外加电场和温度场协同作用下测量液体折射率的方法_2

文档序号:9885874阅读:来源:国知局
槽22高度与底边之间的比值过大时会增大样品槽22的塔差,而当样 品槽22的高度与底边边长之间的比值过小时容易因为三片玻璃胶合导致三棱镜表面变形, 进而影响样品槽22的整体光圈精度,增大了测量误差。为了尽量减小样品槽22的塔差、提高 样品槽22的光圈精度,样品槽22的高度h与等腰三角形的最大边长1之间可以满足如下关 系:h=(0.5~1.35)X1,优选地,样品槽的高度与底边边长相等。
[0047] 本发明采用最小偏向角法测量待测液体的折射率,入射光线从样品槽22的一个侧 腰入射、从另一个侧腰出射。为了增强探测组件采集到的光信号,样品槽22的侧腰可以由透 光玻璃构成、样品槽22的第三侧边可以由毛玻璃构成,并且两片透光玻璃的光程相等,两片 透光玻璃的光程均为1/60,λ为入射光线的波长。液体通过设置在第三侧面上的注入孔注入 样品槽内。
[0048] 由于电场对液体折射率的影响有可能很小,为了准确测量电场对液体折射率的微 小影响,测量装置的精确度必须非常高。优选地,三片玻璃通过光学冷胶胶合在一起,样品 槽22的塔差在Γ以内、样品槽22的光圈在2个圈以内。进一步地,为了减少由于入射光线在 样品槽内反射、折射和衍射而导致的光强减弱,增强探测单元的接收信号,三片玻璃的胶合 边缘采用毛化处理。
[0049] 样品槽22底面的第一电极片和顶面的第二电极片分别与电源的正负极连接,使得 第一电极片与第二电极片之间产生电场。若电极片23未完全覆盖样品槽22的底面或顶面, 则样品槽22内的部分待测液体未处于两片电极片之间产生的电场内、或者样品槽22内的待 测液体内的电场分布不均匀,导致较大测量误差。为了避免这种情况的发生,电极片23与样 品槽22形成密封结构,即电极片完全覆盖样品槽22的底面和顶面,从而能够保证样品槽22 内的待测液体处于均匀的电场内。
[0050] 电极片23的形状可以与样品槽22的底面和顶面的形状相同,例如:本发明中样品 槽22的底面和顶面均为三角形,因此,电极片23也可以设置成三角形。电极片23通过导线与 电源连接,导线可以直接焊接在电极片23上。为了便于与电源11正负极之间连接起来,电极 片23的形状也可以设置为箭头状,参见图2-4。其中,电极片23的三角形箭头与样品槽22的 底面和顶面的形状相同,电极片23的箭头尾部与导线的一端连接,导线的另一端与电源连 接。导线的一端可以缠绕在箭头尾部;或者,箭头尾部上设置有小孔,导线的一端缠绕在小 孔上。
[0051] 为了减小导线的电阻、并避免测量过程中由于操作不当导致导线遮蔽探测器通光 孔,因此应尽量选择较细的导线,比如选用多股镀银导线。为提高待测样品中电场的均匀 性,将两片电极片于电源连接起来的两根导线的电阻差距应小于导线的阻值的1/10,例如: 导线的电阻小于0.05欧姆,两根导线之间的电阻差距小于0.005欧姆。
[0052]电极片23应不与待测液体之间发生反应,并且在电场作用下的物理化学参数稳 定。由于铂为惰性金属,在外加电压作用下很难和液体发生反应,因此可以采用等厚度且两 面平行的铂片作为电极片23。当然,电极片23也可以钛作为基底,基底上镀铂,如图2-4所 不。
[0053]电极片23的厚度若太厚,位于样品槽22顶面的电极片23容易由于重量过大而压迫 样品槽22,影响样品槽22的精度;电极片23的厚度太薄,则容易在外力作用下发生变形,影 响电极片23的精度。根据本发明的优选实施例,电极片23的厚度Η满足:
[0054]
[0055] 式中,1!为等腰三角形两个侧腰的长度,单位为:mm; 12为等腰三角形的底边长度, 单位为:mm; P为样品槽内液体的密度,单位为:g/cm3。优选地,电极片23的厚度为3mm 〇
[0056] S2、通过贴附在样品槽22三个侧面的加热板加热样品槽22内的液体,使液体的温 度达到待测温度。
[0057] 加热板27上可以设置有水软管26,通过水软管26中的供热液体为样品槽22内的液 体加热,水软管26的进水端和出水端分别设置两个热电偶28,用于采集水软管26进水端和 出水端的温度。图5示出了根据本发明一个优选实施例的用于加热样品槽22内液体的保温 组件的原理图,图中,恒温水箱24置于恒温水箱支架241上,用于加热供热液体,恒温水箱 24、水栗25以及水软管26组成一个回路,供热液体在水栗25的驱动下从水软管26的一端流 入、从水软管26的另一端流出。
[0058]当加热样品槽22内的液体时,若水软管26较长,随着水软管26中的供热液体不断 与样品槽22内的液体进行热交换,水软管26中供热液体的温度不断降低,使得水软管26中 供热液体的加热能力不断下降,即靠近水软管26出水端的供热液体的加热效果低于靠近水 软管26进水端的供热液体的加热效果,从而容易导致水软管26出水端附近的样品槽内液体 的温度低于待测温度。当对样品槽22内的液体进行降温时,若水软管26较长,随着水软管26 中的供热液体不断与样品槽22内的液体进行热交换,水软管26中供热液体的温度不断降 低,使得水软管26中供热液体的降温能力不断下降,即靠近水软管26出水端的供热液体的 降温效果低于靠近水软管26进水端的供热液体的降温效果,从而容易导致水软管26出水端 附近的样品槽内液体的温度高于待测温度。为了避免这种情况的发生,可以在加热板27上 设置多根或多组水软管、并且使不同水软管之间交错分布,比如:可以将一根或一组水软管 的进水端设置在另一根或另一组水软管的出水端。图6示出了根据本发明一个优选实施例 中,水软管26在样品槽22第三侧面上的加热板271上的分布示意图,图中第一组水软管261 从第三侧面上的加热板271的一端流入、从另一端流出,第二组水软管262从第一组水软管 261的出水端流入,从第一组水软管261的进水端流出。由于样品槽22第三侧面上设置有用 于注入液体的注入孔28,因此水软管经过该注入孔28时需要绕过该注入孔。在样品槽22的 两个侧腰面上,由于分别对应有通光区域,因此,侧腰面上贴附的加热板上的水软管也需要 绕过该通光区域。
[0059]根据本发明的优选实施例,为了保证均匀加热,步骤S2包括:
[0060] S21、获取样品槽内的液体温度,根据样品槽内的液体种类、液体体积、液体温度和 待测温度,确定将液体加热至待测温度所需的加热热量。
[0061] 样品槽内的液体种类不同,其比热容也不同,因此升高至待测温度时所需要的热 量也就不同。当样品槽22内的液体温度低于待测温度时,液体体积越大、样品槽内的液体温 度越低,升高为待测温度所需的热量越大。当样品槽22内的液体温度高于待测温度时,在其 他条件相同的情况下,液体体积越大、样品槽内的液体温度越高,降低至待测温度所需散失 的热量越大。
[0062] S22、根据加热板上的水软管数量、加热热量、以及加热板的传热效率,确定供热液 体的第一温度以及水软管中供热液体的第一流量。
[0063] 供热液体的第一温度越高、第一流量越大,提供的热量越大。当样品槽22内的液体 温度低于待测温度时,供热液体的第一流量越大,单位时间内供热液体提供的热量越大,将 样品槽22内的液体加热至待测温度所需的时间越短。当样品槽22内的液体温度高于待测温 度时,供热液体的第一流量越大,单位时间内供热液体从样品槽22内的液体中带走的热量 越多,将样品槽22内的液体降温至待测温度所需的时间越短。优选地,供热液体的流量q满 足如下关系:
[0064]
[0065] 式中,q第一流量,单位为:cm3/s ; Q为将液体加热至待测温度所需的加热热量,单 位为:J;η为加热板上的水软管数量,单位为:根;η为加热板的传热效率,单位为:% ; co为供 热液体的比热容,单位为:J/(kg · °C);Po为供热液体的密度,单位为:g/cm3; At为供热液体 的温度与样品槽内液体温度之间的差值,单位为:°C。
[0066] S23、基于供热液体的第一温度以及水软管中供热液体的第一流量,对样品槽内的 液体进行加热。
[0067] 在进行液体折射率测量的过程中,样品槽22内的液体温度可能会产生波动,进而 影响液体折射率测量结果的准确性和精确性。根据本发明的优选实施例,步骤S2进一步包 括:
[0068] 分别获取水软管26进水端和出水端的供热液体温度,确定水软管26进水端和出水 端的供热液体的温度差;
[0069] 当水软管26进水端
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