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光学瓦斯检定仪器的校准与校正

编辑:金沙官网        发布日期:2018-09-15        点击量:619


    光学瓦斯检定器应用(application)光的干涉原理(Maxim),测定煤矿中的瓦斯、二氧化(oxidation)碳(C)等有害气体的浓度。仪器校准校准指校对机器、仪器等使准确。在规定条件下,为确定测量仪器或测量系统所指示的量值,或实物量具或参考物质所代表的量值,与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。目前,在我国煤炭工业中,这种仪器(appliance)得到相当广泛(extensive)的应用,而且使用数量还不断增加,对保障(assure)煤矿安全生产(Produce)起着显著的作用(role)。
    为了保证煤矿的安全生产,对煤矿中的瓦斯等有害气体的浓度的测定必须保持经常的准确性。因此,仪器在使用一个时期后,必须进行定期的进行仪器校准与仪器校正。

 一、仪器原理
    目前,我国各煤矿使用的光学瓦斯检定器类型很多,其中以“理研”18型居多。尽管型式不同,却都基于下述原理。
 
    由光源1发出的光,经过聚光镜2增强了亮度后到达平面镜3,并在0点分为两部分:一部分反射,一部分折射。第I部分光束穿过气室5的侧室(空气室),由直角三棱镜6将其折回,穿过另侧的小室后又回到平面镜3,折射人平面镜后在其后表面(全镀银或铝)反射,于0'点穿出平面镜向反射三棱镜7前进,经偏折后进入望远镜8。第I部分光束折射人平面镜后在其后表面反射,然后穿过气室中央小室(瓦斯室),由直角三棱镜s将其折回到平面镜3,于0'产点反射后与第一部分光束一同进人望远镜。两束光在望远镜物镜的焦平面上产生白光特有的干涉现象。干涉花样中央为白纹(它的两边各有一条黑纹),其两旁为彩纹。眼睛通过目镜进行观测。
    当气室的瓦斯室与空气室充有相同的气体时,两束光所经光程相同。如在一支光路中改变气体的化学成份或温度(temperature)、压力(pressure)等,则因折射率起了变化,光程也就随之变化,所看到的干涉条纹便也移动。借条纹移动的大小,可测知气体折射率变化的程度。如使两室的温度、压力相同,若被测气体的化学成份已知(即其折射率已知),则可作定量的分析。这就是该仪器所根据的原理。
    如果两室中气体的化学成份相同(如均为空气),但改变了其中一室(如中央小室—瓦斯室)的压力,则该室中的气体密度(单位:g/cm3或kg/m3)也必随之发生相应的变化。由于不同密度的气体其折射率不同(成正比),就同样形成两束光的光程差,引起干涉条纹的位移。
    在某一温度和大气压力下,可求得被测气体任一浓度所对应的折射率改变值。在同一温度下,可求得空气因压力改变而引起折射率改变值。根据此二者关系,可得某一大气压力下(指测量地点的气压)被测气体任一浓度与气室压力改变量间之关系。此即本文所要先容的光学瓦斯检定器的压力校准法所根据的原理。
 

 二、压力校准法
    由于光学瓦斯检定器测量程差的变化并非采用光学补偿法,而是在瓦斯进人瓦斯室后,程差发生变化引起干涉条纹移动,根据视场内的分划板和测微读数鼓读得所测气体的浓度。因此,干涉条纹的宽度必须符合分划板的标示,否则测量结果将不能代表真实的瓦斯含量。当然,如采用光学补偿法,则不受条纹宽窄的影响。由此可见,该仪器的测量准确性的校正,实质上就是条纹宽度的校正。
    条纹宽度的校正可以先用肉眼观察判断条纹宽度,进行初步定度,然后再用水柱压力计(以下简称水柱计)进行检验。由于用配气法检验时,高纯度沼气不易获得,并且稀释时要把沼气和空气充分均匀(jūn yún)地混合,在操作(operate)上也有一定困难(difficult)。同时还需要用“雷莱”  (Rayleigh)干涉仪这样高精度(精确度)的仪器进行比较检验。因此,一般都没有采用配气法。
事实(Fact)上,用配气法检验所得结果反不及用水柱压力法稳定(说明:稳固安定;没有变动)。由以下计算(calculate )分析可知,用水柱压力法检验已经达到足够的精度,而且比配气法的设备(shèbèi)简单,操作方便。
 

 三、关于测量结果的修正
    前面已经说明:由于测量地点气压、温度及校准地点的温度的不同,则对应于某一欲校准的沼气浓度x%,校准时加于瓦斯室的压力(水柱高度)亦应该是不同的。显然,这不但将给校准带来极大麻烦,而且这样校准后的仪器也并不是处处适用的,因为它也仅仅是对于某一状态是正确的。实际上,仪器校准是假定仪器在某一状态下(假定在标准状态下)使用而进行的,而当实际状态与假定状态有差别时,则对测量结果进行修正。当然,这种修正只在比较精确的测量场合使用。而在一般的测量场合,这种修正是没有必要的。
 

 四、关于校准地点的气压
    为了进一步说明问题,用下面的实验来证明。
     
 (1)装置
    一般,某一校正地点的气压变化是不大的。这样,即使气压的变化会造成仪器的误差,也可能(maybe)不足以引起仪器示值的明显变化,往往被读数误差等因素所掩盖。为了得到较大的气压变化条件,做了两个2米高度的水柱计。
    在仪器的瓦斯室与空气室上加上同一高度的水柱压力(1200~1400毫米水柱),这相当于环境(environment)气压提高了100毫米水银柱左右。然后,在该基础上再对瓦斯室加压,以造成两室的压力差。以该压差值巡查仪器读数,并与常压下仪器的校准读数相比较,以确定之。
    试验时所采用的装置如图2所示。
 
     
 (2)试验数据(data)及结果
    由下表所示数据可看出,试验结果是与理论上的认识相一致的。即环境气压的变化不致引起校准的误差。大家可以看到,当高气压时的读数是与常压下的读数很接近的,其间的差别可认为是读数误差及仪器零位的不稳定所致。


 五、关于水柱压力计
    光学瓦斯检定器的校准使用水柱压力计  (瓦斯检定器校正(词义:校对改正)仪)进行。仪器校准将量测仪器或标准件加以测试与调整以了解其准确度之行为,称为仪器校验。校准可能包括以下步骤:检验、矫正、报告、或透过调整来消除被比较的测量装置在准确度方面的任何偏差。
    
    在使用前,应将玻璃(Glass)管内水柱面与标尺零位对准。仪器校准将量测仪器或标准件加以测试与调整以了解其准确度之行为,称为仪器校验。校准可能包括以下步骤:检验、矫正、报告、或透过调整来消除被比较的测量装置在准确度方面的任何偏差。
    校准时,利用“加压装置”使水柱上升到所需高度,并读出仪器内指示的浓度(concentration)值  (当水柱不下降(descend),干涉条纹稳定时再行读数),如此反复校准几次。如果仪器读数在表7所示规定的允许误差范围(fàn wéi)内,则认为仪器是合格的,否则要重行检修调整。
    从这种水柱压力(pressure)计的结构可以看出:随着水柱的上升,杯槽水面将逐渐下降,使所产生的实际压差值与标尺上标示的有所差别,从而产生了误差。但是在采用适当的杯槽内径与玻璃管内径之比例后,这种误差完全可忽略不计。
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