一种可同时测量液体中盐糖浓度的装置

1.本实用新型涉及检测装置技术领域，特别是涉及一种可同时测量液体中盐糖浓度的装置。


背景技术：

2.在食品加工等领域，常需要监测液体中食盐和糖分的浓度。常用的食盐和糖分浓度监测方法有比重法和电导率测量、折光法、电子舌和高压液相色谱法(high pressure liquid chromatography，hplc)等。除高压液相色谱法以外，上述的其他方法测量都容易受到其他盐类的干扰。虽然高压液相色谱可以较准确测量液体中的多种成分，但却有仪器昂贵、需要的样品量多、测量过程时间长等诸多缺点。其他方法如用比重法或折光法测量时，若液体中同时溶有食盐和蔗糖时，无论是据此读出的食盐浓度和糖分的浓度都是不准确的；当液体中除了溶剂只有单一的溶质食盐或糖时，所测的食盐浓度或糖的浓度的结果才是准确的。
3.在很多行业如饮料行业，液体中通常都不只含有一种溶质，用一般的折光法通常都难以准确测量饮料中糖分的含量。因此设计一种可同时测量液体中盐糖浓度的装置对食品行业有重要的意义。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种可同时测量液体中盐糖浓度的装置，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种可同时测量液体中盐糖浓度的装置，包括：
6.光源；
7.接收器；
8.检测平台，所述检测平台的顶面固定安装有检测容器，所述检测容器的截面为三棱柱形，所述检测容器与所述检测平台之间设置有夹紧组件；所述检测容器内充满待检溶液；
9.进光组件，所述进光组件设置在所述光源与所述检测平台之间且与所述检测平台转动连接，所述进光组件与所述检测容器的一侧面对应设置；
10.出光组件，所述出光组件设置在所述接收器与所述检测平台之间且与所述检测平台转动连接，所述出光组件与所述检测容器的另一相邻侧面对应设置。
11.优选的，所述检测平台包括底座，所述底座顶面通过立柱固接有测量平台，所述测量平台的顶面固接有载物台，所述载物台的顶端开设有与所述检测容器相适配且可拆卸连接的固定槽，所述夹紧组件设置在所述固定槽内；所述进光组件和所述出光组件均转动连接在所述立柱上。
12.优选的，所述夹紧组件包括开设在所述固定槽侧壁的容纳槽，所述容纳槽的底端
开设有容纳孔，所述容纳孔的进口处固定安装有定位筒，所述定位筒内滑动连接有夹紧杆，所述夹紧杆的一端伸出所述容纳槽并固接有与所述检测容器侧壁抵接的夹紧板，所述夹紧杆的另一端伸入所述容纳孔内并固接有夹紧弹簧，所述夹紧弹簧的另一端与所述容纳孔的底端抵接。
13.优选的，所述夹紧板包括与所述夹紧杆固接的平板，所述平板与所述检测容器侧壁抵接，所述平板的顶端固接有弧形板，所述弧形板与所述平板之间光滑连接；所述容纳槽与所述平板和所述弧形板可拆卸连接。
14.优选的，所述进光组件包括转动连接在所述立柱上的进光支撑杆，所述进光支撑杆的顶端固定安装有进光筒，所述进光筒的一端与所述光源对应设置，所述进光筒的另一端与所述检测容器对应设置。
15.优选的，所述出光组件包括转动连接在所述立柱上的出光支撑杆，所述出光支撑杆的顶端固定安装有出光筒，所述出光筒的一端与所述检测容器对应设置，所述出光筒的另一端与所述接收器对应设置。
16.优选的，所述测量平台的顶端设置有第一刻度和第二刻度，所述进光支撑杆朝向所述测量平台的一侧固接有第一指针，所述第一指针与所述第一刻度对应设置，所述出光支撑杆朝向所述测量平台的一侧固接有第二指针，所述第二指针与所述第二刻度对应设置。
17.优选的，所述检测容器的棱角处进行圆角过渡。
18.本实用新型公开了以下技术效果：本实用公开了一种可同时测量液体中盐糖浓度的装置，光源能发射两种以上不同波长的光，光经过进光组件后形成宽度很小的平行光线以一定的角度照射到充满待检溶液的检测容器上，光线经过折射后从检测容器另一边射出，通过出光组件后照射到接收器上，进而可得出溶液的偏转角度，适当调节载物台的位置可以得到光线经过待检溶液的最小偏转角度，用于计算待检溶液中的物质浓度；当待检溶液中含两种物质时，可采用两种不同波长的单色光照明，测量出相应的折射率，再根据折射率与光波频率的函数最终计算出两种物质分别的浓度。本实用新型公开的装置可同时检测溶液中盐和糖的浓度，解决了现有技术无法同时测量盐糖浓度的问题，检测过程简单，检测速度快，检测结果准确度高。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型轴视图；
21.图2为本实用新型检测容器轴视图；
22.图3为本实用新型载物台俯视图；
23.图4为本实用新型夹紧组件结构示意图；
24.图5为本实用新型光线折射示意图；
25.其中，1、光源；2、接收器；3、检测平台；4、检测容器；5、进光组件；6、出光组件；7、底
座；8、立柱；9、测量平台；10、载物台；11、固定槽；12、容纳槽；13、容纳孔；14、定位筒；15、夹紧杆；16、夹紧板；17、夹紧弹簧；18、平板；19、弧形板；20、进光支撑杆；21、进光筒；22、出光支撑杆；23、出光筒；24、第一刻度；25、第二刻度；26、第一指针；27、第二指针。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
28.参照图1-5，本实用新型提供一种可同时测量液体中盐糖浓度的装置，包括：
29.光源1；
30.接收器2；
31.检测平台3，检测平台3的顶面固定安装有检测容器4，检测容器4的截面为三棱柱形，检测容器4与检测平台3之间设置有夹紧组件；检测容器4内充满待检溶液；
32.进光组件5，进光组件5设置在光源1与检测平台3之间且与检测平台3转动连接，进光组件5与检测容器4的一侧面对应设置；
33.出光组件6，出光组件6设置在接收器2与检测平台3之间且与检测平台3转动连接，出光组件6与检测容器4的另一相邻侧面对应设置。
34.本实用公开的可同时测量液体中盐糖浓度的装置，光源1能发射两种以上不同波长的，光经过进光组件5后形成宽度很小的平行光以一定的角度照射到充满待检溶液的检测容器4上，光线经过折射后从检测容器4另一边射出，通过出光组件6后照射到接收器2上，进而可得出溶液的偏转角度，适当调节检测容器4的角度可以得到光线经过待检溶液的最小偏转角度，用于计算待检溶液中的物质浓度；当待检溶液中含两种物质时，可采用两种不同波长的单色光照明，测量出相应的折射率，再根据折射率与光波频率的函数最终计算出两种物质分别的浓度。
35.进一步优化方案，检测平台3包括底座7，底座7顶面通过立柱8固接有测量平台9，测量平台9的顶面固接有载物台10，载物台10的顶端开设有与检测容器4相适配且可拆卸连接的固定槽11，夹紧组件设置在固定槽11内；进光组件5和出光组件6均转动连接在立柱8上；进光组件5包括转动连接在立柱8上的进光支撑杆20，进光支撑杆20的顶端固定安装有进光筒21，进光筒21的一端与光源1对应设置，进光筒21的另一端与检测容器4对应设置；出光组件6包括转动连接在立柱8上的出光支撑杆22，出光支撑杆22的顶端固定安装有出光筒23，出光筒23的一端与检测容器4对应设置，出光筒23的另一端与接收器2对应设置。进光支撑杆20和出光支撑杆22均转动连接在立柱8上，可方便的转动进光筒21和出光筒23与检测容器4的夹角，当光源1发射的单色光经过进光筒21的传递后斜向射入检测容器4，经过两次折射后从另一侧面射出，经过出光筒23的导向显示在接收器2内；通过进光筒21与出光筒23与检测容器4的夹角可测量出不同波长的单色光的折射角度。
36.进一步优化方案，夹紧组件包括开设在固定槽11侧壁的容纳槽12，容纳槽12的底
端开设有容纳孔13，容纳孔13的进口处固定安装有定位筒14，定位筒14内滑动连接有夹紧杆15，夹紧杆15的一端伸出容纳槽12并固接有与检测容器4侧壁抵接的夹紧板16，夹紧杆15的另一端伸入容纳孔13内并固接有夹紧弹簧17，夹紧弹簧17的另一端与容纳孔13的底端抵接；夹紧板16包括与夹紧杆15固接的平板18，平板18与检测容器4侧壁抵接，平板18的顶端固接有弧形板19，弧形板19与平板18之间光滑连接；容纳槽12与平板18和弧形板19可拆卸连接。检测容器4放入固定槽11内时，检测容器4的下边缘先进入三个弧形板19之间，通过光滑连接的弧形板19使得检测容器4在继续向下时，通过弧形板19推动平板18向容纳槽12内缩进，夹紧杆15也向容纳孔13内移动，压缩夹紧弹簧17，直到检测容器4进行平板18的夹持范围，此时弧形板19和部分的平板18收缩进入容纳槽12内，夹紧弹簧17的弹力通过夹紧杆15传递给平板18将检测容器4夹住固定，同时对检测容器4进行中心定位。
37.进一步的，定位筒14的外壁设置有螺纹，定位筒14通过螺纹与容纳孔13的进口固定到一起。
38.进一步的，定位筒14的内孔为棱柱形，夹紧杆15的截面与定位筒14的内孔形状相适配，使得夹紧杆15只能在定位筒14内前后滑动而不能发生转动，保持夹紧板16的稳定。
39.进一步优化方案，测量平台9的顶端设置有第一刻度24和第二刻度25，进光支撑杆20朝向测量平台9的一侧固接有第一指针26，第一指针26与第一刻度24对应设置，出光支撑杆22朝向测量平台9的一侧固接有第二指针27，第二指针27与第二刻度25对应设置。第一刻度24的0线与检测容器4的入射边的中心法线同轴，第一指针26与进光筒21的中轴上下对应，第一指针26在第一刻度24的读数就是单色光入射角度i，第二刻度25的0线与检测容器4的出射面中心法线同轴，第二指针27与出光筒23的中轴上下对应，第二指针27的读数就是单色光的出射角i
′
；再测量出检测容器4入射面和出射面的夹角α，即可计算单色光的偏向角。
40.根据附图5可知，单色光从ab面进入，经折射后从另一侧ac射出，入射光和出射光之间的夹角称为偏向角万，当入射角i等于出射角i
′
时，偏向角δ有最小值，最小偏向角与液体折射率n之间满足公式：
[0041][0042]
其中，n为待检溶液的折射率，δ
imin
为单色光的最小偏向角，α为检测容器4的顶角；进而可计算不同波长的单色光在待检溶液中折射率n。
[0043]
进一步的，对单一溶质的溶液的折射率n，可用下面的公式表示：
[0044]
n＝n1+k
·cꢀꢀ
(4)
[0045]
式中的n0等于不含溶质的溶剂的折射率，k为比例系数，c为溶质在液体中的浓度。显然，对于已知的溶剂和溶质，nx和系数k都是已知的，只需测出溶液的折射率n，就可以通过公式(4)计算出溶质的浓度百分比。
[0046]
已知待检溶液中有两种物质，分别用两种不同波长(λ1、λ2)的单色光照设，测量出相应的折射率n1和n2；根据如下公式：
[0047]
n1＝n
01
+k
1λ1
·
c1+k
2λ1
·
c2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0048]
n2＝n
02
+k
1λ2
·
c1+k
2λ2
·
c2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0049]
式中，n1和n2是待检溶液对单色光(λ1、λ2)的折射率，n
01
和n
02
是不含待测溶质的溶
剂对不同波长(λ1、λ2)的单色光的折射率；k
1λ1
和k
1λ2
是单溶质1的标准溶液对单色光λ1和λ2的k为比例系数；k
2λ1
和k
2λ2
是单质对溶质2的标准溶液对单色光λ1和λ2的比例系数，其中n
01
、n
02
、k
1λ1
、k
1λ2
、k
2λ1
和k
2λ2
均是已知量，以上系数确定后，就可以利用方程组(2、3)计算出待测溶液中两种溶质的浓度c1和c2。
[0050]
进一步优化方案，检测容器4的棱角处进行圆角过渡。棱角进行圆角过渡降低了加工难度，同时也能防止尖锐的棱角对实验者造成损伤。
[0051]
使用方法：
[0052]
选择待检溶液注满检测容器4，然后将待检容器装入载物台10的安装槽内，夹紧组件将检测容器4夹紧，记录检测容器4的顶角α。
[0053]
选择两种不同波长的单色光λ1和λ2，使单色光通过进光筒21后摄入检测容器4内，然后折射后从另一边射出，然后经过出光筒23后再接收器2显示；根据第一指针26和第二指针27指示的角度得出入射角i和出射角i
′
；根据公式(1)计算光线的折射率n1和n2。
[0054]
然后根据公式组(2、3)计算出待检溶液中的两种溶质的浓度c1和c2。
[0055]
具体例证：
[0056]
配置系列不同浓度的蔗糖溶液(浓度为c1)，测出蔗糖溶液样品的对436nm的紫光的折射率n
λ1i
，用系列(n
λ1i
，c1)和公式(1)可计算出n
10
＝1.3403，k
1λ1
＝0.1945。测出蔗糖溶液样品的对589.3nm的紫光的折射率n
λ2i
，用系列(n
λ2i
，c1)和公式(4)可计算出n
20
＝1.3335，k
1λ1
＝0.1828。
[0057]
配置系列不同浓度的盐溶液(浓度为c2)，测出盐溶液样品的对436nm的紫光的折射率n
λ1i
，用系列(n
λ1i
，c2)和公式(4)可计算出n
10
＝1.3403，k
2λ1
＝0.1639。测出盐溶液样品的对589.3nm的紫光的折射率n
λ2i
，用系列(n
λ1i
，c2)和公式(1)可计算出n
20
＝1.3335，k
1λ1
＝0.1619。
[0058]
将上述的数据带入公式组(2，3)中，可得：
[0059]
n1＝1.3403+0.1945c1+0.1639c2[0060]
n2＝1.3335+0.1828c1+0.1619c2[0061]
用最小偏向角法测得未知浓度的盐糖溶液的折射率为：
[0062]
n1＝1.3854
±
0.0001
[0063]
n2＝1.3773
±
0.0001
[0064]
计算可得：
[0065]
c1＝8.0
±
1.5％
[0066]
c2＝18.0
±
1.7％
[0067]
与最初配置溶液的盐浓度8.2％和糖浓度18.4％的结果是吻合的。若选择多个波长差别较大的色光计算，所得结果再求平均值，可以进一步减小误差。
[0068]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0069]
以上的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围
进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。