光干涉甲烷测定器是一种高精度的测量气体浓度的光学仪器,在实际维修和使用中,我们把常见的问题归结为4大类。
一、跌落试验不合格
测定器跌落试验不合格,首先要参考实际检测时的情况,如实际检测时跌落示值误差忽大忽小,这时应检查测定器内部平面镜、反射棱镜与折射棱镜是否松动,如有松动,紧固好后再重新进行检测。
在做跌落实验时还有可能遇到跌落以后无法找到干涉条纹的情况。这时首先要检查光源是否被紧固。实际维修中,固定光源底座的螺丝必须紧固牢靠,如果底座松动,很容易造成干涉条纹消失,或者干涉条纹区域明暗度的变化。
二、气密性达不到要求
维修后的仪器在检定中经常遇到气密性不合格的情况,我们可以借助仪器检查是测定器的哪部分漏气。首先应对进气嘴与干燥管部位进行检查(有的测定器在机身的主体没有加装干燥管),在排除后再对气室气密性进行检查。气室的检查应先检查甲烷室。对于0~10%的测定器用胶皮管连接2个空气室,一个空气室另侧进气口用胶皮管和相邻的甲烷室进气口连接起来,另一个空气室进气口用堵头密封起来,最后剩下的甲烷室进气口可以用加压球等加压工具连接,连接如图1所示。对于0~100%的测定器,用胶皮管连接甲烷室和空气室,另侧的空气室用堵头密封上,另侧的甲烷室用加压球等工具连接起来,连接如图2所示。
<CTSM>图1</CTSM>
<CTSM>图2</CTSM>
甲烷室气密性检查完毕后,再进行气室整体气密性的检查,对于0~10%的测定器用胶皮管连接2个空气室,剩余的一个空气室另侧进气口用堵头密封上,另一个空气室进气口用胶皮管连接起来,最后剩下的甲烷室进气口一边用加压球等加压工具连接,另一边用堵头堵上,连接如图3所示。对于0~100%的测定器,用堵头堵上甲烷室和空气室一侧的进气口,另侧甲烷室进气口用加压球连接,另侧空气室进气口用胶皮管连接,连接如图4所示。
<CTSM>图3</CTSM>
<CTSM>图4</CTSM>
连接好的仪器检查甲烷室时,可以把气室整体放入水中,用加压球加压,能直观发现气密性情况;检查整体气密性时,把用胶皮管连接侧放入水中,气室整体不用放入水中,这时用加压球加压,如通过胶皮管有气泡溢出,则还需对气室进行气密性处理。
检查完上述情况后,最后对出气嘴部位进行气密性检测。
三、示值误差不合格
光干涉型甲烷测定器的干涉条纹宽度,即条纹与条纹的距离,由仪器气室长度和光源的性质决定,如果以甲烷浓度标定的刻度盘作为标尺量取两干涉条纹间的距离,其数值由式(1)计算:
式中:x——甲烷含量;nc——甲烷折射率;na——空气折射率;λ——可见光平均波长;L——气室长度。
通过式(1)能够看出,测定器的示值x超出允差范围,而其他参数没有发生变化时,应通过改变其自身形成干涉条纹的条件改变其大小。在保证条纹清晰的前提下,通过小范围调节物镜的距离能够改变干涉条纹之间的间距,使其示值误差在允许误差范围之内。如不能调节物镜,光干涉甲烷测定器形成干涉条纹并且示值大小合格时,平面镜底座的倾角为55′。那么可以改变平面镜座向后倾角的大小,比如示值过小,就对平面镜座后部进行打磨,使其倾角变大,示值误差合格;如示值过大,就对平面镜前部打磨,使其倾角变小,示值误差合格。在对平面镜打磨没有把握时,推荐在折射棱镜底部前、后相对应的位置加入极薄的纸片等物,同样可以达到改变示值大小的目的。
在实际检测中,还会遇到干涉条纹移动方向与检测要求方向相反的情况。这是因为当甲烷室内气体的折射率大于空气室气体的折射率,干涉条纹会向着分划板刻度线增加的方向偏移;当甲烷室内气体折射率小于空气室内气体的折射率时,干涉条纹会向着分划板刻度线减小的方向移动,从而造成示值的变化。
实践中当甲烷室内气体的折射率大于空气室内气体的折射率时,干涉条纹向着分划板刻度线减小的方向移动,这时应检查气室是否窜气,即甲烷室内气体窜入空气室中,之后检查气室各个进气口的连接,正确的连接方式如图5、图6所示。
<CTSM>图5</CTSM>
<CTSM>图6</CTSM>
平面镜座的倾斜方向对于干涉条纹的移动方向也有着重要作用。当平面镜座向后倾斜时,甲烷室内气体折射率大于空气室内气体折射率,干涉条纹向分划板刻度线增加的方向移动; 当平面镜座向前倾斜时,甲烷室内气体折射率大于空气室内气体折射率,干涉条纹向分划板刻度线减小的方向移动。
盘形管的检查也不能忽视。当盘形管漏气时,也会使干涉条纹的移动方向发生变化。如果以上几种处理方法均不能排除干涉条纹向相反方向移动的情况,应及时更换盘形管。
四、干涉条纹不清晰或存在整体或部分弯曲现象
在对测定器进行通电检查的过程中,在甲烷室气体折射率没有发生变化时,测定器的干涉条纹不够清晰明亮。首先,检查物镜的位置是否在最清楚的位置上;其次,作为光源的灯泡是否是残次品,如灯泡的玻璃表面不够平整光滑,有光晕或者凸凹的不平点,会对干涉条纹清晰度造成影响;再次,对平面镜的水银面检查,看是否有漏光现象;最后,对折射棱镜与反射棱镜的后表面仔细检查,矿井下的条件很差,当有水进入测定器内部时,会在棱镜后表面形成印痕,使干涉条纹不清晰。
干涉条纹有时整体会形成弧形,这是由于平面镜和折光棱镜表面光圈不良造成的。另外,平面镜、折光棱镜与反射棱镜由于自身材料有瑕疵,也会出现条纹的弯曲。还有的是由于气室平行玻璃局部平面度不好,或者材料不好形成的。出现整体弧形情况时应尽量更换光学元件,如没有合适的光学元件进行更换,那么就调校干涉条纹的光路,使其尽量避开元件存在瑕疵的部位。
若干涉条纹部分形成弧形,其原因大多是光学元件表面有划痕、污点、局部有破损,这类情况的处理应以调校光路为主,能处理的污点应处理,使光路通过不受影响。