Рефрактометр з використанням принципу повного внутрішнього відбивання

Іншою розповсюдженою групою є автоматичні рефрактометри, засновані на використанні явища повного внутрішнього відбивання, що полягає в наступному (рис.4). При переході світлового променя із середовища з великим показником заломлення в середовище з меншим показником заломлення можна підібрати такий граничний кут падіння , при якому кут заломлення буде дорівнює 90°.У цьому випадку промінь не попадає в оптично менш щільне середовище, а проходить по границі розділу середовищ. При всякому іншому куті падіння, який більший граничного, промінь буде цілком відбиватися на границі розділу. Величина граничного кута в цьому випадку визначається відношенням показників заломлення п₁ і п₂ середовища. Якщо в одного із середовищ показник заломлення постійний, то граничний кут буде залежати від показника заломлення тільки другого (контрольованого) середовища.

На рис.5 приведена принципова схема автоматичного рефрактометра з використанням принципу повного внутрішнього відбивання. Світловий потік від джерела 1 через світлофільтр 2 і конденсор 3 попадає на сферичну поверхню вимірювальної призми 4, плоска грань якої омивається концентрованим розчином. Світловий потік, відбитий від плоскої поверхні, проходить через сферичну вихідну поверхню призми, що виконує роль об'єктива. Завдяки тому, що показник заломлення матеріалу призми більше показника заломлення контрольованої рідини, для якої призначений прилад, завжди можна забезпечити повне внутрішнє відбивання променя у вимірювальній призмі зміною кута падіння вхідного світлового променя. Відбитий світловий потік поділяється на дві зони (світлову і затемнену) і впливає на два фотодіоди Ф1 і Ф2, один із яких (Ф2) закріплений нерухомо, а другий може переміщатися. Фотоелементи включені по диференціальній схемі на вхід електронного підсилювача ЭУ.

Рівновага вимірювальної системи відповідає положенню, коли границі світлотіні проектуються на щілинну діафрагми 5 рухомого фотоелемента Ф2. При цьому сигнал на виході ЭУ рівний нулю, і ротор реверсивного двигуна РД нерухомий. Зміна концентрації контрольованого розчину приводить до зміни його показника заломлення і, отже, до зсуву границі світлотіні. При цьому фотоелемент Ф1 виявляється цілком у світлій чи темній зоні й одержує відповідно більше або менше світла, чим у рівноважному стані. Від положення рухливого фотоелемента (у світлій чи темній зоні) залежить фаза вихідної напруги ЭУ і, відповідно, напрямок обертання ротора реверсивного двигуна. Зміна концентрації порушує рівновагу системи. Нове положення рівноваги досягається, коли щілина діафрагми 5 фотоелемента Ф1 знову збігається з границею світлотіні. Таким чином, переміщення рухливого фотоелемента є мірою зміни показника заломлення контрольованого розчину, тобто мірою зміни його концентрації. З віссю ротора реверсивного двигуна зв'язана стрілка вторинного приладу 6.

Існують рефрактометри з двома нерухомими фотоэлементами; оптична система врівноважується при повороті дзеркала, що змінює освітленість одного з фотоелементів.

Перевага автоматичних рефрактометрів, заснованих на принципі повного внутрішнього відбивання, полягає в можливості контролю концентрації непрозорих рідин, наприклад, нафтопродуктів, однак чутливість їх менше, ніж диференціальних рефрактометрів. Діапазон вимірювання рефрактометра залежить від параметрів оптичної системи, та системи стеження.