光干涉瓦斯檢定器的使用及維護

1、 一、功能和特點、功能和特點 v光學(xué)瓦斯檢定器，是用來測定瓦斯?jié)舛?，也可測定 其他氣體（如二氧化碳等）的濃度的一種儀器。 v按其測量瓦斯?jié)舛鹊姆秶譃?10%（精度0.02%） 和0100% （精度0.1%）兩種。 v特點是攜帶方便，操作簡單，安全可靠，且有足夠 的精度：但構(gòu)造復(fù)雜，維修不便。 二、儀器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)二、儀器的主要技術(shù)數(shù)據(jù) v1、測量范圍、測量范圍 010% 0100% v2、測小數(shù)范圍、測小數(shù)范圍 01% v3、分劃板刻度：、分劃板刻度： 0 2 4 6 8 10 二、儀器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)二、儀器的主要技術(shù)數(shù)據(jù) v作整數(shù)讀數(shù)時：作整數(shù)讀數(shù)時： 1% v作小數(shù)讀數(shù)時：作小數(shù)讀數(shù)時

2、： 0.02% v4、電源：、電源： 1.5V（伏）（伏）（1號干電池號干電池1 節(jié)）節(jié)） v5、照明燈泡：、照明燈泡： 1.35V（扁球頭）（扁球頭） v6、外形尺寸：、外形尺寸： 1909038 mm v7、重量、重量 1.6 Kg 三、光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理三、光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理 v 光波的產(chǎn)生光波的產(chǎn)生 v光是以波的形式從光源向四面?zhèn)鞑サ?，光波和水?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。所謂光的干涉，就是波長相

3、同 的兩波相互產(chǎn)生波峰增長，或者抵消的現(xiàn)象。如圖 示： 三、光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理三、光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理 三、光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理三、光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理 相長干涉相消干涉 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。 三、三、 光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理 v光學(xué)瓦斯檢定器就是根據(jù)這個道理制成的。 v在一定的溫度和壓力下，用光學(xué)瓦斯檢定管 來測量礦井空氣中的甲烷含量，其光學(xué)原理 如圖示： 三、光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理三、光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理 三、光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理三、光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理 v

4、由光源發(fā)出的光經(jīng)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(cè)壁，由折光棱鏡將其折回，它穿過另一側(cè)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(jīng)偏折后，進入望遠(yuǎn)鏡 。 v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(chǎn)生 干涉現(xiàn)象后一同進入望遠(yuǎn)系統(tǒng)。兩束光在物鏡的焦平面上 顯現(xiàn)出白光特有的干涉現(xiàn)象，干涉條紋中央為白色條紋，兩 邊為彩色條紋。 三、光學(xué)瓦斯檢定器的工作原理三、光學(xué)瓦斯

5、檢定器的工作原理 v當(dāng)各氣室內(nèi)充進相同的氣體時，兩束光波所 經(jīng)過的光程相同（光程=光線所通過的路程與 光所通過的物質(zhì)的折射率的乘積）如果 在一 束光的光程中改變氣體的化學(xué)成份，或改變 溫度、壓力等時，因折射率發(fā)生變化，所以 光程也隨之變化，干涉產(chǎn)生的條紋也發(fā)生移 動。根據(jù)條紋移動的距離，可以確定折射率 發(fā)生變化的程度。甲烷的濃度與條紋移動距 離成正比。 四、儀器的構(gòu)造四、儀器的構(gòu)造 四、儀器的構(gòu)造四、儀器的構(gòu)造 四、儀器的構(gòu)造四、儀器的構(gòu)造 v1、光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng) （光源、聚光鏡）（光源、聚光鏡） v光源光源：采用1.35V、0.3A的白光小燈泡。內(nèi)部 反光層是白色的，這個小燈泡與干涉條紋有

6、 很大關(guān)系，不得任意更換。 v聚光鏡聚光鏡：用來匯聚光源發(fā)出的燈光，使之增 強亮度，在燈泡前裝有0.5毫米細(xì)縫的光屏， 能擋去多余的光。使干涉條紋更加清淅。 四、儀器的構(gòu)造四、儀器的構(gòu)造 v2、干涉系統(tǒng)、干涉系統(tǒng) v平面鏡組平面鏡組：該鏡組是儀器的心臟組件，鏡片用質(zhì) 量良好的光學(xué)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(yán)格。將直接影響 干涉條紋清晰度。 v折光棱組：折光棱組：是干涉系統(tǒng)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(jīng) 過空氣室和氣樣室，射到折光棱鏡上，然后經(jīng)過兩 次90度反射，又將兩列光線平行地射回平面鏡。 四、儀器的構(gòu)造四、儀器的構(gòu)造

7、 v反射棱鏡反射棱鏡：該棱鏡的作用是將光線作90度轉(zhuǎn)向。通 過螺桿調(diào)節(jié)，可使干涉條紋移動，調(diào)節(jié)支板可以尋 找干涉視場的范圍。 v氣室：氣室：氣室是測定氣體的主要組件，其長度為 120mm，共分三路，兩側(cè)為空氣室，中間為氣樣室。 各室上側(cè)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(jié)果的準(zhǔn)確性。氣室兩端用平行玻璃 膠合封閉。 四、儀器的構(gòu)造四、儀器的構(gòu)造 v3、測定部份、測定部份 v反射棱鏡反射棱鏡：該棱鏡的作用是將光線作90度轉(zhuǎn)向。通 過螺桿調(diào)節(jié)，可使干涉條紋移動，調(diào)節(jié)支板可以尋 找干涉視場

8、的范圍。 v氣室：氣室：氣室是測定氣體的主要組件，其長度為 120mm，共分三路，兩側(cè)為空氣室，中間為氣樣室。 各室上側(cè)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(jié)果的準(zhǔn)確性。氣室兩端用平行玻璃 膠合封閉。 四、儀器的構(gòu)造四、儀器的構(gòu)造 四、儀器的構(gòu)造四、儀器的構(gòu)造 v氣室組氣室組 v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。 v物鏡物鏡：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(zhì)量好的圖像，在鏡 片上不能有明顯

9、的劃痕、氣泡、砂眼、麻點 以及脫膠等現(xiàn)象。 四、儀器的構(gòu)造四、儀器的構(gòu)造 v分度板分度板：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 內(nèi)共有21道刻線，干涉條紋經(jīng)物鏡成像，在 分劃板上顯示出來。 v目鏡：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(zhuǎn)來調(diào)節(jié)視力，直至分度 線看清為止。 四、儀器的構(gòu)造四、儀器的構(gòu)造 v4、氣路系統(tǒng)：、氣路系統(tǒng)： v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。

10、v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(nèi)裝氯化鈣。把水蒸氣吸收掉，以保證 測量的準(zhǔn)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(zhǔn)確測定時， 干燥劑管里也可裝鈉石灰。 五、使用方法五、使用方法 v（一）瓦斯測定（一）瓦斯測定 v1、甲烷濃度的測定 v2、二氧化碳的測定 v3、測定中應(yīng)注意的問題 五、使用方法五、使用方法 v（二）、使用前的準(zhǔn)備工作 v1、檢查藥品是否失效 藥品名稱藥品作用正常狀態(tài)失效狀態(tài)安裝位置 鈉石灰吸收二氧化碳粉紅色變談、變白儀器外 硅 膠吸收水分透明綠色 無色最后變 為粉紅色 一般在儀器 內(nèi)，有 時也在 儀器外氯化鈣吸收水分白色

11、，顆粒狀 白色，粉末 狀 五、使用方法五、使用方法 v吸收管內(nèi)的硅膠或氯化鈣和鈉石灰，如果變 質(zhì)或失效就會降低吸收能力，影響測定的準(zhǔn) 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(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充分接觸而設(shè) 置的。 五、使用方法五、使用方法 v2、氣密性檢查（氣路系統(tǒng)檢查）、氣密性檢查（氣路系統(tǒng)檢查） v首先檢查吸氣球是否漏氣：用手捏扁氣球， 另一手掐住膠管，然后放松氣球，若氣球一 分鐘內(nèi)不脹起，則表明不漏氣；然后，檢查 儀器氣室是否漏氣：將吸氣膠皮管同檢定器 吸氣孔連接，堵住進氣孔，捏扁氣球，松手 后球一

12、分鐘內(nèi)不脹起；最后，檢查氣路是否 暢通：即放開進氣孔，捏放吸氣球，以氣球 能癟起自如為好。 五、使用方法五、使用方法 v3、檢查干涉條紋是否清晰、檢查干涉條紋是否清晰 （光路系統(tǒng)的檢 查） v把電池裝入儀器，按下按鈕，由目鏡觀察， 旋轉(zhuǎn)保護玻璃框，調(diào)整視度達到數(shù)字最清晰 為止。 五、使用方法五、使用方法 v4、清洗氣室、清洗氣室 v使用前，必須用新鮮空氣沖洗瓦斯室。 v（1）新鮮空氣： v空氣未受污染的巷道，一般在井底車場或礦井總進 風(fēng)巷。 v（2）距被測地點溫差不超過10： v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(xiàn)場稱為“跑正”或“跑負(fù)”） 五、使用方法五、使用方法

13、 v5、干涉條紋的零位調(diào)整（電路系統(tǒng)的檢 查） v（1）清洗氣室后， v（2）轉(zhuǎn)動測微手輪，使微動刻度盤歸零 v（3）轉(zhuǎn)動粗動手輪，使黑色的基線歸零， 并記住所對的這條黑線。旋上護蓋，此后護 蓋不得再旋動。以免零位變動。 五、使用方法五、使用方法 v（二）檢查瓦斯 v1、甲烷濃度的測定： v測定時，將聯(lián)接瓦斯入口的橡皮管伸至測定地點， 然后慢慢握壓吸氣球次，擠壓次數(shù)主要由橡 皮管的長度決定，橡皮管越長，擠壓次數(shù)越多，以 儀器的瓦斯室中氣體完全被置換為目的。待測氣體 進入瓦斯室，由目鏡中觀察干涉條紋是否已移動， 先讀出干涉條紋在分劃板上移動的條數(shù)。 五、使用方法五、使用方法 v例如條紋移動到之間

14、然后轉(zhuǎn)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(shù)，如在0.24上，這時所 測定的結(jié)果為30.243.24。 v測定后，應(yīng)把刻度盤退轉(zhuǎn)到零位。 五、使用方法五、使用方法 v2、二氧化碳濃度測定 v首先測出瓦斯?jié)舛龋?v然后去掉二氧化碳吸收管， v再測定出瓦斯和二氧化碳混合氣體的濃度， v后者減去前者，再乘以0.995 的校正系數(shù) （由于二氧化碳的折射率與瓦斯折射率相差 不大，一般測定時，也可不校正），即為所 要測定的二氧化碳濃度。 五、使用方法五、使用方法 v（1）公式 v二氧化碳含量 v （混合氣體濃度瓦斯?jié)舛龋?0.955 v a、二氧

15、化碳濃度是算出的。 v b、甩掉鈉石灰附管，測定地點一般在巷道的中 下部，用檢查瓦斯的方法讀出混合氣體的濃度。 v c、混合氣體濃度和瓦斯?jié)舛刃柙谕坏攸c同一 位置檢查。 v d、用以上公式計算出二氧化碳的濃度。 六、光干涉瓦斯測定器一般故障及其處理六、光干涉瓦斯測定器一般故障及其處理 v(1)干涉條紋的尋找與校正。尋找校正干涉條紋，在 維修裝校中較困難，其一般方法如下：引起干涉條 紋消失的現(xiàn)象，一般多是由于光源系統(tǒng)的故障，如 燈泡燒壞，線路損壞，燈泡位置移動，光屏移動和 內(nèi)部各光學(xué)零件變位等原因。因此尋找條紋之前， 先檢查下列部分：檢查開關(guān)和線路是否正常；檢查 燈泡是否良好，其位置是否適當(dāng)。

16、 v當(dāng)各部分檢查完好后，將光源接入電路中，使燈絲 位置與光纜平等，而且要使燈泡發(fā)出的光恰好通過 光纜，投射到平面鏡上。此時用一張寬10mm，長 50mm的潔白硬紙條放在平面鏡前，對正通過窄縫 投射來的光線，仔細(xì)檢查這一列光線是否正對在平 面鏡面的右邊。光的位置不能高于或低于鏡面，否 則應(yīng)調(diào)整燈泡。然后把白紙條垂直放在氣室右側(cè)孔 位置，檢查從平面鏡反射出來的光線是否剛好通過 氣室右側(cè)孔，如果有偏斜可稍調(diào)節(jié)平面鏡。再將白 紙條移到折光棱鏡前，檢查光線是否正直。如果不 正直，可移動光纜和燈泡的位置。 v當(dāng)光斑符合要求后，再將白紙條放在測微玻璃和目 鏡筒的中間。檢查光線通過平面鏡、反射棱鏡、物 鏡等后

17、是否投射到目鏡視場中央。如果偏高或偏低， 可以調(diào)節(jié)粗動螺桿；若光線向左右偏時，可左右撥 動反射棱鏡。然后將所找到的光束通過目鏡來尋找 條紋，如果還發(fā)現(xiàn)光束向上、下、左偏時，可以重 復(fù)前面的方法調(diào)節(jié)之。 v按上述方法找到了干涉條紋，但卻模糊不清，可能 是儀器上的光學(xué)零件被灰塵沾污或物鏡的位置不對。 因此調(diào)整條紋清晰度時，首先應(yīng)檢查光學(xué)零件是否 清潔，否則必須擦洗。如果光學(xué)零件擦洗后仍發(fā)現(xiàn) 條紋不清晰，可沿著光軸前后移動物鏡，必要時也 可調(diào)整其他光學(xué)零件和燈泡來達到最清晰的干涉條 紋。 v光學(xué)零件擦洗方法一般是用小棒卷脫脂棉，浸少許 酒精，擦試玻璃表面，再用潔白細(xì)軟的凈布或綢布 擦亮，如遇有油脂，

18、還可以用碳酸鈣、乙醚作同樣 的擦洗。擦洗時應(yīng)注意不要使酒精等浸入平面鏡的 鍍膜面、物鏡的膠合面和分劃板的涂漆面，以免損 壞。 v為了保證儀器測量準(zhǔn)確度，必須校正條紋的寬度。 一般是采用墊錫箔于折光棱鏡及平面鏡底面或修挫 該底面(錫箔層數(shù)不該超過兩層，修銼的底面應(yīng)保證 平整、無毛刺)。后一方法能保證條紋寬度在較長時 間內(nèi)穩(wěn)定，是比較好的。儀器的校正方法將在下面 作專節(jié)介紹。 v干涉條紋移動，可用調(diào)整燈泡位置的方法，使它移 向視場中央。此方法不能解決時，可以左右移動反 射棱鏡或稍微調(diào)整平面鏡來修正。但當(dāng)調(diào)整平面鏡 時應(yīng)注意最后的條紋寬度不發(fā)生變化。 v(2)讀數(shù)不準(zhǔn)確。其原因可能有以下幾個：第 一，壓測微玻璃的彈簧片失靈，使測微玻璃 轉(zhuǎn)動時與刻度盤的轉(zhuǎn)動不一致，使讀數(shù)不真