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水质色度的测量装置

阅读：1076发布：2020-07-07

IPRDB可以提供水质色度的测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及水质检测领域，特别是涉及水质色度的测量装置。该包括：本体，以及设置于所述本体的光源、至少两个光探测器及搅拌器；所述本体具有容置腔，其用于收容待测物样；所述光源及各所述光探测器位于所述容置腔的周缘，并且，所述本体于所述光源的光传播方向及垂直所述光源的光传播方向分别设置有至少一个所述光探测器；所述搅拌器设置于所述容置腔内，用于在所述容置腔装入所述待测物样时对该待测物样进行搅拌。上述水质色度的测量装置，提高了测量的精确度和易用度，克服了水质色度测量中水样高浊度引起的非线性问题。，下面是水质色度的测量装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种水质色度的测量装置，其特征在于，包括：本体，以及设置于所述本体的光源、至少两个光探测器及搅拌器；

所述本体具有容置腔，其用于收容待测物样；

所述光源及各所述光探测器位于所述容置腔的周缘，并且，

所述本体于所述光源的光传播方向及垂直所述光源的光传播方向分别设置有至少一个所述光探测器；

所述搅拌器的螺旋桨位于所述容置腔内，用于在所述容置腔装入所述待测物样时对该待测物样进行搅拌。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光源包括红外发光二极管和透镜，所述透镜设置于靠近所述容置腔，用于将所述红外发光二极管的光转化为平行光束。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，包括两个光探测器，其分别为第一光探测器和第二光探测器，所述第一光探测器设置于所述本体位于所述光源的光传播方向的平行位，所述第二光探测器设置于所述本体垂直于所述光源的光传播方向的垂直位。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述本体包括第一安装位至第三安装位，其中，所述第一安装位与所述第二安装位于同一直线，并且，所述第一安装位与所述第二安装位分别位于所述容置腔的两侧，所述第三安装位位于所述容置腔的垂直所述第一安装位与所述第二安装位连线的一侧。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述第一安装位与所述第二安装位的距离为L，其中，L等于所述容置腔的宽度。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述第三安装位距离所述第一安装位与所述第二安装位连线的距离为M，其中，M等于平行光的光路与所述第二光探测器的垂直距离。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述光源设置于所述第一安装位，所述第一光探测器设置于所述第二安装位，所述第二光探测器设置于所述第三安装位。

说明书全文

水质色度的测量装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及水质检测领域，特别是涉及水质色度的测量装置。

背景技术

[0002] 水质的色度是生活饮用水标准GB5749-2006中规定的水质指标中的重要参数，是保证水体健康和群众饮用水安全的一项关键指标。水质色度的检测具有十分重大的意义，而各种检测方法的有效性和具体实施的方便程度，无疑也是水质检测的关键。

[0003] 根据国标GB11903-89，水的颜色定义为改变透射可见光光谱的光学性质；水的表观颜色定义为由溶解物质及不溶解性悬浮物产生的颜色，用未经过滤或离心分离的原始样品测定；而水的真实颜色定义为仅由溶解物质产生的颜色，用经0.45微米滤膜过滤器过滤的样品测定；色度的标准单位是度，为每升溶液中含有2mg六水合氯化钴(II)和1mg铂(以六氯铂(IV)酸的形式)时产生的颜色为1度。

[0004] 目前，水质色度的测量，按照国标GB11903-89规定了两种水质色度的测定方法，一种是铂钴比色法，一种是稀释倍数法。前者适用于清洁水、轻度污染并略带黄色调的水，比较清洁的地面水、地下水和饮用水等；后者适用于污染较严重的地面水和工业废水。两种方法独立使用，一般没有可比性，并且当样品和标准溶液的颜色色调不一致时不适用。铂钴比色法采用氯铂酸钾和氯化钴配制颜色标准溶液，与被测样品进行目视比较，以测定样品的颜色强度即色度。而稀释倍数法将样品用光学纯水稀释，直至用目视比较后，与光学纯水相比刚好看不见颜色时的稀释倍数作为表达颜色的强度。各种关于水质色度测量的文献中，除了基于上述两种标准测定的方法之外，还有利用光谱仪进行光学透射测定的方法。

[0005] 然而，铂钴比色法对色度的测量需要用到昂贵的试剂，且试剂保存时间短，成本高；此外测量时间长，操作复杂不方便，目视比色存在较大主观误差的问题。稀释倍数法对色度的测量无需用到昂贵的试剂，成本低，但同样存在测量时间长，操作复杂不方便，目视比较也存在较大主观误差的问题。光谱仪测定法避免了主观误差，但代价是需要昂贵笨重的仪器。此外，上述方法均需要对水样进行澄清，以防止悬浮物引起的高浊度影响比色判断，达不到实时性的要求。实用新型内容

[0006] 基于此，有必要针对如何解决水样高浊度引起的非线性影响的问题，提供一种易操作、高精度、实时的水质色度的测量装置。

[0007] 一种水质色度的测量装置，包括：本体，以及设置于所述本体的光源、至少两个光探测器及搅拌器；

[0008] 所述本体具有容置腔，其用于收容待测物样；

[0009] 所述光源及各所述光探测器位于所述容置腔的周缘，并且，

[0010] 所述本体于所述光源的光传播方向及垂直所述光源的光传播方向分别设置有至少一个所述光探测器；

[0011] 所述搅拌器设置于所述容置腔内，用于在所述容置腔装入所述待测物样时对该待测物样进行搅拌。

[0012] 在其中一个实施例中，所述光源包括红外发光二极管和透镜，所述透镜设置于靠近所述容置腔，用于将所述红外发光二极管的光转化为平行光束。

[0013] 在其中一个实施例中，包括两个光探测器，其分别为第一光探测器和第二光探测器，所述第一光探测器设置于所述本体位于所述光源的光传播方向的平行位，所述第二光探测器设置于所述本体垂直于所述光源的光传播方向的垂直位。

[0014] 在其中一个实施例中，所述本体包括第一安装位至第三安装位，其中，所述第一安装位与所述第二安装位于同一直线，并且，所述第一安装位与所述第二安装位分别位于所述容置腔的两侧，所述第三安装位位于所述容置腔的垂直所述第一安装位与所述第二安装位连线的一侧。

[0015] 在其中一个实施例中，第一安装位与第二安装位的距离为L，其中，L等于所述容置腔的宽度。

[0016] 在其中一个实施例中，所述第三安装位距离所述第一安装位与所述第二安装位连线的距离为M，其中，M等于平行光的光路与所述第二光探测器的垂直距离。

[0017] 在其中一个实施例中，所述光源设置于所述第一安装位，所述第一光探测器设置于所述第二安装位，所述第二光探测器设置于所述第三安装位。

[0018] 在其中一个实施例中，所述搅拌器包括动力件及搅动件，所述动力件与所述搅拌件连接，用于为所述搅拌件提供转动力；所述动力件设置于所述本体，所述搅动件一端于所述动力件连接，另一端悬空于所述容置腔内。

[0019] 在其中一个实施例中，所述搅动件包括转钮和螺旋桨，所述螺旋桨包括若干桨叶，若干所述桨叶围绕所述转钮设置。

[0020] 上述水质色度的测量装置，通过利用透射光对散射光进行了水样中吸收系数的补偿，同时对散射光进行严格的90度角散射，提高了测量的精确度和易用度；同时，克服了水质色度测量中水样高浊度引起的非线性问题；并且，光路设计简单、整体结构紧凑，实用性强。

附图说明

[0021] 图1为本实用新型一实施例水质色度的测量流程示意图；

[0022] 图2为本实用新型一实施例水质色度的测量装置的结构示意图；

[0023] 图3为本实用新型又一实施例测量装置的结构示意图；

[0024] 图4为本实用新型又一实施例测量色度的流程示意图。

具体实施方式

[0025] 为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

[0026] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

[0027] 需要说明的是，待测物样指的是需要进行色度测量的物质，例如，该待测物样包括：待测水样、待测空气、待测半透明固体等。本实施例中，以该待测物样为待测水样，对本实用新型作进一步的阐述。

[0028] 请一并参阅图2和图3，其为本实用新型一实施例色度的测量装置的结构设计示意图和测量装置的结构示意图，色度的测量装置10包括：本体100，以及设置于本体100的光源110、至少两个光探测器130及搅拌器140。例如，两个光探测器130包括第一光探测器131和第二光探测器132。例如，光源110为红外发光LED管。例如，采用880nm波长的红外发光二极管。例如，采用恒定电流向红外发光二极管供电。例如，光源110包括红外发光二极管116和透镜117，例如，透镜117设置于靠近容置腔101，用于将红外发光二极管116的光转化为平行光束。例如，搅拌器140采用电机提供动力。

[0029] 例如，本体100具有容置腔101，其用于收容待测物样。本实施例中，待测物样为待测水样。例如，本体100的截面呈长方形，容置腔101开设于本体100内部，例如，容置腔101的截面呈长方形。例如，本体100开设有进水孔102，进水孔102连通容置腔101。例如，通过进水孔102向容置腔101输送待测水样以进行后续的测量。

[0030] 例如，光源110、第一光探测器131和第二光探测器132位于容置腔101的周缘，并且，本体100于光源110的光传播方向及垂直光源110的光传播方向分别设置有至少一个光探测器。

[0031] 例如，本体100包括第一安装位103、第二安装位104、第三安装位105和第四安装位106。例如，第一安装位103、第二安装位104、第三安装位105和第四安装位106连通容置腔
101。例如，第一安装位103与第二安装位104于同一直线。本实施例中，第一安装位103与第二安装位104位于同一水平线上。例如，第一安装位103与第二安装位104分别位于容置腔
101的两侧。例如，第三安装位105位于容置腔101的垂直第一安装位103与第二安装位104连线的一侧。例如，第四安装位106设置于第一安装位103与第三安装位105中间的本体100上。

[0032] 例如，第一安装位103与第二安装位104的距离为L，其中，L等于容置腔101的宽度。本实施例中，L的范围在1cm-5cm，以得透射的光程尽可能小，便于色度的测量计算。例如，第三安装位105距离第一安装位103与第二安装位104连线的距离为M，其中，M等于平行光的光路与第二光探测器132的垂直距离。本实施例中，M的范围在2cm-10cm，以使散射的光程尽可能的小，便于色度的测量计算。例如，光源110设置于第一安装位103。例如，第一光探测器
131设置于第二安装位104。例如，第二光探测器132设置于第三安装位105。如此，在容置腔
101的宽度确定时，第一安装位103与第二安装位104的距离为L也即确定，进而，光源110由第一安装位103向第二安装位104照射时，其透射光的光程也确定，即透射光的光程为L。同时，光源110由第一安装位103向第二安装位104照射时，向第三安装位105散射光的光程也确定，即散射光的光程为M。通过结合图1所述的测量方法，即可得出待测水样的色度。

[0033] 为了防止水分渗入红外发光LED管和接触光敏二极管的表面，例如，第一安装位103、第二安装位104和第三安装位105上均设置有防水透明层111，即通过防水透明层111阻止容置腔101内的待测水样流入第一安装位103、第二安装位104和第三安装位105，并且，由于防水透明层111可透光，保证了测量装置的正常工作。例如，防水透明层为防水透明塑料制成。例如，所述防水透明层111为封闭的塑料壳体，光源以及两只光敏二极管固定在封闭的塑料壳体中。例如，第一光探测器131设置于本体100位于光源110的光传播方向的平行位，即第二安装位104。例如，第二光探测器132设置于本体100垂直于光源110的光传播方向的垂直位，即第三安装位105。如此，在保证测量装置的正常工作的同时，避免水分渗入红外发光LED管和接触光敏二极管的表面，提高了测量工作的效率和测量装置的使用寿命。

[0034] 为了防止水分影响搅拌器的正常工作，例如，第四安装位106上设置有防水透明层111，即通过防水透明层111阻止容置腔101内的待测水样流入第四安装位106。例如，搅拌器的搅动件位于容置腔内，用于在容置腔装入待测物样时对该待测物样进行搅拌。

[0035] 例如，搅拌器140包括动力件141及搅动件142，动力件141与搅拌件142连接，用于为搅拌件142提供转动力。例如，动力件141设置于本体，搅动件142一端于动力件141连接，另一端悬空于容置腔内101。搅拌器140工作时，动力件141带动搅动件142旋转，搅动件142将容置腔101内的待测物样搅拌。如此，通过对待测物样进行搅拌，避免了待测物样中的悬浮物等悬浮在水中的固体物质沉淀，影响待测物样的浊度的正常测量。

[0036] 例如，搅动件142包括转钮143和螺旋桨144，螺旋桨144包括若干桨叶144a，若干桨叶144a围绕转钮143设置。例如，桨叶144a具有弧形面，该弧形面向远离转钮143的方向沿伸后，并向靠近的转钮143的方向迂回。如此，搅动件142工作时，桨叶144a对装入的待测物样进行搅拌时，桨叶144a还对待测物样向垂直桨叶144a的方向推进，以进一步地对待测物样进行搅拌。

[0037] 请参阅图1，其为本实用新型一实施例色度的测量方法的步骤流程示意图，色度的测量方法，包括如下步骤：

[0038] S11、采用平行光照射待测物样。例如，在采用平行光照射待测物样时，还获得平行光的入射光强。例如，入射光强为I0。

[0039] 例如，待测物样为待测水样。例如，将待测水样盛进透明容器，采用平行光在透明容器一侧照射待测水样。

[0040] 例如，获得平行光的步骤为：利用透镜，将光源的发散光转换为平行光。例如，光源包括LED灯。例如，在透明容器一侧设置一透镜，采用LED灯照射该透镜并通过调整LED灯与透镜的距离，得到经透镜后形成的平行光。例如，LED灯包括红外发光LED管，即红外发光二极管。

[0041] 为了减小待测物样对光强的吸收及保持光强为恒定值，例如，采用波长为880nm的电流恒定的红外发光LED管发出入射光，经过透镜转化为平行光，然后透过透明容器后进入待测水样中。如此，采用红外发光LED管可减小待测物样对光强的吸收，并且，采用恒定的电流可以保证红外发光LED管发出恒定光强的光，即发出的光的光强保持为常量，从而提高测量的精确性。

[0042] 例如，平行光照射待测物样时，平行光的光路与水平方向平行。

[0043] S12、接收步骤：在平行光传播方向及垂直平行光传播方向的预设位置，分别接收透射光和散射光的实测光强。

[0044] 例如，利用至少两个光探测器在平行光传播方向及垂直平行光传播方向的预设位置，分别接收透射光和散射光的实测光强。例如，利用两个光探测器，分别设置在平行光传播方向及垂直平行光传播方向的预设位置上，两个光探测器分别用于接收透射光和散射光的实测光强。

[0045] 例如，所述接收步骤具体为：打开平行光照射待测物样，在预设位置接收透射光和散射光的普通光强，然后，关闭平行光，在预设位置接收背景光强，最后，根据普通光强减去背景光强，从而获得实测光强。

[0046] 例如，打开平行光照射待测物样，即红外发光LED管上电工作，发出发散光，发散光经过透镜后转换为平行光，由平行光照射待测物样。例如，关闭平行光，即红外发光LED管断电停止发光，此时，环境中的光将照射待测水样并被光探测器感应接收。定义由环境中的光得到的光强为背景光强。可知，该背景光强影响浊度及色度的测试。因此，需要减去背景光强，从而获得实测光强。

[0047] 例如，将两个光探测器分别设置在透明容器的平行光传播方向的侧壁及垂直平行光传播方向的底端，以使得位于透明容器的侧壁的光探测器接收透射光的实测光强，位于透明容器的底端的光探测器接收散射光的实测光强。例如，透射光的实测光强为I1。例如，散射光的实测光强为I2。

[0048] 例如，光探测器为光敏二极管。例如，两只光敏二极管分别为第一光敏二极管和第二光敏二极管。例如，将待测水样盛进透明容器，将两个光敏二极管和红外发光LED管呈“品”字型或者呈倒“品”字型设置在透明容器的外侧壁上，并且，红外发光LED管与第一光敏二极管同一直线设置，即位于“品”字型底端的分别为红外发光LED管及第一光敏二极管，“品”字型顶端为第二光敏二极管，以使得红外发光LED管发出的平行光经过待测水样后的透射光可被光敏二极管接收。

[0049] 需要说明的是，所述预设位置是指根据两个光敏二极管和红外发光LED管的分布而确定的，当光敏二极管与红外发光LED管的距离发生变化时，所述预设位置相应改变。

[0050] S13、根据平行光传播方向的透射光的实测光强计算待测物样对光的衰减系数。需要说明的是，本实施例中的计算是基于朗伯比尔定律，并在朗伯比尔定律的基础上采用透射光补偿的方法，克服传统测量方法的色度吸收和高浊度引起的非线性影响。

[0051] 例如，透射光的实测光强I1的计算公式为：I1＝I0 e-KTL，其中，K为水样的吸收系数，T为浊度，即本实施例中要测量的对象，L为透射光路的光程。该计算待测物样对光的衰减系数的公式为：由于当透射光路的光程L较小时，上式可以近似为：I1＝I0(1-KTL)，即可得出衰减系数(1-KTL)。本实施例中，设计透射光路的光程L为较小的光程，其中一个实施例中，L等于所述容置腔的宽度，又如，L的范围在1cm-5cm。

[0052] 例如，散射光的实测光强I2的计算公式为：由于透射光的实测光强I1是随着入射光强I0近似线性变化的，所以上式近似为：I2＝(1-KTM)K2I0TL，其中，M为散射光路的光程，dx为透射光路上的一个微元散射光强，K2为散射系数，例如，M的范围在2cm-10cm。本实施例中，设计透射光路的光程L小于散射光路的光程M，如此，衰减系数近似为(1-KTM)。

[0053] S14、根据衰减系数、及垂直平行光传播方向的散射光的实测光强，计算得出补偿光强，并由补偿光强计算获得待测物样的浊度。

[0054] 例如，两只光敏二极管将光强信号转换为电压信号，两路信号输入各自的放大电路和ADC转换之后输出到中央处理器，由软件对散射光强和透射光强进行计算，得出补偿之后的浊度值。

[0055] 例如，补偿光强的计算方式为：该补偿光强的计算公式来源于：I1＝I0(1-KTL)结合得到将
代入I2＝(1-KTM)K2I0TL，即得

[0056] S15、基于衰减系数及浊度，计算得出待测物样的色度。

[0057] 例如，由步骤S14可知：且，由步骤S13可知：则，由：可得出：得出待测物样的
色度与透射光的实测光强I1和散射光的实测光强I2，成线性关系，通过测量并加以标定，即可以得到色度的值。

[0058] 请一并参阅图1和图2，现以一个具体的计算过程为例，对本实用新型作进一步的阐述：

[0059] 例如，在平行光传播方向上，平行光由红外发光LED管到第一光敏二极管的透射光路的光程为L。例如，在垂直平行光传播方向上，第二光敏二极管距离红外发光LED管与第一光敏二极管连线的散射光路的光程为M。

[0060] 例如，入射光强为I0，透射衰减的透射光的实测光强I1由第一光敏二极管接收，则有：

[0061] I1＝I0 e-KTL (1)

[0062] 其中K为水样的吸收系数，T为浊度，L为透射光路的光程。在本实施中，L设计为较小的尺度，以保证KTL为一个较小的数值，于是上式可近似为：

[0063] I1＝I0(1-KTL) (2)

[0064] 上式保证了在使用量程内，透射光的实测光强I1是随着入射光强I0近似线性变化的。

[0065] 散射光的实测光强为I2由下式得出：

[0066]

[0067] 其中，M为散射光路的光程，M>L，由于本实用新型中M很小，所以衰减系数近似为(1-KTM)，积分过程中略去了高次项。上式被积函数为透射光路上的一个微元dx的散射光强，积分后得到整个透射光程的散射光强，经过散射光程的衰减后到达第二光敏二极管。K2为散射系数。

[0068] 从(3)式可以看到，由于KTM的衰减系数的存在，I2和T的线性关系并不成立。传统的散射法中，没有考虑到或忽略了KTM对散射光的影响，所以容易受到吸收系数K高(色度高)或浊度T高的影响。本实用新型中利用透射光强I1，补偿KTM衰减，消除吸收系数的影响，即可得到与浊度成比例的接收光强。

[0069] 由(2)式，得到：

[0070]

[0071] 将(4)式代入(3)式，即可得到：

[0072]

[0073] 式中，I′2为补偿过后的散射接收光强，即补偿光强，其与浊度T成线性关系，可用来精确标定浊度T，例如，定义为K2I0L标定系数，即可由补偿光强除以标定系数得出浊度T。

[0074] 从(5)式可以得到浊度T的关系式：

[0075]

[0076] 此外由(2)式可以得到色度K的表达式：

[0077]

[0078] 将(6)式代入(7)式得到：

[0079]

[0080] 从(8)式可以看到，色度K和形成了线性关系，通过测量并加以标定，可以得到色度的值。

[0081] 如此，本实施例中使用了90度散射光和透射光两个光路，利用90度散射光采集浊度参数，同时利用透射光的强度估算水样对入射光的衰减程度，根据此衰减度，对散射光程采集到的浊度参数进行补偿，以抵消水样高浊度引起的不利的非线性影响；克服了水质色度测量中传统方法的测量时间长、主观误差大的问题。

[0082] 请参阅图4，其为图1所示实施例测量浊度的流程示意图，结合图1和图2，在开始一个测量浊度过程时，首先L和M是确定的；然后，打开红外发光LED管，在透射光路测量平行光的光强；关闭红外发光LED，测量散射和透射光路的背景光强；打开红外发光LED管，测量散射和透射光路的接收光强；关闭红外发光LED管，由散射和透射光路的接收光强减去背景光强得到实测光强I1和I2；根据公式(4)：计算KTM；根据公式(5)计算补偿光强I′2，由补偿光强I′2除以标定系数(K2I0L)算出浊度T；最后，计算(I0-I1)/I2，通过测量(I0-I1)/I2并加以标定，即得到色度K的值，从而结束测量。

[0083] 本实用新型的有益效果为：

[0084] (1)色度测量更准确，利用透射光对散射光进行了水样中浊度的补偿。

[0085] (2)结构简单，成本低廉，本测量方法不需要复杂的光路设计和结构设计，即可得到准确的色度值，方便设计和生产。

[0086] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0087] 以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

标题	发布/更新时间	阅读量
色度计-专利编号CN1250946C	2020-05-12	882
色度计-专利编号CN109477761A	2020-05-11	690
高色度薄片-专利编号CN107544106A	2020-05-13	755
色度计-专利编号CN109416282A	2020-05-11	292
色度计-专利编号CN1379856A	2020-05-12	117
色度浊度仪-专利编号CN85104177A	2020-05-13	781
色度计-专利编号CN1589393A	2020-05-11	218
色度计-专利编号CN100437056C	2020-05-11	748
色度摩擦仪-专利编号CN104020103B	2020-05-12	472
色度摩擦仪-专利编号CN104020103A	2020-05-13	965

水质色度的测量装置

水质色度的测量装置

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