186683. lajstromszámú szabadalom • Berendezés cukorkoncentráció meghatározására
1 186 683 A találmány tárgya berendezés, melynek segítségével anyagok — elsősorban folyadékok — cukorkoncentrációját lehet igen gyorsan, nagy pontossággal és leolvasási hiba nélkül meghatározni. Mint ismeretes, oldatok cukorkoncentrációjának meghatározására számos módszer terjedt el, ezek közül, mint az egyik legmodernebb készüléket, a Polamat cukormérőt ismertetjük. Az ismert megoldás szerinti berendezés polarizált fényt kibocsátó megvilágító egységből, a mérendő mintát tartalmazó küvettából, mechanikusan forgatható analizátorból, az analizátort forgató szabályozó egységből, fényérzékelő detektorból és mozgóskálás eredménykijelzőből áll. A cukoroldat koncentrációját meghatározó mérést megelőzően a szabályozó egység az analizátort a megvilágító egység polarizációs síkjának megegyező helyzetbe forgatja, majd a minta behelyezése után a mintán áthaladó fénysugár polarizációs síkjának elfordulásával megegyező mértékben tovább forgatja addig, amíg az analizátor és az elforgatott polarizációs sík meg nem egyezik. A továbbforgatás mértékével arányos szabályzójel egy mozgóskálás eredménykijelzőn válik láthatóvá, a leolvasás 0,l°-ig osztások szerint, az alatt becsléssel történik. Az ismert megoldás hátrányai a következők. — az analizátor mechanikus mozgatásának következményeként a mérési folyamat lassú (egy mérés időtartama néhány másodperc), — a mérendő minta átlátszóságától függően a mérendő mintákra — a mérési tartományra — a fotodetektor érzékelési tartománya korlátozó tényezőként szerepel (az átlátszósági tartomány 1:50), — a mérés pontossága a becsléssel, történő leolvasás miatt nem jobb, mint 0,05°, ezért a kis koncentrációk meghatározása (ami pl. cukorgyárakban a kazánvíz cukortartalmának, mint biztonságtechnikai tényezőnek mérésekor igen fontos) nem oldható meg. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamennyi nehézség egyidejű kiküszöbölése és olyan berendezés létrehozása, amely nagy mérési pontosság mellett a mérést lényegesen gyorsabban végzi, és amellyel a mérhető minták száma — a mérési tartomány — a minták átlátszóságára nézve jóval szélesebb korlátokat enged meg. A találmánnyal megoldandó feladat olyan berendezés kialakítása, mellyel oldatok cukortartalma gyorsan, a mérendő minták széles átlátszósági tartományában és leolvasási hiba nélküli nagy pontossággal mérhető. A találmány szerinti berendezésben a mechanikus mozgatású analizátor kiiktatásának alapja az a felismerés, hogy a cukortartalmú oldatok a rajtuk áthaladó polarizált fénysugár polarizációs síkját elforgatják és az elforgatás mértéke a cukorkoncentrációval arányos, valamint az, hogy a forgatás mértéke egy nyalábosztó prizma után létrejövő két fénysugár íntenzításküiönbségének mérésével meghatározható. Mivel a két utóbbi fénysugár intenzitáskülönbsége a forgatás mértékén kívül a névleges fényintenzitásoktól is függ, szükséges, hogy az intenzitáskülönbségek mérése a beeső fénysugarak intenzitására történő normálissal egészüljön ki. Ha II = a nyalábosztó utáni első fénysugár intenzitása, 12 = a nyalábosztó utáni második fénysugár intenzitása, y = a szögelfordulás és K = korrekciós tényező, felírható az alábbi összefüggés: „ K. 11-12 K, 11/12—1 ^'K 11+12 _K 11/12+1 amiből differenciálással levezethető, hogy értéke a beeső fénysugár intenzitásától függetlenül határozható meg változatlan mérési pontossággal. A találmány szerinti berendezésben a különböző átlátszóságú cukortartalmú oldatok mérési tartományának kiterjesztését a megvilágító egységből kilépő fénysugár intenzitásának a cukortartalmú oldat átlátszóságától függő beállításával éljük el. A mérési pontosságot úgy növeljük, hogy a mintára érkező polarizált fénysugár polarizációs síkját kismértékben, a polarizációs sík középértékéhez viszonyítva váltakozó irányokban és a mérési időhöz képest igen gyorsan elforgatjuk, a mintán átjutó fénysugarat pedig ezzel az e[fordítással azonos fázisban mérjük. Ezzel a módszerrel kiküszöbölhetők ill. nagymértékben lecsökkenthetők í'Zok a jel/zaj viszonyt rontó tényezők, amik a polarizációs sík elfordulásában jelentkeznek (pl. a minta hőmérsékleti ingadozása miatt fellépő ill. a fényforrás instabilitása okozta változások). A találmány szerinti berendezés tehát olyan ismert (Polamat) berendezés továbbfejlesztése, amelynek megvilágító egysége, a mérendő mintát tartalmazó küvettája, mechanikus mozgatású analizátora, az ezt vezérlő szabályzó egysége és mozgóskálás eredménykijelzője van. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a forgatásmérés az elektromechanikus szabályzórendszerrel működő analizátor helyett kiértékelő egységgel valósul meg, ami célszerűen nyalábosztó prizmát, azt követő két fotodetektort, különbségképzést valamint osztást megvalósító aritmetikai egységet tartalmaz. Célszerű továbbá, ha a megvilágító egységet változó átlagintenzitású, középértékéhez képest kismértékben, igen gyorsan elforgatott polarizációs síkú fénysugarat előállító iníenzitásszabályozó egység követi, amelyet pl. polarizációs modulátorral és változtatható áteresztőképességű szűrővel valósítunk meg. A találmányt részletesebben rajz alapján ismertetjük, ahol az 1. ábra a találmány szerinti berendezés tömbvázlatának példakénti kiviteli alakja; a 2. ábra az intenzitásszabályozó egység példakénti kiviteli alakja; a 3. ábra a kiértékelő egység példakénti kiviteli alakja. A találmány szerinti berendezés felépítése és működése az 1. ábra alapján a következő. A találmány szerinti berendezés 11 megvilágító egységből, 12 intenzitásszabályozó egységből, 13 mintatartóból, 14 kiértékelő egységből és 15 eredménykijelző egységből áll. Az 11 megvilágító egységből kilépő FI fénysugár a 12 intenzitásszabályozó egység optikai bemenetére esik, a 12 intenzitásszabályzó egység kimenetéről kilépő F2 fénysugár a 13 mintatartó bemenetére jut, az innen kibocsátott F3 fénysugár a 14 kiértékelő egység bemenetére jut. A 14 kiértékelő egység első kimenete az A vezetékrendszerrel a 15 eredménykijelző egység bemenetével, második kimenete B vezetékrendszerrel a 12 intenzitásszabályozó egység bemenetével, míg bemenete C vezetékrendszerrel a 12 intenzitásszabályzó egység kimenetével van összekötve. A találmány szerinti berendezés működése az alábbi. A 11 megvilágító egységből kilépő FI fénysugár a 12 intenzitásszabályzó egység optikai bemenetére jut, ami a B vezetékrendszeren a bemenetére érkező jelnek megfelelően módosítja az FI fénysugár intenzitását, egyidejűleg polarizációs síkját kismértékű, igen gyors elfordulásokkal modulálja; a moduláló jel egyidejűleg a C vezetékrendszer eljut a 14 kiértékelő egység vezérlő be-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
