第二章 矿山救护检测仪器

1、第二章第二章 矿山救护检测仪器矿山救护检测仪器第一节第一节 光学瓦斯检定器光学瓦斯检定器 我国煤矿使用的光学瓦斯检定器型号很多，主要有抚顺安仪厂的AQG1型，西安煤矿仪表厂的GWJ1型以及日本的理研18型等等，其原理和结构基本相同，测量甲烷浓度范围为010%、0100%。一、仪器的用途一、仪器的用途n光学瓦斯检定器是一种高精度测量气体浓度的仪器，应用光干涉原理，可迅速而准确地测定煤矿中的甲烷、二氧化碳气体浓度。二、仪器的构造nAQG1型瓦斯检定器的构造如图11所示。它是由以下各部分组成：n1明装置组：是仪器产生干涉条纹的光源部分。电源为一节电池，灯泡额定电压为1.35V。n2.聚光镜组：将光源

2、会聚以增强其发光强度。图11 AQG1型瓦斯检定器构造 1照明装置组；2聚光镜组；3平面镜组； 4折光镜组； 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按纽组。n3、平面镜组：是产生光干涉的重要部件。通过聚光镜的光线以45交角射向平面镜，光线经过此镜后分为两束，以便得到所需的干涉条纹宽度。n4折光棱镜组：折光棱镜也是产生干涉的重要部件。它将光线进行两次90反射后折回平面镜。n5、反射棱镜组：作用是将光线偏转90度，并且当转动调零手轮时，能移动干涉条纹。在井下测定有害气体以前必须先调整好基数，在测量过程中，不得随便转动与调节螺杆连在一起的粗动手轮。n6物镜组：调节

3、物镜前后距离可改变干涉条在分划板上成象的清晰度。n7、测微组：当转动测微手轮时，产生光线的偏折，使干涉条纹移动。刻度盘一格相当于0.02%估读可达0.01%。当刻度盘转完全部50格时，干涉条纹在分划板上的移动量应为1%。n8、目镜组：用于观察干涉条纹，利用旋转保护玻璃框来调节视度，使看到的条纹及刻度线清晰明显。n9、吸收管组：长、短吸收管与接头组为一体。在短吸收管内装氯化钙或变色硅胶，用来吸收水蒸汽。在长吸收管内装钠石灰，用以吸收二氧化碳。在使用场合有较多的水蒸汽时，会引起氯化钙的潮湿而降低效能，因此应经常注意更换药品。n10气室组：气室是测定气体的主要部分，共分为三格，两侧的两格为空气室，中

4、间的一格为甲烷室。空气室与盘形管相连接，它起平衡气压作用。甲烷室通过弯管、连接管与气球相连通，另一侧弯管连接管与吸收管路通向测量端。对气室的要求是空气室和甲烷室不漏气、不串气，并且气路畅通。n11按钮组：仪器上有两个开关按钮，上面一个用来控制测微读数部分的照明电路。下面一个用来控制干涉系统的照明电路。为了避免从按钮处侵入煤尘，装有开关橡胶保护套，在使用时开关橡胶保护套不能取下。三、仪器的原理仪器的原理n仪器的光学系统如图12所示。由光源1发出的光经过聚光镜2后到达平面镜3，经前后两表面反射，在O点分为两部分，一部分光被表面反射；另一部分光被折射入平面镜又被全镀银的后表面反射。第部分光束穿过气室

5、5的侧室（空气室），折光棱镜6将其折回穿过另一侧室（空气室）后回到平面镜3，折射入平面镜在其后表面全反射，于O点穿出平面镜。第部分光束折射入平面镜后被后表面全反射然后穿过气室5的中央小室（甲烷室），经折光棱镜6将其折回，仍然通过中央小室（甲烷室）回到平面镜3的O点。在O点第部分光束与第部分光束会合，一同射入反射棱镜7被全反射入望远镜系统。由于两束光的光程不同（光程差），因而在望远镜系统中的物镜8的聚焦平面上产生了白光特有的干涉现象人眼通过目镜11可以看到有两条黑条纹和若干彩色条纹组成的光谱（干涉条纹）。当甲烷室与空气室都充满相同的气体（例如新鲜空气）时，干涉条纹位置不移动，但当甲烷抽进甲烷室时

6、，干涉条纹相对原位置移动一段距离。根据条纹移动距离大小，便可测出被测气体甲烷的浓度，甲烷的浓度与条纹移动距离成正比。图12 光学系统图1光源；2聚光镜；3平面镜；4平面玻璃；5气室；6折光棱镜；7反射棱镜；8物镜；9测微玻璃；10分划板；11目镜；12保护玻璃；四、光学瓦斯检定器的使用方法（一）使用前的准备工作n1、检查药品是否失效：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，将影响测定的准确性。药品颗粒的大小以35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使气体和药品表面充分接触而设置的。n2、气密性检查：用左手堵住仪器

7、的进气孔，右手捏挤吸气球，如果吸气球不在一分钟内膨胀还原，就证明仪器和吸气球都不漏气。n3、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，再看干涉条纹是否清晰，如不清晰，可将光源灯泡盖打开，稍微转动灯泡座，直到清晰为止。（光谱的第一条黑条纹对在“o”线上，第五条纹正在7%的数值上，表明光谱条纹适当，否则应调整光路系统）n4、清洗气室：使用前，必须用新鲜空气冲洗瓦斯室，但清洗地点与被测地区的温差不应超过10。因为不同温度的气体折射率是不同的，因此，对零地点和测量地点温度差太大，会引起测量误差；另外，这种仪器对于温度的变化比较敏感，温度变化，会

8、引起对好零的条纹移动（现场称为“跑正”或“跑负”）因此清洗气室一般在井底车场进行。n5、干涉条纹的零位调整（图13），如所上述在新鲜风流中捏放吸气球56次，清洗气室后，首先按上按钮转动测微手轮，使刻度盘的零位与指示线重合。然后按下按钮，转动粗动手轮，从目镜中观察，将干涉条纹中最黑的一条或二条黑线中的任一条与分划板上的零位线对准，并记住所对的这条黑线。旋上护盖，此后护盖不得再旋动，以免零位变动。n n 图13 仪器使用n 1测微手轮；2粗动手轮；3目镜；4、5按钮；6吸收管；7吸气球（二）进行测定1、甲烷浓度的测定n测定时，将联接瓦斯入口的橡皮管伸至测定地点，然后慢慢捏压吸气球56次。待测气体进

9、入瓦斯室，由目镜中观察干涉条纹是否已移动，先读出干涉条纹在分划板上移动的条数，例如条纹移动到34之间。然后转动测微手轮，把对零位时所选用的那条条纹移动到3%的刻度线上，然后按上按钮，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3%+0.25%=3.25%。测定后，应把刻度盘退转到零位，以备下次测定。2、二氧化碳浓度测定n1）在CO2含量大的矿井里（没有甲烷），用该仪器测定CO2浓度时，吸收剂不用钠石灰，只用硅胶或氯化钙吸收水蒸气。其实际浓度应为所读得的数据乘以0.955。n2）在有甲烷的地方测定二氧化碳，或是在测定甲烷的同时又测定二氧化碳，就必须先测定

10、甲烷和二氧化碳的混合含量（不用钠石灰吸收二氧化碳，只用硅胶或氯化钙吸收水蒸汽），然后再用钠石灰吸收二氧化碳来测定甲烷含量，把两次测得的结果相减，所得的差数乘以0.955，即得二氧化碳的实际浓度，例如，测得混合含量为4%，甲烷含量为3%，则二氧化碳含量=（4%3%）0.955=0.955%。测定后，应把刻度盘退转到零位，以备下次测定。n注意测点位置：由于CO2比重为1.52比空气重，因此测二氧化碳时，一般在巷道中下部，同一地点、同一位置测瓦斯和混合气体。 3、测定中应注意的问题n1）测定中空气湿度过大。会使气室玻璃上产生雾气，灰尘容易附在上面，造成干涉条纹不清晰。因此，必须用硅胶或氯化钙来吸收水

11、汽。必要时，可在仪器外再增加一支氯化钙吸收管。此外光源各部分的接触不良，灯泡移动都会影响干涉条纹的清晰。n2）所测甲烷读数比实际含量偏高，其原因可能是：钠石灰失效或吸收能力降低，把二氧化碳和甲烷的混合含量误认为甲烷含量，有时药品的吸收能力很好，但由于颗粒过大也会导致二氧化碳的不完全吸收甲烷读数偏高。另外，由于盘形管的堵塞也可能造成甲烷读数偏高。n3）所测甲烷读数比实际含量偏低，原因可能有以下几个：第一，气室上所装盘形管和橡皮堵头以及与空气室连接的各接头，有破裂漏气情况，使空气室的空气不新鲜，折射率增大，而使瓦斯室和空气中的气体折射率的差降低，故读数也随着降低。第二，瓦斯的进出口和吸气球漏气，接

12、头不紧，使吸气能力降低，并在吸气时，附近的气体渗入瓦斯室，冲淡了要测定的气体，结果读数偏低。第三，在准备工作地点调整零位时，空气不新鲜，或空气室与瓦斯室之间相互串气。 n4）空气中氧含量的变化对甲烷测定的结果影响很大，当氧含量降低时，读数产生正值偏差，在严重缺氧的密闭火区中检测甲烷时，往往测值偏高。五、仪器的维修与保养n1、维护：光干涉甲烷测定器是精密光学仪器，使用时必须注意维护，避免仪器受到较大振动或冲击，以防止内部零件发生变位，注意防潮，注意清洁，防止外界污物、灰尘等由气路和缝隙进入仪器，否则应进行清洗。若仪器发生故障，必须停止使用，立即修理。n2、一般故障及其检修n1）干涉条纹消失：一般

13、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位变位等原因所引起。因此，寻找干涉条纹之前应先检查开关线路是否正常，灯泡是否良好，及其它零部件的位置是否适当等。 2）读数不准，其原因如下：n第一、仪器气室的气密性差，将严重影响测量结果的真实性，应对气室进行检修。n第二、吸收剂等药品失效，致使把甲烷和二氧化碳的混合含量误认为是甲烷含量，造成所测甲烷含量比实际含量偏高。n第三、盘形管堵，可使读数偏移。n第四、因仪器望远镜有视差，测微部分有行差（指刻度盘转动一周，而条纹不在分划板上正好移动一格）而使读数不准。n使用时可根据故障原因进行检修。若不能排除，应送修理单位进

14、行检修。n复习思考题一、使用光学瓦斯检定器下井前的准备有哪些？n1、检查药物是否变质失效；n2、检查吸气球的气密性和仪器的气密性；n3、查看电路系统以及光谱是否清晰；n4、检查外壳、背带及各部连接情况是否完好。二、利用光学瓦斯检定器怎样检查瓦斯 ？n1、用新鲜空气清洗气室，清洗地点与被测地点温差不应超过10，然后进行零位调整。n2、一手握住辅助管将其伸到测定地点，另一手有节凑地捏放气球56次，使测定气体进入气室。n3、按分化板电钮，从目镜中观察干涉条纹的移动距离，读出靠近某整数的刻度。n4、转动测微手轮，把对零位时所选的那根黑条纹退到整数刻度，然后按动测微电钮，读出刻度盘上的小数。n5、将整数

15、与小数相加即得真实含量。然后将刻度盘上小数仍退回到零位上，以备下次测定。三、利用光学瓦斯检定器怎样测定二氧化碳气体含量？n在有瓦斯和二氧化碳的地方，先测出瓦斯含量，然后去掉纳石灰吸收管，在同一地点，测出混合气体含量，用混合气体含量减去瓦斯含量，所得的差再乘以系数0.955即为二氧化碳含量。（注：测二氧化碳时，测瓦斯和混合气体要在同一地点、同一位置进行。由于二氧化碳比重1.52，比空气重，因此测点位置一般在巷道中下部进行）第二节第二节 快速检定器快速检定器一、用途n快速检定器，主要供煤矿井下、冶金、化工、练焦、煤气站、隧道工程、环境保护及卫生防疫等部门，作快速测定现场环境空气中的一氧化碳、二氧化

16、碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮、氨、氧气、氢气等多种气体的浓度。是保证安全生产，预防灾害发生的可靠检测仪器。本仪器携带方便，所需样品量少，操作简单、快速、灵敏度高，尤其在需立即判明有害气体成分、浓度及有无危险时，更是必不可少的有效工具。二、结构与工作原理n快速检定器是由检定管和吸气装置（采样器）两部分组成。（一）检定管n1、检定管的结构如图21所示。它是由外壳、堵塞物、保护胶、隔离层及指示胶等组成。堵塞物对管内物质起固定作用。保护胶的作用是除去对指示胶变色有干扰的气体。隔离层对指示胶起界限作用。指示胶显示被测气体浓度。n 图21 检定管n1外壳；2堵塞物；3保护胶；4隔离层；5指示胶；6被测气

17、体浓度的刻度n2、检定管的工作原理n当被测的气体以一定的速度通过检定管时，被测气体与指示胶发生有色反应，根据指示胶变色长度来确定浓度，称为比长式。比长式检定管，我国用于煤矿的检定管有CO、CO2、H2S、SO2、NH3、O2、NO2等。（二）吸气装置n采样器的结构如图22所示。n 图22 采样器结构图n 1气咀；2接头胶管；3阀门把；4变换阀；n 5垫圈；6活塞筒；7活塞杆；8手柄dzsn采样器由气咀、接头胶管、变换阀、三通阀门把、垫圈、活塞筒、活塞杆、手柄等组成。活塞筒用来抽取或压出气样，抽取一次气样为50mL。变换阀则可以改变气样流动方向或切断气流，当三通阀门把处于与接头胶管同向（垂直位置

18、）时，活塞筒与接头胶管相通；当阀门把顺时针方向旋转至与活塞筒同向（平行位置）时，气咀与活塞筒相通；阀门把处于上述两方向直线夹角的角平分线上时（约与活塞筒轴心线夹角45），变换阀将活塞筒与外界气体隔断呈密闭状态。在活塞杆上有十等分刻度，可以表示出手柄拉动到某一位置时吸入活塞筒的气样体积(毫升数)。接头胶管是采样器与检定管之间的联接件。三、快速检定器的使用方法（一）下井前的准备n1、检查外壳背带是否完好；n2、检查吸气筒的气密性和灵活性。气密性检查：正压方法检查，将活塞杆拉出后，将三通开关扭成45位置，压活塞，活塞能自动回到原来位置，说明吸气筒气密。负压方法检查，将三通开关扭成45位置，将活塞杆拉

19、出，活塞应能自动自动回到原来位置，则吸气筒气密。灵活性检查：将三通开关扭成与吸气筒平行和垂直位置，活塞推拉灵活，进气孔、出气孔畅通。 n3、检定管是否变质失效和数量是否充足。检定管是否在有效期内，每种型号检定管数量不得少于30支，破损、刻度不清、管型不清及过期的检定管都视为变质失效不能使用。n4、检查温度计、笔记本、笔是否齐全。（二）操作程序（常量检查）n1、在被测地点取出采样器，将三通开关扭成与吸气筒平行位置，往返推拉活塞3-4次。n2、最后一次缓慢拉出活塞取得气样，然后将三通开关扭成与吸气筒成45度角，呈关闭状态。n3、将比长式检定管两端封口去掉，带“O”的一端插在垂直出气口的短胶管上。n

20、4、把三通开头扭成垂直位置，按检定管规定的时间和送气量匀速送气，观察变色环移动的位置，根据检定管上的刻度，读出被测气体含量。（三）读取浓度值n检定管上印有浓度标尺，浓度标尺零线一端称为下端，测定上限一端称为上端。送气后由变色柱（或变色环）上端所指示的数字，可直接读取被测气体浓度。根据变色柱的状况有四种量读方法。n1、变色柱界限与“O”线平行，清楚无虚影，则变色柱所指示的数字C便是被测气体的浓度,如图23所示。n 图23 变色界面为平面n2、变色柱界限与“O”线不平行，如图24所示，则应以变色柱界限所示的两个数字C1、C2的平均值作为测定结果。即：C=(C1+C2)/2n n 图24 变色界面为

21、斜面3、变色柱界限为凹面，如图25所示，则应以凹面的最低点和最高点所示的两数值的平均值为其测定结果。即：C=（C1+C2）/2n n n 图25 变色界面为凹面n4、变色界限不清楚有虚影。变色柱从C1处往下颜色深浅一致，这一段称为变色长度。往上颜色逐渐变浅消失，这一段称为变色柱的虚影。如图26所示，这时应以变色柱的长度加虚影的一半作为测定结果。即C=C1+（C2-C1）/2。这种检定管测定误差大，只能得出大概的数值。n n 图26 变色界面不清楚有虚影（四）“三量”检查方法1、常量检查法：按操作程序检查后能直接从检定管上读出实际含量(不通过计算) 。2、浓量（高浓度）检查法 ：如果被测气体的浓

22、度大于检定管的界限（即气样还未送完，变色已满管）时，应首先考虑测定人员的防毒措施，然后采用下述方法进行测定：1）采用稀释被测气体进行测定n在井下测定时，先准备一个装有新鲜空气的胶皮囊，测定时先吸收一定量的待测气样，再用新鲜空气稀释至12110送入检定管，将测得的结果乘以稀释的倍数，得出被测气体的浓度值。n计算方法：实际含量=检定管上的读数稀释的倍数n例如：用二型CO检定管（采样量50ml ，送气时间100s）进行测量，先吸取气样10 ml，后用40 ml新鲜空气稀释，用100s的时间均匀送入检定管，测得浓度为0.04%，被测气体的实际浓度按下式计算：n实际含量=0.04% （10+40）/10

23、=0.04% 5=0.2%2）采用缩小送气量和送气时间进行测定(常用方法)n计算方法：实际含量=检定管上的读数缩小的取气倍数n式中：缩小的取气倍数=检定管上的采样量（mL）/实际送气量（mL）n注：为了测量准确性，缩小的取气倍数不宜过大，否则采样量太小易产生较大的测量误差。因此，对测量结果要求较高时，最好更换测量上限高的检定管。n例如：用二型CO检定管（采样量50mL ，送气时间100s）进行高浓度检查时，实际送气量25mL ，送气时间50s，检定管上的读数0.04%，被测气体的实际浓度按下式计算：n实际含量=0.04% 50mL/25mL=0.04% 2=0.08%n3、微量（低浓度）检查法

24、：增加送气次数和相应的送气时间n如果气样中被测气体浓度低，结果不易量读，可采用增加送气次数的方法进行测定，即在同一地点取样，用同一支检定管进行重复送气，观察变色环上升高度，将检定管上的读数除以送气次数，为测点真实含量。n计算方法：实际含量=检定上的读数/送气次数n例如：用二型CO检定管进行微量检查，按送气量50ml ，送气时间100s，连续送5次气样，检定管上显示的读数为0.002%，这时被测气体中CO的实际浓度为：CO实际含量=0.002%/5=0.0004%。四、采样与送气n不同的检定管要求不同的采样和送气方法，在使用检定管时，不论用送气或抽气采样，都应按照检定管使用说明要求准确采样。n1

25、、不活泼气体的检查方法n对于不活泼的气体，如CO、C02等，一般是将气体吸入采样器，然后将气样按检定管规定的送气量和送气时间以均匀的速度送入检定管。根据检定管上的刻度，读出被测气体含量。n2、活泼气体的检查方法n如果是较活泼的气体，如H2S，检查时应先打开检定管两端封口，把检定管浓度标尺上限一端插在采样器的气样入口上，然后按照检定管上规定采样量和送气时间，以均匀的速度抽气，使气体先通过检定管后进入采样器，最后根据检定管上的刻度读出被测气体（H2S）含量。n复习题：n1、使用快速检定器下井前的准备有哪些？n2、一氧化碳检定器如何操作使用？n3、“三量”（常量、浓量、微量）一氧化碳怎样检查和换算？

26、n4、怎样检查硫化氢气体？第三节 CD4型多参数气体测定器型多参数气体测定器一、用途nCD4型便携式多参数检测报警仪适用于煤矿井下作业环境中甲烷CH4、一氧化碳CO、氧气O2及硫化氢H2S气体浓度的测定和报警。检测现场中气体浓度，并可进行声光报警。具有操作简单明了、体积小、携带方便、精度高等特点。二、仪器结构nCD4型多参数气体测定器由以下各部分组成：1、闪光报警灯；2、气体检测头；3、气体检测面罩；4、固定旋钮；5、黑色半透明亚克力面板；6、液晶显示屏；7、壳体；8、丝印标志和符号；9、橡胶按钮；10、蜂鸣器；11、充电接口（充电座）。三、仪器显示器符号四、检测原理n根据不同的气体， CD4

27、型多参数气体测定器会使用不同的检测原理及传感器。仪器对于一氧化碳（CO）、氧气（O2）、及硫化氢（H2S）气体测量采用电化学传感器。仪器对于甲烷（CH4）气体测量采用催化燃烧原理。五、使用方法n1、仪器按键n该仪器共有四个按键：n 开关键； OK功能键；n 上箭头； 下箭头。n2、开、关机：关机时长按开关键开机，开机后液晶屏幕同时显示甲烷CH4、一氧化碳CO、氧气O2及硫化氢H2S报警点值约5秒钟。显示报警点完毕仪器进入自检状态，屏幕显示倒计时30秒。自检完毕仪器进入检测状态，此时液晶屏幕同时显示环境中甲烷CH4、一氧化碳CO、氧气O2及硫化氢H2S气体浓度。在液晶左上角显示电池电量，当剩下一

28、个方块时，电池电量不足，需充电。开机状态下长按开关键关机。3、仪器充电n仪器左上方电池符号显示电池电量的充足情况，三个方块“”表示电量充足，当剩下一个方块“”时，电池电量不足，需充电。n充电时请将仪器放置于安全场所进行：n1）将仪器关机；n2）将充电器电源插头插入交流电源，交流电源要求为220V50Hz；此时充电器指示灯亮，为绿色；n3）将充电器充电插头插入仪器充电座；n4）此时充电器指示灯变为红色，表示充电状态；n5）当充电器指示变为绿色时，表示已经充满。整个充电过程约需34小时。4、报警点设置：仪器在出厂时，遵照工业环境空气质量标准，报警点设置为：甲烷CH4：1.00% 一氧化碳CO：24PPm 氧气O2：18.0% 硫化氢H2S：10PPmn如果需要改变上述数值，重新设置报警点，操作如下：n1）在仪器正常工作状态下长按功能键“OK”约34秒。n2）仪器显示画面改变，显示四路的报警点值，右上角出现“报警点”字样，同时甲烷下标闪烁。n3）此时可以通过上下箭头分键修改甲烷报警点，修改到希望的数值，长按功能键“OK”约34秒则所修改的数据被存储，跳到下一路下标闪烁；如果短按功能键“OK”，那么新修改的报警点值不被存储。n4）通过上述操作可以改变任意一路报警点值，如果不想修改原报警点值时，就短按一下功能键“OK”过到下一路，要存储报