光干涉式甲烷測定器的檢定原理及維護應用技術分析

朱鳳陽

摘 要：闡述了光干涉式甲烷測定器的檢定原理，并分析了其維護應用技術。

關鍵詞：測定器；檢定原理；折射率；光程

中圖分類號：TH83 文獻標識碼：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生移動；當被測環境中有甲烷氣體時，甲烷室的氣體成分會變化，折射率和光程也隨之變化，導致干涉條紋發生移動。干涉條紋的移動量與甲烷的體積分數成一定比例，測得該移動量后，便可測量出空氣中甲烷的體積分數。當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數與壓力的對應關系式為：

. （1）

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

檢定測定器時，采用標準壓力計測量施加于測定器甲烷室的壓力，由式（1）換算出對應的標準甲烷的體積分數與被檢測測定器的示值進行比較。

2 維護應用技術分析

光干涉式甲烷測定器是由光、電和氣路三個系統組成的技術性較強的測量儀器。對于儀器的維護而言，與故障的發現和排除具有一定的因果關系，從而科學、有效和快速地作出判斷。具體應用技術分析如下。

2.1 光路的維護分析

第一步，光學組件的清理。測定器的各個光學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。將各光學組件穩固后，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整；如果光線上偏或下偏，則可撥動粗動螺桿調節。干涉條紋要細、窄、黑和亮。燈泡表面有暈圈會引起條紋粗、暗、虛，應及時更換。平面鏡和折光棱鏡的表面材料有瑕疵會造成條紋彎曲，確定后應更換。

2.2 電路的維護分析

第一步，燈泡無響應。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、電源正負極觸點開關有異物或被氧化、腐蝕等造成的，應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 數據準確度分析

第一步，在正常環境下，干涉條紋通過測微手輪轉動使刻度盤零點與指標線對應重合，并調整到條紋最清晰、數據最準確的狀態。如果調整物鏡組不能使條紋和數據準確，則要用墊錫箔紙在折光棱鏡底部寬處和窄處分別對應條紋的窄處和寬處進行調整，并微調物鏡距離，直至數據準確，否則示值將產生誤差。

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

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

〔編輯：張思楠〕