光学瓦斯检定器

光干涉式瓦斯检定器
我国煤矿使用的光学瓦斯检定器型号很多，主要有抚顺安仪厂的AQG-1型，西安煤矿仪表厂的GWJ-1型以及日本的理研18型光学瓦斯检定器等。

其原理和结构基本相同，测量瓦斯浓度范围为0～10%。

（一）仪器的构造
AQG-1型瓦斯检定器的构造如图1所示。

图1 AQG-1型瓦斯检定器构造示意图
1-照明装置组；2-聚光镜组；3-平面镜组；4-折光镜组；5-发射棱镜组；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）照明装置组。

是仪器产生干涉条纹的光源部分，电源为一节电池。

（2）聚光镜组。

该镜用以聚集由光源发出的光，以增强亮度。

（3）平面镜组。

平面镜组是产生光干涉的重要部件。

通过聚光镜的光线以45°交角射向平面镜，光线经过此镜后分为两束，以便得到所需的干涉条纹宽度。

（4）折光棱镜组。

折光棱镜是产生光干涉的重要部件。

它将光线进行两次90°反射后折回平面镜。

（5）反射棱镜组。

反射棱镜的作用是将光线作90°转向。

在井下测定有害气体以前必须先调整好基数，在测量过程中，不得随意转动与调节螺杆连在一起的粗动手轮。

（6）物镜组。

其上的光屏是用以改善干涉条纹的清晰度。

（7）测微组。

当转动测微手轮时，产生光线的偏折，使干涉条纹移动。

（8）目镜组。

目镜组包括分划板和两个放大透镜。

它利用旋转保护玻璃框来调节视度，使看到的条纹及刻度线性清晰明显。

（9）吸收管组。

因矿井的情况不同，测量二氧化碳和瓦斯两种气体时，还应有一较长的附加吸收管，内装钠石灰，用以吸收二氧化碳。

在仪器内的吸收管中，装有变色硅胶或氯化钙来吸收水蒸汽。

（10）气室组。

气室是测定气体的主要部分，共分为3格，两侧的两格称为空气室，中间的一格称为瓦斯室。

各室的两端上侧，有弯曲紫铜管用以连接橡胶皮管。

对气室的要求是，空气和瓦斯室不漏气、不串气。

（11）按钮组。

仪器上有两个按钮，上面一个用来控制测微读数部分的照明电路。

（二）仪器原理
仪器的光学系统如图2所示，由光源1发出的光经过聚光镜2后到达平面镜3，在O点分为两部分。

一部分光束穿过气室5下侧空气
室，由折光棱镜6将其折回，穿过上侧空气室后折射入平面镜3，在其后表面又进行全反射，于O′点穿出平面镜。

另一部分光束折射入平面镜后被后表面全反射，然后通过气室5的中央小室回到平面镜3，于O′点经平面镜反射和上述部分光束一同进入望远镜系统。

由于两部分光的光程不同，因而在望远镜系统中的物镜8的聚焦平面上产生了白光特有的干涉现象，通过目镜11可以看到有两条黑文和若干彩色条文组成的光谱。

图2 AQG-1型瓦斯鉴定器光学系统图
1—光源；2—聚光镜；3—平面镜；4—平面玻璃；5—气室；6—折光棱镜；7—反射棱镜；
8—物镜；9—测微玻璃；10—分划板；11—目镜；12—保护玻璃光程=光线所通过的路程×光所通过的介质折射率。

如果以气室5的各小室均充入同样的新鲜空气时产生的干涉条纹为基准，那么，当在一支光路中改变气体的化学成分或温度、压力等，则因折射率起了变化，光程和光程差也就随着变化，这时干涉条纹就会发生移动。

根据条纹移动距离的大小，可测出被测气体—CH4的浓度，CH4的浓度与条纹移动距离成正比。

（三）光学瓦斯检定器的使用方法
1. 使用前的准备工作
（1）查药品是否失效：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。

药品颗粒的大小为3～5mm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。

（2）气密性检查：用左手堵住仪器的进气孔，右手捏挤吸气球，如果吸气球不膨胀还原，就证明仪器和吸气球都不漏气。

（3）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，再看干涉条纹是否清晰，如不清晰，可将光源灯泡盖打开，稍微转动灯泡座，直到清晰为止。

（4）清洗气室：使用前，必须用新鲜空气冲洗瓦斯室，但清晰地点与被测地区的温差不应超过10℃。

因为不同温度的气体折射率是不同的，因此，对零地点和测量地点温度差太大，会引起测量误差；另外，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”）因此清洗气室一般在井底车场进行。

（5）干涉条纹的零位调整，（图3）如上所述在新鲜风流中捏放吸气球7～8次，清洗气室后，首先按上按钮转动测微手轮，使刻度盘的零位与指标线重合。

然后按下按钮，转动粗动手轮从目镜中观察，将干涉条纹中最黑的一条与分化板上的零位线对准，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。

图3 光学瓦斯检定器的使用
1—测微手轮；2—粗动手轮；3—目镜；4、5—按钮；6—附加吸收管；7—吸气管
2. 进行测定
（1）瓦斯浓度的测定：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7～8次。

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，例如条纹移动到3%～4%之间。

然后转动测微手轮，把对零位时所选的那条条纹移动到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。

（2）二氧化碳浓度的测定
①在二氧化碳含量大的矿井里（没有瓦斯），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。

②在有瓦斯的地方测定二氧化碳，或是在测定瓦斯的同时又测定
二氧化碳，就必须先测定瓦斯和二氧化碳的混合含量（不用钠石灰吸收二氧化碳，只用硅胶或氯化钙吸收水蒸汽），然后再用钠石灰吸收二氧化碳来测定瓦斯含量，把两次测得的结果相减，所得的差数乘以0.955，即得二氧化碳的实际浓度，例如，测得混合含量为4%，瓦斯含量为3%，则二氧化碳含量=（4%-3%）×0.955=0.955%。

（3）测定中应注意的问题
①测定中空气湿度过大。

会使气室玻璃上产生雾气，灰尘容易附在上面，造成干涉条纹不清晰。

因此，必须用硅胶或氯化钙来吸收水汽。

必要时，可在仪器外再增加一支氯化钙吸收管。

此外光源各部分的接触不良，灯泡移动都会影响干涉条纹的清晰。

②所测瓦斯读数比实际含量偏高，其原因可能是：钠石灰失效或吸收能力降低，把二氧化碳和瓦斯的混合含量误认为瓦斯含量，有时药品的吸收能力很好，但由于颗粒过大也会导致瓦斯读数偏高。

如从含量高地点转到含量低的地点进行测定，发生读数偏高。

可能是吸气球或吸气球到气室之间漏气，进气管路堵塞或被压。

也就是前一地区进入仪器的气体不能被后一地区的气体完全置换。

所以每班都应检查仪器的进出气系统。

③所测瓦斯读数比实际含量偏低，原因可能有以下几个：第一，气室上所装盘形管和橡皮堵头以及与空气室连接的各个接头，有破裂漏气情况，使空气室的空气不新鲜，折射率增大，而使瓦斯室和空气中的气体折射率的差降低，故读数也随着降低。

第二，瓦斯的进出口和吸气球漏气，接头不紧，使吸气能力降低，并在吸气时，附近的气
体渗入瓦斯室，冲淡了要测定的气体，结果读数偏低。

第三，在准备工作地点调整零位时，空气不新鲜，或空气室与瓦斯室之间相互串气。

④空气中氧气含量的变化对瓦斯测定的结果影响很大。

当氧含量降低时，读数产生正值偏差，在严重缺氧的密闭火区中检测瓦斯时，往往测值偏高。