在线原麦汁浓度检测仪

　　1　引　言

　　啤酒生产过程中原麦汁浓度直接影响啤酒的口味、颜色,因此需时刻对各工艺阶段的原麦汁浓度进行检测。在糖化工序中,该指标尤其重要,它是该工序中最主要的测量及控制参数。原麦汁浓度的高低,直接影响后期的发酵过程,决定着成品啤酒的产量和质量。

　　本文介绍一种基于全反射原理的新型的光电测量原麦汁浓度的在线自动检测系统,它克服了早期折光仪的固有缺陷,抗干扰能力强,量程宽,精度高,重复性好,并且测量结果不受溶液的颜色、气泡或浊度的影响,保证了啤酒的质量。

　　2　检测原理

　　溶液的折射率与其浓度之间具有一一对应的函数关系。对于啤酒来说,在一定的浓度范围内,其折射率与浓度之间呈线性比例关系,其关系式为

　　式中n表示折射率;c表示浓度;k为比例系数。因而可通过检测啤酒溶液的折射率来确定其浓度。

　　根据光的反射与折射原理,当光线从光密介质n1射入光疏介质n2时,在两种介质的交界面上将发生如图1(a)的部分反射和部分折射现象,且

　　由(3)式可知,当入射角θ1增大到一定角度时,θ2=90°,此时折射光线为A″,如图1(b),入射角大小为

　　若入射角进一步增大,则入射光将全部被反射回光密介质,在两种介质的交界面上将发生全反射现象。

　　该入射角θc即被称为全反射临界角。如图1(b)所示。当n2发生变化时,θc将发生变化。

　　在仪器设计中,用蓝宝石棱镜做为光密介质,其折射率为1·76,光疏介质为被测量的啤酒。当光从光密介质向光疏介质入射,入射光包含有临界角θc附近的各种角度的光线时,大于θc的入射光将会发生全反射。对于没有发生全反射的部分入射光来说,其反射光强与折射光强相比很小,大部分能量折射到光疏介质,相对于全反射部分其反射图像为暗的,因此在反射区域内形成亮暗分明的图像,其分界线即对应于入射角为临界角的光线。如图2所示。光疏介质浓度的变化会导致全反射临界角的大小发生变化,从而导致反射光的分界线发生变化,并且分界线位置与溶液折射率一一对应,因而只要测出分界线的位置变化即可知被测溶液的折射率变化,进而获得溶液的原麦汁浓度。

　　由于溶液的浓度受温度的影响,一般情况下,其浓度随温度的升高而减小。特定溶液中,溶液的浓度与温度的变化呈线性比例关系,因而在仪器中,要有测温装置,随时检测溶液温度的变化,并对由于温度的变化引起的测量误差进行补偿。

　　3　光电检测系统

　　光电检测系统如图3所示,红光LED发出的光,经透镜L1准直后传输到透镜L2,L2将光束会聚后入射到蓝宝石棱镜的一侧,在棱镜与溶液的交界面处发生反射后,形成包含有全反射光的亮暗分明的光斑图像,从棱镜另一侧反射出,经L3与L4组成的反射光路,将图像传输到CCD探测器上。