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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:沈佳興
研究生(外文):Chia-Hsing Shen
論文名稱:利用光學量測方法判定甲醇在乙醇溶液中之濃度
論文名稱(外文):Using the optical method to measure the concentration of methanol within the liquor of ethanol
指導教授:鐘明吉鐘明吉引用關係葉彥良
指導教授(外文):Ming-Jyi JangYen-Liang Yeh
學位類別:碩士
校院名稱:遠東科技大學
系所名稱:機械研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:濃度量測折射率光學架構甲醇乙醇
外文關鍵詞:concentration measurementrefractive indexoptical systemMethanolEthanol
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本文係利用非破壞性且操作簡單之高精密度量測技術量測透光性良好的液體濃度和折射率,藉由光學量測技術量測甲、乙醇濃度及折射率之關係曲線,來判斷甲醇在乙醇溶液中之濃度。
本文採用之量測系統係透過雷射干涉儀、石英槽、光學鏡組及電動旋轉馬達等建構設計之光學光路搭配數學解析來計算液體折射率,藉此了解不同測試液體下所呈現之光學特性。將此量測技術應用於判別甲乙醇不同濃度條件下之光學特性。為有效判斷出乙醇溶液中是否含有甲醇並判別出其甲醇之濃度,來建立完整的甲、乙醇不同濃度與不同混合比率之相異光學折射率資料。並此資料為基礎,建構一套判別乙醇中含有甲醇濃度比率的機制。
由實驗分析結果得知,利用此光路系統可有效的量測出甲、乙醇之光學折射率。其在相同濃度條件下,乙醇之光學折射率較大於甲醇之折射率。當在乙醇溶液中加入甲醇溶液時,會造成折射率下降,將混合有甲、乙醇溶液稀釋時,發現折射率與濃度關係為二次方程式,且甲、乙醇溶液之含量比例相同時,光學折射率性質較接近甲醇特色,藉由以上之特色,本論文發展出一套判別乙醇中含有甲醇溶液之判別機制。由實驗結果可知,在未知之混合比率可由濃度與折射率關係圖和關係方程式有效的判別出來。如此可提供未來量測在乙醇中含有甲醇之濃度比例。
In this study, we use a non-destructive method and high-precision measuring technique to detect the light transmittance and refractive index of solutions. By measuring the light transmittance and refractive index of methanol/ethanol solutions, we can obtain a quadratic curve. From this curve, we can determine the concentration of methanol in the ethanol solution.
The measuring system is composed of laser interferometer, quartz tank, optical lenses and electric motor. We can find out the optical characteristics from different solutions by this measuring system and mathematical analysis. To use this measuring technique can understand the optical characteristics at different methanol/ethanol concentration and determine the concentration of methanol in the ethanol solution. To build the refractive index database at different methanol/ethanol concentration, we can calculate the methanol concentration in the ethanol solution.
From the analysis results, we can effectively measuring the refractive index of methanol/ethanol solutions. At the same concentration, the refractive index of ethanol is bigger than the refractive index of methanol. When we add the methanol and ethanol up, we could find that the refractive index would become lower. When the solution was diluted with water, we could find a quadratic equation to describe the relationship between the refractive index and concentration. When the methanol and ethanol have the same equivalent concentration, we could understand the optical property is closed to methanol.
In this paper, we develop a discriminative method for determining the concentration of methanol in the ethanol solution. In the feature, we could efficiently distinguish the unknown concentration of solution from the quadratic curve and measuring the concentration of methanol in the ethanol solution.
誌謝 I
摘要 III
英文摘要 IV
目錄 VI
表目錄 IX
圖目錄 XI
符號說明 XIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻探討 3
1.2.1 在利用光學儀器對液體量測方面 4
1.2.2 在使用表面電漿共振方法量測液體物理特性 7
1.3 研究動機 10
1.4 論文架構 11
第二章 光學元件和儀器應用 12
2.1 雙頻雷射干涉儀 12
2.2 光學元件-分光鏡(spectroscope)介紹 16
2.3 相位延遲- 波片 17
2.4 Snell’s定律 20
第三章 干涉儀量測液體架構實驗 22
3.1 干涉儀量測液體架構之量測步驟 22
3.2 干涉儀量測液體架構之數學解析 23
第四章 甲、乙醇之光學特性量測 28
4.1 乙醇光學特性之實驗與量測結果 28
4.2 乙醇之實驗結果討論 31
4.3 甲醇之實驗流程與量測結果 33
4.4 甲醇之實驗結果討論 36
4.5 測量誤差分析 38
第五章 甲、乙醇之濃度比例判定 41
5.1 甲醇和乙醇混合實驗流程與量測結果 41
5.2 實驗結果討論 53
5.3 驗證 54
第六章 結論與未來展望 60
6.1 結論 60
6.2 未來展望 61
參考文獻 63
附錄 66
自述 70
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