按测量原理

光学浓度计

折光浓度计 · 在线折光仪 · 折光率浓度计 · 光谱浓度计

光穿过液体时会被折射、被吸收。折射率对应总溶解物含量,特征波长的吸收对应具体组分——一个测"有多少",一个测"是什么"。

2型号
光学浓度测量原理示意:蓝宝石棱镜上的全反射临界角(折光法)与多波长吸收光谱(光谱法)

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两条完全不同的光学路线

折光法:测的是折射率

光从蓝宝石棱镜射向液体,在临界角处发生全反射,明暗分界线的位置由液体折射率决定,CCD 读出这条线的位置就得到折射率。折射率与溶解物总浓度是一条稳定的单值曲线,所以折光法测的是"总共溶了多少"——糖度 Brix、盐浓度、酸浓度、乙二醇浓度、切削液配比,都是它的主场。PS7110 走这条路线。

它的优点很硬:测量只发生在棱镜表面几微米内,不受悬浮颗粒、气泡、颜色影响——这一点常被误解。深色的、浑浊的液体照样能测,因为光根本没打算穿过去。缺点也很硬:棱镜表面必须干净,一旦结膜、挂油、结晶,临界角的位置就被那层膜决定,而不是介质。

光谱法:测的是特征吸收

不同分子在紫外-可见-近红外波段有各自的吸收特征。多通道测量若干个特征波长的吸收强度,配合标定模型,可以把多个组分分开——例如同时给出有效氯与游离碱,或在混合酸里区分两种酸。PS7100 走这条路线。

光谱法的能力上限由标定决定:模型见过的工况它算得准,没见过的组合会外推出错。这类仪表的调试周期比其它原理长,回报是别的原理根本给不出的多组分结果。

和其它原理怎么比

折光法和音叉 / 科氏力测的不是同一件事:后者测密度,折光测折射率。对二元溶液两者可以互换;一旦体系里有第三个变量(例如同时变化的温度、悬浮物、另一种溶质),两者会给出不同答案,谁"对"取决于你要控制的是什么。

相对超声声速法:两者都面向洁净液体,声速法不怕窗口污染、但怕气泡;折光法不怕气泡与颗粒、但怕挂膜。介质脏而不含气 → 折光;介质含气而干净 → 声速。

窗口是这类仪表的全部现实

光学浓度计在实验室里都很准,在现场的差别几乎只在于窗口能不能保持干净。三条经验:

  • 装在有流速的位置,靠流体自清洁;死区里的探头一周就糊。
  • 易结膜介质配蒸汽 / 冲洗吹扫,并把吹扫周期做进控制逻辑,而不是靠人记得。
  • 把"零点漂移"当作污染的报警信号,而不是仪表故障——定期用清水核对零点,是这类仪表最有效的维护手段。

标定:这类仪表真正的工作量

折光法给出的是折射率,光谱法给出的是吸光度,两者都要经过一条与介质绑定的曲线才变成客户要的浓度。曲线怎么来,决定了这台仪表最终准不准:

  • 取样要覆盖真实范围。只在正常工况附近取三个点,模型在开停车、异常工况下必然外推失败。宁可花两周在不同批次上取 10–15 组。
  • 温度必须同步记录。折射率与吸光度都随温度变化,标定样本如果没有配套温度,后面无论怎么补都补不回来。
  • 多组分要设计正交样本。若两个组分在生产中总是同向变化,模型无法把它们分开——需要人为构造几组只变其中一个的样本。

把标定当成项目的一部分而不是开机当天的一个动作,是光学方案能不能长期用下去的分水岭。

适用工况

  • 糖度 Brix、盐度、酸碱浓度、乙二醇 / 切削液配比等溶解物浓度
  • 深色、浑浊但不结膜的液体(折光法不需要透光)
  • 需要区分多个组分的体系(光谱法,如有效氯 + 游离碱)
  • 结晶控制、蒸发浓缩终点判断
  • 食品饮料、精细化工、电子化学品、锂电电解液

不适用工况

  • 易结膜、易挂油、易结晶且无吹扫条件的介质
  • 高固含矿浆——不是测不了,是窗口维护成本不成立
  • 需要总密度而非溶解物浓度的场合(选音叉 / 超声 / 科氏力)
  • 组分复杂且无法取到足够标定样本的多组分体系(光谱法)

常见问题

PS7110 的棱镜需要清洁吗?多久检查一次?
棱镜表面洁净是折光法读数可信的唯一前提。挂料、结垢、结晶或磨损会直接改变读数,而且仪表【不会因此报错】——它表现为读数缓慢单向漂移、曲线异常平稳。所以清洗方案应当在设计阶段就定下来,而不是等读数漂了再补。棱镜材质按档位不同:A 档为高强度光学玻璃,B / C 档为蓝宝石。易挂料、易结晶的介质可选 PS7110-CL1 超声波清洗组件(在线连续清洁)或 PS7110-CL2 高压冲洗组件(按周期冲洗检测面);卫生级工艺可直接用 CIP 原位清洗与 SIP 原位灭菌,清洗温度 −30~120 ℃。介质若可能带砂砾或研磨颗粒,须在上游滤除,否则会磨损检测窗口。日常巡检把「看一眼检测面」纳进去,比任何事后的系数修正都有效;仪表的探头状态诊断可以辅助判断,但不能替代看一眼。
PS7100 光谱法能同时测量多种组分浓度吗?

可以。PS7100 采用 UV-Vis-NIR 全光谱吸收法(200~1700 nm),结合 MLR 多元线性回归算法,单次测量可同步输出多个组分的浓度。

典型应用:

  1. 氯碱次氯酸钠生产中同步测有效氯 + 游离碱 NaOH(建模 R² > 0.99);
  2. 混合酸液(HCl + H₂SO₄)双组分分析;
  3. 半导体湿法蚀刻液(HF + HNO₃);
  4. 制药发酵醪中糖度 + 醇度同步监测。

多组分能力需要前期建模,派声会基于客户介质样品在本部实验室建立专属 MLR 模型,建模周期 2~4 周。

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