blog

Sukellus nesteiden pitoisuusmittauksissa käytettävään taitekerrointeknologiaan

K-Patentsin mittaustuotteet
Teollisuustuotanto ja -prosessit
Teollisuuden mittaukset
Innovaatio ja inspiraatio
Life Science
Nestemittaukset

Loppuvuodesta 2018 Vaisala osti suomalaisen K-Patents Oy:n, joka on teollisten nestemittausten edelläkävijäyritys. Yritysoston ansiosta Vaisala laajentaa teknistä osaamistaan ja tuotevalikoimaansa kaasumittauksista nestemittauksiin. Uusi nestemittausten tuotealue tuo taitekerrointekniikan ja prosessirefraktometrituotteet saataville monenlaisissa teollisuusprosessien hallintasovelluksissa.


Perustietoja refraktometriasta


Tutkijat pitävät taitekerrointa ihanteellisena tapana mitata nesteiden pitoisuuksia.
Suhteellisen yksikertainen menettelytapa perustuu valon taittumiseen. Tätä valon ominaisuutta voidaan havainnollistaa yksinkertaisesti asettamalla lyijykynä lasiin, jossa on nestettä. Näyttää siltä, kuin lyijykynä taipuisi, mutta itse asiassa valo taipuu.

Refractive index

 

Tämän ilmiön voi huomata arjessa esimerkiksi katsottaessa mehupilliä mehussa tai soutuveneen airoja vedessä.

Straw in Liquid

 

Mittausperiaatteen kannalta on tärkeää ymmärtää, että taittumiskulma on sama riippumatta siitä, onko liuos kirkasta vai ei. Nesteessä mahdollisesti olevat hiukkaset tai kuplat eivät vaikuta taittumiskulmaan, vaan ainoa vaikuttava asia on liuoksen pitoisuus.
 

 

Kriittinen kulma

Valon ominaisuuksien tutkimusta käsittelevä tieteenala on nimeltään refraktometria.

Valo kulkee eri nopeudella eri väliaineissa: mitä tiheämpi aine, sitä hitaammin valo etenee. Kun valo siirtyy aineesta toiseen muussa kuin 90 asteen kulmassa, sen nopeus ja suunta muuttuvat aineiden rajapinnassa. Nesteeseen saapuessaan valonsäde taittuu osittain nesteen suuntaan ja osittain poispäin. Pistettä, jossa täydellinen heijastuminen alkaa, sanotaan kriittiseksi kulmaksi.

Useimmissa liuoksissa liuenneen aineen pitoisuus voidaan määrittää mittaamalla valon taitekerroin. Taitekertoimen ja pitoisuuden välinen suhde määräytyy liuottimen, liuenneen aineen, lämpötilan ja aallonpituuden perusteella.

Käytännössä riippuvuus aallonpituudesta (dispersio) vältetään käyttämällä monokromaattista valoa. Lämpötilariippuvuus puolestaan kompensoidaan matemaattisesti käyttämällä laskentakaavaa.

 

Kestävä ja aidosti digitaalinen prosessirefraktometri

Taitekerroinmenetelmä kehitettiin alun perin laboratoriotekniikaksi, joka otettiin myöhemmin käyttöön prosessimittauksissa, kun refraktometrit kehittyivät ja niistä tuli kestävämpiä. Prosessirefraktometrin täytyy kestää haastavia olosuhteita, kuten syövyttäviä aineita, tärinää, pölyä, kuumuutta, painetta tai näiden yhdistelmiä.

K-Patentsin® kehittämät prosessirefraktometrit määrittävät prosessiliuoksen taitekertoimen mittaamalla taittumisen kriittisen kulman digitaalisella CCD-kameralla. Prosessirefraktometri tuottaa 4–20 mA:n virtasignaalin, joka edustaa prosessiliuoksen pitoisuutta. Lisäksi signaali on mahdollista saada digitaalisena Ethernet-väylän kautta.

Refraktometri käyttää K-PATENTSin® patentoitua CORE (Compact, Optimal, Rigid Element) ‑optiikkamoduulia, joka sisältää kaikki optiset osat, valodiodit, linssit, prisman ja CCD-kameran sekä PT 1000 ‑lämpötila-anturin yhdessä kestävässä kotelossa. CORE-optiikkamoduuli on eristetty refraktometrin rungosta, joten ulkoiset tekijät, kuten paineen, virtauksen ja lämpötilan muutokset, eivät vaikuta mittaukseen. Käytettävä CORE-puolijohdeoptiikka sekä rakenne, jossa ei ole liikkuvia osia eikä trimmerivastuksia, mahdollistaa ratkaisun, joka ei tarvitse säännöllistä huoltoa.

Vaisala K-PATENTS® Process Refractometer

 

Samaa periaatetta käytetään monenlaisissa refraktometrimalleissa, jotka on helppo asentaa pieniin tai suuriin putkiin, säiliöihin ja reaktoreihin. Käyttökohteet vaihtelevat räjähdysherkistä aineista kemiallisesti aggressiivisiin nesteisiin, kuten puolijohdekiekkojen käsittelyssä käytettäviin valmistuskemikaaleihin, jotka edellyttävät erikoismetalliseoksista tai muusta materiaalista kuin metallista valmistettuja osia.

Vaisala K-PATENTS® ‑prosessirefraktometrit ovat suljettuja ja jatkuvatoimisia, ja niillä on jatkuva yhteys muihin prosessinhallintajärjestelmän osiin. Kestävä rakenne ja monimutkainen tekniikka, joita tarvitaan luotettavaan prosessivalvontaan, tekevät niistä esimerkiksi kannettavia mittalaitteita kalliimpia.

Ainutlaatuisen patentoidun taitekerrointeknologian, sisäänrakennetun lämpötilamittauksen ja digitaalisen mittausperiaatteen ansiosta mittausryömintä ei ole mahdollista, mikä tekee K-PATENTSin® innovatiivisista refraktometreistä ainutlaatuisia ja käytännöllisiä mittausratkaisuja kaikentyyppisille nesteille.

 

 

 

Comment

stan ayers

31. Elo 2021
I'm looking for a method to monitor the level of polyethylene dissolved in decalin (tetrahydronapthalene). Refractometry seems like a good possibility, and your technology is interesting. The fluid is dark colored, but transparent, similar to amber beer. The temperature at the desired measurement point is 180C.

Thanks for your help.

Klas Myréen

07. Syys 2021
Hi Stan,

Thank you for your comment!
Our local team will be in touch with you soon to discuss in detail. In a general level (and not yet knowing the full details of process conditions), Vaisala's process refractometers can be used if polyethylene can be dissolved in decalin (tetrahydronapthalene), if desired polyethylene amount is in %-level class, if the individual Refractive Index values of polyethylene are different than of decalin (tetrahydronapthalene).


JAYA RAJU

14. Syys 2023
Share me details refractometer model designs and lower size and cost.

Vaisala

04. Loka 2023
Dear Jaya Raju, Thank you for your interest in our products. Kindly check your local contact here:https://www.vaisala.com/contact-us

Kirjoita kommentti