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      折光儀在測(cè)定水性介質(zhì)濃度上的應(yīng)用

      更新時(shí)間:2012-08-14 點(diǎn)擊次數(shù):2922

       

      水中溶解進(jìn)任何物質(zhì),都會(huì)改變它的折光率,溶解的物質(zhì)越多,溶液的折光率改變也越大。根據(jù)溶液折光率溶質(zhì)濃度的變化規(guī)律,可以用折光儀簡(jiǎn)便地測(cè)出水溶性淬火介質(zhì)的溶質(zhì)濃度。本文介紹的方法,可供從事熱處理的工人和技術(shù)人員在生產(chǎn)中應(yīng)用。
      一、手持式折光儀的選擇
      使用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的折光儀是手持式折光儀。手持式折光儀(以下簡(jiǎn)稱折光儀)主要用于測(cè)定透光溶液的濃度與折光率。這種儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,攜帶方便,使用簡(jiǎn)潔,精度也較高。上海光學(xué)儀器廠等單位也生產(chǎn)這種儀器。
      圖1是日本ATAGO生產(chǎn)的一種手持式折光儀的外形結(jié)構(gòu)。
      這種折光儀的使用方法:
      掀開(kāi)蓋板(1),取試液數(shù)滴放在棱鏡(2)的鏡面上,合上蓋板(1)。然后將蓋板朝向明亮處,一邊通過(guò)目鏡(7)觀察,一轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)圈(6),直至視場(chǎng)分界線清晰可見(jiàn)。視場(chǎng)明暗分界線所示的讀數(shù),即為試液折射率或濃度。

      折光儀視場(chǎng)上有兩排刻度,一排是折光率,另一排是伯利糖度數(shù)(BX)。測(cè)定淬火介質(zhì)濃度,通常采用其中的BX列刻度。選擇型號(hào)由所用折光儀的zui大使用刻度數(shù)來(lái)定,可根據(jù)淬火液的品種和用途參考表1進(jìn)行這項(xiàng)選擇。

      1折光儀型號(hào)選擇表
      折光儀型號(hào)選擇表
      用途
      型號(hào)(即zui大刻度數(shù)(BX
      淬火用鹽水
      32
      淬火用堿水
      32
      PAG淬火液
      15
       

      Pallete系列, 32α, 101α
      RX-5000a,7000a,7000i
      1T,2T,3T,4T(DR-A1-Plus)
      AP-300,制藥,制糖行業(yè)
      糖度,特殊標(biāo)度折射儀
      高精度觸摸屏數(shù)字折射儀
      新品 阿貝折射儀
      高精度全自動(dòng)旋光儀

       
      用折光儀測(cè)定水溶性淬火介質(zhì)濃度之前,須先用當(dāng)?shù)刈詠?lái)水(不是蒸餾水)作為試液,把折光儀讀數(shù)調(diào)到零點(diǎn)。這一步很重要,其理由后面要講到。
       
      二、單一溶質(zhì)溶液的濃度測(cè)定

      對(duì)于單一溶質(zhì)的水溶液,其折光儀讀數(shù)與該溶質(zhì)的濃度成正比。如果以字母N代表折光儀讀數(shù),即溶液的折光率,以C(%)代表該溶液中溶質(zhì)的濃度百分比(重量),則二者之間存在以下關(guān)系:

      N=KC      1)

      其中,系數(shù)K的值決定于溶質(zhì)的種類。熱處理生產(chǎn)中幾種常用溶質(zhì)的K值見(jiàn)表2。C為重量百分比濃度。

      2 常用幾種淬火介質(zhì)的K值
       
       
       
      把這幾種介質(zhì)的濃度與其折光儀讀數(shù)的關(guān)系作在圖上,可得到圖2所示的一組直線。由于關(guān)系簡(jiǎn)單,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),就可以用折光儀測(cè)定單一溶質(zhì)溶液的濃度。比如,測(cè)定PAG淬火介質(zhì)的濃度以及鹽(NaCl)堿(NaOH)的濃度。表2中的相乘系數(shù)是K值的倒數(shù),即 由式(1)得式(2)。將測(cè)得的折光儀讀數(shù)N乘上該溶質(zhì)的相乘系數(shù) ,即得到所測(cè)溶液的濃度。

      C= 1/K   * N      2)
      注意,式(2)只適用于新型配制的或比較清潔的溶液。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)期使用或已變臟、其中溶解了較多其它雜質(zhì)的溶液,則不能簡(jiǎn)單地用式(2)計(jì)算濃度。
      三、液溫的影響及其修正法

      溶液的折光率不僅隨它的濃度變化,濃度一定時(shí),溶液的折光率還會(huì)隨液溫升降變化。這種變化的基本規(guī)律是:液溫升高,溶液的折光率會(huì)降低;液溫降低,溶液的折光率會(huì)增大。作為溶劑的水,本身也具有這種特性。大家知道,加熱水的時(shí)候,可以看到水內(nèi)有流動(dòng)跡象。水是無(wú)色透明的液體,加熱中之所以能看見(jiàn)水內(nèi)部的相對(duì)流動(dòng),其原因就在不同溫度的水具有不同的折光率。PAG淬火介質(zhì)的水溶液也具有這種特性。濃度一定時(shí),液溫變化對(duì)測(cè)定值有很大影響。

      注意:當(dāng)使用前述手持式折光儀測(cè)量折光率時(shí),“液溫”指的是夾在折光儀上蓋板和檢驗(yàn)棱鏡之間那一薄層液體的溫度。通常也指的是試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的氣溫。由于該夾層中的液體量極少,又被壓成了一薄層,實(shí)際測(cè)量中的液溫就變成了所用折光儀的溫度。

      今禹8-20和今禹8-50淬火液的相乘系數(shù)是在氣溫30℃時(shí)確定的。當(dāng)氣溫(即測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的氣溫)低于30℃時(shí),測(cè)出的濃度會(huì)偏高;當(dāng)氣溫高于30℃時(shí),測(cè)出的濃度會(huì)偏低。氣溫偏離30℃越遠(yuǎn),上述偏差也越大。這種濃度測(cè)量值如果不注意修正,生產(chǎn)中就可能發(fā)生造成嚴(yán)重后果。冬天,氣溫低,濃度測(cè)量值偏高。如果此時(shí)誤認(rèn)為淬火液濃度過(guò)高,補(bǔ)加過(guò)多的自來(lái)水,必然使淬火液的真實(shí)濃度偏低,加上淬火液液溫低,冷卻速度升高,在這樣的淬火液中淬火,就很容易引起淬裂。到了夏天,生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)氣溫(即折光儀本身的溫度)高,濃度測(cè)量值會(huì)偏低。如果誤認(rèn)為淬火液濃度偏低,而補(bǔ)加過(guò)量的PAG原液,就會(huì)使淬火液濃度過(guò)高,加上此時(shí)氣溫高,散熱慢,淬火液液溫也偏高,淬火液的冷卻能力會(huì)明顯減小。在這種條件下淬火,則很容易發(fā)生硬度偏低、硬化深度不足等。

      綜上理由,當(dāng)測(cè)量環(huán)境的氣溫明顯偏離30℃時(shí),應(yīng)對(duì)測(cè)量值進(jìn)行修正。修正方法很簡(jiǎn)單:

      氣溫比30℃每低5℃,將測(cè)量值減1%作為實(shí)際濃度。氣溫比30℃每高5℃,將測(cè)值加1%,作為實(shí)際濃度值。

      舉例來(lái)說(shuō),當(dāng)測(cè)量環(huán)境的氣溫為15℃時(shí),如果測(cè)得今禹8-20水溶液濃度為 14%,那么,該水溶液的實(shí)際濃度應(yīng)為:

      14-( )=11%

      又例,當(dāng)測(cè)量環(huán)境的氣溫為42℃時(shí),如測(cè)得今禹8-20淬火液的濃度為9.5%。此時(shí),該淬火液的實(shí)際濃度為:

      9.5+( )=11.9%
      四、使用折光儀的其它注意事項(xiàng)

      1、折光儀的零位調(diào)節(jié)方法

      折光儀的零位是可以調(diào)節(jié)的,只有調(diào)節(jié)好零位后再使用,才能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。由于多數(shù)折光儀的零位調(diào)節(jié)螺絲比較松動(dòng),為確保測(cè)量準(zhǔn)確,必須在每次測(cè)量濃度前用自來(lái)水校準(zhǔn)好所用折的零位。校正好后,用細(xì)紙吸干蓋板和棱鏡面上的水跡,再用于測(cè)量淬火液濃度。

      調(diào)好零位后應(yīng)防止折光儀受到震動(dòng),亦不可采用摔動(dòng)的辦法來(lái)去除上面的殘水,以免使調(diào)好的零位移動(dòng)。
      2、測(cè)試后用清潔的自來(lái)水沖洗蓋板和棱鏡面,把殘留在上面的淬火液充分清除干凈,再用細(xì)紙吸干殘水,保存?zhèn)溆谩?span>

      如果上次測(cè)量時(shí)留在上面的淬火液沒(méi)有清洗干凈,讓其自動(dòng)變干,而下次測(cè)量前又未做充分的清洗,測(cè)量的濃度就會(huì)偏高。
      3、讀數(shù)時(shí)間不能太長(zhǎng),在長(zhǎng)期放置中,夾在折光儀蓋板和棱鏡之間的淬火液會(huì)緩慢蒸發(fā)掉其中的水份,隨著水份的減少,液體薄層的濃度會(huì)逐漸升高。由于這樣的原因,每次讀數(shù)時(shí)間不要太長(zhǎng),以免增大誤差。
       
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