手持式折光仪

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： https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/10/202410061505461217_5177_1807987_3.jpeg 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： https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/10/202410061505461657_3849_1807987_3.jpeg 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： https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/10/202410061505467698_3562_1807987_3.jpeg 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： https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/10/202410080843248742_7682_1807987_3.jpg!w690x252.jpg 对于手持折光仪，当温度变化使得测量值出现[size=18px]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： https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/10/202410061505467610_3828_1807987_3.jpeg 从镜筒中取出刻度盘组件: https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/10/202410061505471923_3500_1807987_3.jpeg 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）: https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/10/202410061505470816_252_1807987_3.jpeg 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。

中华人民共和国国家计量检定规程JJG 820- 1993手持糖量(含量)计及手持折光仪Hand Saccharimeter (Content一meter) and Hand Refractometer1993一06一04发布1993一10一01实施国家技术监督局发布d.1G 820- 1993手持糖量(含量)计及手持折光仪检定规程Verification Regulation of HandSaccharimeter(Content一meter)an d Hand Refractom eter本检 定 规 程经国家技术监督局于1993年06月04日批准，并自1993年10月01日起施行。归口单位:黑龙江省技术监督局起草单位:黑龙江省计量检定测试所本规程技术条文由起草单位负责解释JJG 820-1993本规程主要起草人:谷 智 铭 ( 黑 龙 江 省 计量检定测试所)JJG 820- 1993目录一概述·······················································。······························⋯⋯ (1)二技术要求·...................................................................................... ( 2 )三检定条件·...................................................................................... ( 3 )四检定项目和检定方法·....................................................................... (4)五检定结果的处理和检定周期····，，·· 。·······，，··-··。·······，·，，，，············一(6)附录1 标准糖溶液的配制和定值方法·‘····································，·········⋯⋯ (7)附录2 蔗糖和葡萄糖水溶液的折射率表和温度修正表·················，········⋯⋯ (8)附录3 手持糖量(含量)计及手持折光仪检定记录格式·············，··········⋯⋯ (12)JJG 820- 1993手持糖量(含量)计及手持折光仪检定规程本 规 程 适用于新制造、使用中和修理后的手持糖量(含量)计(蔗糖糖量计、葡萄糖糖量计和其它物质含量计)及手持折光仪的检定。一概述手 持 糖 量计用于测定水溶液中糖的含量;手持含量计用于测定某种物质(如食盐、蜂蜜、乳化液等)在溶液中的含量，或测定某种溶液(如防冻液、电瓶液、尿等)的某种物理量(如冰点、比重、密度等);手持折光仪用于测定溶液或液体的折射率。手 持 糖 量(含量)计和手持折光仪(以下简称仪器)都是利用折射原理测量折射临界角的仪器。通常由折射棱镜、进光棱镜或盖板、标尺，以及读数用的目镜系统所组成。仪器一般只有一个标尺，也有多标尺的。仪器的外观结构如图1所示。图 1 仪 器 外 观 结 构图1- 目镜系统;z一转换标尺手轮;3-镜筒;4- 折射棱镜;5一进光棱镜;6一盖板JJG 820- 1993当 光线 通过光疏介质进人光密介质时，光线发生折射(见图2)，根据折射定律有下列关系。黔川临界角{a)图 2 临 界 角 原理图(a ) 临 界 光 线和临界角;(b) 由临界角形成的明暗区域端视图sinra。一-nl。， 、n 2为 相应介质的折射率，在一定条件下是一个常数。当人射光线的人射角。变化时，折射光线的折射角:也随之变化，但始终是i r。当‘最大为90“时，此时的折射光线称为临界光线，相应的厂称为临界角。实际上，光线将从棱镜表面所有各点进人，并形成一簇有相同临界角的临界光线，此时，通过聚焦透镜从折射棱镜的端部可观察到被临界光线分开的明、暗视场。不 同 含 量的蔗糖(或其它)溶液，其折射率不同，因而其折射临界角也不同，而使明、暗分界线出现在刻度尺的不同位置上，从而可以显示物质的含量或溶液的折射率。二技术要求7 外观及性能检查1.1 仪器外表应无剥落和生锈现象;光学零件应清洁，不应有妨碍读数的疵病存在。1.2 仪器标尺的刻字、刻线应清晰且粗细均匀，不应有断线现象。1.3 光学与金属部件应粘接或装配牢固，仪器的活动部分应灵活可靠，金属盖板应能在任意位置上停留。1.4 仪器目镜视场中，明暗界线应清晰，且与标尺刻线在目视条件下无明显视差或倾斜现象。1.5 仪器零位调整范围应能满足正常使用要求。1.6 仪器应有型号、制造厂(或厂标)、出厂编号等标记。2 手持糖量(含量)计和手持折光仪的性能参数应符合表1或表2的规定。JIG 820- 1993表1 手持糖量(含量)计的性能参数含量测量范围0~15 0~30 0~50 0~80量程15 15~30 30~50 50分度值0.1 0.2 0.2 0.5 0.5 1.0 1.0 2.0准确度10.1 - 0.2 士0 2 士0 5 f 0.5 士1.0 士1.0 f 2.0注:1.手持糖量(含量)计多以质量分数(原称质量百分浓度)刻度，它可以用小数、百分数(% ) 或 g/100g 来表示。2. 特 殊 规格按厂家规定。表2 手持折光仪的性能参数折射率测量范围(、) 1.333 0一1.5200分度值0.0005 0.001准确度士0.0005 士0.0013 标尺转换误差如 仪 器 有转换标尺时，转换标尺和原标尺间的示值误差平均值之差应不超过仪器分度值的1/5a4 测量色差仪 器 在 测量糖或其它物质溶液的含量不大于65% (折射率不大于1.45)时，应无明显的色差;当测量的糖或其它物质溶液的含量大于65% (折射率大于1.45)时，不应有妨碍使用的色差。三检定条件5 环境条件5.1 室温10-40℃，室内应避免空气对流，温度波动应g1 T /ho5.2 室内应有足够的照度。6 标准溶液及检定设备6.1 蔗糖及葡萄糖标准溶液(配制及定值方法见附录1)0注 : 待 国家计量行政部门批准颁布本规程所需标准物质后，即应采用。6.2 标准溶液配制及定值用设备6.2.1 阿贝折光仪测 量 范 围(no):1 .3000一1.7000准 确 度 :10.00036.2.2 分析天平(及配套祛码)最 大 称 量:200gJJG 820- 1993分度 值 : 0.1 m g6.2.3 V棱镜折光仪测 量 范 围(n,):1.30000一1.700。。准 确 度 :士0.000056.2.4 架盘天平(及配套祛码)最大 称 量 :2009分度 值 : 0.196.3 检定用设备6.3.1 数字温度计钡」 量 范 围:10-40℃准 确 度 :士0.1℃6.3.2 水银温度计测 量 范 围:10-40℃分 度 值 :0.1℃6.3.3 铁支架、十字夹、铁夹及玻璃器皿等。四检定项目和检定方法7 新制造仪器按第1-4条进行全部检定，使用中和修理后仪器对外表和金属盖板停留位置不作要求。8 外观及性能检查按第1条所述要求用目视和手动试验进行。其中，1.2和1.4款可结合仪器准确度检定进行，1.5款只在仪器需要进行零点调节时，用滴人一滴蒸馏水进行检查。9 仪器准确度的检定9.1 标准溶液的选择在 仪 器 的测量范围内的上限值、下限值和中间值3处，以1110量程范围内选择标准溶液。9.2 检定要求每 种 标 准溶液3次分别在仪器清洗后滴人溶液进行测量，所得示值误差平均值应符合第2条规定。9.3 测温本 规 程 推荐使用热敏电阻数字温度计测温，测温前将热敏电阻贴敷在仪器测头的侧面;也可用水银温度计测温，测温前将水银温度计绑缚在仪器侧面，使水银球触及仪器测头的侧面。仪 器 利 用铁夹和十字夹固定在铁支架上。仪器和溶液接近室温后再开始检定。9.4 清洗仪 器 接 触溶液的折射棱镜和盖板两个表面，在滴人溶液前、后都要清洗干净。9.5 操作JJG 820- 1993待 棱 镜 表面水分干燥后，用贮存标准溶液的滴瓶的滴液管滴人一滴溶液，盖上盖板(接触仪器金属部分须带薄线手套操作)，根据溶液含量不同，等候2一5 min，读记温度并尽快读记仪器示值。先 检 低 含量点，超差者可在进行调零后重新检定。9.6 记录和计算9.6.1 仪器检定按附录3表格进行记录。9.6.2 手持糖量计准确度的检定，有关计算方法如下:(1 ) 示 值误差=示值(20 9C)