MPR E-Scan临界角折射仪的工作原理及其在硫酸工业中的应用
在线折光仪(MPR E-Scan)在纸浆工艺中绿液浓度的应用
MPR E-Scan The rugged and reliable MPR E-Scan is used to measure the green liquor dissolved density, or TTA, at two stages in the process: after the green liquor dissolving tank and after the green liquor clarifier. The in-line measurement, with the refractometer sensing head installed directly in the main process lines, allows real-time control of green liquor dilution to meet target TTA set-points. The measurement is also used to indicate (and prevent) excessive green liquor density and the resulting dangerous impending crystallization within the dissolving tank.The difficult scaling associated withgreen liquor results in an optical coating on the refractometer sensing head. If this scaling can be controlled to allow an acceptable duration of on-line measurement, and then effectively removed when coating occurs, the accuracy of the refractometer can be fully utilized with minimal maintenance. The primary issue then becomes the maintenance required to keep the cleaning system operating effectively. Reducing the variation of green liquor solids by automatically controlling weak-wash dilution with the MPR E-Scan R efractometer results in a reduction in scaling. Scaling issues are further reduced when pressurized water, heated to the process temperature, is used to effectively clean the refractometer optical components. The compound result is beneficial for both control and maintenance. Stainless -steel CNC machined sensing head Sapphire Prism Safer recovery boiler operation Overall improvement to Kraft process HYBRID-DIGITAL REFRACTOMETERN EMA 4X SAFETY . CONTROL . R ELIABILITY . VALUE .In-house manufactured in USA 24 Hour Service Support Electron Machine Corporation has been actively refining the use of refractometers for measuring green liquor density for over 30 years. Our incremental efforts in this application has led to the curre nt system of using the MPR E-Scan R efractometer c ombined with heated high-pressure water for cleaning . The resulting combination provides an effective removal of optical coatings by reducing thermal changes . M inimizing maintenance to allow for a reliable measurement source for on-line automatic control. 4-20mA Output Reduced standard deviation of green liquor variability Better consistency leads to less coating and scaling Green LiquorReduced maintenance Cost Effective。
硫酸在线浓度仪--MPR E-Scan
MPR E-Scan 硫酸在线浓度仪美国EMC公司成立于1946年，作为一家高科技公司，从成立至今，EMC一直专业从事在线硫酸浓度仪的研究开发和制造工作，产品广泛应用于硫酸行业。
1952年，EMC推出自己的第一台在线临界角硫酸浓度仪，用于检测硫酸溶液浓度。
MPR E-Scan是EMC推出的最新在线硫酸浓度仪，因为采用临界角测量的技术，它非常适合于各类化工液体产品如浓硫酸、烧碱、盐酸、硝酸等的过程浓度测试。
因为具有丰富多样的安装适配器，MPR E-Scan适合于安装于几乎任何场所。
MPR E-Scan是一个微处理器驱动的临界角发烟酸浓度仪，因为采用分体式设计，将仪器CPU 和主要电路板与光学部分分离，使系统更耐高温和振动、稳定性更好、测试更准确、有效使用寿命更长。
它能在即时显示产品浓度值的同时，将该浓度值传输到系统，便于系统集成控制。
最新的临界角在线发烟酸浓度仪MPR E-Scan能直接安装在管道或者容器上，进行浓度的测量和控制。
它能直接显示出：质量百分比浓度（%）、折光率（R.I.）或固形物含量(SG)等。
它的高可靠性和高精度能为用户的过程控制直接创造价值。
硫酸在线浓度仪鲜明的优点：1、 出厂校准和自动温度补偿，直接投入使用，无需现场校准；2、 分体式设计，产品更耐震动和高温、测试更稳定、使用寿命更长；3、 光学系统完全密闭，杜绝外界光线干扰；4、 内置温度传感器，杜绝温度传感器意外损坏；5、 标配温度信号模拟输出，便于客户集成控制；6、 测量值历史曲线记录，测试稳定性一目了然；7、 6.7”大尺寸高清晰度背光彩色LCD 显示；8、 本安型探头传感器（可选）；9、 标配带清洗外接接口安装底座，可能的清洗方便直接；内置PID 控制器、防爆型可选；硫酸在线浓度仪性能特点：1、 测量范围：H2SO4：88.00-99.99%;OLEUM:0.00-70.00%；2、 最高工作温度：150℃；3、 信号输出：4--20mA 和RS232/485；4、 接触样品部分材质：Alloy20 合金/蓝宝石；5、 电子显示操作箱防护等级：NEMA 4X （IP67）；6、 探头材质：Alloy20 合金，防护等级：NEMA 4X （IP67）；7、 核心部件：蓝宝石棱镜（9Mosh ）、PT1000温度传感器、3648像素CCD 传感器、LED 光源100000H ；8、 内置2组报警，内置自诊断功能；9、 棱镜自动清洗程序（硬件选购），显示器输出保持功能； 10、标准连接电缆：6米（20ft ）； 11、电源：110/220VAC 、50/60HZ ；%自由态自由态SO SO 3相当于相当于%%H 2SO 40 100.00100.00 1010 102.25102.25 2020 104,104,505050 3030 106.7106.766 4040 109.0109.011 5050 111.2111.266 6060 113,5113,511 7070115.7115.777硫酸在线浓度仪详细规格：硫酸在线浓度仪应用及安装方式测量精度 0.1%，最高0.05%;分辨率 0.01%0.01%测量范围 H2SO4：88.00-99.99%;OLEUM ：0.00% - 70.00%（100.00%-115.77%）； 重复性和灵敏度 均优于0.05%响应时间 控制器控制器：：250ms--3min 可调可调；；测试探头测试探头：：﹤500ms 过程工作温度 高达150℃工作压力 -1到10bar 在120℃时 环境温度 0--50℃微处理器 INTEL 586SX ，133MHZ 连接电缆 标准6米，最长300米可选米可选触湿部件材质 Alloy20合金合金、、Sapphire 、Teflon 、Viton/NEMA4X （IP67） 输出信号 4-20mA 、0-10VDC 可选可选：：4—20mA 隔离隔离 或 0—20mA 隔离隔离 电源85/260VAC 、50/60HZ 、50VA如上图，最初生产硫酸的原料是燃烧单质硫或含硫的矿所产生的二氧化硫（SO2）。
MPR E-Scan 在线折光仪(Inline Process Refractometer)
Refractometers
• Denser the liquid, the higher its reading will be on the refractometer • accurately measure very small changes in speed light traveling through a liquid • well suited for testing a wide variety of solutions such as sugar content or Brix
Air water
G = critical angle
Introduction to Refractometry
• Measurement based on Snell’s Law
G sin (n1 / n2 )
1
n1 n2 G
Introduction to Refractometry
Optical section of digital DCR includes: LED light source Optical condenser lens Light focusing lens Measuring prism (medium “A”) Image exit lens CCD assembly for image detection
DCR E-Scan In-Line Process Refractometer
•Self Contained •0-85 °Brix •Accuracy 0.1 Brix •Auto Temp compensation •LED Source •CCD optical sensor •Mounts directly on process
折射仪的原理
折射仪的原理折射仪是一种用来测定透明物质折射率的仪器，它利用光在不同介质中传播时的折射现象来进行测量。
折射仪的原理主要基于光在不同介质中传播时速度的改变而产生的折射现象，下面将详细介绍折射仪的原理。
首先，我们需要了解光在不同介质中传播时的速度改变。
根据光的波动理论，光在真空中传播时速度最快，而在其他介质中传播时速度会减慢。
这是因为光在介质中与原子或分子发生相互作用，导致光的传播速度减小。
当光从一个介质射入另一个介质时，由于速度的改变，光线会发生折射现象，即光线的传播方向发生改变。
其次，根据斯涅尔定律，光线在通过两种介质的交界面时，入射角、折射角和两种介质的折射率之间存在着一定的关系。
斯涅尔定律可以用数学公式来表示，即n1sin(θ1)=n2sin(θ2)，其中n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。
利用这个定律，我们可以通过测量入射角和折射角来计算出介质的折射率。
最后，折射仪利用上述原理进行测量。
一般来说，折射仪由一个光源、一个准直器、一个测角器和一个测量器组成。
光源发出的光线经过准直器准直后，射到待测介质表面上，经过折射后，再射到测量器上。
测量器可以测量入射角和折射角，通过斯涅尔定律的公式计算出介质的折射率。
总之，折射仪的原理基于光在不同介质中传播时的速度改变而产生的折射现象，利用斯涅尔定律来测量介质的折射率。
通过合理设计的光路和测量装置，折射仪可以准确地测定透明物质的折射率，具有很高的测量精度和稳定性。
在科研和工程领域中，折射仪被广泛应用于材料的折射率测量、溶液浓度的测定等方面，为相关领域的研究和生产提供了重要的数据支持。
折射仪工作原理
折射仪工作原理
折射仪是一种常用的光学仪器，用于测量物质的折射率。
其工作原理基于折射现象和斯涅尔定律。
下面是折射仪的工作原理：
1. 入射光束：折射仪通常使用单色光作为入射光源，例如单色激光或单色滤光片过滤出的光线。
入射光束首先通过准直系统，使光线平行，以确保准确测量折射率。
2. 入射角度：入射光束通过一个半球形透镜，进入待测试样品。
透镜使得光线以特定的入射角度射入样品。
入射角度通常被精确控制或测量，因为折射率与入射角度密切相关。
3. 折射现象：当入射光束穿过样品时，光线会发生折射，即改变传播方向。
这是因为光在不同介质之间传播时速度改变，导致光线弯曲。
折射现象导致光束的传播方向和波前发生改变。
4. 出射角度：出射光束离开样品时，其传播方向取决于样品的折射率。
折射率越高，光束的出射角度越小；折射率越低，光束的出射角度越大。
5. 探测器：出射光束进入光学探测系统，例如光敏探测器。
探测器测量光线传播的方向和角度，进而确定样品的折射率。
通过校准，可以将探测信号转换为具体的折射率值。
总之，折射仪利用光的折射现象和斯涅尔定律来测量物质的折射率，通过探测光线的传播方向和角度，进而确定样品的折射率。
各类型折射仪的原理及应用
三氯蔗糖：0.00-100.00%
果胶明胶: 0.00-100.00% 氢氧化钠：0.00-55.00%
发烟酸：0.00-70.00%
盐酸：0.00-40.00% 氨水：0.00-30.00%
切削液：0.00-10.00%
乳化液：0.00-10.00%
1.2.4、DSA E-Scan台式数显折射仪特点
折射仪测定折射率的工作即利用了测定临界角 的原理．如下图示：
调整棱镜使折射角β=90°，则sinβ=1， n=1/sinα测 定α角即可计算n值。仪器内部设有换算装置，可直 接读取n值。
1.1.1、ABBE折射仪构造
目镜
锁紧手轮 进光棱 镜座 温度计
色散调节 手轮
恒温器接 头
折射率刻度 调节手轮
•待镜面干燥后，用滴加2~3滴试样于辅助棱镜的镜面 上，合上棱镜，扭紧闭合旋钮。若液体样品易挥发， 则动作要迅速，或在两棱镜接近闭合时从加液小槽中 注入样品，然后再闭合两棱镜，锁紧闭合旋钮。
• 调节反射镜使入射光进入棱镜，同时从目镜中观 察，使视场最亮。调节目镜的焦距，使目镜中“十” 字线清晰明亮。 •调节“棱镜调节旋钮”，使刻度盘标尺上的示值逐 渐增大，直至观察到视场中有半明半暗现象或出现 彩色光带。若出现彩色光带，可调节“消色调节旋 钮”使彩色光带逐渐消失，明暗界线清晰。再转动 “分界线调节旋钮”使明暗界线恰好与“十”字线 交点重合。
各类型折射仪的原理及应用
引
言
折射率是表征物质光学特性的重要常数， 借助它可以了解物质的光学性能、纯度、浓 度等。ABBE折射仪是最常用的测量物质折射 率的仪器，在科学研究与石油、油脂、制药、 制漆、食品、制糖、日用化工等行业中有着 极其广泛的应用。
折射仪原理
折射仪原理
折射仪是一种用于测量光的折射性质的仪器。
其原理基于光在不同介质中传播时发生折射现象，即光线从一种介质进入另一种介质时会改变传播方向。
折射仪利用这种特性来测量介质的折射率。
折射仪的结构包括一个光源、一个透镜和一个测量尺。
首先，光通过光源发出，经过透镜聚焦后，射向待测介质。
当光线由空气射向介质时，会发生折射，并形成一条折射光线。
在折射光线通过透镜后，再经过一个小孔射向测量尺上的刻度。
在测量过程中，通过调整透镜和测量尺的位置，使得折射光线经过小孔正好射向刻度上的零点。
此时，记录下透镜和测量尺的位置。
然后，用同样的方法测量折射光线射向介质时的位置。
根据光线在两种介质中的传播速度差异，以及透镜和测量尺的位置变化，可以计算出介质的折射率。
折射仪的原理基于折射定律，即斯涅尔定律。
根据斯涅尔定律，光线在两种介质中的折射角和入射角之间有一个固定的关系。
利用这个关系，可以通过测量光线的位置变化来计算出介质的折射率。
折射仪在科学研究和工程实践中有广泛应用。
通过测量不同材料的折射率，可以了解材料的光学性质，例如透明度和折射率分布。
同时，折射仪也可用于测量液体的浓度、溶解度等物理化学参数，以及分析光学元件的性能。
折射仪工作原理及操作程序
折射仪工作原理及操作程序引言折射仪作为一种精密仪器，被广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域，在物质的折射率、反射率等规律的研究中发挥了重要作用。
本文将着重介绍折射仪的工作原理及操作程序。
折射仪工作原理折射仪通过测量样品的折射率反映样品的物理、化学性质。
其工作原理是通过测量光线在样品中的传播速度变化，来计算样品的折射率。
折射仪由红外源、光路系统、光电检测器、计算机等部分组成。
当样品被放置在测量环境中时，红外光线在经过样品后会发生反射和透射现象，通过探测器获取反射和透射的光线，再通过红外光学计算公式，计算出样品的折射率值。
样品的折射率通常通过计算机进行处理，以确保准确度和可靠性。
在测量折射率时，需要注意样品的温度和湿度，这些因素会对折射率值产生影响。
折射仪的操作程序步骤一：准备工作在进行折射仪的测量之前，需要进行准备工作。
首先，根据实验要求调节红外源的功率和波长，然后将样品放在折射仪的测量环境中。
接下来，测量仪器的检测器需要进行预热，以确保稳定的测量效果。
步骤二：校准和测量接下来，您需要校正仪器以确保获得准确的测量结果。
首先根据实验要求进行一个空白测量，然后测量目标物质的折射率。
根据实施情况和实验要求，还可能需要对折射仪进行重新校准的操作以确保测量的准确性。
如需要对时常使用的折射率标准物质进行检测，可以通过比较已知物质和折射率标准物质的折射率值，来判断仪器测量的准确性并确定偏移量。
步骤三：数据处理完成测量后，您需要使用计算机软件对测量数据进行处理。
把获得的结果存储在计算机中，以便后续数据的分析与处理。
折射仪的精度受到多种因素的影响，如样品的温度和湿度等。
通常情况下，需要进行多次测量以获得精确的结果。
数据处理时，需要把多次测量的平均值记录下来，以确定最终的折射率测定值。
总结折射仪作为一种精密仪器，应用广泛。
本文介绍了折射仪的工作原理和操作程序。
了解这些知识将有助于正确操作折射仪，从而获得准确可靠的折射率测定结果。
MPR E-SCAN折光仪样本
10.5[266.7] 14.3[363.2]
D = 6.25[158.8]
可选的E-Scan特点
测量值PID控制 温度PID控制 根据需要进行多范围校准 不锈钢NEMA 4X传感器连接头 双传感器能力 本质安装传感器
标准E-Scan特点
320×240象素单色LCD显示器 386SX微处理器，运行频率25MHz 操作界面友好软件 校准可以按用户要求的单位进行 20种多范围能力 用户友好的诊断功能 传感器中使用CCD光学传感器，消除了
介绍
MPR E-Scan是一种基于微处理器的临界角折光仪，它即可用于测量工艺过程流体的折光率，也可作 为故障指示器或完全的工艺过程控制系统的有机组成部分。 MPR E-Scan配备有完全的故障诊断程序，因此不需要特殊的测试设备就可以实现故障诊断和隔离。 折光仪出厂前已按您的工艺要求进行了校准和温度补偿，当您收到折光仪时即可以进行快速安装和立 即使用。用户也可以进行校准程序来改变系统参数，以使您的折光仪用于测量另外不同的工艺流体。 EMC公司将快速的微处理器技术与精确的电子扫描技术相结合，加上强有力的用户界面友好的系统软 件，使MPR E-Scan成为21世纪最先进的折光仪。
窗口
MPR E-Scan折光仪使用的CCD线性阵列包括2048个 独立的象素点。
CCD线性阵列
MPR E-Scan折光仪使用当今最先进的CCD技术。在E-Scan折光仪中图象是由电子扫描而来的简单光 线和黑暗间隔所组成。当过程流体的折射率改变时，临界角的变化将改变光亮/黑暗时间的比率，并被 CCD所检测到。时间间隔的变化被处理和加强并以折射率、Brix、固体含量或其它的测量单位形式显 示出来。这种扫描时间测量技术，如每秒多少次，提供了很高敏感度并对夹带的空气或震动流具有很 强的免疫力。另外，MPR E-Scan折光仪使用LED光源。这种光源需要最小的能量、产生最少的热量 并具有最长的使用寿命。
超全面的折光仪原理介绍
常用标准液
标准液 T（K） T(0C) NDt (-dn/dt x105)
水
丙酮 氯仿 苯 氯苯 醋酸 二硫化碳 二碘甲烷
288 293 298 293 288 288 293 288 293 288 293 288 288
15 20 25 20 15 15 20 15 20 15 25 15 15
（2）温度的影响 溶液的折射率随温度而改变，温度升 高折射率减小；温度降低折射率增 大．折光仪上的刻度是在标准温度20℃ 下刻制的．所以最好在20℃下测定折射 率。否则，应对测定结果进行温度校正。 超过20℃时，加上校正数；低于20 ℃ 时，减去校正数。
MPR E-Scan主要特点 全屏蔽、抗干扰、分体式设计，长寿命 准确度：0.000075R.I. 或±0.1%Brix 重复性和灵敏度：±0.05% 光源：589nmLED 折光率范围：1.3330 － 1.5438 精度：0.000075R.I.或±0.1%Brix 多种用户自定义单位 可用蒸馏水和经NIST认证的标准品进行零点或多 点校准 控温范围：-5－ 150℃ 自动温度补偿
1.2测定折射率的意义
折射率是物质的一种物理性质。它是食品 生产中常用的工艺控制指标，通过测定液态 食品的折射率.可以鉴别食品的组成，确定食 品的浓度，判断食品的纯净程度及品质。 蔗糖溶液的折射率随浓度增大而升高。通过 测定折射率可以确定糖液的浓度及饮料、糖 水罐头等食品的糖度，还可以测定以糖为主 要成分的果汁、蜂蜜等食品的可溶性固形物 的含量。
1.1折光率的测定
1.1 基本概念 1.2 测定折射率的意义 1.3 常用的折光仪
1.1 基本概念
1.1.1 光的反射现象与反射定律 1.1.2 光的折射现象与折射定律 1.1.3.全反射与临界角
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MPR E-Scan临界角折射仪的工作原理及其
在硫酸工业中的应用
介绍MPR E-Scan临界角折射仪的工作原理、技术参数、性能特点, 及在硫酸厂干燥酸浓度测定方面的应用。
在硫酸生产过程中, 炉气干燥过程是非常重要的一个环节, 而干
燥用酸的浓度则是影响干燥效果的主要因素之一。
因此, 必须严
格控制酸浓, 适当的控制范围为93 %~9 5%。
目前, 在国内的硫酸生产过程中, 对干燥酸浓度的分析方法通常
有: 密度法、电导法、沸点法, 等等, 它们各有利弊。
近年来, 在国内外硫酸生产过程中, 采用了全反射式( 即临界角)折射率分析仪测量干燥酸浓。
这种分析仪精度高( 可达到0.1%H2SO4 ;)稳定可靠, 维护量小。
以下对MPR E-Scan临界角折射仪作简要介绍。
1、MPR E-Scan临界角折射率仪的原理
根据光学原理可知, 当光线从一种介质进入另一种介质时, 将发生折射( 如下图所示)折射率n为光线在这两种介质中的传播速度之比, 亦即为入射角正弦值与折射角正弦值之比: 但是, 如图2 所示, 当光线从光密物质进入光疏物质时, 折射光将向界面方偏移。
当入射角大到一定程度时, 折射光就会沿介质界面进行传播, 这时的入射角称为临界角在数学上临界角的定义为:
式中: n1-- 第一种介质的折射率;n2--第二种介质的折射率
.
当入射角大于临界角时, 光不能按折射定律进入光疏物质, 而只会发生“全反射”现象。
临界角折射仪就是根据当光从光密介质中进入光疏介质时, 连续改变其光线入射角, 使光线周期性发生折射-- 全反射, 通过测量出其反射光线的明暗变化规律, 从而测得溶液浓度。
2、MPR E-Scan临界角折射率仪的构造原理
如图所示，光线经透镜/光,过一狭缝射到一个以每分钟3600转的速度,转动的八角棱镜上。
棱镜转动45度，转时, 从八角棱镜射出的光线会从透镜2 上的位置A 扫射到位置B处; 棱镜再转45度时,光线会再从位置A返回到位置B处,
随着棱镜的不断转动，这一过
程不断循环。
连续扫射的光线经透镜2聚焦到蓝宝石与工艺溶液的界面上。
当光线从位置A扫射到B时, 射向溶液的光线便经历了一个“ 折射、临界状态~ 全反射” 的过程, 相反亦然。
这一过程以每秒480次的周期循环。
在全反射光线处, 加一光敏晶体管, 接收全反射光及部分发生折射后的反射光, 输出近似方波的脉冲信号。
当光线发生全反射时, 光敏晶体管输出值处于前沿, 当光线发生折射时, 输出值处于后沿。
当工艺介质浓度发生变化时, 光线的临界角亦相应发生偏移。
这样, 就导致在每一光线周期变化过程中, 全反射所经历的时间发生变化。
相应地, 光敏晶体管输出亮、暗脉冲宽度发生变化( 如图 ), 据此便可测得介质浓度。
由以上可知, 介质密度或浓度的变化, 导致了折射率和临界角的变化, 反映在入射光全反射持续时间的变化, 表现为光敏晶体管输出方波宽窄r 的变化, 这一特性正是临界角折射仪的最大优点。
MPR E-Scan折射仪不依赖于得到信号的方波幅度。
并且与工艺介质的颜色无关, 与工艺介质含杂质颗粒、混浊与否无关。
MPR E-Scan折射仪中棱镜的旋转速度对测量值亦无影响。
总之, MPR E-Scan折射仪的输出信号仅仅取决于工艺介质的折射率。
3、MPR E-Scan 临界角折射仪的应用
3.1、技术参数
3.2 折射率仪对干燥酸浓的测最精度
90%--99.5%浓硫酸的折射率如下图所示, 基本为线性关系。
在90 %
浓度下, 折射率值约为1.438 ; 在96%浓度下, 折射率值约1.429 ；
在99.5% 浓度下, 折射率值约为1.420。
即在90 % ~ 9 6% H2SO4范围内, 折射率差值1.438-1.429=0.009（此即为折射率量程）。
根据上述技术数据, MPR E-Scan 临界角折射仪的精度( 分辨率) 为0.0003 , 因此在90%--96%H2SO4范围内, 其精度优于:0.0003 / 0.009 X ( 96-90)%=0.2%（H2SO4）。
另外, MPR E-Scan临界角折射仪也可用于发烟酸（线性数据下图）的浓度测定。
3.3 干燥酸浓的在线分析及调节
如右图所示, MPR E-Scan临界角折射仪安装在干燥酸冷却器出口, 用以在线测定硫酸浓度。
MPR E-Scan临界角折射仪测得的
硫酸浓度信号送至调节控制器中。
当干燥酸浓低于设定值时, 调
节控制器将串酸阀门开度加大, 输入吸收系统的浓酸, 从而使干
燥酸浓度上升, 待浓度达到设定值时关调节阀。
4、结束语
MPR E-Scan临界角折射率仪目前在国内外应用的较多。
在中石
油吉化、中石化安庆石化、中海油惠炼公司、美国孟莫克化工、
法国北部里立磷肥厂、德国巴斯夫公司、法国爱森公司、日本三
菱化工株式会社、日本小林制药等公司，MPR E-Scan临界角折
射仪已稳定可靠地运行了数年, 并且基本上无任何维护作量。