[實用新型]高溫液體濃度在線檢測裝置

無效

• 申請號: 91209521.0
• 申請日: 1991-06-14
• 公開（公告）號: CN2091456U
• 公開（公告）日: 1991-12-25
• 發明（設計）人: 李自如;董迺斌
• 申請（專利權）人: 北京輕工業學院
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 北京市儀器儀表專利事務所
• 代理人: 馬靈潔

本實用新型涉及一種液體濃度的檢測裝置，特別是適用于工業生產流程中高溫液體濃度的在線檢測。

目前用于現場的濃度計有浮子式、差壓式、振動管式或光吸收式等。浮子式濃度計是利用浮力原理，當被測液體的濃度變化時，作用在浮子上的浮力也發生變化，從而使浮子上浮或下沉，測出浮子位置的變化，即可求出液體的濃度。差壓式濃度計是利用差壓原理，當一定高度內液體的濃度發生變化時，壓差也發生變化，測出壓差，即可求得液體的濃度。這兩種濃度計均可在現場使用，但它們的測量精度只能達到1％，滿足不了現代工業流程的需要。振動管式濃度計是基于彈性振動管的振動頻率隨其內部液體濃度的變化而改變，測出其振動頻率，測可求出其管內液體的濃度。其測量精度可以達±0.1％，是目前在線濃度測量精度較高的一種。其缺點在于振動管的技術要求很高，如壁要薄（0.5mm），均勻，質輕，管段長（一般要加工成U型，長1.3m左右），因此加工工藝復雜，國內很難實現，造價很高。另一缺點是，被測液體必須經過“采樣——冷卻——循環”的過程，破壞了原液體的溫度流動狀態，也破壞了被測液體的物理、化學性質，故該濃度計不能廣泛被利用。而且采樣——冷卻——循環也需要一個龐大的、復雜的系統，更增加了該類裝置的成本。吸收式濃度計是基于被測液體對光波的能量吸收與濃度有關的原理。該方法對于某一特定溶液，檢測精度可達±0.1％，但對其他液體，就不適用了。同時，該方法不適于測高溫液體濃度，因為高溫液體內分子熱運動嚴重影響分子吸收能量。因此使用該方法時，也必須經過“采樣——冷卻——循環”這樣的過程，存在與振動管式濃度計同樣的缺陷。

本實用新型的目的就是提供一種能對高溫液體濃度直接進行非接觸檢測，不再需要進行“采樣——冷卻——循環”過程；能遠距離傳送濃度檢測信號；檢測精度達到±0.1％，分辨率為±0.05％；并且造價低，制作較易，使用、維護方便，應用范圍廣泛的高溫液體濃度在線檢測裝置。

本實用新型是由濃度探頭，信號傳輸系統，信號檢測即線陣電荷耦合圖象傳感器（CCD）和中間處理電路、微機、顯示、打印、報警等部分組成。

濃度探頭是根據單光全反射原理設計的。其理論依據為：在一定壓力和溫度下，液體濃度與折射率有一一對應的關系。根據全反射原理，可以測出液體的折射率，從而測出液體的濃度。其檢測原理由附圖1來表示。光從光密媒質（折射率為n₁）射向與光疏媒質（n₂）的界面，將發生反射和折射，用α、α′、β分別標志入射角、反射角、折射角，則有：

α＝α′

n₁sinα＝n₂sinβ由于n₁＞n₂，所以sinα＜sinβ，當β從0增加到90°時，α從0增加到α_m，稱之為臨界入射角，這時α^′_m稱為臨界反射角。有 α^′_m＝α_m＝sin^－1（ (n₂)/(n₁) ）我們可以看出，入射光凡入射角大于α_m的將在界面上發生全反射，如圖中標以B的光線（反射后為B′），凡入射角小于α_m（如標A的光線）在界面上將發生折射（標A′的光線），只有極微弱的部分反射，（標以A″的光線）。這時，在臨界反射角α^′_m的方位上置一目鏡，就可看到，大于α^′_m的區域很亮，因為光全反射，小于α^′_m的區域很暗，因為大部分光線折射進入介質n₂。明、暗圖象有一明顯的分界線，就是對應臨界角的臨界線。測出臨界線的位置，就求出了折射率從而測出了液體的濃度。

根據這一原理設計的高溫濃度探頭有一個檢測棱鏡，它的折射率n₁已知。檢測棱鏡裝在一個不銹鋼管的一端。檢測棱鏡的檢測平面與被測液體直接接觸。入射光由光導纖維沿臨界角引入棱鏡，在棱鏡與液體界面上發生全反射。在反射光臨界角的方位上，裝有將反射光引出的光導纖維束。為了測出液體溫度，在檢測棱鏡與液體接觸的部位上裝有一個溫度傳感器探頭，可以同時將液體溫度的信號引出。