折光浓度计

PISONICS | 西安派声

PS7110 系列

在线折光浓度计

临界角折光 · 薄层界面测量 · 对颜色与浊度不敏感

产品概述 Product Overview

PS7110 系列在线折光浓度计测量的是介质的折射率，再按标度换算为浓度。光从棱镜射向待测液体，在两者的接触面上，入射角大于临界角的部分被全反射回来，小于临界角的部分折射进入液体；线阵 CCD 检测这条明暗分界线的位置，它唯一对应一个折射率值。

测量只发生在棱镜表面的一薄层界面上，光并不需要穿透整个流道。这决定了它的一项特长：介质的颜色、浊度、气泡与悬浮颗粒不直接进入光路，因而对这几类干扰不敏感。这也决定了它的一项约束：棱镜表面必须保持洁净——挂料、结晶或磨损会直接改变读数，而且仪表不会因此报错。易污染的介质应在设计阶段就配好自动清洗，而不是等读数漂了再补。

探头内置温度传感器，实时测量界面处的介质温度并参与温度补偿。折射率与温度在出厂时按标准单位标定，每支探头逐支标定；现场可做 RI 校准与调整、自助建模与多点温度补偿。

产品分 A / B / C 三档，差别集中在棱镜材质与过程温度上，其余参数一致。

测量原理 How It Works

光从光密介质（棱镜）射向光疏介质（液体）时，入射角大于临界角的光被全反射，小于临界角的光折射进入液体。棱镜的折射率固定，因此临界角只随液体的折射率变化——测得临界角即得液体折射率。

高亮度 LED 发出的光经光纤从棱镜一侧导入，在棱镜内部按设计的路径抵达棱镜与液体的接触面。界面上因此形成一幅由亮区与暗区构成的光学图像，两区的分界线所对应的入射角即为临界角。线阵 CCD 检测这条明暗分界线的位置：每一个位置唯一对应一个折射率；液体浓度升高时，折射率随之升高，分界线位置发生位移。变送器取得折射率 nD 与界面温度 T 后，按标度与温度补偿模型算出浓度并显示。

图 1 PS7110 临界角折光测量原理

为什么对颜色、浊度与气泡不敏感。透射类光学方法要求光穿过整个流道，因此介质的颜色、浊度与气泡都会衰减或散射光路。折光法不同：光只到达棱镜与液体的接触面即折返，光程只有界面处的一薄层。悬浮颗粒、气泡与色度都不进入这段光程，故不直接影响明暗分界线的位置。

这项特性的代价。读数只代表棱镜表面那一薄层。当表面被挂料或结晶覆盖时，仪表测到的是覆盖层而不是介质，而这种情况不会触发故障——它表现为读数缓慢单向漂移。这就是探头状态诊断存在的理由，也是易污染工况必须配清洗的理由。

核心技术优势 Core Advantages

与其他在线方法的关键差异 Why PS7110

在线浓度测量的几条主流路线各有其固有边界。下表按现场实际的失效模式对比，用于判断本工况该走哪条路线。

折光法与声速法常同时进入候选。判断口径很简单：介质深色、浑浊或含气，而浓度—折射率关系单调——选折光；介质清洁、需要更高分辨率且无挂料风险——选声速法（PS7020）。需要区分多个组分或判别介质身份，应选光谱法（PS7100）。

标度与标定 Scale and Calibration

折射率是仪表直接测得的量，浓度是按标度换算出来的量。仪表出厂时已完成折射率与温度的标定；浓度标度则取决于被测介质。

Brix 是以蔗糖水溶液为基准的标度。被测介质不是蔗糖溶液时，需要按该介质建立自己的浓度—折射率关系，并配套多点温度补偿。这项工作可由厂家在出厂前完成，也可由用户在现场自助建模。

按某一介质建立的标度不能用于测量其他液体——折射率相同并不意味着浓度相同。一台仪表需要分时测量多种介质时，每种介质须各自建立标度并在切换时选用对应曲线。

典型应用 Typical Applications

• 食品与饮料——蔗糖、果浆、果冻、软饮料、果糖、果汁、骨汤等生产过程中的浓度监控
• 制糖与酿造——糖液浓度、葡萄糖、啤酒生产过程浓度
• 乳品——牛奶及乳制品的固形物浓度
• 化工与石油化工——硫酸、盐酸、磷酸、氢氧化钠、氨水、尿素、表面活性剂、乙二醇、双氧水、次氯酸钠、甲醇、乙醇等
• 切削液与冷却液——切削液、冷冻液、乳化液的配比浓度
• 制药与中药——DMF、DMAC、中药浓缩液、醇提工序的浓度
• 高分子与材料——PVOH、聚氨酯、浆料、明胶、胶原蛋白肽等
• 其他——碳酸钠、甘油等溶液浓度

注：未列入的工况请提供介质组成、浓度范围、工作温度与压力、以及是否存在挂料与磨蚀性颗粒，由厂家评估适用性与标度方案。

介质适用性参考 Wetted Material Compatibility

根据被测液体的化学性质与浓度，PS7110 的 B / C 档可选配 PTFE、哈氏合金、钛材、钽材等接液材质。下表为常见介质的材质适用性建议（非详尽列表，特殊工况请联系工程师评估）：

☆ 推荐　○ 在特定浓度和温度限制下使用　× 不建议使用。钽材亦为可选接液材质，其相容性按具体介质、浓度与温度单独评估，未列入上表。

三档差异 Model Variants

技术参数一览 Technical Specifications

档位选择 Model Selection

清洗与配件 Cleaning and Accessories

棱镜表面洁净是折光法读数可信的前提。易挂料、易结晶的介质应在设计阶段就规划清洗方案，而不是等读数漂了再补。

产品选型 Product Configuration

订货编码由档位代号与配件代号组成，配件代号采用「两位功能字母 + 序号」：CL 清洗、MT 安装、SY 系统。与档位代号（PS7110-A / -B / -C）的单字母后缀不冲突，订货时可并列书写。

订货示例：PS7110-B + PS7110-CL1 + PS7110-MT4
→ B 档（蓝宝石棱镜，0 ~ 70 ℃，0 ~ 100 Brix）+ 超声波清洗组件 + 卫生级适配器。

选型阶段请提供：介质组成、浓度范围、工作温度与压力、管径与安装位置，以及是否存在挂料、结晶或磨蚀性颗粒。

安装方案 Installation Schemes

PS7110 测的是棱镜表面那一薄层液体的折射率，因此读数的可信度取决于两件事：检测面是否始终被代表工艺的液体漫过，以及它是否洁净。前者由安装决定，后者由清洗决定。

四种安装方案的差别不在测量本身，而在维护成本与测量条件的稳定程度。选哪一种，取决于这条管路能不能停，以及对读数稳定性的要求有多高。

怎么选：先看这条管路能不能停。能停就主管直装，不能停就走旁通；对读数稳定性要求最高、且预算允许，用罐外循环；测点在储罐上，就用罐壁安装。

过程接口按管径与容器形式分三类：

探头朝向 Probe Orientation

无论管道安装还是罐体安装，检测面的朝向都有硬性要求：不得朝下。检测面朝下会积料，而积料不会触发故障，只让读数缓慢单向漂移。同理，探头也不应装在管道顶部——那里会积气，液体漫不过检测面时读数直接失去意义。

① 与 ⑤ 的装法完全相同，差别只在流向。现场改造沿用既有管段时，这一条最容易被忽略——开孔位置对了，流向反了，仪表照样测不准。而这两种错法都不会报错：④ 表现为读数缓慢单向漂移，⑤ 表现为停泵后读数失去意义。

安装要求 Installation

除朝向之外，选点与接线还有以下几条：

• 含砂砾或研磨颗粒的介质必须在上游滤除，否则会磨损检测窗口。
• 罐内溶液须连续流动，并确保搅拌器不会碰到测量窗口。
• 避免安装在有强烈震动的位置；避免阳光直射、雨淋与高浓度粉尘。
• 须具备安全可靠的接地回路；模拟输出须接好屏蔽线或外壳地。传输距离超过 5 m 时建议使用 RS485 数字信号。
• 长期不使用时关闭电源，避免检测窗口结晶，保持窗口清洁。

现场判读参考 Reading the Symptoms on Site

折光法的失效大多不表现为停摆，而表现为「读数还在、但测的是覆盖层」。以下几类现象在仪表侧通常不产生故障码，但特征鲜明，可据此快速定位工况问题。

棱镜表面的状态是折光法读数可信度的唯一前提。把「看一眼检测面」纳入日常巡检，比任何事后的系数修正都更有效。

Optical Precision · Real-Time Concentration

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