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1、,光学瓦斯检测仪的使用及维护 新集煤矿 二0一七年一月,一、光干涉瓦斯仪发展简史,一百多年前（1856），法国人雅明（Jamin）利用布留斯特干涉条纹制成干涉仪；即有名的雅明干涉仪。 1927年日本东京理化大学土井先生将雅明干涉仪加以改进，在保持同样精度的情况下，体积缩小一半，而且更易于调整，更适合于携带。,此后，日本理工化学研究厅（简称：理研）根据土井的改进制造携带型干涉仪，1951、1952年分别研制成功了理研17、18型，后又陆续研制出理研21、28型。 1953年中国科学院仪器馆仿制成功理研10L型瓦斯检定器，顺煤矿安全仪器厂于1966年正式投入生产。 由于这种瓦斯检定器性能稳定，精确
2、度高，坚固耐用，因而得到了广泛的应用，我国煤矿普遍采用这种仪器。,一、光干涉瓦斯仪发展简史,二、用途,本仪器应用光波干涉原理，能够迅速而准确的测定矿井中的沼气（甲烷）、二氧化碳等有毒有害气体浓度。同时也应用到其它工业部门。如铁矿、油井等。,三、仪器的主要技术数据,1、测量范围 010% 0100% 2、测小数范围 01% 3、分划板刻度：,0 2 4 6 8 10,三、仪器的主要技术数据,作整数读数时： 1% 作小数读数时： 0.02% 4、电源： 1.5V（伏）（1号干电池1节） 5、照明灯泡： 1.35V（扁球头） 6、外形尺寸： 1909038 mm 7、重量 1.6 Kg,四、光学瓦斯
3、检定器的工作原理, 光波的产生 光是以波的形式从光源向四面传播的，光波和水波相似，只是光波用眼睛看不见，凸起的部份叫波峰，凹下去的部分叫波谷。波峰间的距离叫波长（入），不同颜色的光线其波长不同。光线可分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色。光有各种特性，光的干涉就是其特性之一。 （二）光波的干涉 所谓光的干涉，就是波长相同的两波相互产生波峰增长，或者抵消的现象。如图示：,（一）光波的产生,（二）光波的干涉,1、相消干涉,2、相长干涉,两波相消的叫相消干涉，两波相加的叫相长干涉。相消干涉及使光线亮度降低变暗，相长干涉使亮度提高。,光学瓦斯检定器就是根据这个道理制成的。 在一定的温度和压力下，用光学瓦
4、斯检定管来测量矿井空气中的甲烷含量，其光学原理如图示：,（三）仪器的原理,6,3,5,4,7,8,9,10,11,12,由光源发出的光经过聚光镜后，聚成一束光到达平面镜，在平面镜的O点分成两部分，第一束光就是从平面镜反射出来的，第二束光是从平面镜折射出来的。第一束光穿过气室的侧壁，由折光棱镜将其折回，它穿过另一侧的小气室以回到平面镜，折射入平面镜的后表面，反射到平面镜的“O”点，穿出平面镜后向反射棱镜前进，再经偏折后，进入望远镜。 第二束光线射入平面镜后，在其前表面反射，然后通过气室的中央小室 回到平面镜上的“O”点与第一束光会合产生干涉现象后一同进入望 远系统。两束光在物镜的焦平面上显现出白
5、 光特有的干涉现象，干涉条纹中央为白色条纹， 两边为彩色条纹。,当各气室内充进相同的气体时，两束光波所经过的光程相同（光程=光线所通过的路程与光所通过的物质的折射率的乘积）如果 在一束光的光程中改变气体的化学成份，或改变温度、压力等时，因折射率发生变化，所以光程也随之变化，干涉产生的条纹也发生移动。根据条纹移动的距离，可以确定折射率发生变化的程度。甲烷的浓度与条纹移动距离成正比。,五、仪器的构造,主要由以下11个部分组成： 1、照明装置组 2、聚光镜组 3、平面镜组 4、折光棱镜组 5、反射棱镜组 6、物镜组 7、测微组 8、目镜组 9、吸收管组 10、气室组 11、按钮组,1、光学系统 （光
6、源、聚光镜） 光源：采用1.35V、0.3A的白光小灯泡。内部反光层是白色的，这个小灯泡与干涉条纹有很大关系，不得任意更换。 聚光镜：用来汇聚光源发出的灯光，使之增强亮度，在灯泡前装有0.5毫米细缝的光屏，能挡去多余的光。使干涉条纹更加清淅。,2、干涉系统 平面镜组：该镜组是仪器的心脏组件，镜片用质量良好的光学玻璃组成，镜片后边镀银和铝，形成反射膜，平面镜的平行度要求极严格。将直接影响干涉条纹清晰度。 折光棱组：是干涉系统的重要组件，由光源来的光投射到平面镜上，分成两列光，这两列光分别经过空气室和气样室，射到折光棱镜上，然后经过两次90度反射，又将两列光线平行地射回平面镜。,3、测定部份 反射
7、棱镜：该棱镜的作用是将光线作90度转向。通过螺杆调节，可使干涉条纹移动，调节支板可以寻找干涉视场的范围。 气室：气室是测定气体的主要组件，其长度为120mm，共分三路，两侧为空气室，中间为气样室。各室上侧有弯管如图示：管1接盘形管组，管3与管4相通。管2和管5分别与气样的出口和进口相接，管6是装封闭堵头用的。各气室管路必须畅通无阻。以免影响测定结果的准确性。气室两端用平行玻璃胶合封闭。,气室组 气室的长度因仪器型号不同而异，气室越长仪器的精度越高，但测定的范围也越来越小，反之精度低，测定范围大。 物镜：它是由双凸透镜和凹透镜用透明树脂胶合而成的。要想收到质量好的图像，在镜片上不能有明显的划痕、
8、气泡、砂眼、麻点以及脱胶等现象。,分度板：其表面光洁度要求为1级，有效范围为1.60.4毫米的长方框，在010%的范围内共有21道刻线，干涉条纹经物镜成像，在分划板上显示出来。 目镜：它主要起放大作用，便于观测，可以通过保护玻璃座旋转来调节视力，直至分度线看清为止。,4、气路系统： 空气室的入口和出口分别装有盘形管和封闭堵头，如图示：盘形管的作用是自动平衡气压变化（使空气室和大气沟通，保持和气样室有相同的压力），并能减少瓦斯扩散的影响，气样室和吸收管连接，吸收管里装钠石灰。 干燥剂管一般是矿井水蒸气较大时采用（即空气湿度大）。管内装氯化钙。把水蒸气吸收掉，以保证测量的准确性。如果二氧化碳成分较
9、大，用吸收管（辅助吸收管）不能完全吸收，影响准确测定时，干燥剂管里也可装钠石灰。,5、电路系统 仪器电路系统如图示，它是由电池E、灯泡S1、S2和开关K1、K2组成的，通过开关控制干涉系统的光源和测微组照明的光源，开关装在仪器外面，并保证接触良好，不应有忽明忽暗现象。 电路系统图,六、使用方法,1、目镜,2、微动手轮,3、粗动手轮,4、护盖,5、目镜灯开关,6、微动刻度盘灯开关,7、微动刻度盘,（一）部 件 名 称,（二）、使用前的准备工作,1.对药品效能进行检查 可从外观来判断药品是否失效：,氯化钙,正常：白色立方晶体，35毫米,失效：浆糊固体状,（1）,（2）,硅 胶,正常：深蓝色且光滑，
10、 23毫米,失效：粉红色,严重失效：粉白色且不光滑,（3）,钠石灰,正常：粉红色颗粒， 35毫米,失效：粉白色,吸收管内的硅胶或氯化钙和钠石灰， 如果变质或失效就会降低吸收能力， 影响测定的准确性。 药品颗粒的大小以3mm5mm为宜， 太小则粉末太多，容易进入气室，太大则药品不能充分发挥吸收能力。 吸收管内的三块隔片就是为了气体和药品表面充分接触而设置的。,2.对各部分进行气密检查,（1）检查吸气球。,一手捏扁吸气球，一手压住橡皮管，看吸气球是否膨胀 或者复圆。,（2）检查仪器其它部分。,取下进气孔皮管， 然后捏扁吸气球，再堵 住进气孔，看吸气球是 否膨胀。,（3）检查气路系统 是否畅通。,放
11、开进气孔，用手 捏扁吸气球，放开吸气 球马上膨胀说明正常。,3.对电路部分进行检查,线路短路,电源短路,（1）正常情况,分别先后按下光 源电门和微读数电门 ，若光源灯泡和微读 数灯泡亮则正常。,（2）故障情况,断路,连电,短路,4.检查干涉条纹是否清晰,把电池装入仪器，按下按钮，由目镜观察，旋转保护玻璃框，调整视度达到数字最清晰为止。,5、清洗气室,在新鲜风流中清洗气室：用手按捏气球（5-10次）。,（1）新鲜空气： 空气未受污染的巷道，一般在井底车场 或矿井总进风巷。 （2）距被测地点温差不超过10： 这种仪器对温度的变化比较敏感，温度 变化，会引起零的条纹移动（现场称为“跑 正”或“跑负”
12、）,6.干涉条纹的零位调整,按下微读数电门，旋转微调螺旋，观看微读数观察窗，使微读数盘的零位刻度与指标线重合； 旋下主调螺旋盖，再按下光源电门，调动主调螺旋，同时观看目镜， 在干涉条纹中选定一 条黑基线与分划的零 位刻度线相重合， 并记住这条黑基线； 然后，一边观看目 镜一边盖好主调螺旋 盖。,7、发生零位漂移（俗称跑正、跑负）的处理 仪器换气对零后到达工作地点等待1015 分钟，取样前观察仪器,“跑正”仪器对零的的黑基线移到零刻度线右边处理：,一种方法：重新换气对零； 二种方法：转动微动螺旋使对零的黑基线对准分划板上左边较小的整数刻度线，读出微读数窗内的数值加上该整数即为仪器“跑正”数值，取
13、样读数后减去“跑正”数值即为该测点的真实测定结果。, “跑负”仪器对零的黑基线移到零刻度 线左边处理：,一种方法：是重新换气对零； 二种方法：以第二条黑基线作为测定和读数的基准线，将第二条黑基线退到分划板上左边较小的整数刻度线上，读出微读数窗内的数值，加上第二条黑基线对准的分划板上的整数，并以此数为“跑负”的基准数，记住此基准数，在取样后，以第二条黑基线为基准线读出结果，减去“跑负”后基准数所得之差，即为该测定点的真实测定结果。,（三）、进行测定,1、巷道风流的划分,巷道风流距巷道顶底板及两帮一 定距离的巷道空间内的风流,（1）有支架的巷道,（2）无支架的巷道或用锚喷、砌碹支护的巷道,距支架和
14、巷底各为50mm的巷道空间内的风流；,距巷道顶、帮、底各为200mm的巷道空间内的风流。,2、测定瓦斯浓度,（1）取样：将连 接在二氧化碳吸收管进气 口的胶皮管伸向巷道风流 的上部，挤压气球510 次，将待测气体吸入瓦斯 室 （2）读数：按下光 源电门，观察所选定的黑 基线，顺时针方向转动微调螺旋，从微读数盘上读出小数位 ，加上前面的整数，即为瓦斯百分比浓度 连续测定三次，取其平均值，即为该测点的瓦斯浓度。,（3）注意事项：挤压次数主要由橡皮管的长度决定，橡皮管越长，挤压次数越多，以仪器的瓦斯室中气体完全被置换为目的。 举例 ：条纹移动到之间然后转动测徽手轮，把对零位时所选用的那条条纹移动到的
15、刻度线上，然后按下按钮（），读出刻度盘上的读数，如果在0.240.26之间，可读为0.25，这时所测定的结果为30.253.25。 测定后，应把刻度盘退转到零位。,采气样,调微动手轮,目镜内光谱,0 2 4 6 8 10,微动刻度盘,3.二氧化碳含量的测定,（1）测定二氧化碳应 在巷道风流的下部进行。 首先用仪器测出该处的 瓦斯浓度。 （2）然后去掉二氧化 碳吸收管，测出该处的 瓦斯与二氧化碳混合气体的浓度。 （3）混合气体浓度减去同一测点瓦斯浓度，再乘以0.955的校正即为待测位置的二氧化碳浓度。 连续测定3次，取其平均值,（4）0.955系数解释 在二氧化碳含量大的矿井里（没有甲烷），用该仪器测定二氧化碳浓度时，吸收剂不用钠石灰，只用硅胶或氯化钙吸收水蒸汽。其实际浓度应为所读得的数据乘以0.955。这是由于仪器出厂时的校正结果适合于甲烷含量的测定，因此用于测定其它气体时，仪器所示读数并不是被测气体的实际浓度，必须进行换算。 公式： 二氧化碳含量 （混合气体浓度瓦斯浓度） 0.955,4、掘进工作面瓦斯检查操作,（1）、检查局部通风机有无循环风 站在局部通风机的风筒一侧（距局部通风机吸风口35m处）,（2）、掘进工作面瓦斯检查地点 局部通风机及其开关附近10m； 掘进工作面风流（风筒出风口至碛头）； 掘进工作面回风巷风流（若回风巷道超过100m，每隔100m设一
