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1、光学瓦斯检定器,李宏伟,一、光学瓦斯检定器的特点及构造 1、光学瓦斯检定器的功能和特点 光学瓦斯检定器，是用来测定瓦斯浓度，也可测定其他气体（如二氧化碳等）的浓度的一种仪器。按其测量瓦斯浓度的范围分为010%（精度0.01%）和0 100%（精度0.1%）两种。这种仪器的特点是携带方便，操作简单，安全可靠，且有足够的精度；但构造复杂，维修不便。2、光学瓦斯检定器的构造 光学瓦斯检定器有很多种类，我国生产的主要有AQG和AWJ型，其外形和内部构造基本相同，现以AQG-1型为便说明其构造如下。,AQG-1型瓦斯检定器外形是个矩形盒子，其由气路、光路和电路三大系统组成，如图1所示。气路系统。由吸气管
2、4、进气管5、水分吸收管9、二氧化碳吸收管11、吸气橡皮球10、气室（包括瓦斯室和空气室）22和毛细管30等组成。其主要部件的作用是：气室用于分别存贮新鲜空气和含有瓦斯或二氧化碳的气体；水分吸收管内装有氯化钙（或硅胶），用于吸收混合气体中的水分，使之不进入瓦斯室，以使测定准确；毛细管，其外端连通大气，其作用是使测定时的空气室内的空气温度和绝对压力与被测地点（或瓦斯室内）的温度和绝对压力相同，同时又使含瓦斯的气体不能进入空气室；二氧化碳吸收管内装有颗粒直径为25mm的钠石灰，用于吸收混合气体中的二氧化碳，以便准确地测定瓦斯浓度。,1目镜；2主调螺旋；3微调螺旋；4吸气孔；5进气孔；6微读数观穿窗
3、；7微读数电门；8光源电门；9水分吸收管；10吸气橡皮球；11一氧化碳吸收管；12干电池；13光源盖；14目镜盖；15主调螺旋盖；16灯泡；17光栅；18聚光镜；19光屏；20平行平面镜；21平面玻璃；22气室；23反射棱镜；24折射棱镜；25物镜；26测微玻璃；27分划板；28场镜；29目镜保护盖；30毛细管图1 AQG-1型光学瓦斯检定器,(a)外形图(b)内部构造,1光源；2聚光镜；3平面镜；4平行玻璃；5气室；6折光棱镜；7反射棱镜；8望远镜系统,图2 AQG1型瓦斯检定器的光路系统图,光路系统。如图2所示。电路系统。其功能和作用是为光路供给电源。由电池12、灯泡16、光源盖13、光源
4、电门8和微读数电门7组成。,瓦斯鉴定器各组件作用,1.照明装置组：是仪器产生干涉条纹的光源部分，灯泡的额定电压1.35V（伏），0.3A（安）2.聚光镜组：汇集光源，使之形成平行光束。3.平面镜组：光线经过此镜分裂为两束光线，由于镜座的作用，该镜向后倾斜55度。4.折光棱镜组：将平面镜射出的两列光束经两次90度反射后，折回平面镜上。5.反射棱镜组：用于调节光谱的位置。,6.物镜组：调节镜座可使干涉条纹在分化版上成像清晰7.测微镜组：转动微动手轮时，因齿轮带动刻度盘和测微玻璃座，使其偏转，产生光线的偏折，使干涉条纹移动主要供测定1%以下的微数使用。8.目镜组：起放大作用，便于观察。通过旋转镜座调
5、节视度，看清光谱。在010%、或0100%范围共21道刻线9.吸收管组：内吸收管装有氯化钙或硅胶，用以吸收井下空气中的水分；外吸收管内装纳石灰，用以吸收井下空气中的CO2。,10.气室组：共分三格两侧为空气室，中间为瓦斯室为平衡气室内的大气压力，装有盘型管。11.按钮组：分为上下两个按钮，分别用来控制测微光源和干涉条纹光源系统的照明电路。,AQG2型瓦斯鉴定器主要技术数据：,1、目镜分化板刻度最低为：5%2、测量的范围：0100%3、测微刻度盘最小值0.2%,AQG1型瓦斯鉴定器主要技术数据1、目镜分化板刻度最低为：0.5%2、测量的范围：010%3、测微刻度盘最小值0.02%,二、光学瓦斯检
6、定器的工作原理,光学瓦斯检定器是根据光干涉原理制成的。它的光路系统如图2所示。其工作原理如下：由光源1发出的光，经聚光镜2到达平面镜3。并经其反折射形成两束光，分别通过空气室和瓦斯室，再经折光棱镜6折射到反射棱镜7，再反射给望远镜系统8。由于光程差的结果，在物镜的聚焦平面上将产生干涉条纹。,由于光的折射率与气体介质的密度有直接关系，如果以空气室和瓦斯室都充入新鲜空气产生的条纹为基础（对零），那么，当含有瓦斯的空气充入瓦斯室时，由于空气室中的新鲜空气与瓦斯室中的含有瓦斯的空气的密度不同，他们的折射率即不同，因而光程也就不同，于是干涉条纹产生位移，从目镜中可以看到干涉条纹移动的距离。由于干涉条纹的
7、位移大小与瓦斯浓度的高低成正比关系，所以，根据干涉条纹的移动距离就可以测知瓦斯的浓度。我们在分划板上读出位移的大小，其数值就是测定的瓦斯浓度。,三、光学瓦斯检定器的操作 1、使用光学瓦斯检定器之前的准备工作 须对瓦斯检定器进行以下检查工作：检查药品性能。检查水分吸收管9中的氯化钙（或硅胶）硅胶由深蓝色变为浅蓝色或透明色为失效。检查外接的二氧化碳吸收管11中的钠石灰是否变色，若由粉红色变为浅黄色或乳白色则失效，应打开吸收管更换新药剂，新药剂的颗粒直径要在35mm之间，不可过大或过小。因为颗粒过大不能充分吸收通过气体中的水分或二氧化碳；颗粒过小又容易堵塞甚至其粉末被吸入气室内。颗粒直径不合要求会影
8、响测定的精度。,检查气路系统。首先检查吸气球是否漏气：用手捏扁吸气球，另一手掐住吸气球胶管，然后放松气球，若气球不鼓起，则表明不漏气；其次，检查仪器是否漏气：将吸气胶皮管同检定器吸气孔4连接，堵住进气孔5，捏扁吸气球，松手后球不鼓起为气密；最后，检查气路是否畅通，即放开进气孔，捏放吸气球，以气球快速鼓起为整机气路畅通。检查干涉条纹的清晰度。按下部按钮，由目镜观察，并旋转目镜筒，调整到分划板清晰为止，再看干涉条纹是否清晰，如不清晰，可取下光源盖，拧松灯泡后盖，调整灯泡后端小柄，同时观察目镜内条纹，直到条纹清晰为止。然后拧紧灯泡后盖，装好仪器。,清洗瓦斯室。在地面或井下新鲜空气中，手捏气球510次
9、，清洗气室地点的温度与被测地点的温度正负不差10摄氏度。零位调整。按上部按钮，调整测微手轮使微读数盘的零位刻度与指标线重合；旋下主调螺旋盖15，再按下部按钮8，调整触动手轮2，同时观看目镜，在干涉条纹中的两条黑色基准线中选定任意一条黑基线与分划板的零位相重合，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15。,2、使用光学瓦斯检定器测定瓦斯浓度 应按以下方法和步骤进行：调零。在井下井底车场、进风大巷或测地点附近的进风巷道中，捏放气球7-8次，然后检查微读数盘的零位刻度与指标是否重合，选定的黑基线与分划板的零位是否重合。若有移动，则按“对零”操作方法进行调整，使光谱处在零位状态。,CH
10、4检测仪自检准确的方法：将基准线与零位重叠后，第五条红蓝线与7%重叠，证明仪器标准。,测定瓦斯。将连接在二氧化碳吸收管进气口的胶皮管伸向待测位置，然后捏放气球510次，将瓦斯室气体完全置换。然后方可将吸气管收回。读数。按下光源电门8，由目镜1中观察黑基线的位置。如其恰与某整数刻度重合，读出该处刻度数值，即为瓦斯浓度；如果黑基线位于两个整数之间，如图73中b所示，则应顺时针转动微调螺旋3，使黑基线退到较小的整数位置上，如图73中c所示，然后，从微读数盘上读出小数位、整数与小数相加就是测定出的瓦斯浓度，例如，若从整数位读出的数值为1，微读数为0.52，则测定的瓦斯浓度1.52%。,3、应用光学瓦斯
11、检定器测定二氧化碳浓度 用光学瓦斯检定器测定二氧化碳浓度时，要首先测出瓦斯浓度，然后去掉二氧化碳吸收管，再测定出瓦斯和二氧化碳混合气体的浓度，后者减去前者，再乘以0.955的校正系数（由于二氧化碳的折射率与瓦斯折射率相差不大，一般测定时，也可不校正），即为所要测定的二氧化碳浓度。注：测瓦斯和混合气体要在同一地点、同一位置进行。,瓦斯鉴定器(AQG-1)的允许规定误差：瓦斯含量允许误差的范围%以上01 0.0514 0.147 0.2710 0.3瓦斯鉴定器(AQG-2)的允许规定误差：瓦斯含量允许误差的范围%以上010 0.5%1040 1%4070 2%70100 3%,【例题】用光学瓦斯检
12、定器在矿井总回风巷内进 行测定工作，在未去掉二氧化碳吸收管时，测得 巷道距顶30cm处和距底30cm处的读数分别为0.68%和0.45%；取下二氧化碳吸收管测得巷道底30cm处的读数为1.19%。试计算并判定该回风巷中风流的瓦斯和二氧化碳浓度是否符合规程规定。,解：风流中瓦斯浓度为0.68%。风流中二氧化碳浓度：（1.19%0.45%）0.955=0.71%风流中的瓦斯和二氧化碳浓度不超过 0.75%因此，符合规程规定。4、使用光学瓦斯检定器进行测定时，发生零位漂移的原因和预防方法,光学瓦斯检定器发生零位漂移（俗称跑正或跑负），会造成测定结果不准或错误。发生零位漂移的常见原因：一是仪器空气室内
13、不新鲜，毛细管失去作用；二是“对零”时的地点与待测地点的温度和压力相差较大；三是瓦斯室气路不畅通。防止零位漂移的办法有：经常用新鲜空气清洗空气室，不要连班使用一个检定器，以免毛细管内空气不新鲜。仪器对零时，应尽量在与待测地点温度相近、标高相同的附近进风巷内进行，以免因温差、压差过大引起零位漂移。经常检查检定器的气路，发现不畅通或堵塞要及时修理。,5、当温度和气压变化较大时，校准光学瓦斯检定器测得的瓦斯浓度值 光学瓦斯检定器是在1个标准大气压（约为0.1Mpa（兆帕）温度20的条件下标定刻度的。当被测地点的大气压力超过（1.01105）Pa100pa（帕）、温度超过（202）范围时，应当进行修正
14、。修正的方法是将已测得的瓦斯或二氧化碳浓度值乘以校正系数K：K=（101325/p）（T/293）=345.82T/p(7-1)式中 T测定地点绝对温度，绝对温度与摄氏温 度t的关系是T=t+273；P测定地点的大气压力，Pa。【例题】在井下某一地点用光学瓦斯检定器测定的风流中的瓦斯浓度为0.86%，同时测得该地点的空气温度为28、大气压力为78805Pa，求算校正系数为：K=345.82T/p=345.82（28+273）/78805=1.32 该地点真实的瓦斯浓度值为：0.86%1.32=1.14%,6、光学瓦斯检定器的常见故障与排除 检查药品时如药品失效会发现药品的颗粒变小成粉或胶结一起
15、应及时更换，否则可能使测定甲烷数值偏高，有时甚至可阻塞进气管路。气密检查如果发现漏气应想法找出漏气的部位，及时更换吸管或吸球。如漏气，在接头处应将漏气管头切下。,检查光路如发现无光，应打开光源盖检查灯泡，及时更换。如灯泡正常则应更换电池。当发现灯光暗红时也是电池用得太久，应及时更换。当发现干涉条纹无法归零，或干涉条纹和分划板的刻线不平行，不要摔打，应找专职校对人员调校。当目镜内出现雾气也应找专职人员修理。四、光学瓦斯检定器使用和保养注意事项 携带和使用时，防止和其他硬物碰撞以免损坏仪器内部零件和光学镜片。光干涉条纹不清晰，往往是由于空气湿度过大，光学玻璃上有雾粒或灰尘附在上面以至光学系统有毛病
16、造成的。如果调整光源灯泡后不能达到目的，就要由修理人员拆开进行擦拭，或调整光路系统。,测定时，如果空气中含有一氧化碳、硫化氢等其他气体时，因为没有这些气体的吸收剂，将使瓦斯测定结果偏高。为消除这一影响，应再加一个辅助吸收管，管内装有颗粒活性炭可消除硫化氢影响，装有40%氧化铜和60%二氧化锰的混合物，可消除一氧化碳的影响。在火区、密闭区等严重缺氧地点，由于气体成分变化大，用光学瓦斯检定器测定瓦斯时，测定结果会比实际浓度偏大很多（试验可知，氧气浓度每降低1%，瓦斯测定结果约偏大0.2%）。这时，必须采取试样，用化学分析的方法而不准使用光学瓦斯检定器测定瓦斯浓度。,高原地点的空气密度小、气压低，使
17、用时应对仪器进行相应调整，或根据当地实测的空气温度和大气压力用公式（7-1）计算校正系数，对测定结果进行校正。仪器不用时，要放在干燥的地方，并取出电池，以防腐蚀仪器，远离油酸水类。要定期对仪器进行检查、校正，发现问题，及时维修，不准用损坏的仪器进行测定。保养温度0-30摄氏度，使用温度-15+40,甲烷（瓦斯）的性质、来源、危害,性质:无色、无味、无臭、无毒的气体,比重0.554。来源:煤岩中。危害:在空气中的含量达到一定浓度时,遇火会燃烧和爆炸;浓度达到40%以上时,能使人窒息死亡。,瓦斯的爆炸上限、下限和最强爆炸浓度,瓦斯爆炸的浓度范围称为瓦斯的爆炸界限。瓦斯爆炸的最高浓度16%,称为爆炸
18、上限。瓦斯爆炸的最低浓度5%,称为爆炸下限。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氧化反应,爆炸威力最强,称为最强爆炸浓度。,防止瓦斯爆炸的主要措施,（1）防止瓦斯积聚。（2）防止瓦斯引燃。（3）防止瓦斯事故扩大。瓦斯爆炸的三要素：（1）明火（电火花）（2）有充足的氧气（3）瓦斯浓度达到其爆炸界限（5%16%）,二氧化碳的性质、来源、危害,性质:无色、略带酸臭味、微毒的气体,比重1.52,易溶于水,不助燃,对眼睛和呼吸器官有刺激作用。来源:(1)有机物的腐朽;(2)人的呼吸、灯火燃烧;(3)放炮;(4)煤的自燃、火灾及瓦斯、煤尘爆炸;(5)从煤岩中放出。危害：浓度达到1%时,呼吸急促;3%时,呼吸量增加一倍;5%时,呼吸困难;10%时,头痛;10%-20%时,短时间失去知觉;20%-25%时,窒息死亡。,复习题,1、CH4的性质、来源、危害？2、CH4检定器使用前准备工作？3、CH4、CO2的检查方法？4、CH4检定器的使用温度？5、CH4检定器的校正方法？6、CH4检定器测量偏高、偏低的原因？,
