安全工程专业实验教程72矿井空气中瓦斯和二氧化碳浓度的测定

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矿井空气中瓦斯和二氧化碳浓度的测定一、实验目的学习并掌握光学瓦斯检定器的原理、构造和使用方法。二、仪器设备光学瓦斯检定器、瓦斯贮罐1-目镜；2-主调螺旋；3-微调螺旋；4-吸气孔；5-进气孔；6-微读数观测窗；7-微读数电门；8-光源电门；9-水分吸收管；10-吸气橡皮球；11-二氧化碳吸收管；12-干电池；19-光源盖；14-目镜盖；15-主调螺旋盖；16-灯泡；17-光栏：18-聚光镜；19-光屏；20-平行平面镜；21-平面玻璃；22-气室；29-反射棱镜；24-折射棱镜；25-物境；26-测微玻璃；27-分划板；28-场镜，29-目镜保护玻璃；30-毛细管图7-5光学瓦斯检测器结构及外观三、实验原理光学瓦斯检定器是根据光干预这一原理而设计的，当瓦斯室内的瓦斯浓度一定时，我们可以看到一组干预条纹。如果改变瓦斯室里的瓦斯浓度，折射率发生改变，因此光程也就发生改变，这样通过空气和瓦斯室的两列光波就发生了新的光程差，干预条纹发生移动，报据移动量的大小便可确定瓦斯浓度。三、实验原理光学瓦斯检定器主要由以下部件构成：〔1〕气路系统。由吸气管4、进气管5、水分吸收管6、二氧化碳吸收管11、吸气橡皮球10、气室〔包括瓦斯室和空气室〕22和毛细管30等组成。其主要部件的作用是：气室用于分别存贮新鲜空气和含有瓦斯或二氧化碳的气体；水分吸收管内装有氯化钙〔或硅胶〕，用于吸收混合气体中的水分，使之不进入瓦斯室，以使测定准确；毛细管，其外端连通大气，其作用是使测定时的空气室内的空气温度和绝对压力与被测地点〔或瓦斯室内〕的温度和绝对压力相同，同时又使含瓦斯的气体不能进入空气室；二氧化碳吸收管内装有颗粒直径为2-5mm的钠石灰，用于吸收混合气体中的二氧化碳，以便准确地测定瓦斯浓度。〔2〕光路系统。如图7-6所示。〔3〕电路系统。其功能和作用是为光路供给电源。由电池12、灯泡16、光源盖13、光源电门8和微读数电门7组成。三、实验原理1-光源；2-光栅；3-透镜；4-平行平面镜；5-大三棱镜；6-三棱镜；7-物镜；8-测微玻璃；9-分划板；10-场镜；11-目镜；12-目镜保护玻璃；13-空气室；14-瓦斯室图7-6检定器光学系统三、实验原理4、仪器工作原理检定器根据光干预原理制成，它的关学原理如图7-6所示。灯泡1发出的一束白光，经光栅2和透镜3变成一束平行光射到平行平面镜4后，分成两束光线。其中一束自平面镜的a点反射，经右空气室，大三棱镜和左空气室回到平行平面镜，再经镜底反射镜面的b点，另一束在a点折射进入镜底后反射出来，往返经过瓦斯室也回到平面镜，于b点反射后与第一束光一同进入三棱镜6再经90度反射进入望远镜。

三、实验原理这两束光由于光程差〔光程为光线通过的路程和所遇过的介质的折射率的乘积〕，在透镜7的焦点平面上就白色光特有的干预条纹〔通常称“光谱〞〕条纹中有两条黑纹和假设干条彩纹。光通过气体介质的折射率与气体密度有关，如果以空气和瓦斯室都充满新鲜空气时干预条纹的位置为基准〔即为零点〕，当含CH4的空气进入瓦斯室时由于气体密度的变化，光程也随之发生变化，于是干预条件产生位移，位移量的大小与CH4浓度的上下成线性关系。所以根据干预条纹中任一条纹〔通常为黑色条纹〕的移动距离的大小，就能直接测出空气中的CH4浓度。四、实验步骤1、实验前的准备工作〔1〕检查药品性能：检查水分吸收管9中的氯化钙〔或硅胶〕和外接的二氧化碳吸收管11中的钠石灰是否变色，假设变色那么失效，应翻开吸收管更换新药剂，新药剂的颗粒直径要在2-5mm之间，不可过大或过小。因为颗粒过大不能充分吸收通过气体中的水分或二氧化碳；颗粒过小又容易堵塞甚至其粉末被吸入气室内。颗粒直径不合要求会影响测定的精度。〔2〕气密性检查：首先检查吸气球是否漏气：用手捏扁吸气球，另一手掐住胶管，然后放松气球，假设气球不胀起，那么说明不漏气；其次，检查仪器是否漏气：将吸气胶皮管同检定器吸气孔’连接，堵住进气孔%，捏扁吸气球，松手后球不胀起为好；最后，检查气路是否畅通，即放开进气孔，捏放吸气球，以气球瘪起自如为好。四、实验步骤〔3〕光路系统检查：装好电池后，按下光源电门8，由目镜观察并转动目镜筒，调整到分划板刻度清晰时，再看干预条纹是否清晰，如不清晰可转动光源电门7，由微读数观测窗看微读数电源是否接通。2、瓦斯浓度测定首先，在新鲜风流中清洗瓦斯室：按压微读数电门7，逆时针转动微调螺旋3，将微读数调到零点，捏放橡皮球5～6次，使瓦斯室内充满新鲜空气；对零，按压下光源电门8，由目镜观察干预条纹的同时，转动主调螺旋2，使条纹中的某一黑线正对分划板的零点，盖紧主调螺旋盖15，就可以进行测定了。测定时，在测定地点捏放橡皮球5～6次，将待测气体吸入瓦斯室，按下光源电门8，由目镜1中观察黑基线的位置。如其恰与某整数刻度重合，读出该处刻度数值，即为瓦斯浓度；四、实验步骤如果黑基线位于两个整数之间，如图7-7〔b〕中所示，那么应顺时针转动微调螺旋3，使黑基线退到较小的整数位置上，如图7-7〔c〕中所示，然后，从微读数盘上读出小数位，整数与小数相加就是测定出的瓦斯浓度。例如，位移的整数为2，微读数为0.46，那么CH4浓度为2.46％。图7-7光学瓦斯检定器读数方法示意图四、实验步骤3、二氧化碳浓度测定在只有CO2而无CH4的矿井里，用瓦斯检定器可以直接测出CO2的浓度，测定时应把外吸收管去掉，测定方法与测定沼气完全一样，但最后读数应乘以0.955。假设被测空气中CO2和CH4同时存在时，应进行两次测定，第一次取下外吸收管测出CH4和CO2的混合浓度。第二次把外吸收管接上测出CH4的浓度，混合浓度减去CH4浓度再乘以0.955，即为CO2的浓度。五、本卷须知l、干预条纹不清。一般可旋转目镜筒改变，或者调整灯泡位置。如果干预条纹仍不清楚，可能光学玻璃上出现水雾，为此可再加一个水份吸收管吸收水份。2、沼气浓度的读数比实际浓度有明显偏大。其原因有二：一是CO2吸收管中的Ca〔OH〕2颗粒过大，空气通过时，不能完全吸收CO2所致，二是吸气球到气室之间有漏气现象。五、本卷须知3、沼气浓度的读数比实际浓度偏低，其原因可能是：〔1〕毛细管，气