9.3.2. Конструкция рефрактометра

Основную часть прибора составляет измерительная призма рефрактометрического блока 4 (рис.9.4) с горизонтально расположенной отполированной плоскостью. Благодаря горизонтальному расположению плоскости, исследуемая жидкость не стекает с призмы. Над измерительной призмой расположена осветительная призма, которую при помощи рукоятки откидывают на угол 100.

В целях защиты от пыли и грязи окно 5 осветительной призмы прикрыто заслонкой. Это окно предназначено для освещения веществ, исследуемых в проходящем свете; для освещения в отраженном свете предназначено зеркало, шарнирно закрепленное на оправе измерительной призмы.

Так как показатель преломления исследуемого вещества (особенно жидкости) в значительной мере зависит от температуры, то при измерениях ее необходимо поддерживать постоянной. Для этого в оправах призм предусмотрены камеры с выходными штуцерами, через которые можно пропускать термостатированную воду.

Перемещение граничной линии относительно перекрестия и шкалы показателей преломления (пределы измерения - от 1,20 до 1,70) в поле зрения окуляра осуществляется путем вращения маховика 1. Шкала освещается светом от зеркала, закрепленного в наклонно-вращательной оправе с противоположной стороны корпуса (рис.9.4). Желто-зеленый светофильтр в осветительной системе дает приятную, не утомляющую зрение окраску изображения шкалы в окуляре рефрактометра.

Пучок света, прошедший через окно или отраженный от зеркала, преломляется на измерительной плоскости и попадает внутрь корпуса рефрактометра. Пройдя сквозь направляющую призму, лучи падают в систему призм Амичи. Призмы Амичи расщепляют белый свет, что позволяет удалить окраску граничной линии. Вращение системы призм производится с помощью маховика со шкалой 3, с которой снимают отсчет. Шкала разделена на 120 делений. Поворот маховика на одно деление шкалы соответствует повороту призм Амичи на 30. Десятые доли деления шкалы определяются по нониусу. Одно деление нониуса соответствует повороту призм Амичи на 0,3.

Рис. 9.4. Внешний вид рефрактометра ИРФ - 454 БМ:

1 - маховик для введения в поле зрения границы светотени; 2 - окуляр; 3 - маховик со шкалой для устранения окраски границы светотени; 4 - рефрактометрический блок (верхняя подвижная часть - осветительная призма, нижняя неподвижная - измерительная призма); 5 - входное окно осветительной призмы.

Среднюю дисперсию вещества определяют пересчетом показаний шкалы и нониуса по таблицам 1, 2, 3, используя при этом значение этого вещества.

Следует отметить, что рефрактометрический метод измерения показателя преломления по сравнению, например, с гониометрическим обеспечивает возможность более быстрого определения, что является его важным преимуществом. Это связано с тем, что измеряемый образец имеет более простую форму по сравнению с образцом при гониометрических методах, т.к. необходимо обеспечить отражение лучей только на плоской границе контакта образца с эталонной призмой.

Для анализа точности определения показателя преломления продифференцируем выражение (9.19) по переменным и перейдем к средним квадратическим погрешностям. Известно, что при косвенных измерениях средняя квадратическая погрешность может быть найдена как:

(9.21)

После элементарных преобразований с использованием формулы (9.19) получим:

(9.22, a)

(9.22, б)

Пусть n=1,61804; n₀=1,74; =10^-5; =10^-5 . Найдем среднюю квадратическую погрешность . Используя формулу (9.19), найдем =14,7617, затем по формулам (9.21) и (9.22) вычислим =1,63*10^-5.

Из приведенного примера видно, что погрешность измерения показателя преломления на рефрактометре приблизительно равна погрешности измерения показателя преломления n₀ эталонной призмы. Однако погрешность измерения n₀ может быть, во-первых, значительно уменьшена (до 210^-6); во-вторых, учтена как систематическая погрешность. Поэтому, положив =0, из формул (9.21) - (9.22) получим:

В этом случае, используя данные рассмотренного примера, получим , что при дает =0,6*10^-5. Чтобы погрешность в определении не превышала 1*10^-4, достаточно измерить угол с точностью . Благодаря этому, сравнительно грубое угломерное устройство рефрактометра обеспечивает измерение показателя преломления с погрешностью 1*10^-4 и дисперсии с погрешностью 2*10^-5. При этом измерения на рефрактометре выполняется гораздо проще и быстрее, чем на гониометре.