izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-4-36-43izmertech-1899Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSКонструкция проточного рефрактометра для контроля состояния прозрачных сред с цилиндрической вставкой в виде вертикального участка трубопроводаDesign of flowing refractometer with cylindrical insert in the form a vertical pipeline section for control to clear media stateДавыдовВ. В.DavydovV. V.

Вадим Владимирович Давыдов

Санкт-Петербург;

 р. п. Большие Вязёмы, Московская область

Vadim V. Davydov

St. Petersburg;

B. Vyazyomy, Moscow Region

davydov_vadim66@mail.ruНиколаевД. И.NikolaevD. I.

Денис Игоревич Николаев

Санкт-Петербург

Denis I. Nikolaev

St. Petersburg

den55nik@yandex.ruМорозА. В.MorozA. V.

Ангелина Валентиновна Мороз

Санкт-Петербург

Angelina V. Moroz

St. Petersburg

moroz.com3844@gmail.comСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Всероссийский научно–исследовательский институт фитопатологииРоссияPeter the Great Saint Petersburg Polytechnic University; All-Russian Research Institute of FitopatologyRussian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great Saint Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation202102082023043643Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1899

Рассмотрены проблемы контроля состояния текущих сред при одновременном изменении температуры и расхода среды более чем на два порядка. Предложена конструкция проточного рефрактометра для контроля состояния прозрачных сред при ламинарном и турбулентном режимах течения, а также при больших скоростях потока и изменениях температуры среды более чем на 200 °С. В разработанном проточном рефрактометре реализован метод измерения показателя преломления, основанный на принципе параллельности двух лучей: падающего и прошедшего через трубопровод с преломлением на границах нескольких сред. Трубопровод в виде цилиндрической вставки из оргстекла является частью конструкции рефрактометра. Конструкция оптической части рефрактометра с вертикальным участком трубопровода позволяет исключить влияние на результат измерения показателя преломления погрешностей, обусловленных многократными отражениями лазерного излучения от оптических элементов, образованием пустот или вихревых потоков в трубопроводе. Для предложенного рефрактометра отсутствуют ограничения по значению измеряемого показателя преломления текущей жидкости в отличие от ранее используемых промышленных проточных рефрактометров, принцип работы которых основан на явлении полного внутреннего отражения лазерного излучения на границе двух сред. Представлены результаты экспериментальных исследований различных сред предложенным рефрактометром.

The article a the new design of flowing refractometer of differential type for media condition control both in laminar and turbulent flow regimes is considered. Given the peculiarities of the location of the flow and closed cuvette and the angles of incidence of laser radiation on their walls we have implemented a new method of measuring the refractive index n in new developed design of refractometer. This allowed us to make the influence of a number of errors related with unbalance voltage on the photoelectric converter, with an increase in the number of refl ections between optical elements of laser radiation, with the presence of a transport link for the selection of flowing fluid and temperature fluctuations on the result of measuring the refractive index. The technique allowing to reduce the influence of change of the optical density of the flowing liquid on the measurement error of refractive index is proposed. The results of experimental investigations for different media are presented.

проточный рефрактометртекущая жидкостьлазерное излучениепоказатель преломленияфотодиодная линейкапогрешность измеренияоптическая плотностьdifferential refractometerlaser lightrefractive indexoptical densitycondition control of flowing liquidReferencesDavydov R. V., Antonov V. I., Yushkova V. V., Grebenikova N. M., Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1236 (1), рp. 012079. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1236/1/012079Davydov R. V., Antonov V. I., Yushkova V. V., Grebenikova N. M., Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1236 (1), р. 012079. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1236/1/012079Давыдов В. В., Величко Е. Н., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю. Ядерно-магнитный релаксометр для экспресс-контроля состояния конденсированных сред // Приборы и техника эксперимента. 2015. № 2. С. 72–76. https://doi.org/10.7868/S0032816215020068Davydov V. V., Velichko E. N., Dudkin V. I., Karseev A. Y., Instruments and Experimental Techniques, 2015, vol. 58, no. 2, pp. 234–238. https://doi.org/10.1134/S0020441215020062Grebenikova N. M., Davydov R. V., Rud V. Y., Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1326(1), pp. 012012. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1326/1/012012Grebenikova N. M., Davydov R. V., Rud V. Y., Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1326(1), pp. 012012. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1326/1/012012Марусина М. Я., Базаров Б. А., Силаев А. А., Марусин Н. П., Закемовская Е. Ю., Гилев А. Г., Алексеев А. В. Магнитная система на основе постоянных магнитов для расходомера многофазных текучих сред // Измерительная техника. 2014. № 4. С. 62–65.Marusina M. Ya., Bazarov B. A., Galaidin P. A., Silaev A. A., Marusin M. P., Zakemoskya E. Yu., Gilev A. G. and Alekseev A. V., Measurement Techniques, 2014, vol. 57, no. 4, pp. 461–465. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0478-0Давыдов В. В., Мязин Н. С., Кирюхин А. В. Ядерно-магнитные расходомеры-релаксометры для контроля расхода и состояния теплоносителя и питательной воды на АЭС // Атомная энергия. 2019. Т. 127, № 5. С. 250– 255.Davydov V. V., Myazin N. S., Kiryukhin A. V., Atomic Energy, 2020, vol. 127, pp. 274–279. https://doi.org/10.1007/s10512-020-00623-5Карабегов М. А. Автоматические рефрактометры разностной призмы для контроля технологических процессов // Измерительная техника. 2007. № 6. С. 31–36.Karabegov M. A., Measurement Techniques, 2007, vol. 50, no. 6, pp. 619–628. https://doi.org/10.1007/s11018-007-0120-5Davydov R. V., Mazing M. S., Yushkova V. V., Stimanov A. V., Rud V. Yu., Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1410 (1), р. 012067. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1410/1/012067Davydov R. V., Mazing M. S., Yushkova V. V., Stimanov A. V., Rud V. Yu., Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1410 (1), р. 012067. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1410/1/012067Давыдов В. В., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю. Управление контуром линии нутации в ядерно – магнитных расходомерах // Известия высших учебных заведений. Физика. 2015. Т. 58. № 2. С. 8–13.Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Y. Russian Physics Journal, 2015, vol. 58, no. 2, pp. 146–152. https://doi.org/10.1007/s11182-015-0475-zGryznova E., Grebenikova N., Ivanov D., Bykov V., IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, vol. 390 (1), pp. 012044. https://doi.org/10.1088/1755-1315/390/1/012044Gryznova E., Grebenikova N., Ivanov D., Bykov V., IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, vol. 390 (1), pp. 012044. https://doi.org/10.1088/1755-1315/390/1/012044Дьяченко С. В., Кондрашкова И. С., Жерновой А. И. Исследование сидементации ферромагнитных наночастиц в магнитной жидкости методом ЯМР // Журнал технической физики. 2017. Т. 87. Вып. 10. С. 1596–1598. https://doi.org/10.21883/JTF.2017.10.45007.2213D’yachenko S. V., Kondrashkova I. S. and Zhernovoi A. I., Technical Physics, 2017, vol. 62, no. 10, pp. 1602–1604. https://doi.org/10.1134/S1063784217100097Давыдов В. В. О некоторых особенностях исследования ядерным магнитным резонансом потоков жидких сред // Оптика и спектроскопия. 2016. Т. 120. № 1. С. 20–27. https://doi.org/10.7868/S0030403416070096Davydov V. V., Optics and Spectroscopy, 2016, vol. 121, no. 1, pp. 18–24. https://doi.org/10.1134/S0030400X16070092Марусина М. Я., Базаров Б. А., Галайдин П. А., Марусин М. П., Силаев А. А., Закемовская Е. Ю., Мустафаев Ю. Н. Синтез градиентной системы мультифазного расходомера // Измерительная техника. 2014. № 5. С. 68–72.Marusina M. Y., Bazarov B. A., Galaidin P. A., Marusin M. P., Silaev A. A., Zakemovskya E. Y. and Mustaev Y. N., Measurement Techniques, 2014, vol. 57, no. 5, pp. 580–586. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0501-5Давыдов В. В., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю., Вологдин В. А. Особенности применения метода ядерно–магнитной спектроскопии для исследования потоков жидких сред // Журнал прикладной спектроскопии. 2015. Т. 82. № 6. С. 898–902.Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Yu. and Vologdin V. A.,Вельт И. Д., Дьяконова Е. А., Михайлова Ю. В., Терехина Н. В. Магнитный расходомер для быстрых натриевых реакторов // Атомная энергия. 2017. Т. 122, № 4. С. 250–255.Journal of Applied Spectroscopy, 2015, vol. 82, no. 6, pp. 1013–1019. https://doi.org/10.1007/s10812-016-0220-6Карабегов М. А. Метрологические характеристики рефрактометров полного внутреннего отражения // Измерительная техника. 2004. № 4. С. 50–54Vel’t I. D., D’yakonova E. A., Mikhailova Y. V., Terekhina N. V., Atomic Energy, 2017, vol. 122, pp. 243–251. https://doi.org/10.1007/s10512-017-0262-8Карабегов М. А. О некоторых информационных возможностях аналитических приборов // Измерительная техника. 2011. № 10. С. 65–71.Karabegov M. A., Measurement Techniques, 2004, vol. 47, no. 11, pp. 1106–1112. https://doi.org/10.1007/s11018-005-0069-1Давыдов В. В., Гребеникова Н. М., Смирнов К. Я. Оптический метод контроля состояния текущих сред с низкой прозрачностью и крупными вкраплениями. // Измерительная техника. 2019. № 6. С. 37–43. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-6-37-43Karabegov M. A., Measurement Techniques, 2011, vol. 53, no. 10, pp. 1174–1181. https://doi.org/10.1007/s11018-011-9637-8Шур В. Л., Найденов А. С., Лукин А. Я., Лейбенгард Г. И. Жидкостный автоколлимационный рефрактометр. // Измерительная техника. 2006. № 8. С. 50–53.Davydov V. V., Grebenikova N. M., and Smirnov K. J., Measurement Techniques, 2019, vol. 62, no. 6, pp. 519-526. https://doi.org/10.1007/s11018-019-01655-5Vishnyakov G. N., Fricke A., Parkhomenko N. M., Hori Y., Pisani M., Metrologia, 2016, vol. 53, pp. 02001. https://doi.org/10.1088/0026-1394/53/1A/02001Shur V. L., Naidenov A. S., Lukin A. J. and Leibengardt G. L., Measurement Techniques, 2006, vol. 49, no. 6, pp. 815–819. https://doi.org/10.1007/s11018-006-0194-5Вишняков Г. Н., Корнышева С. В. Обеспечение единства измерений в рефрактометрии твердых, жидких и газообразных веществ // Измерительная техника. 2005. № 11. С. 40–42.Vishnyakov G. N., Fricke A., Parkhomenko N. M., Hori Y., Pisani M., Metrologia. 2016, vol. 53, no 1A, pp. 02001. https://doi.org/10.1088/0026-1394/53/1A/02001Grebenikova N., Moroz A., Bylina M., Kuzmin M., IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019, vol. 497, no. 1, pp. 012109. https://doi.org/10.1088/1757-899X/497/1/012109Vishnyakov G. N., Kornysheva S. V., Measurement Techniques, 2005, 48(11), pp. 1099–1102. https://doi.org/10.1007/s11018-006-0027-6Карабегов М. А. Пути повышения точности аналитических приборов // Измерительная техника. 2009. № 4. С. 54–59.Grebenikova N., Moroz A., Bylina M., Kuzmin M., IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019, vol. 497, no. 1, pp. 012109. https://doi.org/10.1088/1757-899X/497/1/012109Grebenikova N. M., Myazin N. S., Rud V. Yu., Davydov R. V.,Karabegov M. A., Measurement Techniques, 2009, vol. 52, no. 4, pp. 416–423. https://doi.org/10.1007/s11018-009-9279-2Proceedings of the 2018 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), 2018, vol. 8564409, pp. 295–297. https://doi.org/10.1109/EExPolytech.2018.8564409Grebenikova N. M., Myazin N. S., Rud V. Yu., Davydov R. V., Proceedings of the 2018 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), 2018, vol. 8564409, pp. 295–297. https://doi.org/10.1109/EExPolytech.2018.8564409Grebenikova N. M., Rud V. Y., Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1410, no. 1, pp. 012186. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1410/1/012186Grebenikova N. M., Rud V. Y., Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1410, no. 1, pp. 012186. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1410/1/012186Карабегов М. А., Комарков Ю. И., Хуршудян С. А. Влияние оптической плотности жидкости на погрешность дифференциального рефрактометра // Измерительная техника. 1981. № 3. С. 64–66.Karabegov M. A., Komrakov Yu. I. and Khurshudyan S. A., Measurement Techniques, 1981, vol. 24, no. 2, pp. 248–250. https://doi.org/10.1007/BF00831136Давыдов В. В., Мороз А. В. Исследование рефрактометром дифференциального типа влияния оптической плотности текущей жидкости на погрешность измерения показателя преломления // Оптика и спектроскопия. 2020. Т. 128. № 9. С. 1303–1308. https://doi.org/10.21883/OS.2020.09.49869.133-20Davydov V. V., Moroz A. V. Optics and Spectroscopy, 2020, vol. 128, no. 9, pp. 1415–1420. https://doi.org/10.1134/S0030400X20090076Grebenikova N. M., Smirnov K. J., Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1368 (2), p. 022057. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1368/2/022057Grebenikova N. M., Smirnov K. J., Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1368 (2), p. 022057. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1368/2/022057Chen J., Guo W., Xia M., Li W., Yang K., Optics Express, 2018, vol. 26, iss. 20, pp. 25510–25523. https://doi.org/10.1364/OE.26.025510Chen J., Guo W., Xia M., Li W., Yang K., Optics Express, 2018, vol. 26, iss. 20, pp. 25510–25523. https://doi.org/10.1364/OE.26.025510Золотарев В. М., Морозов В. Е., Смирнова Е. В. Оптические постоянные природных и технических сред. СПб.: Изд-во «Лань». 2008.Zolotarev V. M., Morozov V. E. and Smirnova E. V. Optical constants of natural and technical media, St. Petersburg, Lan’ Publ., 2008. (In Russ.)Calhoun W. R., Maeta H., Combs A., Bali L. M., Bali S., Optics Letters, 2010, vol. 35, iss. 8, pp. 1224–1226. https://doi.org/10.1364/OL.35.001224Calhoun W. R., Maeta H., Combs A., Bali L. M., Bali S., Optics Letters, 2010, vol. 35, iss. 8, pp. 1224–1226. https://doi.org/10.1364/OL.35.001224

The authors declare that there are no conflicts of interest present.