146237. lajstromszámú szabadalom • Önműködő refraktométeres mérő- és szabályozó berendezés koncentrációt változtató berendezésekhez

Megjelent: 1960. február 15. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 146.237. SZÁM 42. h. 26—37. OSZTÁLY - PA-587. ALAPSZÁM önműködő refraktométeres mérő- és szabályozó berendezés koncentrációt változtató berendezésekhez Pataki Barna vegyészmérnök, Tegze Miklós vegyészmérnök és Varga István gépészmérnök, Budapest A bejelentés napja: 1958. június 21. Koncentrációt változtató műveleteknél, pl. besűrítés vagy desztilláció esetén az anyag koncentrációjának mérése refraktometrikus úton történhet. Korszerű folyamatos berendezéseknél nem elég a refrakciós érték időnkénti ellenőrzése, hanem szükség van annak folyamatos mérésére, valamint a mért értékeknek szabályozásra való felhasználására. Ismeretes ilyen jellegű szabályozó berendezés, amely egy refraktometrikus prizmán keresztülhaladó fénytörésből származó határvonalat fotocellákkal letapint és a fotocellákat vagy cellát mindig a határvonalnak megfelelő helyzetbe mozdítja el automatikusan. A berendezés a bonyolult kompenzáció miatt meglehetősen érzékeny, költséges, üzembiztonsága a sok mozgó alkatrész miatt korlátozott. Tekintettel arra, hogy a mérendő anyag hőmérsékletének változása befolyásolja a törésmutató értékét, ennek kiküszöbölésére van szükség és így az ismert berendezés csak egy adott hőfokhatáron belül szabályoz megbízhatóan. Esetleges hőfokkorrekció megoldásához külön hőérzékelőre és megfelelő kompenzációs berendezésre van szükség. Végül az ismert berendezés pontossága kicsiny és egyes feladatokhoz nem megfelelő. Jelen találmány — mely továbbfejlesztése a lajstromszámú és VA—681 alapszámú szabadalmi leírásban ismertetett berendezésnek — az ismert berendezések hátrányaitól mentes, nagy érzékenységű, külön hőfok kompenzációs egységet nem igénylő berendezés. Abból a célból, hogy az eljárás használhatóságát a mérendő anyag fényáteresztő képessége és egyéb tulajdonságai, elsősorban optikai tulajdonságai ne befolyásolják, más módszerekhez hasonlóan a mérendő anyaggal érintkező felületen visszavert fény intenzitását érzékeljük, illetve mérjük. Annak érdekében, hogy a hőfok kompenzációt egyszerű módon oldjuk meg, valamint hogy az érzékenység igen nagy legyen, egyszerű mérőprizma helyett összetett optikai rendszert használunk, amelyre példa az ábra szerinti kiviteli forma. Az 1 fényforrásból a fény a 2 lencsén a 3 optikai anyagból készült prizmába jut. A prizma egyik oldala a mérendő anyaggal érintkezik. A prizma másik oldalán az 5 térben helyezkedik el az optikailag átlátszó, állandó összetételű folyadék. A fénysugarak a 3 prizma és a 4 mérendő anyag határfelületére oly beesési szöggel esnek, hogy részben teljesen visszaverődnek, részben csak részleges visszaverődést szenvednek, aminek mértékét a Fresnel-képlet adja meg. A visszavert sugarak áthaladnak a 3 prizmán, majd az 5 térben elhelyezett folyadékon és abból kilépve a 6 lencsén át a 7 fotocellára jutnak. A 3 prizma törésmutatója nagyobb mind a 4 mérendő anyag, mind az 5 térben levő folyadék törésmutatójánál. A fenti elren- < dezés következtében a rögzített helyen levő fotocellára eső fény erőssége adott prizma anyag esetén a két anyag törésmutatójának függvénye. A berendezés működését nem befolyásolja a 4 anyag átlátszó vagy átlátszatlan volta, konzisztenciája és egyéb tulajdonságai. Amennyiben az 5 térben olyan folyadékot helyezünk, amelynek törésmutatója és ennek hőfok együtthatója pontosan vagy közelítőleg megegyezik a 4 anyag megfelelő jellemzőivel és az 5 térben levő folyadék hőmérséklete megegyezik a mérendő anyag hőmérsékletével, a fotocellára eső fény intenzitása gyakorlatilag független a hőmérséklettől. Ezt az összefüggést a Fresnel-képletnek a reflexiós felületre való alkalmazásával lehet gyakorlati esetben kiszámítani. Az 5 térben levő átlátszó folyadék, mivel a 4 anyaghoz igen közel van, közelítőleg átveszi annak hőmérsékletét és így a fény törései, illetve visszaverődései közel azonos hőfokon játszódnak le, ami ennél az összehasonlító jellegű módszernél önműködő hőfokkompenzációt eredményez a gyakorlatnak megfelelő pontossággal. Egy adott méréstartomány esetén az 5 térben levő folyadék törésmutatóját, illetve a két törésmutató különbségét célszerűen úgy választhatjuk meg, hogy az érzékenység maximális legyen. Ismeretes, hogy a váltakozó áram erősítése kedvezőbben hajtható végre, mint az egyenáramé. Ezért — eltérően az ismert megoldásoktól — fényforrásként olyan eszközt használunk (pl. váltóárammal táplált gázkisüléses lámpát), amely perio-