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"。
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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)
光谱法 (紫外-可见-近红外)
1 型号折光法
1 型号常见问题
PS7110 的棱镜需要清洁吗?多久检查一次?
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:
- 氯碱次氯酸钠生产中同步测有效氯 + 游离碱 NaOH(建模 R² > 0.99);
- 混合酸液(HCl + H₂SO₄)双组分分析;
- 半导体湿法蚀刻液(HF + HNO₃);
- 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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