容器可以做到几十微升的小容量，因此通过蠕动泵可以快速地将密闭容器内的基准液体置换成待测液体，可以达到快速检测液体折射率的目的。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明检测原理示意图。

图3为本发明实施的不同浓度乙醇溶液的折射率测试曲线。

图4为本发明实施的另一不同浓度乙醇溶液的折射率测试曲线。

图5为系统的最小能够检测的Δn₁和入射角α之间的关系图。

图中标号：1投射光源、2透光盖板、3密闭容器、4反光板、5密封圈、6蠕动泵、7恒温系统、8光学接收器、9信号处理装置、10投射光束、11反射光束。

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步描述。

具体实施方式