Рефрактометр СОЖ: устройство и правила применения
- Устройство стандартного ручного рефрактометра СОЖ
- Правила и ограничения при использовании рефрактометра СОЖ
- Калибровка прибора
- Виды рефрактометров
- Другие области применения рефрактометра
Контролировать параметры смазочно-охлаждающей жидкости с помощью измерения величины преломления света позволяет специальный оптический прибор – рефрактометр СОЖ.
Принцип работы этого устройства достаточно прост. Известно, что при переходе из одного вещества в другое луч света отклоняется от прямолинейного направления в определенной степени. Рефрактометр СОЖ определяет соотношение угла вхождения и угла преломления луча на границе двух сред. Таким образом вычисляется коэффициент преломления. Чем больше плотность субстанции, тем этот показатель выше.
Чаще всего для определения концентрации смазочно-охлаждающей жидкости, а также степени ее загрязненности посторонними веществами (маслами, смазками и пр.) используются ручные рефрактометры.
Наиболее удобными с точки зрения технологических параметров являются рефрактометры для СОЖ 0-20 % Brix. Для качественного анализа они требуют всего 2-3 капли эмульсии. Двойное соединение на пластине дневного света обеспечивает быстроту и точность измерений.
Благодаря автоматической компенсации температуры в диапазоне 10…30 °C рефрактометры 0-20 % Brix выдают точные значения коэффициента преломления, не требующие корректировки.
Калибровочный винт в этих приборах расположен скрыто, что препятствует непреднамеренной регулировке во время эксплуатации.
За счет своей компактности рефрактометры для СОЖ 0-20 % Brix могут использоваться даже в стесненных условиях.
Устройство стандартного ручного рефрактометра СОЖ
Образец смазочно-охлаждающей жидкости наносится на основной оптический компонент рефрактометра – главную призму. Материал, из которого она изготовлена, имеет высокий показатель преломления, поэтому проходящий через нее луч света отклоняется под большим углом. Далее через систему линз он попадает на шкалу, представляющую собой градуированную окружность.
Угол преломления, величина которого зависит от состава анализируемого раствора и его плотности, делит шкалу на участки разной освещенности. По положению границы света и тени определяется коэффициент преломления. Чем более размытой выглядит световая полоса на шкале, тем выше степень загрязнения СОЖ.
На этот показатель большое влияние может оказывать температура окружающей среды, поэтому некоторые модели рефрактометров снабжены системой АТС (Automatic Temperature Compensation System). Функцию компенсации температуры в таких приборах выполняет биметаллическая пластина, которая соединена с другими компонентами оптического устройства и плавно передвигает их, сжимаясь и растягиваясь в разных термических условиях.
Если рефрактометр не выполняет функцию АТС, полученные с его помощью значения необходимо пересчитывать с помощью специальных таблиц.
Правила и ограничения при использовании рефрактометра СОЖ
Качество и точность измерений напрямую зависит от правильной калибровки и соблюдения некоторых правил при работе с рефрактометром:
- Снимать показания следует через 30 секунд после калибровки прибора, чтобы нивелировать разницу температур окружающей среды и образца
- Если устройство не оснащено системой ATC, температура воздуха при калибровке должна составлять около +20 °C
- Нельзя допускать попадания воды внутрь рефрактометра, так как это может привести к затуманиванию шкалы
- Не рекомендуется измерять абразивные и химически-агрессивные растворы – они могут повредить покрытие призмы
- Во избежание ошибок при измерениях следует очищать призму после каждого использования мягкой тканью или безворсовой ветошью
Калибровка прибора
Калибровка рефрактометра – обязательное мероприятие перед его использованием. Проводится оно с помощью дистиллированной воды (реже – специальной жидкости).
Шкала неоткалиброванного рефрактометра окрашена полностью в синий цвет (рис. 1) – это видно через окуляр.
Для правильной настройки прибора на призму наносится несколько капель дистиллированной воды (как правило, в комплекте к нему для этих целей предоставляется пипетка). После закрытия защитного стекла вода равномерно распределяется по поверхности призмы.
Спустя 30 секунд образец адаптируется к температуре окружающей среды, и рефрактометр направляется в сторону источника естественного света. На шкале при этом можно заметить появление участка белого цвета (рис. 2).
Основная задача калибровки – добиться совпадения границ двух участков на отметке 0.0 (рис. 3) с помощью калибровочного винта.
Виды рефрактометров
Сам термин «рефракция» (лат. «refractus» – преломленный) был введен в научный обиход еще в начале 18 века Ньютоном.
В зависимости от конструкции и предназначения рефрактометры подразделяются на стационарные (промышленные, лабораторные) и портативные (цифровые, ручные).
Большие стационарные рефрактометры, характеризующиеся высокой точностью и конструктивной сложностью, используются на крупных промышленных предприятиях и в химических лабораториях.
С их помощью технологические процессы контролируются практически в режиме реального времени, проводятся наблюдения за состоянием той или иной жидкости, определяется концентрация различных веществ. Такие приборы часто используются для контроля процесса смешивания или выпаривания на заводах производящих продукты питания.
Портативные рефрактометры представляют собой компактные переносные устройства, которые можно использовать как в помещениях, так и в полевых условиях.
Цифровые разновидности приборов имеют жидкокристаллические экраны, на которые выводят результаты измерений. Кроме того, они обладают множеством дополнительных функций: например, могут определять плотность вещества, применять различные единицы измерения, учитывать температуру окружающей среды и т.п.
У ручных рефрактометров нет электронных схем и элементов питания. Эти простые в эксплуатации устройства могут использоваться как на производстве, так и в быту. Благодаря точности, удобству и доступной цене ручные приборы приобрели самую широкую популярность.
Другие области применения рефрактометра
Современные приборы для вычисления рефракции незаменимы в самых различных отраслях промышленности: химической, нефтяной, пищевой, автомобильной и др.
С помощью рефрактометров определяются физико-химические параметры веществ, контролируется содержание тех или иных компонентов, определяется качество готовой продукции.
В химической сфере ими измеряется содержание в растворах различных компонентов (кислот, спиртов, гликолей и пр.), а также степень полимеризации синтетических смол и пластмасс.
На текстильных предприятиях рефрактометры используются для определения концентрации прядильных растворов, поликарбонатов.
В пищевой промышленности ими измеряют сахаристость сиропов, джемов, меда, безалкогольных напитков, крепость и плотность алкогольной продукции, качество и набор компонентов в соусах, детском питании, молочных изделиях.
В фармацевтике эти приборы применяются для определения концентрации аскорбиновой и цетогулоновой кислот в витаминных комплексах, контроля качества и чистоты синтезируемых лекарственных препаратов.
Интерференционные рефрактометры используются в целях предотвращения аварий: ими, например, исследуют состав воздуха в шахтах с целью обнаружения возможной утечки газа.
В газовой и нефтяной промышленности с помощью рефрактометров анализируют состав масел и смазок.