一种测量液体折射率的装置及方法与流程

本发明涉及一种测量液体折射率的装置及方法。

背景技术：

折射率是物质的一种重要物理参数。液体折射率的测量被广泛用于石油工业、制药工业、油脂工业、制漆工业、食品工业、化学工业、制糖工业等领域。通过测量液态食品的折射率，可以鉴别食品的组成、浓度，判断食品的品质。通过测量溶液的折射率可以确定果汁、蜂蜜等食品的糖浓度。测定油脂折射率可以确定脂肪酸构成，鉴别油脂的组成和品质。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种测量液体折射率的装置及方法。

本发明采用以下技术方案：一种测量液体折射率的装置，其包括光源、带矩形孔的物屏、凸透镜、玻璃容器及读数显微镜；所述凸透镜的光轴垂直于物屏；物屏上矩形孔的中心在凸透镜的光轴上；玻璃容器垂直于凸透镜的光轴；物屏上矩形孔经凸透镜后成缩小的实像；读数显微镜与凸透镜共轴；光源、带矩形孔的物屏、凸透镜、玻璃容器安装在一轨道上；凸透镜的光轴平行于轨道；所述读数显微镜测量玻璃容器装待测液体前后两次成像位置的间距；通过测量玻璃容器内部沿凸透镜光轴方向的尺寸及玻璃容器装待测液体前后两次成像位置的间距获得液体的折射率。

较佳的，所述光源为白炽灯。

在本发明一实施例中，所述玻璃容器的尺寸为2cm，凸透镜的焦距为20cm，物屏与透镜的距离为100cm。

在本发明一实施例中，所述玻璃容器的尺寸为2cm，凸透镜的焦距为10cm，物屏与透镜的距离为80cm。

本发明提供一种测量液体折射率的方法，其包括以下步骤：步骤s1：光源从物屏上的矩形孔入射，玻璃容器装待测液体前，矩形孔经凸透镜成缩小的实像于位置a；利用读数显微镜确定缩小像的位置a并记录位置读数；步骤s2：将待测液体注入玻璃容器中，缩小的实像沿凸透镜的光轴方向移动到b，再次利用读数显微镜确定缩小的位置b并记录位置读数；读数显微镜两次位置读数的差值就是缩小像移动的距离l，根据下式计算得到待测液体的折射率n：d为玻璃容器内部沿y轴方向的尺寸。

在本发明一实施例中，折射率n推导包括以下步骤：步骤s21：玻璃容器装待测液体前，物屏经凸透镜成缩小像于a；玻璃容器装待测液体后成像于b，如下关系式：

其中，θ和α分别为入射角和折射角，a为玻璃容器入射点h和玻璃容器中心f间的距离，d为玻璃容器内部沿y轴方向的尺寸，y为a与玻璃容器垂直间距，l为玻璃容器装待测液体前后两次成像位置的间距即ab间的距离；步骤s22：由式(2)与式(3)，得：

由于物屏上的矩形孔小且通过凸透镜后成缩小像，因此此光路满足近轴条件即tgθ＝sinθ和tgα＝sinα，把式(2)和式(5)带入式(1)，得到：

根据式(6)，测量d与l的值从而确定液体的折射率。

较佳的，所述光源为白炽灯。

在本发明一实施例中，所述玻璃容器的尺寸d为2cm，凸透镜的焦距为20cm，物屏与透镜的距离为100cm。

在本发明一实施例中，所述玻璃容器的尺寸d为2cm，凸透镜的焦距为10cm，物屏与透镜的距离为80cm。

通过本发明提供的装置及方法可以快速、准确测量液体的折射率，而且操作简单、方便。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

图2是本发明的装置结构示意图。

其中g：光源，o：带矩形孔的物屏，l：凸透镜，c：玻璃容器，s：读数显微镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。

本发明的目的是提供一种测量液体折射率的装置及方法。

本发明采用以下技术方案：一种测量液体折射率的装置，其包括光源、带矩形孔的物屏、凸透镜、玻璃容器及读数显微镜；所述凸透镜的光轴垂直于物屏；物屏上矩形孔的中心在凸透镜的光轴上；玻璃容器垂直于凸透镜的光轴；物屏上矩形孔经凸透镜后成缩小的实像；读数显微镜与凸透镜共轴；光源、带矩形孔的物屏、凸透镜、玻璃容器安装在一轨道上；凸透镜的光轴平行于轨道；所述读数显微镜测量玻璃容器装待测液体前后两次成像位置的间距；通过测量玻璃容器内部沿凸透镜光轴方向的尺寸及玻璃容器装待测液体前后两次成像位置的间距获得液体的折射率。本发明的装置原理图参见图1。较佳的，所述光源为白炽灯。

在本发明一实施例中，所述玻璃容器的尺寸d为2cm，凸透镜的焦距为20cm，物屏与透镜的距离为100cm。

在本发明一实施例中，所述玻璃容器的尺寸d为2cm，凸透镜的焦距为10cm，物屏与透镜的距离为80cm。

本发明还提供一种测量液体折射率的方法，其包括以下步骤：步骤s1：光源从物屏上的矩形孔入射，玻璃容器装待测液体前，矩形孔经凸透镜成缩小的实像于位置a；利用读数显微镜确定缩小像的位置a并记录位置读数；步骤s2：将待测液体注入玻璃容器中，缩小的实像沿凸透镜的光轴方向移动到b，再次利用读数显微镜确定缩小的位置b并记录位置读数；读数显微镜两次位置读数的差值就是缩小像移动的距离l，根据下式计算得到待测液体的折射率n：d为玻璃容器内部沿y轴方向的尺寸。

在本发明一实施例中，折射率n推动包括以下步骤：步骤s21：玻璃容器装待测液体前，物屏经凸透镜成缩小像于a；玻璃容器装待测液体后成像于b，如下关系式：

其中，θ和α分别为入射角和折射角，a为玻璃容器入射点h和玻璃容器中心f间的距离，d为玻璃容器内部沿y轴方向的尺寸，y为a与玻璃容器垂直间距，l为玻璃容器装待测液体前后两次成像位置的间距即ab间的距离；步骤s22：由式(2)与式(3)，得：

由于物屏上的矩形孔小且通过凸透镜后成缩小像，因此此光路满足近轴条件即tgθ＝sinθ和tgα＝sinα，把式(2)和式(5)带入式(1)，得到：

根据式(6)，测量d与l的值从而确定液体的折射率。较佳的，所述光源为白炽灯。

如图2，白炽灯从物屏上的矩形孔入射，玻璃容器装待测液体前，矩形孔经凸透镜成缩小的实像于位置a。利用读数显微镜确定缩小像的位置a并记录位置读数。接着，将待测液体注入玻璃容器中，缩小的实像沿凸透镜的光轴方向移动到b，再次利用读数显微镜确定缩小的位置b并记录位置读数。读数显微镜两次位置读数的差值就是缩小像移动的距离l。最后，根据式(6)计算得到待测液体的折射率。

实施例1

选择玻璃容器的尺寸d为2cm，凸透镜的焦距为20cm，物屏与透镜的距离为100cm，测量得到自来水的折射率为1.332。

实施例2

选择玻璃容器的尺寸d为2cm，凸透镜的焦距为10cm，物屏与透镜的距离为80cm，测量得到自来水的折射率为1.331。

可以看出通过本发明的装置及方法可以快速、准确测量液体的折射率，而且操作简单、方便。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。