光学瓦斯检定器工作原理、用途及使用方法..docx

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1、光干涉甲烷检测仪(光学瓦斯检定器)我国煤矿使用的光干涉甲烷检测仪型号比较多，主要有抚顺仪表厂的AQJT型，西安煤矿仪表厂的GWJT型以及日本的理研18型等。其原理和结构基本相同，测量甲烷浓度范围为O-10%,或O-IOO%。下面我们以AQJT型(10%)为例进行介绍。一、光干涉甲烷检测仪原理先谱开关按测微开关按钮应用光的反射定律和折射定律及光波干涉条纹原理来设计制造的。光干涉甲烷检测仪将白光经过光学玻璃的变换，使通过空气的光束产生干涉，出现明暗条纹，由于条纹的变化随气体折射率的变化而变化，而折射率的大小随瓦斯含量的变化而变化，故可通过条纹移动来识别气体含量。二、仪器构造及工作原理光干涉甲烷检测

2、仪结构大体由300多个零件，组成二十多个组件，构成三个系统：电路系统、光路系统、气路系统和辅助部件组合而成。1、照明装置组：是仪器产生干涉条纹的光源部分，电源为一节5号电池，灯泡额定电压为1.35%具有白色反光面的灯泡效果较好。2、聚光镜组：聚光镜组和镜座用胶粘牢，该镜用以聚集由光源发出的光，以增强亮度。3、平面镜组：是产生光干涉的重要部分，平面镜是用档片、弓形弹片和压板等固定在镜座上，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，由于镜座的作用，该镜向后倾斜55,以便得到所需要的干涉条纹宽度，即一条条纹与另一条条纹间的距离。4、折光棱镜组：是产生光干涉的重要部分，固定方法与平

3、面镜相同。它将光弦进行2次90反射后折回平面镜。此组件在装配时要求绝对水平，否则，将使全反射的光线宽度改变。5、反射棱镜组：反射棱镜的作用是将光线进行90转向，当调节螺杆时，可使干涉条纹移动。调节支板时，可以寻找干涉视场范围。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，不得随意转动与调节螺杆连在一起的粗动手轮。6、物镜组：物镜和镜座用胶粘牢，其上的光屏是用以改善干涉条纹的清晰度，调节物镜前后距离，可使干涉条纹在分划板上成像清晰。7、测微组：当转动测微手轮时，由齿轮带动刻度盘和测微螺杆，推动测微玻璃座上的测微玻璃偏转而产生光线的偏折，使干涉条纹移动。刻度盘一格相当于0.02%,估读可达

4、0.01%。当刻度盘转完全部50格，干涉条纹在分划板上的移动量应为1%,否则应移动连接座进行调整。8、目镜组：目镜组包括分划板和2个放大透镜。它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。组装的目镜凸面相对，镜面要装端正，即镜面平面要与光轴垂直，否则调整目镜时，分划板像会出现晃动现象。9、吸收管组：因矿井的情况不同，测量二氧化碳和甲烷两种气体时，还应有一较长的附加吸收管，内装纳石灰，用以吸收二氧化碳。在仪器内的吸收管中，装有变色硅胶或氯化钙来吸收水蒸气。这种装法的缺点，是当水蒸气含大时，会引起纳石灰的潮解而降低效能，因此应经常更换药品。在以测量甲烷为主，且水蒸气含量又大时，最好

5、在附加吸收管内装硅胶，在吸收管内装纳石灰。如果水蒸气含量不大，可不用附加吸收管，可在吸收管的上半部装硅胶。10、气室组：是测定气体的主要部分，共分三格，两侧的两格称为空气室，中间的一格称为瓦斯室。各室的两端上侧，有弯曲紫铜管用以连接橡胶皮管。对气室的要求是空气室和瓦斯室不漏气、不串气。11、气球组：气球组是测量气路中的吸气组件。气球组两端装有单向阀，通过反复握压气球，构成气体单方向导通,将被测气体抽进气室组测量室。12、按钮组：仪器上有两个按钮，上面一个用来控制测微读数部分的照明电路。在按钮的接触片处，应注意因落上煤尘或金属氧化造成的接触不良。为了避免从按钮处侵入煤尘，使用时，开关应罩上橡胶保

6、护套。内吸收管 连接胶管5号电池 (内装般或氯化田)三、用途：光学瓦斯检定器是煤矿安全生产上防止瓦斯爆炸和窒息事故的一种主要仪器；本仪器主要用于煤矿来测定沼气（甲烷）和二氧化碳的浓度。四、仪器的使用检查瓦斯的准确程度，除由于仪器本身的精准度决定外，正确使用仪器也是主要条件之一。（一）、使用前的准备工作：1、瓦斯检查员或仪器使用者，领到仪器时，首先检查外护套、背带、各管路连接是否到位，附件是否齐全等。2、检查药品是否失效。内装药品为吸收水分的硅胶或氯化钙，外附管装的药品为吸收二氧化碳的纳石灰（苏打石灰），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3-5mm为宜，太小则粉末

7、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能充分接触而设置的，隔片相隔要均匀、平整，不得随意去掉。失效的药品应及时更换，装满、拧紧。可做简单的气密实验和畅通实验：将管的一端堵住，另一端接上气球，将气球握扁，气球不鼓起为气密良好，打开堵的一端,气球立即鼓起复原为畅通良好，如漏气，是管两端盖没拧紧,或胶垫坏，没垫正，变质等，应检查、更换胶垫或拧紧漏气端盖。【药品失效特征：硅胶，良好的为光滑深蓝色，失效后为粉红色，严重失效为不光滑粉白色；氯化钙，良好的颗粒大小均匀，纯白无粉末，失效后成浆糊状，后变成整个固体;钠石灰，良好的呈鲜艳粉红色，如变成粉白色，

8、掉末不光滑则为失效。】3、气密性检查。检查时的操作方法：(1)、检查整机气密性:用左手堵住仪器胶管的进气口，右手握压气球，气球不鼓起为仪器和气球气密性良好。不气密按下列方法分段检查。(2)、先检查吸气球是否漏气：用手紧捏吸气球，压出球内的气体，然后用大母指堵住吸气球端的橡皮管或将胶管折堵，待1-2分钟后，如气球不膨胀，则说明良好不漏气。(3)、检查仪器内和附管是否漏气：简单的方法是用吸气球检查，将须检查的部件用橡皮管连接好，右手按气球，左手母指再堵住另部的另一端(即用手指将入气口堵严)，气球不膨胀(时间也是1-2分钟)，即为良好。4、检查电路系统。电路系统要求接触良好。检查时，分别按下光谱开关

9、按钮、测微开关按钮，灯泡亮，松手后灭为良好。不得出现忽明忽暗或按下按钮不亮，以及松手后灯不熄等不良现象，若出现应及时检查电路系统是否短路、断路，尤其电池发热或灯亮由亮很快变红等严重的短路现象,电池装入仪器中很快没电，一是电池质量，二是严重漏电，电池接触片下钢纸垫圈受潮等，绝缘不好造成漏电。5、检查干涉条纹是否清晰。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、明亮，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。条纹间隔宽度要达到规定值，即左侧黑条纹对零，第五条条纹和分划板上7重合，如条纹暗，模糊不清，达不到条纹规定宽度，应及时送修。6、检查测

10、微度盘小数精度。小数精度允许误差为0.02%,检查时，将测微度盘调到零位，分划板上左黑条纹调到1%,转动测微手轮，使测微度盘从0转到1%。分划板上原对1%的黑条纹应恰好回到分划板的零位为小数精度合格。如过了零或没到零，超过规定的误差值，应上下移动测微镜组调整好。【转动测微手轮时，测微刻度盘的刻度移动与分划板上干涉条纹的移动从OT%是同步移动的。】7、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度差不应超过因为不同温度的气体折射率是不同的，因此，对零地点与测量地点温度差过大，会引起测量误差；另外，这种仪器对温度的变化比较敏感，温度变化，会引起干涉条纹移动，因此清洗气室一般

11、在进风井底车场、进风大巷进行。具体操作：握压气球7-8次，使新鲜空气进入气室，清洗残存在瓦斯室和吸气球内的气体，使瓦斯室都是新鲜空气，达到与室中气体折射率一致，以便进行零位的调整。8、干涉条纹的零位调整。按下测微照明开关，旋转测微手轮，使刻度盘的零位与指示线重合（称小数回零）；然后按下光谱照明开关，转动基准手轮（即粗动手轮），将干涉条纹中最黑的一条与分划板上的零位线对准，并记住所对的这条黑线（称对零）。拧上护盖，必须记住，在检测过程中不许拧开，以免产生误差。（二）、甲烷和二氧化碳的测定1、甲烷浓度的测定：测定时，把连接瓦斯入口的橡皮管伸至测定地点，然后慢慢握压吸气球7-8次，使待测气体进入瓦斯

12、室，左手按下光源开关按钮，从目镜中观察原对零黑条纹移动的位置，先读出干涉条纹在分划板上移动的整数。例如：条纹移动到4%-5%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4%的刻度上，然后观察微动刻度窗，读出刻度盘上的读数，如果在024%-0.26%之间,可读为0.25%,所测定的结果为4%+0.25%=4.25%o测定完后，应把测微刻度盘调回到零位，以便于在下一个待测点检测。注意：握压吸气球时，必须等气球完全鼓起后才再次握压，直至7-8次，使待测气体完全进入瓦斯室，并将瓦斯室原有气体完全置换出来，只有这样，检测的结果才真实准确。010%光学瓦斯检定器分划板0.60.70.8I-1.

13、02、二氧化碳浓度的测定:（1）在没有甲烷，而二氧化碳很严重的矿井里，可用瓦斯检定器测定二氧化碳。测定时，将吸收管中装二氧化碳吸收剂（苏打石灰或氢氧化钙）连接仪器进气口处的胶管取掉，只用氯化钙吸收水蒸气。照上述检测瓦斯方法进行测定,但其结果应乘以常数0.955。（由于仪器出厂时的校正结果适合于甲烷含量的测定，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，必须进行系数换算。）换算系数按下式求得：甲烷折射率一空气折射率换算系数二测定气体折射率一空气折射率上述气体在不同光源下的折射率如表所示。气体种类光源种类折射率仪器采取值新鲜空气白光1.0002721.000272二氧化碳白光1.00

14、04181.000418甲烷白光1.0004111.000411测二氧化碳时：1.000411-1.0002720.000139换算系数：=0.9551.000418-1.0002720.000146(2)在有甲烷的地点测定二氧化碳，或测定甲烷的同时又测定二氧化碳，就必须先测定甲烷和二氧化碳的混合含量(甩开苏打石灰附管不吸收二氧化碳，只用氯化钙或硅胶吸收水蒸气)，然后再连接好苏打石灰附管测定甲烷含量，将两次测得的结果相减，所得的差数乘以0.955,即得二氧化碳浓度。例如：测得混合气体含量为4%,甲烷含量为2%,则二氧化碳含量二(4%-2%)X0.955=1.91%o注意：测二氧化碳时，测混合气

15、体和瓦斯要在同一地点、同一位置进行。我们知道，瓦斯的比重为0554,比空气要轻，主要漂浮在巷道的上部空间;二氧化碳的比重为152,比空气要重,主要沉积在巷道的底部空间，但并不代表上部空间没有二氧化碳、下部空间没有瓦斯，只是浓度有高有低而已。也就是说，在同一工作面，棚下检测的瓦斯浓度不代表底板上的瓦斯浓度。所以应在同一工作面的较高处测一次瓦斯浓度，在低处测两次：一次测瓦斯和二氧化碳混合气体浓度，一次测瓦斯浓度。3、测定中应注意的问题：(1)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汽，必要时，可在仪器外增加一支氯化钙吸收管。

16、(2)所测甲烷读数比实际含量偏高，其原因可能是：纳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；另外，由于盘形管的堵塞也可能造成甲烷读数偏高。如果从含量高地点转到含量低的地点进行测定，发生读数偏高，可能是吸气球或吸气球到气室之间漏气；进气管堵塞或被压，也会使前一地点进入仪器的气体不能被后一地点的气体完全置换。所以每班都应检查仪器的进出气系统。(3)所测甲烷读数比实际含量偏低，原因可能是：-是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，折射率不大,而使瓦斯室和空气

17、中的气体折射率的差降低，故读数也随着降低。二是瓦斯的进出口和吸气球漏气，接头不紧，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。三是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。(4)空气中氧气含量的变化对甲烷测定的结果影响很大，当氧气含量降低时，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。附录瓦斯爆炸浓度范围与爆炸条件1、瓦斯爆炸的浓度范围：瓦斯浓度在5%16%之间；最高浓度16%,称为爆炸上限。最低浓度5%,称为爆炸下限。浓度在7%8%最易爆炸;当瓦斯浓度达到9.5%时，遇有火源，混合气体中的瓦斯和氧气全部参加

18、氧化反应，爆炸力最强，称为最强爆炸浓度。浓度低于5%或高于16%时，可发生燃烧，但不会引起爆炸。爆炸三角形甲烷浓度K123、氧气浓度XD 8 6 4 2 D rtz 1 1 Il 1爆炸区不存在的混合区4为不爆炸区2、瓦斯爆炸必须具备的三个条件(1)瓦斯浓度在5%T6%这一爆炸范围；(2)引爆火源温度为650C-750C且火源存在时间大于瓦斯爆炸的感应期；(3)空气中氧气浓度不小于12%。在正常情况下，空气中氧含量约占20.96%,即按体积计算，每增加1%的瓦斯，相应地减少氧气0.2093%,如瓦斯浓度达5%,则氧气相应臧少1.0465%,为19.0885%；同理，瓦斯浓度达15%氧浓度则相应降到17.79%o氧浓度降至12%会使人窒息；一般氧浓度12%为瓦斯爆炸时的最低需氧量。