光干涉式甲烷測定器的檢定原理及維護應(yīng)用技術(shù)分析

朱鳳陽

摘 要：闡述了光干涉式甲烷測定器的檢定原理，并分析了其維護應(yīng)用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：測定器；檢定原理；折射率；光程

中圖分類號：TH83 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.155

1 光干涉式甲烷測定器的檢定原理

光干涉式甲烷測定器的檢定采用壓力法。被測環(huán)境中沒有甲烷氣體時，測定器的甲烷室和空氣室均充入的是空氣，折射率與光程相同，測定器的干涉條紋不產(chǎn)生移動；當(dāng)被測環(huán)境中有甲烷氣體時，甲烷室的氣體成分會變化，折射率和光程也隨之變化，導(dǎo)致干涉條紋發(fā)生移動。干涉條紋的移動量與甲烷的體積分?jǐn)?shù)成一定比例，測得該移動量后，便可測量出空氣中甲烷的體積分?jǐn)?shù)。當(dāng)甲烷室和空氣室充入的為空氣，并改變甲烷室的壓力時，甲烷室的氣體折射率和光程會隨之變化，干涉條紋也會移動。干涉條紋的移動量與施加于甲烷室的壓力成比例。在一定的溫度條件下，引起相同干涉條紋移動量的甲烷的體積分?jǐn)?shù)與壓力的對應(yīng)關(guān)系式為：

. （1）

式（1）中：X為對應(yīng)壓力P的甲烷的體積分?jǐn)?shù)，%CH4 ；P為在環(huán)境溫度為t時，對應(yīng)測定器甲烷的體積分?jǐn)?shù)x%CH點的壓力值，Pa；t為環(huán)境溫度，℃。

檢定測定器時，采用標(biāo)準(zhǔn)壓力計測量施加于測定器甲烷室的壓力，由式（1）換算出對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)甲烷的體積分?jǐn)?shù)與被檢測測定器的示值進行比較。

2 維護應(yīng)用技術(shù)分析

光干涉式甲烷測定器是由光、電和氣路三個系統(tǒng)組成的技術(shù)性較強的測量儀器。對于儀器的維護而言，與故障的發(fā)現(xiàn)和排除具有一定的因果關(guān)系，從而科學(xué)、有效和快速地作出判斷。具體應(yīng)用技術(shù)分析如下。

2.1 光路的維護分析

第一步，光學(xué)組件的清理。測定器的各個光學(xué)組件用酒精棉球擦洗干凈，目鏡組要拆卸后才能清理干凈。如果目鏡組內(nèi)有氣泡、擦痕、膠痕或灰塵等，則會造成光譜不清晰，需要更換組件或徹底清洗。

第二步，光條紋的處理。將各光學(xué)組件穩(wěn)固后，如果目鏡組無光或光不清晰，則要找光或校正光條紋。先將氣室組卸掉，以便于找光，再將燈絲位置平行于聚光孔，使發(fā)出的光通過聚光鏡投射到平面鏡和折光棱鏡上。此時，用一張與折光棱鏡同樣大小的潔白硬紙條放在折光棱鏡上，使光束正對折光棱鏡的中央偏右位置，或調(diào)整燈泡使光束的中界點在折光棱鏡的豎向的中心位置，并定格在折光棱鏡右邊約1/3處，緊固燈泡座后螺栓，將白紙放在目鏡組視場處。光通過平面鏡、折光棱鏡、平面鏡、反光棱鏡和物鏡后，射到目鏡組視場中央。取走白紙后，如果光線左偏或右偏，則可撥動反光棱鏡調(diào)整；如果光線上偏或下偏，則可撥動粗動螺桿調(diào)節(jié)。干涉條紋要細(xì)、窄、黑和亮。燈泡表面有暈圈會引起條紋粗、暗、虛，應(yīng)及時更換。平面鏡和折光棱鏡的表面材料有瑕疵會造成條紋彎曲，確定后應(yīng)更換。

2.2 電路的維護分析

第一步，燈泡無響應(yīng)。先觀察電池有無存電、燈座斷裂、電路不通或燈泡燒毀、電線接頭過大或次頭產(chǎn)生短路。

第二步，燈泡閃爍。燈泡閃爍是因電路的電線焊接處不牢固、燈泡接觸處松動或觸點太短、電源正負(fù)極觸點開關(guān)有異物或被氧化、腐蝕等造成的，應(yīng)使用砂紙打磨氧化點、清理臟物，不可隨便更換不符合電池電路的燈泡和配件等，要與原測定器保持一致。

2.3 氣路的維護分析

第一步，整機氣路加氣壓后漏氣。包括進氣口有裂紋、干燥管開裂、皮塞不緊或老化、膠管接頭松動或有沙眼、氣室漏氣、出口管裂開、氣路不暢、膠管折壓或藥品堵塞。對于漏氣氣路，要按進氣順序逐步排查，以保證其氣密性。

第二步，氣室漏氣是因黏合平行玻璃和氣室的膠老化或涂抹不勻、氣室之間串氣引起的，應(yīng)將氣室包角螺釘拆除，清洗平面玻璃和清除氣室表面的黏膠后，將氣室一端放在300 W的電爐上加熱，黏膠熔化后，均勻地涂在氣室表面，裝上包角螺釘和氣室玻璃后，再放在電爐上加熱。當(dāng)黏膠熔化后，用隔熱毛巾垂直輕壓，使玻璃密封，加固包角螺釘后即可。

2.4 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度分析

第一步，在正常環(huán)境下，干涉條紋通過測微手輪轉(zhuǎn)動使刻度盤零點與指標(biāo)線對應(yīng)重合，并調(diào)整到條紋最清晰、數(shù)據(jù)最準(zhǔn)確的狀態(tài)。如果調(diào)整物鏡組不能使條紋和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，則要用墊錫箔紙在折光棱鏡底部寬處和窄處分別對應(yīng)條紋的窄處和寬處進行調(diào)整，并微調(diào)物鏡距離，直至數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，否則示值將產(chǎn)生誤差。

第二步，干涉條紋的移動量與測微手輪轉(zhuǎn)動的刻度不一致。測微玻璃彈簧片失靈、微玻璃轉(zhuǎn)動時，與刻度盤的轉(zhuǎn)動不一致將導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確。平面鏡和折射鏡的傾角過大或過小會使平面鏡的干涉區(qū)域過小，進而導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)。

第三步，氣室內(nèi)有水蒸氣會使折射率變小、條紋產(chǎn)生漂移和跑負(fù)，需在干燥管內(nèi)加入干燥劑以消除影響。當(dāng)盤形管氣路堵塞儀器的溫度升高、壓力增大、空氣室內(nèi)氣體折射率增大、甲烷室內(nèi)的氣體折射率與空氣室內(nèi)氣體折射率的差值減小、干涉條紋跑負(fù)時，應(yīng)清洗或更換盤形管。氣室內(nèi)串氣、漏氣會影響氣體折射率，其他部分漏氣均會使示值變小，進而產(chǎn)生誤差。

〔編輯：張思楠〕