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【仪器心得】手持折光仪ATC功能解析

sc360xp

2024/10/06
谱绘人生

其他仪器综合讨论

手持折光仪是纯机械光学结构，没有电子电路。由于结构简单、制造工艺不复杂，市面上同类产品较多。现在生产的手持折光仪几乎都有ATC功能，并且标示在仪器机身上，见下图：

ATC是什么功能？它是自动温度补偿的英文Automatic Temperature Compensation的缩写。对于具有ATC功能的手持折光仪，在20℃环境下校准后，只要使用温度在10℃～30℃之间，都可以直接读数，不影响精度。

手持折光仪工作的光学原理见下面图片：

根据手持折光仪光学原理，在仪器刻度盘上显示的样品浓度值是由被测液体样品折射率决定的。不同浓度的液体，对光线的折射率不同。低浓度液体，折射角小；高浓度液体，折射角大。调零螺丝与镜头机构连接，可使镜头上下移动，从而可以改变基线位置，实现调零。而液体样品（水溶液）及仪器的光学玻璃元件（棱镜、镜头）的折射率也会受到环境温度变化的影响发生变化，使得测量的误差变大。为了减小环境温度变化对测量准确性的影响，应进行温度补偿。

谈到温度补偿，会联想到电子电路。手持折光仪是纯机械光学结构仪器，那么它的ATC功能是如何实现的呢？看下面折光仪解剖示意图，ATC元件安装在仪器刻度盘下端：

手持折光仪的ATC元件采用了双金属元件（片）来进行温度补偿。

双金属片也称热双金属片，通常由两组热膨胀系数不同的金属材料复合组成。由于各组元层的热膨胀系数不同，膨胀系数较高的称为主动层，膨胀系数较低的称为被动层。当温度变化时，主动层的形变要大于被动层的形变，从而双金属片的整体就会向被动层一侧弯曲、产生形变。本仪器双金属元件（片）工作原理见下面示意图：

对于手持折光仪，当温度变化使得测量值出现上移偏差时，双金属片也会带动刻度盘向上移动，抵消掉该上移偏差；当温度变化使得测量值出现下移偏差时，双金属片也会带动刻度盘向下移动，抵消掉该下移偏差；从而实现了温度自动补偿。这个设计非常巧妙、简洁。当然，工程师们为了找到合适的双金属材料，付出了艰苦的努力，做了大量实验才获得最佳的ATC元件。

下面对网上拆机视频截图，看看仪器ATC元件的面目：

拆下折光仪目镜组件后，看见玻璃刻度盘：

从镜筒中取出刻度盘组件:

刻度盘组件结构见下图，玻璃刻度盘安装在基座上，通过双金属片与镜筒固定端相连接。双金属片采用FPA206-78型双金属材料，属于中温、中敏感型(温曲率在15～30×10－6/℃范围）:

结语：手持折光仪的ATC可以在一定范围内，对因环境温度变化引起的样品液体及仪器本身光学元件折射率变化带来的误差进行补偿，使得测量值更准确。该仪器20℃环境下校准后，只要使用温度在10℃～30℃之间，都是ATC工作范围内，无需再调整。但当使用环境温差太大，超出了10℃～30℃范围，每次使用前，应该用标准液进行校正，以确保检测结果的准确性。由于用标准液（大多数检测，可以使用蒸馏水或纯净水）进行校正的操作很简单，建议养成仪器使用前进行校正的良好习惯。

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