矿井瓦斯爆炸模拟实验实验指导书Word格式.docx
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仪器内部的光学系统如图2所示。
图2光学系统图
由光源1发出的光经过聚光镜2后到达平面镜3，并在0点分为两部分；
一部分反射，一部分折射。
第1部分光束穿过气室5的测室，折光棱镜6将其折回穿过另测的小室后又回到平面镜3，折射入平面镜后在其后表面（镀反射膜）反射，于0点穿出平面镜向反射棱镜7前进，经偏折后进入望远镜8：
第2部分光束折射入平面镜后在其后表面反射，然后穿过气室中央小室回到平面镜，于0｀点反射后于第1部分光束会合，一同进入望远镜，两光束的物镜的焦平面上产生白光特有的干涉现象；
干涉花样中央为白纹，两旁为彩纹，眼睛通过目镜进行观测。
3、瓦斯爆炸装置总体结构
WSE—1型爆炸演示装置如图3所示。
主机：
前面板有LED发光二极管组成的显示屛，并有三路探头、V—F调整电位器、三路30%校准按钮、对管调整电位器、电源开关、大屛幕显示开关及探头测量选择开关。
后面板装有两个电缆插座，两个保险管座及探头输出测量线柱。
爆炸腔体：
它是甲烷爆炸实验场所，长为3米，断面是R为0.25米的1/4圆，体积为0.15米3，前面为钢化玻璃，便于观看爆炸过程。
长时引爆器：
前面板装有声响和延时指示灯，延时的时间为本10秒钟。
接线箱：
它是连接主机和爆炸腔体的部分，面板装有接线插头、进气孔和引燃输出，及测量选择指示插座。
显示屏：
它是由发光二极管组成的，段数码显示，每个字为本180*90mm2,并装有CH4%符号，供学生观看，主机与显示屏之间有电缆线连接。
图3WSE—1型爆炸演示装置
4、瓦斯爆炸工作原理
瓦斯爆炸的实质是一定浓度的瓦斯与空气中的氧气遇高温热源发生的剧烈氧化反应。
其化学反应过程十分复杂，最终的化学反应式为：
CH4＋2O2=CO2＋2H2O＋890.3kJ/mol
如果氧气不足，反应的最终式为：
CH4＋O2=CO＋H2＋H2O
研究表明，瓦斯爆炸是一种热-链式反应。
当爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源给予的热能）后，反应分子即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基（也称自由基）。
这类游离基具有很大的化学活性，成为化学反应的活化中心。
在适当的条件下，每一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两个以上的游离基。
这样循环下去，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展为爆炸。
三、实验方法
1、光学瓦斯测定器使用前的准备工作
1）对药品效能进行检查
如果吸收管内装的氯化钙、钠石灰等药品吸收能力降低或失效，将影响测定的准确性。
可根据药品的使用时间和变化程度确定是否能继续使用。
药品颗粒大小以（3~5）
mm为合适。
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力。
短的吸收管内的三块隔片就是为了使气体和药品表面充分接触而设置的。
2）对各部分进行气密检查
先检查吸气球是否漏气。
检查方法；
用一支手捏扁吸气球，压出球内的气体，另一支手压住球上的橡皮管，如球不膨胀还原，就证明不漏气。
漏气的气球可以从气球是否破损、活塞芯子是否清洁等方面来找原因。
其次检查仪器各部分是否漏气。
首先对整个气样通道进行检查；
在气样入口与气样出口处加上6.86
kPa（700
mm
H2O）的差压，在l
min内若水柱不下降，说明不漏气；
否则应对各连接部分分别检查，找出原因进行检修。
此外还应检查气室是否串气，因为它们都会影响测量的准确性。
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，旋转保护玻璃座，调整视度达到观察数字最清晰，再看干涉条纹是否清晰。
如不清晰可初步由调整灯泡的位置来改善。
4）用新鲜空气清洗气室
使用以前都必须在和使用地区温度相接近（相差最好不超过10℃）的新鲜空气中清洗气样室。
要求温度相接近的理由是；
第一，不用温度的气体的折射率是不同的，因此当对零和测量地点的温度差别太大时会引起测量误差：
第二。
这种仪器对于温度的变化是比较敏感的，温度的变化会引起对好零的条纹移动（“跑正”或“跑负”）。
为了减少这种误差，仪器对零和使用前的安放地点与使用地区温度相近是有实际意义的。
5）干涉条件的零位调整
如图4所示，第一步，按下按钮5，转动测微手轮1，使刻度盘的零位与指标线重合。
第二步，按下按钮4，转动粗动手轮2，从目镜3观察，把干涉条纹的两条黑条纹中任意一条对准分划板上的零中线，然后旋上护盖不宜再旋动，以免零位变动。
图4
仪器的使用
2、甲烷浓度的测定
测定时把连接气样入口的橡皮管伸到测定地点，然后慢慢握压吸气球五、六次，使待测气体进入气样室。
由目镜中观察干涉条纹，先读出干涉条纹在分划板上移动的读数，例如条纹移动到30~40%之间则读取30%。
然后转动测微手轮，把对零位时所选用的那根条纹退到30%的刻线上，接着按下测微照明电路的按钮，读出刻度盘上的读数。
如果在2.4%~2.6%之间，可读为2.5%。
这时所测定的结果是；
30%＋2.5%=32.5%。
测定后应把刻度盘退转到零位。
3、瓦斯爆炸实验方法
在实验教师指导下，把甲烷气瓶接好减压阀，然后用胶管把气瓶与爆炸装置连接起来，再徐徐打开放出甲烷气，观察数字屏显示数字，然后关闭阀门。
4、瓦斯爆炸实验步骤
1）将一端的密闭的法兰盘固紧，取下另一端的法兰盘，加白纸一张封严后再将法兰盘紧固，切忌用加厚的牛皮纸，以防发生意外事故。
2）将甲烷气瓶与爆炸腔进气口用胶管连接好，打开气瓶出气阀门，检查气压表，然后用微弱气流向胶管输出甲烷气。
3）打开爆炸腔阀门，缓缓向腔内注入甲烷气，同时监测甲烷浓度，达到需要时关闭阀门。
按下引爆按钮，仔细观察爆炸景象。
5、注意事项
1）测定瓦斯浓度时空气中湿度过大，会使气室玻璃上有雾产生，灰尘容易附在上面，而使干涉条纹不清晰。
因此必须用氯化钙来吸收水蒸气，必要时可在仪器外在添装一支氯化钙吸收管。
此外光源各部分接触不良，灯泡走动都会影响干涉条纹的清晰。
2）所测甲烷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，把甲烷和二氧化碳的混合浓度误认为甲烷浓度（虽药品吸收能力很好，但由于颗粒过大也会引起二氧化碳的不完全吸收），或是由于盘形管已经堵塞。
如从含量高转到低的地点测定而读数偏高，其原因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中的气体不能被第二地区气体完全置换。
所以每班应检查仪器的进出系统。
3）所测甲度数比实际偏低，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漏气破裂情况，使空气室中的空气不新鲜，折射率增大，而使气样室和空气室中气体折射的差降低，故读数也随着降低。
第二，气样入空，气样出口和吸气球漏气，接头不紧，使吸气能力降低，并在吸气时附近的气体渗入气样室，冲淡了要测定的气体，结果读数偏低。
第三，在准备工作地点校正零位时空气不新鲜，或空气室与气样室之间相互串气。
4）瓦斯爆炸实验具有一定的危险性，做实验前一定认真阅读实验指导书，听从实验员指导，不准抽烟，尊守学生实验守则。
实验报告——参考
1、测定瓦斯浓度
通过实验使学生掌握使用光学瓦斯测定器测定甲烷浓度的原理和方法，提高学生的实验技能。
2、观察瓦斯爆炸过程
甲烷是能够燃烧和爆炸的，通过这次定性的爆炸试验，给学生以爆炸直观感，从而使学生明确甲烷爆炸的条件，克服麻痹思想，加强跟甲烷作斗争的决心和责任感。
了解WSE—1型甲烷爆炸演示装置的结构及工作过程，掌握其实验方法。
观察瓦斯爆炸过程中爆炸冲击波与爆炸火焰的传播速度差异。
二、实验原理
1、光学瓦斯测定器工作原理
同源的一束光线被分光镜分成两束光线，相同性质的两束光线分别穿过不新鲜空气气室和含有瓦斯的空气气室，由于二气室气体密度的差异，使两束光线产生光程差，再次相遇时产生干涉条纹，干涉条纹的偏移程度就记录了瓦斯气室中的瓦斯浓度。
2、瓦斯爆炸原理
瓦斯浓度在爆炸界限内一般为5%～16%，瓦斯爆炸的实质是一定浓度的瓦斯与空气中的氧气遇高温热源发生的剧烈氧化反应。
三、实验仪器
AQG—1型甲烷测定器。
WSE—1型瓦斯爆炸演示装置。
四、实验步骤（内容）
1、瓦斯浓度测定
1）光学瓦斯测定器使用前的准备
对药品效能进行检查、对各部分进行气密检查、检查干涉条纹是否清晰、用新鲜空气清洗气室、干涉条件的零位调整。
2）甲烷浓度的测定
由目镜中观察干涉条纹，先读出干涉条纹在分划板上移动的读数，然后转动测微手轮，把对零位时所选用的那根条纹退到30%的刻线上，接着按下测微照明电路的按钮，读出刻度盘上的读数。
2、瓦斯爆炸
1）在实验教师指导下，把甲烷气瓶接好减压阀，然后用胶管把气瓶与爆炸装置连接起来；
2）检查管路的气密性；
3）徐徐打开放出甲烷气，观察数字屏显示数字，达到预定浓度后关闭阀门；
4）用光学瓦斯鉴定器检查爆炸腔体内瓦斯浓度；
5）确定腔体的瓦斯浓度达到爆炸界限时，启动引爆开关，引爆腔体瓦斯；
6）观察瓦斯爆炸过程中爆炸冲击波与爆炸火焰的传播速度差异；
五、实验数据记录和处理
1、光学瓦斯检定器药品作用是什么？
如何区别正常与失效？
名称
作用
正常
失效
钠石灰（苏打石灰）
吸收二氧化碳
粉红色颗粒
发白粉末
硅胶（氯化钙）
吸收水分
蓝色
淡蓝、白色
2、光学瓦斯检定器实测记录表
读数
第1次
第2次
第3次
第4次
第5次
干涉条纹在分划板的读数
测微手轮刻度盘上的读数
实测瓦斯浓度%
3、瓦斯爆炸观察描述
观察瓦斯爆炸过程中爆炸冲击波与爆炸火焰的传播速度差异；
了解瓦斯爆炸的危害性。
六、实验结果与分析
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