光干涉瓦斯检定器的使用及维护

光干涉瓦斯检定器的使用及维护一、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、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0~10%0~100%2、测小数范围0~1%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：190×90×38mm7、重量1.6Kg四、光学瓦斯检定器的工作原理㈠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⑶，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⑺前进，再经偏折后，进入望远镜⑻。第二束光线射入平面镜⑶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⑻。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程度。甲烷的浓度与条纹移动距离成正比。五、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。五、仪器的构造2、干涉系统⑴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。⑵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1.6×0.4毫米的长方框，在0~10%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、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六、使用方法（二）瓦斯测定1、甲烷浓度的测定2、二氧化碳的测定3、测定中应注意的问题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六、使用方法六、使用方法（二）、使用前的准备工作1、检查药品是否失效药品名称药品作用正常状态失效状态安装位置钠石灰吸收二氧化碳粉红色变谈、变白仪器外硅胶吸收水分透明绿色无色最后变为粉红色一般在仪器内，有时也在仪器外氯化钙吸收水分白色，颗粒状白色，粉末状六、使用方法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3mm～5mm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。返回六、使用方法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。返回六、使用方法3、检查干涉条纹是否清晰（光路系统的检查）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。返回六、使用方法4、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”）返回六、使用方法5、干涉条纹的零位调整（电路系统的检查）（1）清洗气室后，（2）转动测微手轮，使微动刻度盘归零（3）转动粗动手轮，使黑色的基线归零，并记住所对的这条黑线。旋上护盖，此后护盖不得再旋动。以免零位变动。返回六、使用方法（二）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５～６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。六、使用方法例如条纹移动到３～４％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３％的刻度线上，然后按下按钮（５），读出刻度盘上的读数，如果在0.24～0.26％之间，可读为0.25％，这时所测定的结果为3％＋0.25％＝3.25％。测定后，应把刻度盘退转到零位。六、使用方法采气样调微动手轮目镜内光谱微动刻度盘00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00246810六、使用方法2、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。六、使用方法（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。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