光学甲烷检测仪的使用方法

1、,光学甲烷检测仪的使用方法,第一节 光干涉瓦斯检测仪发展简史,第二节 光干涉瓦斯检测仪的用途,第三节 仪器的主要数据,第四节 光学瓦斯检测仪器的工作原理,第六节 光学甲烷检测仪的使用方法,第七节 光学甲烷检测仪常见故障及处理方法,第五节 光学甲烷监测仪器的构造,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。,一、光干涉瓦斯仪发展简史,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

2、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。,二、光干涉瓦斯检测仪的用途,该仪器能够迅速而准确的测定矿井中的沼气（甲烷），二氧化碳等有害、有毒气体浓度。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,

3、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。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：,四、光学瓦斯检定器的工作原理,四、光学瓦斯

4、检定器的工作原理,相长干涉,相消干涉,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。,四、 光学瓦斯检定器的工作原理,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：,四、光学瓦斯检定器的工作原理,四、光学瓦斯检定器的工作原理,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

5、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。,四、光学瓦斯检定器的工作原理,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

6、程度。甲烷的浓度与条纹移动距离成正比。,五、光学甲烷检测仪器的构造,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。,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,部 件 名 称,五、仪器的构造,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

7、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。,五、仪器的构造,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

8、胶合封闭。,五、仪器的构造,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。,五、仪器的构造,五、仪器的构造,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

9、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。,五、仪器的构造,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。,五、仪器的构造,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

10、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。,五、仪器的构造,五、仪器的构造,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、光学甲烷检测仪的使用方法,（一）部件名称 （二）使用前的准备工作 1、检查药品是否失效 2、气密性检查 3、检查干涉条纹是否清晰 4、清洗气室 5、干涉条纹的零位调整,一、

11、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：白色颗粒， 35毫米,失效：粉白色,补充：（1）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

12、住橡皮管，看吸气球是否膨胀。,（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。,补充：（2）气密性检查（气路系统检查） 首先检查吸气球是否漏气：用手捏扁气球，另一手掐住胶管，然后放松气球，若气球一分钟内不胀起，则表明不漏气；然后，检查仪器气室是否漏气：将吸气胶皮管同检定器吸气孔连接，堵住进气孔，捏扁气球，松手后球一分钟内不胀起；最后，检查气路是否畅通：即放开进气孔，捏放吸气球，以气球能瘪起自如为好。,3.对电路部分进行检查,线路短路,电源短路,（1）正常

13、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,装电池,按按钮,目镜观察,调整视度,判断是否清晰,补充：（3）清洗气室 使用前，必须用新鲜空气冲洗瓦斯室。 （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”）,5.干涉条纹的零位调整,按下按钮,转动测微手轮,使刻度盘零位 与指标线重合,第一步：,第二步：,按下按钮,转动 粗动 手轮,把干涉条纹中最黑 的一条或两条黑线

14、 中的任一条与活划 板上的零位对准， 并记住所对的线,旋上护盖,（一）检查瓦斯 1、甲烷浓度的测定： 测定时，将联接瓦斯入口的橡皮管伸至测定地点，然后慢慢握压吸气球510次，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。待测气体进入瓦斯室，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

15、,调微动手轮,目镜内光谱,微动刻度盘,0 2 4 6 8 10,（二）、二氧化碳浓度测定 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。,（1）公式 二氧化碳含量（混合气体浓度瓦斯浓度） 0.955 a、二氧化碳浓度是算出的。 b、甩掉钠石灰附管，测定地点一般在巷道的中下部，用检查瓦斯的方法读出混合气体的浓度。 c、混合气体浓度和瓦斯浓度需在同一地点同一位置检查。

16、 d、用以上公式计算出二氧化碳的浓度。,七、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

17、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

18、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

19、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

20、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