光學(xué)瓦斯檢定器工作原理、用途及使用方法

1、光干涉甲烷檢測儀（光學(xué)瓦斯檢定器）我國煤礦使用的光干涉甲烷檢測儀型號(hào)比較多，主要有撫順儀表廠的AQJ-1型，西安煤礦儀表廠的GWJ-1型以及日本的理研18型等。其原理和結(jié)構(gòu)基本相同，測量甲烷濃度范圍為0-10%，或0-100%。下面我們以AQJ-1型（10%）為例進(jìn)行介紹。一、光干涉甲烷檢測儀原理應(yīng)用光的反射定律和折射定律及光波干涉條紋原理來設(shè)計(jì)制造的。光干涉甲烷檢測儀將白光經(jīng)過光學(xué)玻璃的變換，使通過空氣的光束產(chǎn)生干涉，出現(xiàn)明暗條紋，由于條紋的變化隨氣體折射率的變化而變化，而折射率的大小隨瓦斯含量的變化而變化，故可通過條紋移動(dòng)來識(shí)別氣體含量。二、儀器構(gòu)造及工作原理光干涉甲烷檢測儀結(jié)構(gòu)大體由30

2、0多個(gè)零件，組成二十多個(gè)組件，構(gòu)成三個(gè)系統(tǒng)：電路系統(tǒng)、光路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和輔助部件組合而成。1、照明裝置組：是儀器產(chǎn)生干涉條紋的光源部分，電源為一節(jié)5號(hào)電池，燈泡額定電壓為1.35V，具有白色反光面的燈泡效果較好。2、聚光鏡組：聚光鏡組和鏡座用膠粘牢，該鏡用以聚集由光源發(fā)出的光，以增強(qiáng)亮度。3、平面鏡組：是產(chǎn)生光干涉的重要部分，平面鏡是用檔片、弓形彈片和壓板等固定在鏡座上，通過聚光鏡的光線以45°交角射向平面鏡，光線經(jīng)過此鏡后分為兩束，由于鏡座的作用，該鏡向后傾斜55，以便得到所需要的干涉條紋寬度，即一條條紋與另一條條紋間的距離。4、折光棱鏡組：是產(chǎn)生光干涉的重要部分，固定方法與平面

3、鏡相同。它將光弦進(jìn)行2次90°反射后折回平面鏡。此組件在裝配時(shí)要求絕對(duì)水平，否則，將使全反射的光線寬度改變。5、反射棱鏡組：反射棱鏡的作用是將光線進(jìn)行90°轉(zhuǎn)向，當(dāng)調(diào)節(jié)螺桿時(shí)，可使干涉條紋移動(dòng)。調(diào)節(jié)支板時(shí)，可以尋找干涉視場范圍。在井下測定有害氣體以前必須先調(diào)整好基數(shù)，在測量過程中，不得隨意轉(zhuǎn)動(dòng)與調(diào)節(jié)螺桿連在一起的粗動(dòng)手輪。6、物鏡組：物鏡和鏡座用膠粘牢，其上的光屏是用以改善干涉條紋的清晰度，調(diào)節(jié)物鏡前后距離，可使干涉條紋在分劃板上成像清晰。7、測微組：當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測微手輪時(shí)，由齒輪帶動(dòng)刻度盤和測微螺桿，推動(dòng)測微玻璃座上的測微玻璃偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生光線的偏折，使干涉條紋移動(dòng)?？潭缺P一格相當(dāng)

4、于0.02%，估讀可達(dá)0.01%。當(dāng)刻度盤轉(zhuǎn)完全部50格，干涉條紋在分劃板上的移動(dòng)量應(yīng)為1%，否則應(yīng)移動(dòng)連接座進(jìn)行調(diào)整。8、目鏡組：目鏡組包括分劃板和2個(gè)放大透鏡。它利用旋轉(zhuǎn)保護(hù)玻璃框來調(diào)節(jié)視度，使看到的條紋及刻度線清晰明顯。組裝的目鏡凸面相對(duì)，鏡面要裝端正，即鏡面平面要與光軸垂直，否則調(diào)整目鏡時(shí)，分劃板像會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象。9、吸收管組：因礦井的情況不同，測量二氧化碳和甲烷兩種氣體時(shí)，還應(yīng)有一較長的附加吸收管，內(nèi)裝納石灰，用以吸收二氧化碳。在儀器內(nèi)的吸收管中，裝有變色硅膠或氯化鈣來吸收水蒸氣。這種裝法的缺點(diǎn)，是當(dāng)水蒸氣含量大時(shí)，會(huì)引起納石灰的潮解而降低效能，因此應(yīng)經(jīng)常更換藥品。在以測量甲烷為主，

5、且水蒸氣含量又大時(shí)，最好在附加吸收管內(nèi)裝硅膠，在吸收管內(nèi)裝納石灰。如果水蒸氣含量不大，可不用附加吸收管，可在吸收管的上半部裝硅膠。10、氣室組：是測定氣體的主要部分，共分三格，兩側(cè)的兩格稱為空氣室，中間的一格稱為瓦斯室。各室的兩端上側(cè)，有彎曲紫銅管用以連接橡膠皮管。對(duì)氣室的要求是空氣室和瓦斯室不漏氣、不串氣。11、氣球組：氣球組是測量氣路中的吸氣組件。氣球組兩端裝有單向閥，通過反復(fù)握壓氣球，構(gòu)成氣體單方向?qū)?，將被測氣體抽進(jìn)氣室組測量室。12、按鈕組：儀器上有兩個(gè)按鈕，上面一個(gè)用來控制測微讀數(shù)部分的照明電路。在按鈕的接觸片處，應(yīng)注意因落上煤塵或金屬氧化造成的接觸不良。為了避免從按鈕處侵入煤塵，

6、使用時(shí)，開關(guān)應(yīng)罩上橡膠保護(hù)套。三、用途：光學(xué)瓦斯檢定器是煤礦安全生產(chǎn)上防止瓦斯爆炸和窒息事故的一種主要儀器；本儀器主要用于煤礦來測定沼氣（甲烷）和二氧化碳的濃度。四、儀器的使用檢查瓦斯的準(zhǔn)確程度，除由于儀器本身的精準(zhǔn)度決定外，正確使用儀器也是主要條件之一。（一）、使用前的準(zhǔn)備工作：1、瓦斯檢查員或儀器使用者，領(lǐng)到儀器時(shí)，首先檢查外護(hù)套、背帶、各管路連接是否到位，附件是否齊全等。2、檢查藥品是否失效。內(nèi)裝藥品為吸收水分的硅膠或氯化鈣，外附管裝的藥品為吸收二氧化碳的納石灰（蘇打石灰），如果變質(zhì)或失效就會(huì)降低吸收能力，影響測定的準(zhǔn)確性。藥品顆粒的大小以3-5mm為宜，太小則粉末太多，容易進(jìn)入氣室，太

7、大則藥品不能充分發(fā)揮吸收能力。吸收管內(nèi)的三塊隔片就是為了氣體和藥品表面能充分接觸而設(shè)置的，隔片相隔要均勻、平整，不得隨意去掉。失效的藥品應(yīng)及時(shí)更換，裝滿、擰緊?？勺龊唵蔚臍饷軐?shí)驗(yàn)和暢通實(shí)驗(yàn)：將管的一端堵住，另一端接上氣球，將氣球握扁，氣球不鼓起為氣密良好，打開堵的一端，氣球立即鼓起復(fù)原為暢通良好，如漏氣，是管兩端蓋沒擰緊，或膠墊壞，沒墊正，變質(zhì)等，應(yīng)檢查、更換膠墊或擰緊漏氣端蓋?！舅幤肥卣鳎汗枘z，良好的為光滑深藍(lán)色，失效后為粉紅色，嚴(yán)重失效為不光滑粉白色；氯化鈣，良好的顆粒大小均勻，純白無粉末，失效后成漿糊狀，后變成整個(gè)固體；鈉石灰，良好的呈鮮艷粉紅色，如變成粉白色，掉末不光滑則為失效?！?/p>

8、3、氣密性檢查。檢查時(shí)的操作方法：（1）、檢查整機(jī)氣密性：用左手堵住儀器膠管的進(jìn)氣口，右手握壓氣球，氣球不鼓起為儀器和氣球氣密性良好。不氣密按下列方法分段檢查。（2）、先檢查吸氣球是否漏氣：用手緊捏吸氣球，壓出球內(nèi)的氣體，然后用大母指堵住吸氣球端的橡皮管或?qū)⒛z管折堵，待1-2分鐘后，如氣球不膨脹，則說明良好不漏氣。（3）、檢查儀器內(nèi)和附管是否漏氣：簡單的方法是用吸氣球檢查，將須檢查的部件用橡皮管連接好，右手按氣球，左手母指再堵住另部的另一端（即用手指將入氣口堵嚴(yán)），氣球不膨脹（時(shí)間也是1-2分鐘），即為良好。4、檢查電路系統(tǒng)。電路系統(tǒng)要求接觸良好。檢查時(shí)，分別按下光譜開關(guān)按鈕、測微開關(guān)按鈕，燈

9、泡亮，松手后滅為良好。不得出現(xiàn)忽明忽暗或按下按鈕不亮，以及松手后燈不熄等不良現(xiàn)象，若出現(xiàn)應(yīng)及時(shí)檢查電路系統(tǒng)是否短路、斷路，尤其電池發(fā)熱或燈亮由亮很快變紅等嚴(yán)重的短路現(xiàn)象，電池裝入儀器中很快沒電，一是電池質(zhì)量，二是嚴(yán)重漏電，電池接觸片下鋼紙墊圈受潮等，絕緣不好造成漏電。5、檢查干涉條紋是否清晰。按下按鈕，由目鏡觀察，旋轉(zhuǎn)保護(hù)玻璃框，調(diào)整視度達(dá)到數(shù)字最清晰，再看干涉條紋是否清晰、明亮，如不清晰，可將光源燈泡蓋打開，稍微轉(zhuǎn)動(dòng)燈泡座，直到清晰為止。條紋間隔寬度要達(dá)到規(guī)定值，即左側(cè)黑條紋對(duì)零，第五條條紋和分劃板上7重合，如條紋暗，模糊不清，達(dá)不到條紋規(guī)定寬度，應(yīng)及時(shí)送修。6、檢查測微度盤小數(shù)精度。小數(shù)精

10、度允許誤差為±0.02%，檢查時(shí)，將測微度盤調(diào)到零位，分劃板上左黑條紋調(diào)到1%，轉(zhuǎn)動(dòng)測微手輪，使測微度盤從0轉(zhuǎn)到1%。分劃板上原對(duì)1%的黑條紋應(yīng)恰好回到分劃板的零位為小數(shù)精度合格。如過了零或沒到零，超過規(guī)定的誤差值，應(yīng)上下移動(dòng)測微鏡組調(diào)整好?！巨D(zhuǎn)動(dòng)測微手輪時(shí)，測微刻度盤的刻度移動(dòng)與分劃板上干涉條紋的移動(dòng)從0-1%是同步移動(dòng)的?！?、清洗氣室。使用前，必須用新鮮空氣沖洗瓦斯室，但清洗地點(diǎn)與被測地區(qū)的溫度差不應(yīng)超過10。因?yàn)椴煌瑴囟鹊臍怏w折射率是不同的，因此，對(duì)零地點(diǎn)與測量地點(diǎn)溫度差過大，會(huì)引起測量誤差；另外，這種儀器對(duì)溫度的變化比較敏感，溫度變化，會(huì)引起干涉條紋移動(dòng)，因此清洗氣室一般在

11、進(jìn)風(fēng)井底車場、進(jìn)風(fēng)大巷進(jìn)行。具體操作：握壓氣球7-8次，使新鮮空氣進(jìn)入氣室，清洗殘存在瓦斯室和吸氣球內(nèi)的氣體，使瓦斯室都是新鮮空氣，達(dá)到與室中氣體折射率一致，以便進(jìn)行零位的調(diào)整。8、干涉條紋的零位調(diào)整。按下測微照明開關(guān)，旋轉(zhuǎn)測微手輪，使刻度盤的零位與指示線重合（稱小數(shù)回零）；然后按下光譜照明開關(guān)，轉(zhuǎn)動(dòng)基準(zhǔn)手輪（即粗動(dòng)手輪），將干涉條紋中最黑的一條與分劃板上的零位線對(duì)準(zhǔn)，并記住所對(duì)的這條黑線（稱對(duì)零）。擰上護(hù)蓋，必須記住，在檢測過程中不許擰開，以免產(chǎn)生誤差。（二）、甲烷和二氧化碳的測定1、甲烷濃度的測定：測定時(shí)，把連接瓦斯入口的橡皮管伸至測定地點(diǎn)，然后慢慢握壓吸氣球7-8次，使待測氣體進(jìn)入瓦斯室

12、，左手按下光源開關(guān)按鈕，從目鏡中觀察原對(duì)零黑條紋移動(dòng)的位置，先讀出干涉條紋在分劃板上移動(dòng)的整數(shù)。例如：條紋移動(dòng)到4%-5%之間，然后轉(zhuǎn)動(dòng)測微手輪，把對(duì)零位時(shí)所選用的那條條紋移動(dòng)到4%的刻度上，然后觀察微動(dòng)刻度窗，讀出刻度盤上的讀數(shù)，如果在0.24%-0.26%之間，可讀為0.25%，所測定的結(jié)果為4%+0.25%=4.25%。測定完后，應(yīng)把測微刻度盤調(diào)回到零位，以便于在下一個(gè)待測點(diǎn)檢測。注意：握壓吸氣球時(shí)，必須等氣球完全鼓起后才再次握壓，直至7-8次，使待測氣體完全進(jìn)入瓦斯室，并將瓦斯室原有氣體完全置換出來，只有這樣，檢測的結(jié)果才真實(shí)準(zhǔn)確。2、二氧化碳濃度的測定：（1）在沒有甲烷，而二氧化碳很

13、嚴(yán)重的礦井里，可用瓦斯檢定器測定二氧化碳。測定時(shí)，將吸收管中裝二氧化碳吸收劑（蘇打石灰或氫氧化鈣）連接儀器進(jìn)氣口處的膠管取掉，只用氯化鈣吸收水蒸氣。照上述檢測瓦斯方法進(jìn)行測定，但其結(jié)果應(yīng)乘以常數(shù)0.955。（由于儀器出廠時(shí)的校正結(jié)果適合于甲烷含量的測定，用于測定其它氣體時(shí)，儀器所示讀數(shù)并不是被測氣體的實(shí)際濃度，必須進(jìn)行系數(shù)換算。）換算系數(shù)按下式求得： 甲烷折射率空氣折射率 換算系數(shù)= 測定氣體折射率空氣折射率上述氣體在不同光源下的折射率如表所示。氣體種類光源種類折 射 率儀器采取值新鮮空氣白光1.0002721.000272二氧化碳白光1.0004181.000418甲 烷白光1.000411

14、1.000411測二氧化碳時(shí)： 1.000411-1.000272 0.000139 換算系數(shù)：= = =0.955 1.000418-1.000272 0.000146（2）在有甲烷的地點(diǎn)測定二氧化碳，或測定甲烷的同時(shí)又測定二氧化碳，就必須先測定甲烷和二氧化碳的混合含量（甩開蘇打石灰附管不吸收二氧化碳，只用氯化鈣或硅膠吸收水蒸氣），然后再連接好蘇打石灰附管測定甲烷含量，將兩次測得的結(jié)果相減，所得的差數(shù)乘以0.955，即得二氧化碳濃度。例如：測得混合氣體含量為4%，甲烷含量為2%，則二氧化碳含量=(4%-2%)×0.955=1.91%。注意：測二氧化碳時(shí)，測混合氣體和瓦斯要在同一地點(diǎn)

15、、同一位置進(jìn)行。我們知道，瓦斯的比重為0.554，比空氣要輕，主要漂浮在巷道的上部空間；二氧化碳的比重為1.52，比空氣要重，主要沉積在巷道的底部空間，但并不代表上部空間沒有二氧化碳、下部空間沒有瓦斯，只是濃度有高有低而已。也就是說，在同一工作面，棚下檢測的瓦斯?jié)舛炔淮淼装迳系耐咚節(jié)舛取Ｋ詰?yīng)在同一工作面的較高處測一次瓦斯?jié)舛?，在低處測兩次：一次測瓦斯和二氧化碳混合氣體濃度，一次測瓦斯?jié)舛取?、測定中應(yīng)注意的問題：（1）測定中空氣濕度過大，會(huì)使氣室玻璃上產(chǎn)生霧氣，灰塵容易附在上面，造成干涉條紋不清晰。因此，必須用硅膠或氯化鈣來吸收水汽，必要時(shí)，可在儀器外增加一支氯化鈣吸收管。（2）所測甲烷讀

16、數(shù)比實(shí)際含量偏高，其原因可能是：納石灰失效或吸收能力降低，把二氧化碳和甲烷的混合含量誤認(rèn)為甲烷含量；有時(shí)藥品的吸收能力很好，但由于顆粒過大也會(huì)導(dǎo)致二氧化碳的不完全吸收；另外，由于盤形管的堵塞也可能造成甲烷讀數(shù)偏高。如果從含量高地點(diǎn)轉(zhuǎn)到含量低的地點(diǎn)進(jìn)行測定，發(fā)生讀數(shù)偏高，可能是吸氣球或吸氣球到氣室之間漏氣；進(jìn)氣管堵塞或被壓，也會(huì)使前一地點(diǎn)進(jìn)入儀器的氣體不能被后一地點(diǎn)的氣體完全置換。所以每班都應(yīng)檢查儀器的進(jìn)出氣系統(tǒng)。（3）所測甲烷讀數(shù)比實(shí)際含量偏低，原因可能是：一是氣室上所裝盤形管和橡皮堵頭以及與空氣室連接的各接頭，有破裂漏氣情況，使空氣室的空氣不新鮮，折射率不大，而使瓦斯室和空氣中的氣體折射率的

17、差降低，故讀數(shù)也隨著降低。二是瓦斯的 進(jìn)出口和吸氣球漏氣，接頭不緊，使吸氣能力降低，并在吸氣時(shí)，附近的氣體滲入瓦斯室沖淡了要測定的氣體，結(jié)果讀數(shù)偏低。三是在準(zhǔn)備工作地點(diǎn)調(diào)整零位時(shí)，空氣不新鮮，或空氣室與瓦斯室之間相互串氣。（4）空氣中氧氣含量的變化對(duì)甲烷測定的結(jié)果影響很大，當(dāng)氧氣含量降低時(shí)，讀數(shù)產(chǎn)生正值偏差，在嚴(yán)重缺氧的密閉火區(qū)中檢測甲烷時(shí)，往往測值偏高。附錄瓦斯爆炸濃度范圍與爆炸條件1、瓦斯爆炸的濃度范圍：瓦斯?jié)舛仍?%16%之間；最高濃度16%，稱為爆炸上限。最低濃度5%，稱為爆炸下限。濃度在7%8%最易爆炸；當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到9.5%時(shí)，遇有火源，混合氣體中的瓦斯和氧氣全部參加氧化反應(yīng)，爆炸力最強(qiáng)，稱為最強(qiáng)爆炸濃度。濃度低于5%