光学瓦斯检测仪的培训课件
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1、,光学瓦斯检测仪的使用及维护新集煤矿二0一九年一月,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。,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
2、耐用,因而得到了广泛的应用,我国煤矿普遍采用这种仪器。,一、光干涉瓦斯仪发展简史,二、用途,本仪器应用光波干涉原理,能够迅速而准确的测定矿井中的沼气(甲烷)、二氧化碳等有毒有害气体浓度。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:,0246810,三、仪器的主要技术数据,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:1909038mm7、重量1.6Kg,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
3、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。(二)光波的干涉所谓光的干涉,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:,(一)光波的产生,(二)光波的干涉,1、相消干涉,2、相长干涉,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。,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:,(三)仪器
4、的原理,6,3,5,4,7,8,9,10,11,12,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。,当各气室内充
5、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程度。甲烷的浓度与条纹移动距离成正比。,五、仪器的构造,主要由以下11个部分组成:1、照明装置组2、聚光镜组3、平面镜组4、折光棱镜组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、按钮组,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
6、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。,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。,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
7、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。,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。,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
8、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。,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。,5、电路系统仪器电路系统如图示,它是由电池
9、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、使用方法,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,(一)部件名称,(二)、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:粉红色颗粒,35毫米,失效:粉白色,吸收管内的硅胶或氯化钙和钠石灰
10、,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,一手压住橡皮管,看吸气球是否膨胀或者复圆。,(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。,3.对电路部分进行检查,线路短路,电源短路,(1)正常情况,分别先后按下光源电门和微读数电门,若光源灯泡和
11、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,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为止。,5、清洗气室,在新鲜风流中清洗气室:用手按捏气球(5-10次)。,(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”),6.干涉条纹的零位调整,按下微读数电门,旋转微调螺旋,观看微读数观察窗,使微读数盘的零位刻度与指标线重合;旋下主调螺旋盖,再按下光源电门,调动主调螺旋,同时观看目镜,在干涉条纹中选
12、定一条黑基线与分划的零位刻度线相重合,并记住这条黑基线;然后,一边观看目镜一边盖好主调螺旋盖。,7、发生零位漂移(俗称跑正、跑负)的处理仪器换气对零后到达工作地点等待1015分钟,取样前观察仪器,“跑正”仪器对零的的黑基线移到零刻度线右边处理:,一种方法:重新换气对零;二种方法:转动微动螺旋使对零的黑基线对准分划板上左边较小的整数刻度线,读出微读数窗内的数值加上该整数即为仪器“跑正”数值,取样读数后减去“跑正”数值即为该测点的真实测定结果。,“跑负”仪器对零的黑基线移到零刻度线左边处理:,一种方法:是重新换气对零;二种方法:以第二条黑基线作为测定和读数的基准线,将第二条黑基线退到分划板上左边较
13、小的整数刻度线上,读出微读数窗内的数值,加上第二条黑基线对准的分划板上的整数,并以此数为“跑负”的基准数,记住此基准数,在取样后,以第二条黑基线为基准线读出结果,减去“跑负”后基准数所得之差,即为该测定点的真实测定结果。,(三)、进行测定,1、巷道风流的划分,巷道风流距巷道顶底板及两帮一定距离的巷道空间内的风流,(1)有支架的巷道,(2)无支架的巷道或用锚喷、砌碹支护的巷道,距支架和巷底各为50mm的巷道空间内的风流;,距巷道顶、帮、底各为200mm的巷道空间内的风流。,2、测定瓦斯浓度,(1)取样:将连接在二氧化碳吸收管进气口的胶皮管伸向巷道风流的上部,挤压气球510次,将待测气体吸入瓦斯室
14、(2)读数:按下光源电门,观察所选定的黑基线,顺时针方向转动微调螺旋,从微读数盘上读出小数位,加上前面的整数,即为瓦斯百分比浓度连续测定三次,取其平均值,即为该测点的瓦斯浓度。,(3)注意事项: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。举例: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,调微动手轮,目镜内光谱,0246810,微动刻度盘,3.二氧化碳含量
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