Добрый день!
Господа, требуется измерить крепость водки. Нужно чтото сунуть в стакан и понять сколько там градусоы, плюс минус лапоть :-)
Главный вопрос, какие методы для этого используются? что вообще измерять? плотность по отношению к дисцилированной воде?
Можно конечно спектрометром - но это перебор.
Смотрю в сторону ультразвука, может кто что подскажет?
Спасибо!

Обычный спиртомер - это ареометр, измеряет плотность жидкости. Популярная в свое время штучка была на барахольных рынках.

В стакан нужно сунуть не что-то, а язык!

погрешность измерения будет сильно зависеть от частоты измерений

пс: диэлектрическую проницаемость веществ посмотрите

тут люди голову ломают на 38 страницах :
http://forum.homedistiller.ru/index.php?topic=4573.0

Думаю всетаки либо плотность либо переломление измерять

И это правильно. Обычные спиртомеры - это ареометры, отградуированные в крепости спирто-водяной смеси. Рефрактометры используются в виноделии и пивоварении, где проценты поменьше. Работают на сравнении коэффициента преломления для начальной среды (сусла) с конечным продуктом.

Через плотность, а плотность можно измерить через разность давления двух датчиков. Один глубже другого на определённую величину...
Либо датчик на основе вибрации(инерции), мембрана датчика, приводимая в движение электромагнитом(или пьезо элементом), в лёгком веществе будет проще толкать лёгкую жидкость. А по току привода мембраны можно косвенно и довольно точно определить плотность водки.

Это, скорее, будет связано с вязкостью, а не плотностью. Но отградуировать, если нет примесей, наверное, можно.

я правильно понял, что если тема размещена в разделе аналоговой техники, то требуется электронное устройство, а не спиртометр?

На заре перестройки друзья-коллеги исследовали вопросы применения для этих целей миллиметровых волн (поглощение или отражение, уже не помню). Главное - это можно было делать через стекло. Я им тогда порекомендовал заняться разработкой сквозьбутылкоспиртомера, но тема развития не получила.

Интересно!
Да, нужно компактное устройство с беспроводной связью.

Было это на кафедре КПР МЭИ, сейчас уже и нет нашей кафедры...

Вроде бы где-то писали (возможно даже на нашем форуме), как сделать самодельный ЯМР-спектромер. Вот это было бы в самый раз для этой задачи.

Огромный магнит для этой задачи не нужен, т.к. тонкая структура сигнала здесь не важна. А разница между прикислородными протонами у воды и приуглеродными у спирта очень велика, что сильно упрощает задачу распознавания.

Несмотря на страшное название, идея метода предельно проста - образец помещается в постоянное магнитное поле (годится постоянный магнит), а дальше ищут резонансную радиочастоту, на которой этот образце поглощает. Для серьезного химанализа самодельный ЯМР не годится, но чтобы отличить воду от спирта в их смеси - запросто.



Надо будет у Тани спросить, судя по этому ее посту
http://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...t&p=1082175
она знает, как его делать, но я так концов найти не смогла.

P.S. Кажись, какой-то чел на 4-х транзисторах сделал ЯМР - http://wwwinfo.jinr.ru/publish/Preprints/2...3-2002-242).pdf

Делали 18 лет назад такое оборудование. Измеряли плотность и температуру, дальше пересчитывали в проценты алкоголя.

ЯМР это сложновато. Оптимально измерять плотность и, обязательно, температуру. А дальше пересчитать в крепость - таблицы есть.

Плотность проще всего измерить по выталкивающей силе, действующей на полностью погруженный поплавок фиксированного объема. В точном соответствии с законом - "Тело впернутое в воду выпирает на свободу весом выпертой воды телом впернутым туды" .

полностью погруженный на какую глубину? вот Den64 наверное правильно предложил оценивать плотность по разности давлений на 2-х датчиках

А не имеет значения. Не о таких же глубинах идёт речь, чтобы плотность заметно менялась.

опс я дал себе обещание.

rudy_b предложил хороший вариант. Мелкий поплавок подпружиненный, и к поплавку плотно прикрепить мелкий сердечник феромагнитный. Сердечник в мелкую катушку, и измерять сопротивление катушки переменному току..
Или вариант такой, плоский конденсатор опускать в водку и по тангенсу угла потерь конденсатора определять содержание спирта..

Именно так и делали. Кроме измерения сопротивления катушки. Но вот в фразе "подпружиненный поплавок" столько дьяволов в мелочах кроется... Был проведен НИР по выбору стали для пружины, по выбору подходящей формы, по технологии изготовления (включая заправку и отпуск). На коленке такое не строится. "Не взлетит". И, кстати, сердечник катушки крепился к поплавку не "плотно".

Ну, раз уж пошла такая пьянка, дарю идею. Когда-то конструкция ареометра предназначалась для нефтехранилищ и заправочных станций с целью контроля плотности и борьбы с фальсификациями. Но, в своё время, по понятным причинам, путёвки в жизнь не получила. С тех пор так и не запатентовал...
Идея такова. В экранирующей трубе, не касаясь стенок, между двумя мягкими пружинами подвешен диэлектрический поплавок. Вся конструкция погружена в жидкость.
Пружины (разумеется, изначально несколько растянутые) являются одновременно катушками индуктивности. Выяснилось, что если такая катушка включена как элемент LC-контура, задающего частоту генератора, то эта частота с хорошей линейностью соответствует относительному удлинению. Если же ещё использовать дифференциальное включение (вычитать частоты двух генераторов) и относительное удлинение невелико, то чувствительность, линейность и стабильность получаются весьма приличными.

Спасибо!
Трубка металлическая должна быть?
Я так понял, подключаем каждую катушку, к своему генератору? Одна у нас удлинняется (нижняя), другая (верхняя) укорачивается?
На вскидку, какая у вас частота была примерно?

Перечисленные методы относительные - измеряют косвенные параметры раствора. Они справедливы при известном составе пробы, которая должна состоять из воды и спирта. Но кроме спирта в составе пробы практически всегда имеется целый набор веществ с неопределённым химическим составом и это обстоятельство ограничивает область применения относительных методов.

Прошу прощения - не удержался! Такая формулировка закона - просто класс!!!

ясное дело


очень уж нежная конструкция

Трубка желательно металлическая. Но если обстановка позволяет, то не обязательно.
Да, каждая катушка - частотозадающая для своего генератора. Одна удлиняется, другая - укорачивается. А какая куда - зависит от изменения плотности.
Частота была порядка нескольких МГц, разностная - единицы-десятки килогерц. Есть один нюанс: взаимовлияние полей катушек, но это технически устранимо.


Там ещё две ниточки нужны сквозь каждую из катушек для ограничения хода поплавка. А так - ничего, вполне себе практичная конструкция.

Думаю таки измерять давление двумя датчиками на разной глубине. Плотность получается - это частное от деления разности давлений, на (растояние между датчиками по вертикали * на g).
Если не метр водки наливать, то получается нужно около 25, 30 паскаль измерить, и разрешение нужно около половины паскаля. Чтото на вскидку на ум ничего не приходит. Может что посоветуете?
Спасибо!

О какая штука http://www.hamamatsu.com/jp/en/C12666MA.html только жаль 3300 nm не может измерять!

Ну и на последок:
http://lmsnt.com/netcat_files/87/46/h_c15c...d9933ba66fcd244

Куда там смотреть? Датчик чего?

Два светодиода, один 3300nm, один референсный. 3300 - поглощает этанол.
Измеряем референсное излучение и 3300nm и получаем ориентир количества этанола

Ну, ЯМР круче, если уж на то пошло. Я Вам достаточно практичный способ предложил. Но нет предела полёту фантазии... Лёгких путей не ищем?

Нет, почему же, я вам премного благодарен! Буду пробовать, но на случай проблем с механикой, рассматриваю чтото еще. ЯМР в размере большого маркера, не сделаешь - он здоровый получится все равно. Да и от батарейки питать надо. Так шта, либо плотность, либо спектр, либо совместить плотность и спектр плюс температура разумеется!

Фигня! Это поглощение от колебаний OH-группы, которая есть, как у этанола, так и у воды. Небольшая разница есть, но из-за того, что пики поглощения в этом месте очень широки, то при наложении эту разницу не разглядеть. Тем более, что вода сольвотирует спирт - при этом эффекты поглощения в значительной степени усредняются.

Вот на эту работу взгляните (хотя бы на картинки):

Глядел, завтра отпишусь - с телефона пишу и спать хочется

Сори, читал не то, название практически такое же было. Прочитал - печальбеда, все смешалось в доме Обломовых, спирт, вода, все 3300 поглощает... Остается плотность, ну еще переломление.

Если не на 3300, а в других в местах разницу искать, то кое-что еще можно разглядеть, но все равно тяжко - вот другая статья, где авторы вроде бы рапортуют об удаче, но уж больно она сомнительна (спектры высокого разрешения + суперматобработка):

Спасибо, почитаю.
Есть еще материалы по тому как народ по скорости распространения звуковой волны (ультразвука) измерял, но там свои проблемы. Завтра ссылки выложу, вдруг кому интересно.
Спокойной ночи!

Измерение спектров поглощения для контроля крепости практически неприменимо - точности не хватит + всякие примеси влияют - http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/048/...8n4p281_A1b.pdf.

Измерение разности давлений только на первый взгляд кажется простым. Там возникает целая масса самых разных проблем. Начиная с самого датчика - как правило он не рассчитан на работу в среде агрессивных примесей. А стандартные примеси в спирте бывают такими, что пластик растворяется (не шутка!). Соответственно нужна передаточная среда, мембраны, устранение пузырей, контроль дифференциальности.... В общем головная боль изрядная.

Поплавок конечно не слишком технологичен, но наиболее прост. Кстати, это вовсе не обязательно поплавок - он может быть и грузиком на ниточке который теряет часть веса при погружении в спирт. Самая простая схема - поплавок (в смысле - тело с фиксированным объемом) с удельным весом чуть больше 1 (плотности воды) привязанный на тонкой ниточке к весам (ну или иному датчику силы).
Термометр можно сделать и отдельно.

Очень мне хотелось, в свое время, сделать такую штуку: чтобы сунул в любой раствор - и весь состав тебе проанализировало...
Я думаю, с редкоземельным магнитом вполне в диаметр маркера вместить можно, например так:

При этом катушка может быть весьма миниатюрной. Но важно так подобрать форму полюсных наконечников, чтобы поле в объеме катушки было максимально равномерным. (Тут на форуме есть коллеги, владеющие софтом магнитного моделирования, может быть смогут расчитать.)

Неудобство лишь в том, что жидкость должна заполнять внутренность катушки. Этанол не агрессивен, с ним тут нет проблемы, а вот в случае произвольной среды могли бы быть сложности.

Рассчитать - это хорошо, но мало чем поможет. Реальная неоднородность всё равно будет зависеть от экземпляра магнита, качества материала наконечников, обработки и прочих нюансов. По-хорошему, это поле надо промерять зондом и составлять карту. Для миниатюрных конструкций сделать это сложнее многократно.

http://spincore.com/products/Magnets/NMR-P...t-Magnets.shtml
Самый маленький 3.2 кг :-)))


https://str.llnl.gov/June10/pdfs/6.10.3.pdf


Кто с ЯМР сладо знаком, наверное будет полезно:
https://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/inside.htm

http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/bun/indiv/takezo/opencorenmr/

0.6Тесла? - так это почти что ферритовый магнит...
У него такой размер за 10 мм катушку и прецизионную однородность поля.
Но в данной-то задаче спектр высокого разрешения же не нужен, как выше упоминали.
Я вообще разберу мелкий коллекторник от вибратора для мобил и вместо ротора вставлю катушку
Сомневаюсь, что там вообще какая-нибудь "однородность" может быть, но интересно, что получится.

https://www.linkedin.com/company/sabr-enterprises-llc

Э, как вы широко губу раскатали! Химических веществ неисчислимо много, а уж многокомпонентных смесей даже из пары веществ можно очень много понаделать. В то время как разного рода датчики, даже в лучшем случае, дают лишь двухмерную зависимость одного параметра от другого. Редко трехмерную. Т.е. размерность пространства данных несоизменимо мало по сравнению с размерностью пространства решений, что делает такую задачу в ОБЩЕМ случае неразрешимой, но в частных случаях (обычно чистых веществ и простых смесей) такого рода методы распознавания работают.


Обычно в ЯМР-спектроскопии используют кварцевые ампулы (из плавленного кварца). Их ни одна зараза не разъедает, кроме плавиковой кислоты. Выглядят, как тонкие стеклянные пробирки с пласмассовой пробкой. Внешний диаметр около 5 мм, а длина больше 100 мм. Но до верха раствор все равно не наливают, а только где-то на высоту 20 мм.

Фирменные ампулы очень дорогие, но самоделку можно сделать из любой кварцевой трубки, запав ее с одного конца. Только кварц высокоплавкий, говорят, тут водородное пламя нужно. Но, вероятно, можно не запаивать, а чем-то заткнуть.

Они потому дорогие, что делаются из синтетического кварца - нет парамагнитных примесей. Из SiH4, который разлагается (окисляется) на внутренней поверхности грязной трубки.

Думаю, что дело не в кварце - спекать силикагель вовсе недорого . Насколько я в курсе, там дело в другом - требуется повсюду выдержать одинаковую толщину стенки. Дело в том, что эта ампула в приборе ... вращается! Она и длинная такая только потому, что на ее верхнуюю часть надевают крыльчатку (на вид пенопластовую), она и внутри магнита на воздушной подушке висит. Магнит большой-пребольшой, а в его верхней части труба, в которую образец с ампулой помещается. Только сперва "пылесос" включают, который снизу вверх дует. Сверху ампулу в пенопластовой юбке вставляют - она так и застывает в воздушном потоке, одновременно вращаясь вокруг своей оси. Потом поток воздуха ослабляют и ампула погружается в ту трубу глубже во внутрь магнита - больше ее уже не видно, но говорят, что она там продолжает по-прежнему вращаться.

Для спектра высокого разрешения вращение ампулы обязательно (но причину сходу не вспомню), заодно дующий воздух не дает этой ампуле нагреваться (возможно, это ей грозит). А вот неодинаковая толщина стенок при вращении приводит к какому-то искажению сигнала (вроде бы дополнительное расщепление или утолщение). Я только знаю, что у каждого ЯМРщика есть своя любимая ампула , выбранная среди прочих опытным путем, как дающая наиболее хороший спектр.

Нам же всех этих передосторожностей не надо! И вращать ампулу тоже не надо. Да и вообще, первый ЯМР снимали у воды в магнитном поле Земли! То бишь, даже магнита не было. Хотя магнитное поле Земли отличается особенно высокой однородностью.
(линк за давностью лет уже не работает)
А пока на этом же сайте нашла это: Оборудование: 3. импульсный протонный релаксометр в магнитном поле Земли (частота 2 кГц);

P.S. Да я бы тоже на магнитное поле Земли поставила, 2 КГц ШИМом сгенерила и встроенным АЦП эффект измерила.

Ох, хорошо было бы взглянуть на результат! Может, выкроите время? Похоже, совсем немного надо.

Хм.. рискну встрять, раз уж дело до ЯМР докатилось.
Теполоемкость воды 4.17 Дж, этилового спирта -2.43 Дж на грамградус. Разница заметная.
Можно брать образец в небольшую мерную емкость, подводить калиброванную мощность нагревателя и фиксировать время за которое смесь нагреется, скажем, на 10С. Чем больше спирта - тем быстрее.
Возможно, нужны небольшие табличные поправки на температуру проведения эксперимента. А можно и нагревать до 30 (заведомо выше окружающей), делать старт измерения и финиш при 40С.
Калибруется прибор по чистой воде легко и дешево. На вторую точку придется разориться, чистый спирт бывает только в теории.
Контроль неразрушающий, водка не портится в результате анализа, только становится ближе к японским стандартам. Возможно, 5-10мл объема было бы достаточно, но отмерять его нужно точно.
Жаль, что отмерять вообще-то нужно не объем, а массу. Микровесы добавляются.

Увы! Это я лишь попыталась заразить всех оптимизмом, но сама в успех слабо верю. Если честно, то спиртометр меня совершенно не интересует, а вот что-то типа ЯМР-датчика я бы сильно хотела иметь. Для совершенно других целей. Потому и подначивала.

На любую проблему можно с разных сторон смотреть и, соответственно, другим показывать. Вот я и показала ее с легкой стороны. Мол, Чижик в 1958 году сделал прибор играючи, заодно и ЯМР открыв, а вам слабО повторить? Но сама-то понимаю, что дело непростое. И если скажу сразу о трудностях, то и у слушателей моих руки сразу же опустятся. А могут и волосы встать дыбом.

Вот ещё один "взгляд" с другой стороны: Gas sensor based on mid-infrared MEMS design.

Бывает чистый спирт (почти) - после перегонки с бензолом. Вес измерить можно точнее, чем объем - температура не влияет (почти совсем). Но микрокалориметр очень сложно сделать начинающему с нуля.


Это здорово, конечно - маленький фурье-спектрометр. Тогда уж рамановский спектрометр будет проще - нет поглощения.
Вот когда-то общалась с людьми, которые делали методику определения содержания спирта. Там спирт(ы) окислялись до альдегидов, которые потом анализировались хроматографически. Это для криминалистики. От результатов анализа зависела судьба человека.