光学瓦斯检测仪的使用方法

,光学瓦斯检测仪的使用及维护东江煤矿乔天昀二0一六年五月,.,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：,0246810,.,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：1909038mm7、重量1.6Kg,.,四、光学瓦斯检定器的工作原理,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、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，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”）,.,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,0246810,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设一个点检查）；掘进工作面爆破地点、电钻打眼地点20m内、发爆器附近20m范围内；,.,掘进工作面电动机及其开关附近20m范围内的巷道风流；掘进工作面及其回风巷高顶、冒落空洞；风速较低的巷道顶板附近。以上各测点数据取最大值作为测定结果和处理标准。,.,5、采煤工作面的瓦斯检查操作,（1）、采煤工作面风流范围的划定采煤工作面内距煤壁、顶（岩石、煤或假顶）、底（煤、岩石）各为200mm（小于1m厚的薄煤层采煤工作面距顶、底各为100mm）和以采空区的切顶线为界的采煤工作面空间内的风流（采用充填法管理顶板时，采空区一侧应以砂墩、套子内以取砂范围为界）。在采煤工作面回风上隅角以及一段未放顶的巷道空间（尾巷）至煤壁线的范围空间中的风流，都按采煤工作面风流处理。,.,（2）、采煤工作面瓦斯检查地点,距工作面煤壁线10m处的进风流中；采煤工作面的超前缺口；采煤工作面机巷尾巷；距机巷1/4斜长的采煤工作面内；距风巷1/4斜长的采煤工作面内；采煤工作面上隅角；距采煤工作面煤壁线10m处的回风流中；距采煤工作面煤壁线10m外的回风巷风流中；采煤工作面及其进回风巷电动机及开关附近20M范围的巷道风流；,.,切顶线以外（采空区侧）不少于1.2M范围内；1上工作面收着眼下口；2采用分段掩护密集采煤方法的采煤工作面掩护密集之间；3倒台阶工作面的阶檐；4爆破地点、电钻打眼地点附近20m范围内的风流；5低风速巷道顶部和顶板冒落空洞内。采煤工作面风流中的瓦斯与二氧化碳浓度的测定部位和方法与在巷道风流进行测定的部位和方法相同，但要取最大值作为测定结果和处理标准。,.,6、硐室测定瓦斯与二氧化碳,在硐室回风侧巷道风流中进行。除此之外，还必须检查主硐室、辅助硐室及各通道的高顶、低风速部位是否有瓦斯积聚。,.,7、矿井总回风巷、一翼回风巷或采区回风巷测定点,分别在其测风站内巷道风流中进行,.,8、密闭墙瓦斯与二氧化碳的测定,在距密闭墙和巷道壁四周各200mm的范围内测定。除此之外，还必须检查密闭墙漏风情况和与其积聚情况,.,七、处理巷道瓦斯积聚的操作,1、采掘工作面内局部瓦斯积聚附近20m内必须停止工作、撤除人员、切断电源，并报告矿调度室和通风调度室,2、高冒空洞内或低风速巷道顶板附近积聚瓦斯采用导风筒排放、导风板（帐）、充填置换、压风管道直吹等方法进行处理,.,3、上隅角、回风尾巷瓦斯积聚,采用导风板（帐）、水风扇、尾排等方法进行处理。,.,八、温度检查,1、空气温度测定点应符合的要求：（1）掘进工作面空气温度的测点，应选在距工作面迎头2m处的回风流中；（2）长壁式采煤工作面空气温度的测定点，应选在运输机道空间中央距回风道口15m处的风流中。采煤工作面串联通风时，应分别测定；（3）机电硐室空气温度的测点，应选在硐室回风道口的回风流中；（4）温度的测点不应靠近人体或发热、致冷设备，至少距离0.5m。,.,2、空气温度的测定时间,一般选在8：0016：00的时间内进行。,.,九、光干涉瓦斯测定器一般故障及其处理,1、干涉条纹的寻找与校正。寻找校正干涉条纹，在维修装校中较困难，其一般方法如下：引起干涉条纹消失的现象，一般多是由于光源系统的故障，如灯泡烧坏，线路损坏，灯泡位置移动，光屏移动和内部各光学零件变位等原因。因此寻找条纹之前，先检查下列部分：检查开关和线路是否正常；检查灯泡是否良好，其位置是否适当。,.,当各部分检查完好后，将光源接入电路中，使灯丝位置与光缆平等，而且要使灯泡发出的光恰好通过光缆，投射到平面镜上。此时用一张宽10mm，长50mm的洁白硬纸条放在平面镜前，对正通过窄缝投射来的光线，仔细检查这一列光线是否正对在平面镜面的右边。光的位置不能高于或低于镜面，否则应调整灯泡。然后把白纸条垂直放在气室右侧孔位置，检查从平面镜反射出来的光线是否刚好通过气室右侧孔，如果有偏斜可稍调节平面镜。再将白纸条移到折光棱镜前，检查光线是否正直。如果不正直，可移动光缆和灯泡的位置。,.,当光斑符合要求后，再将白纸条放在测微玻璃和目镜筒的中间。检查光线通过平面镜、反射棱镜、物镜等后是否投射到目镜视场中央。如果偏高或偏低，可以调节粗动螺杆；若光线向左右偏时，可左右拨动反射棱镜。然后将所找到的光束通过目镜来寻找条纹，如果还发现光束向上、下、左偏时，可以重复前面的方法调节之。,.,按上述方法找到了干涉条纹，但却模糊不清，可能是仪器上的光学零件被灰尘沾污或物镜的位置不对。因此调整条纹清晰度时，首先应检查光学零件是否清洁，否则必须擦洗。如果光学零件擦洗后仍发现条纹不清晰，可沿着光轴前后移动物镜，必要时也可调整其他光学零件和灯泡来达到最清晰的干涉条纹。光学零件擦洗方法一般是用小棒卷脱脂棉，浸少许酒精，擦试玻璃表面，再用洁白细软的净布或绸布擦亮，如遇有油脂，还可以用碳酸钙、乙醚作同样的擦洗。擦洗时应注意不要使酒精等浸入平面镜的镀膜面、物镜的胶合面和分划板的涂漆面，以免损坏。,.,为了保证仪器测量准确度，必须校正条纹的宽度。一般是采用垫锡箔于折光棱镜及平面镜底面或修挫该底面(锡箔层数不该超过两层，修锉的底面应保证平整、无毛刺)。后一方法能保证条纹宽度在较长时间内稳定，是比较好的。仪器的校正方法将在下面作专节介绍。干涉条纹移动，可用调整灯泡位置的方法，使它移向视场中央。此方法不能解决时，可以左右移动反射棱镜或稍微调整平面镜来修正。但当调整平面镜时应注意最后的条纹宽度不发生变化。,.,2、读数不准确。其原因可能有以下几个：第一，压测微玻璃的弹簧片失灵，使测微玻璃转动时与刻度盘的转动不一致，使读数不真实。这时可把弹簧片用手略向外弯开，增加其弹力，或更换弹簧片来解决。第二，测微玻璃座底面上和测微螺杆接触处因磨损而出现凹坑，影响到条纹移动时的均匀性，使读数不准。第三，平面镜和折光棱镜的倾角变化，使读数不准。,.,3、灯泡不亮或忽明忽暗，应对整个电路进行检查。电线的焊接部位不牢固，灯泡的旋接部分松动或尾部接触点太短，活动接触(电池、开关)部分进污物或生成氧化膜，仪器壳体的接触部分受腐蚀等都会引起导电不良。在检修时，不得擅自更换本产品中的电池和灯泡型号、规格、参数等，如须更换，必须与原型号、规格、参数及结构保持一致。,.,4、气室的检修。检修步骤如下：卸下两端平行玻璃板。第一，在拆卸前先用铅笔在其非工作面(侧面)做记号，以便安装时辩别平行玻璃板上的上下左右及正反面的原始位置。第二，拆除一端的包角及挡片。第三，把这一端放在电炉上或石棉铁丝网上(用酒精灯烘烤至粘合剂熔化)，注意防止玻璃和石棉或火焰直接接触。第四，从气室端面垂直方面上，用力取出玻璃。不允许从气室端面推下，以免玻璃表面损伤。第五，另一端的玻璃用同法取下。,.,检查气室金属部分(卸去平行玻璃板后)的气密性。其方法如下：做一专用夹具(图5)，在气室两端垫上橡皮后用夹具夹紧，使之不漏气，然后连接管3、4(参看图3)，堵住管l，在管6上加上0.05MPa(0.5arm)的压力。把气室连同夹具放入水中，并注意把2、5二管的管口放置于同一水平上。哪里冒泡就是哪里漏气。如果从2,5管子里冒泡，说明空气与气样室串气。同样可以检验气样室的气密性。发现漏气和串气的地方必须用锡焊牢，并应进行最后检验。检查气室是否有引起条纹不清晰的脱漆现象(主要是内表面)，露铜的地方要用黑漆涂补。,.,擦洗玻璃：可先后用碳酸钙、酒精、乙醚擦洗。擦完的玻璃应竖立在台上并保持其清洁。擦洗干净气室的两端面后烤热，并均匀地涂上一薄层粘合剂。认准两平行玻璃板原来的安置位置，垂直地把它安上，注意安放时应对准位置，不允许在安上后再去推动，以避免在平行玻璃板上通过光线的地方粘有粘合剂而