介紹MPRE-Scan臨界角折射儀的工作原理、技術參數、性能特點,及在硫酸廠乾燥酸濃度測定方面的套用。
MPR E-Scan臨界角折射率儀的原理
根據光學原理可知,當光線從一種介質進入另一種介質時,將發生折射(如下圖所示)折射率n為光線在這兩種介質中的傳播速度之比,亦即為入射角正弦值與折射角正弦值之比:
正弦值但是,如圖2所示,當光線從光密物質進入光疏物質時,折射光將向界面方偏移。當入射角大到一定程度時,折射光就會沿介質界面進行傳播,這時的入射角稱為臨界角在數學上臨界角的定義為:
臨界角定義式中:n1--第一種介質的折射率;n2--第二種介質的折射率；
折射現象當入射角大於臨界角時,光不能按折射定律進入光疏物質,而只會發生“全反射”現象。
臨界角折射儀就是根據當光從光密介質中進入光疏介質時,連續改變其光線入射角,使光線周期性發生折射--全反射,通過測量出其反射光線的明暗變化規律,從而測得溶液濃度。
臨界角現象2、MPRE-Scan臨界角折射率儀的構造原理
如圖所示，光線經透鏡/光,過一狹縫射到一個以每分鐘3600轉的速度,轉動的八角稜鏡上。稜鏡轉動45度，轉時,從八角稜鏡射出的光線會從透鏡2上的位置A掃射到位置B處;稜鏡再轉45度時,光線會再從位置A返回到位置B處,隨著稜鏡的不斷轉動，這一過程不斷循環。連續掃射的光線經透鏡2聚焦到藍寶石與工藝溶液的界面上。當光線從位置A掃射到B時,射向溶液的光線便經歷了一個“折射、臨界狀態~全反射”的過程,相反亦然。這一過程以每秒480次的周期循環。在全反射光線處,加一光敏電晶體,接收全反射光及部分發生折射後的反射光,輸出近似方波的脈衝信號。當光線發生全反射時,光敏電晶體輸出值處於前沿,當光線發生折射時,輸出值處於後沿。
工作原理這樣,就導致在每一光線周期變化過程中,全反射所經歷的時間發生變化。相應地,光敏電晶體輸出亮、暗脈衝寬度發生變化(如圖),據此便可測得介質濃度。由以上可知,介質密度或濃度的變化,導致了折射率和臨界角的變化,反映在入射光全反射持續時間的變化,表現為光敏電晶體輸出方波寬窄r的變化,這一特性正是臨界角折射儀的最大優點。MPRE-Scan折射儀不依賴於得到信號的方波幅度。並且與工藝介質的顏色無關,與工藝介質含雜質顆粒、混濁與否無關。MPRE-Scan折射儀中稜鏡的旋轉速度對測量值亦無影響。總之,MPRE-Scan折射儀的輸出信號僅僅取決於工藝介質的折射率。
濃度與電壓值線性3、MPRE-Scan臨界角折射儀的套用
3.1、技術參數
精度：+/-0.1%或0.000075R.I.；
量程：最小0.0015R.I.，最大0.2146R.I.；
可重複性：0.05%或更好；
靈敏度：0.05%或更好；
回響時間：
變送器：250m.s.至15min；
感測器：當量程為0.015R.I.時，對於0.0015R.I.的變化回響時間<500ms.
工藝溫度：高達150℃（300℉）；
環境溫度：-40--50℃；
現場顯示：6.7’TFT-LCD,640*480Pixel；
處理器：INTEL586SX,133MHz;
觸濕材質：Alloy20/Sapphire/Teflon/Viton；
管道適配器：各尺寸Alloy20/20內襯PTFE管道適配器（流通池）；
信號輸出：4-20mA/0-10VDC/RS232C；
電源：85-260VAC50-60Hz。
3.2折射率儀對乾燥酸濃的測最精度
90%--99.5%濃硫酸的折射率如下圖所示,基本為線性關係。在90%濃度下,折射率值約為1.438;在96%濃度下,折射率值約1.429；在99.5%濃度下,折射率值約為1.420。即在90%~96%H2SO4範圍內,折射率差值1.438-1.429=0.009（此即為折射率量程）。根據上述技術數據,MPRE-Scan臨界角折射儀的精度(解析度)為0.0003,因此在90%--96%H2SO4範圍內,其精度優於:0.0003/0.009X(96-90)%=0.2%（H2SO4）。
折射率線性3.3乾燥酸濃的線上分析及調節
如右圖所示,MPRE-Scan臨界角折射儀安裝在乾燥酸冷卻器出口,用以線上測定硫酸濃度。MPRE-Scan臨界角折射儀測得的硫酸濃度信號送至調節控制器中。當乾燥酸濃低於設定值時,調節控制器將串酸閥門開度加大,輸入吸收系統的濃酸,從而使乾燥酸濃度上升,待濃度達到設定值時關調節閥。
在乾燥酸中的套用4、結束語
MPRE-Scan臨界角折射率儀目前在國內外套用的較多。在中石油吉化、中石化安慶石化、中海油惠煉公司、美國孟莫克化工、法國北部里立磷肥廠、德國巴斯夫公司、法國愛森公司、日本三菱化工株式會社、日本小林製藥等公司，MPRE-Scan臨界角折射儀已穩定可靠地運行了數年,並且基本上無任何維護作量。
