光學瓦斯檢測儀的培訓課件
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1、,光學瓦斯檢測儀的使用及維護新集煤礦二0一九年一月,一、光干涉瓦斯儀發展簡史,一百多年前(1856),法國人雅明(Jamin)利用布留斯特干涉條紋制成干涉儀;即有名的雅明干涉儀。1927年日本東京理化大學土井先生將雅明干涉儀加以改進,在保持同樣精度的情況下,體積縮小一半,而且更易于調整,更適合于攜帶。,此后,日本理工化學研究廳(簡稱:理研)根據土井的改進制造攜帶型干涉儀,1951、1952年分別研制成功了理研17、18型,后又陸續研制出理研21、28型。1953年中國科學院儀器館仿制成功理研10L型瓦斯檢定器,順煤礦安全儀器廠于1966年正式投入生產。由于這種瓦斯檢定器性能穩定,精確度高,堅固
2、耐用,因而得到了廣泛的應用,我國煤礦普遍采用這種儀器。,一、光干涉瓦斯儀發展簡史,二、用途,本儀器應用光波干涉原理,能夠迅速而準確的測定礦井中的沼氣(甲烷)、二氧化碳等有毒有害氣體濃度。同時也應用到其它工業部門。如鐵礦、油井等。,三、儀器的主要技術數據,1、測量范圍010%0100%2、測小數范圍01%3、分劃板刻度:,0246810,三、儀器的主要技術數據,作整數讀數時:1%作小數讀數時:0.02%4、電源:1.5V(伏)(1號干電池1節)5、照明燈泡:1.35V(扁球頭)6、外形尺寸:1909038mm7、重量1.6Kg,四、光學瓦斯檢定器的工作原理,光波的產生光是以波的形式從光源向四面傳
3、播的,光波和水波相似,只是光波用眼睛看不見,凸起的部份叫波峰,凹下去的部分叫波谷。波峰間的距離叫波長(入),不同顏色的光線其波長不同。光線可分為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七色。光有各種特性,光的干涉就是其特性之一。(二)光波的干涉所謂光的干涉,就是波長相同的兩波相互產生波峰增長,或者抵消的現象。如圖示:,(一)光波的產生,(二)光波的干涉,1、相消干涉,2、相長干涉,兩波相消的叫相消干涉,兩波相加的叫相長干涉。相消干涉及使光線亮度降低變暗,相長干涉使亮度提高。,光學瓦斯檢定器就是根據這個道理制成的。在一定的溫度和壓力下,用光學瓦斯檢定管來測量礦井空氣中的甲烷含量,其光學原理如圖示:,(三)儀器
4、的原理,6,3,5,4,7,8,9,10,11,12,由光源發出的光經過聚光鏡后,聚成一束光到達平面鏡,在平面鏡的O點分成兩部分,第一束光就是從平面鏡反射出來的,第二束光是從平面鏡折射出來的。第一束光穿過氣室的側壁,由折光棱鏡將其折回,它穿過另一側的小氣室以回到平面鏡,折射入平面鏡的后表面,反射到平面鏡的“O”點,穿出平面鏡后向反射棱鏡前進,再經偏折后,進入望遠鏡。第二束光線射入平面鏡后,在其前表面反射,然后通過氣室的中央小室回到平面鏡上的“O”點與第一束光會合產生干涉現象后一同進入望遠系統。兩束光在物鏡的焦平面上顯現出白光特有的干涉現象,干涉條紋中央為白色條紋,兩邊為彩色條紋。,當各氣室內充
5、進相同的氣體時,兩束光波所經過的光程相同(光程=光線所通過的路程與光所通過的物質的折射率的乘積)如果在一束光的光程中改變氣體的化學成份,或改變溫度、壓力等時,因折射率發生變化,所以光程也隨之變化,干涉產生的條紋也發生移動。根據條紋移動的距離,可以確定折射率發生變化的程度。甲烷的濃度與條紋移動距離成正比。,五、儀器的構造,主要由以下11個部分組成:1、照明裝置組2、聚光鏡組3、平面鏡組4、折光棱鏡組5、反射棱鏡組6、物鏡組7、測微組8、目鏡組9、吸收管組10、氣室組11、按鈕組,1、光學系統(光源、聚光鏡)光源:采用1.35V、0.3A的白光小燈泡。內部反光層是白色的,這個小燈泡與干涉條紋有很大
6、關系,不得任意更換。聚光鏡:用來匯聚光源發出的燈光,使之增強亮度,在燈泡前裝有0.5毫米細縫的光屏,能擋去多余的光。使干涉條紋更加清淅。,2、干涉系統平面鏡組:該鏡組是儀器的心臟組件,鏡片用質量良好的光學玻璃組成,鏡片后邊鍍銀和鋁,形成反射膜,平面鏡的平行度要求極嚴格。將直接影響干涉條紋清晰度。折光棱組:是干涉系統的重要組件,由光源來的光投射到平面鏡上,分成兩列光,這兩列光分別經過空氣室和氣樣室,射到折光棱鏡上,然后經過兩次90度反射,又將兩列光線平行地射回平面鏡。,3、測定部份反射棱鏡:該棱鏡的作用是將光線作90度轉向。通過螺桿調節,可使干涉條紋移動,調節支板可以尋找干涉視場的范圍。氣室:氣
7、室是測定氣體的主要組件,其長度為120mm,共分三路,兩側為空氣室,中間為氣樣室。各室上側有彎管如圖示:管1接盤形管組,管3與管4相通。管2和管5分別與氣樣的出口和進口相接,管6是裝封閉堵頭用的。各氣室管路必須暢通無阻。以免影響測定結果的準確性。氣室兩端用平行玻璃膠合封閉。,氣室組氣室的長度因儀器型號不同而異,氣室越長儀器的精度越高,但測定的范圍也越來越小,反之精度低,測定范圍大。物鏡:它是由雙凸透鏡和凹透鏡用透明樹脂膠合而成的。要想收到質量好的圖像,在鏡片上不能有明顯的劃痕、氣泡、砂眼、麻點以及脫膠等現象。,分度板:其表面光潔度要求為1級,有效范圍為1.60.4毫米的長方框,在010%的范圍
8、內共有21道刻線,干涉條紋經物鏡成像,在分劃板上顯示出來。目鏡:它主要起放大作用,便于觀測,可以通過保護玻璃座旋轉來調節視力,直至分度線看清為止。,4、氣路系統:空氣室的入口和出口分別裝有盤形管和封閉堵頭,如圖示:盤形管的作用是自動平衡氣壓變化(使空氣室和大氣溝通,保持和氣樣室有相同的壓力),并能減少瓦斯擴散的影響,氣樣室和吸收管連接,吸收管里裝鈉石灰。干燥劑管一般是礦井水蒸氣較大時采用(即空氣濕度大)。管內裝氯化鈣。把水蒸氣吸收掉,以保證測量的準確性。如果二氧化碳成分較大,用吸收管(輔助吸收管)不能完全吸收,影響準確測定時,干燥劑管里也可裝鈉石灰。,5、電路系統儀器電路系統如圖示,它是由電池
9、E、燈泡S1、S2和開關K1、K2組成的,通過開關控制干涉系統的光源和測微組照明的光源,開關裝在儀器外面,并保證接觸良好,不應有忽明忽暗現象。電路系統圖,六、使用方法,1、目鏡,2、微動手輪,3、粗動手輪,4、護蓋,5、目鏡燈開關,6、微動刻度盤燈開關,7、微動刻度盤,(一)部件名稱,(二)、使用前的準備工作,1.對藥品效能進行檢查可從外觀來判斷藥品是否失效:,氯化鈣,正常:白色立方晶體,35毫米,失效:漿糊固體狀,(1),(2),硅膠,正常:深藍色且光滑,23毫米,失效:粉紅色,嚴重失效:粉白色且不光滑,(3),鈉石灰,正常:粉紅色顆粒,35毫米,失效:粉白色,吸收管內的硅膠或氯化鈣和鈉石灰
10、,如果變質或失效就會降低吸收能力,影響測定的準確性。藥品顆粒的大小以3mm5mm為宜,太小則粉末太多,容易進入氣室,太大則藥品不能充分發揮吸收能力。吸收管內的三塊隔片就是為了氣體和藥品表面充分接觸而設置的。,2.對各部分進行氣密檢查,(1)檢查吸氣球。,一手捏扁吸氣球,一手壓住橡皮管,看吸氣球是否膨脹或者復圓。,(2)檢查儀器其它部分。,取下進氣孔皮管,然后捏扁吸氣球,再堵住進氣孔,看吸氣球是否膨脹。,(3)檢查氣路系統是否暢通。,放開進氣孔,用手捏扁吸氣球,放開吸氣球馬上膨脹說明正常。,3.對電路部分進行檢查,線路短路,電源短路,(1)正常情況,分別先后按下光源電門和微讀數電門,若光源燈泡和
11、微讀數燈泡亮則正常。,(2)故障情況,斷路,連電,短路,4.檢查干涉條紋是否清晰,把電池裝入儀器,按下按鈕,由目鏡觀察,旋轉保護玻璃框,調整視度達到數字最清晰為止。,5、清洗氣室,在新鮮風流中清洗氣室:用手按捏氣球(5-10次)。,(1)新鮮空氣:空氣未受污染的巷道,一般在井底車場或礦井總進風巷。(2)距被測地點溫差不超過10:這種儀器對溫度的變化比較敏感,溫度變化,會引起零的條紋移動(現場稱為“跑正”或“跑負”),6.干涉條紋的零位調整,按下微讀數電門,旋轉微調螺旋,觀看微讀數觀察窗,使微讀數盤的零位刻度與指標線重合;旋下主調螺旋蓋,再按下光源電門,調動主調螺旋,同時觀看目鏡,在干涉條紋中選
12、定一條黑基線與分劃的零位刻度線相重合,并記住這條黑基線;然后,一邊觀看目鏡一邊蓋好主調螺旋蓋。,7、發生零位漂移(俗稱跑正、跑負)的處理儀器換氣對零后到達工作地點等待1015分鐘,取樣前觀察儀器,“跑正”儀器對零的的黑基線移到零刻度線右邊處理:,一種方法:重新換氣對零;二種方法:轉動微動螺旋使對零的黑基線對準分劃板上左邊較小的整數刻度線,讀出微讀數窗內的數值加上該整數即為儀器“跑正”數值,取樣讀數后減去“跑正”數值即為該測點的真實測定結果。,“跑負”儀器對零的黑基線移到零刻度線左邊處理:,一種方法:是重新換氣對零;二種方法:以第二條黑基線作為測定和讀數的基準線,將第二條黑基線退到分劃板上左邊較
13、小的整數刻度線上,讀出微讀數窗內的數值,加上第二條黑基線對準的分劃板上的整數,并以此數為“跑負”的基準數,記住此基準數,在取樣后,以第二條黑基線為基準線讀出結果,減去“跑負”后基準數所得之差,即為該測定點的真實測定結果。,(三)、進行測定,1、巷道風流的劃分,巷道風流距巷道頂底板及兩幫一定距離的巷道空間內的風流,(1)有支架的巷道,(2)無支架的巷道或用錨噴、砌碹支護的巷道,距支架和巷底各為50mm的巷道空間內的風流;,距巷道頂、幫、底各為200mm的巷道空間內的風流。,2、測定瓦斯濃度,(1)取樣:將連接在二氧化碳吸收管進氣口的膠皮管伸向巷道風流的上部,擠壓氣球510次,將待測氣體吸入瓦斯室
14、(2)讀數:按下光源電門,觀察所選定的黑基線,順時針方向轉動微調螺旋,從微讀數盤上讀出小數位,加上前面的整數,即為瓦斯百分比濃度連續測定三次,取其平均值,即為該測點的瓦斯濃度。,(3)注意事項:擠壓次數主要由橡皮管的長度決定,橡皮管越長,擠壓次數越多,以儀器的瓦斯室中氣體完全被置換為目的。舉例:條紋移動到之間然后轉動測徽手輪,把對零位時所選用的那條條紋移動到的刻度線上,然后按下按鈕(),讀出刻度盤上的讀數,如果在0.240.26之間,可讀為0.25,這時所測定的結果為30.253.25。測定后,應把刻度盤退轉到零位。,采氣樣,調微動手輪,目鏡內光譜,0246810,微動刻度盤,3.二氧化碳含量
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