Какое физическое явление положено в основу работы газоанализатора ши 11

Обновлено: 02.05.2024

Цель работы: – ознакомить с принципом действия, схемой и конструкцией шахтного интерферометра ШИ-11 и основными приемами контроля содержания метана и углекислого газа в атмосфере горных выработок.

1.1 Назначение шахтного интерферометра ши-11

Интерферометр шахтный ШИ-11 представляет собой переносной прибор, предназначенный для определения содержания метана и углекислого газа в рудничном воздухе действующих проветриваемых горных выработок шахт.

1.2 Технические данные

1. Пределы измерения:

содержания метана от 0 до 6% (по объему).

содержания углекислого газа от 0 до 6% (по объему).

2. Предел допускаемой основной абсолютной погрешности измерения на приборе ±0,2% СН₄ (по объему) или С0₂ (по объему) при Т=(20±2)°С и Р—1013гПа (760 мм рт. ст.) ±10,7 гПа (8 мм рт. ст.).

3. Прибор может эксплуатироваться при изменении температуры окружающей среды от минус 10°С до плюс 40°С и атмосферном давлении от 960 гПа (720 мм рт. ст.) до 1067 гПа (800 мм рт. ст.).

4. Габаритные размеры не более, в мм:

5. Вес прибора без футляра не более, кг 1,45.

6. Время определения метана и углекислого газа, мин — 0,5.

7. Исполнение прибора рудничное искробезопасное — РО, И.

1.3 Принцип работы прибора

Действие прибора основано на измерении смещения интерференционной картины, происходящего вследствие изменения состава исследуемого рудничного, воздуха, который находится на пути одного из двух лучей, способных интерферировать. Величина смещения пропорциональна разности между показателями преломления света исследуемой газовой смеси и атмосферного воздуха.

Интерференционная картина имеет одну белую ахроматическую полосу, ограниченную двумя черными полосами с симметрично окрашенными краями.

Исходное (нулевое) положение интерференционной картины фиксируется путем совмещения левой черной полосы с нулевой отметкой неподвижной шкалы. Шкала прибора с равномерными делениями градуирована в процентах (по объему). Цена деления шкалы 0,2% СН₄. Отметки шкалы через целые деления обозначены цифрами от 0 до 6.

1.4 Конструкция прибора

Интерферометр шахтный типа ШИ-11 имеет литой силуминовый корпус, в котором смонтированы все детали прибора.

Общий вид прибора без футляра показан на рис. 1.1.

На корпусе прибора размещены:

– штуцер 1 для засасывания в прибор рудничного воздуха;

– распределительный кран 2;

– штуцер с фильтром 4, на который надевается трубка резиновой груши;

– винт 5 для перемещения интерференционной картины в нулевое положение.

– крышка отделения с поглотительным патроном 8.

Внутри корпус прибора разделен перегородками на три отделения.

В первом отделении размещаются оптические детали прибора

Рисунок 1.1 – Общий вид прибора

Во втором отделении (рис. 1.2) находятся:

– лабиринт 2, представляющий собой катушку с намотанной на ней трубкой из полихлорвинила.

– сухой элемент 1 типа 343 для питания лампы.

– выдвижная крышка 3, закрывающая отделение прибора.

В третьем отделении корпуса прибора (рис. 1.3) размещены:

– поглотительный патрон 1.

– патрон с лампой 4.

– штуцер 2, на который надевается трубка резиновой груши при заполнении воздушной линии чистым атмосферным воздухом. После прокачки воздушной линии прибора штуцер закрывается резиновым колпачком 3.

Рисунок 1.2 – Вид ШИ-11 со снятой нижней крышкой (второе отделение прибора с лабиринтом и источником питания)

Рисунок 1.3 – Вид ШИ-11 со снятой боковой крышкой (третье отделение прибора с поглотительным патроном).

1.4.1 Оптическая схема прибора

Рисунок 1.4 – Оптическая схема прибора (ход лучей при определении содержания метана или углекислого газа)

В оптическую схему (рис. 1.4 и 1.5) входят:

– лампа накаливания Л;

– конденсорная линза К;

– плоскопараллельная пластина (зеркало) З;

– подвижная газовоздушная камера А, имеющая три сквозных полости — 1, 2, 3, ограниченные плоскопараллельными стеклянными пластинками 4;

– призма полного внутреннего отражения П;

– призма полного внутреннего отраженияП₁;

– зрительная труба с объективом ОБ, окуляром ОК и щелевой диафрагмой с отсчетной шкалой С.

На рис. 1.4 показан ход лучей при определении содержания метана или углекислого газа. В этом случае свет от лампы накаливания Л проходит через конденсорную линзу К и параллельным пучком падает на зеркало З, где пучок света разлагается на два интерферирующих луча.

Первый луч света отражается верхней гранью зеркала З, проходит по полостям 1 и 3 газовоздушной камеры, которые заполнены чистым атмосферным воздухом, отражается призмами П, П₁ и после двукратного прохождения по полостям 1 и 3 выходит из камеры.

Второй луч света, отразившись от нижней посеребренной грани зеркала З и преломившись на его верхней грани, проходит через полость 2 газовоздушной камеры, заполненной рудничным воздухом, после отражения призмами П, П₁ и четырехкратного прохождения полости 2 выходит из нее.

Оба луча света, выйдя из камеры, попадают на зеркало З и, отраженные его верхней и нижней гранями, сходятся в один световой пучок, который зеркалом З₁ отклоняется под прямым углом и направляется в объектив ОБ.

Выйдя из объектива ОБ, пучок света проходит через щелевую диафрагму с отсчетной шкалой С в окуляр ОК, через который наблюдается интерференционная картина. При этом интерферирующие лучи проходят через разные газовоздушные среды, в результате чего происходит смещение интерференционной картины относительно нулевой отметки шкалы. По величине смещения интерференционной картины, которое пропорционально концентрациям газа, производится определение процентного содержания метана и углекислого газа.

На рис. 1.5 показан ход лучей при установке и проверке нулевого положения интерференционной картины. В этом случае свет от лампы Л проходит через конденсорную линзу К и параллельным пучком падает на зеркало З, где пучок света разделяется на два интерферирующих луча.

Оба луча света, отразившись от верхней и нижней граней зеркала, дважды проходят через полости 2 и 3 газовоздушной камеры в результате отражения катетными гранями призм П и П₁.

Затем оба луча света попадают на зеркало З, отражаются его нижней и верхней гранями и сходятся в один световой пучок, который зеркалом З₁ отклоняется под прямым углом и направляется в объектив ОБ. Верхняя линза объектива выполнена подвижной, что дает возможность перемещать интерференционную картину вдоль отсчетной шкалы и устанавливать ее в нулевое положение.

Выйдя из объектива ОБ, пучок света проходит через щелевую диафрагму с отсчетной шкалой С и попадает в окуляр ОК. В этом случае на пути интерферирующих лучей находятся полости 2 и 3 газовоздушной камеры. Так как оптическая длина пути обоих интерферирующих лучей света одинакова, независимо от того, будет ли в газовой полости 2 газовоздушной камеры воздух или газ, интерференционная картина смещаться не будет, т. е. останется в исходном нулевом положении.

Рисунок 1.5 – Оптическая схема прибора (ход лучей при установке и проверке нулевого положения интерференционной картины)

1.4.2 Газовоздушная схема прибора

Газовоздушная схема прибора (рис. 1.6) состоит из двух обособленных друг от друга линий — газовой и воздушной.

Рисунок 1.6 – Газовоздушная схема прибора

В газовую линию прибора входят:

– распределительный кран 4, предназначенный для изменения направления движения газовой смеси в зависимости от определяемого газа (метан или углекислый газ);

– поглотительный патрон 5, разделенный на две части. Одна часть патрона заполняется химическим поглотителем известковым (ХПИ) для поглощения углекислого газа из газовой смеси, другая часть — гранулированным силикагелем марок КСК, КСМ для поглощения паров воды. Обе части поглотительного патрона имеют фильтры для улавливания пыли и разделены клапаном;

– соединительные резиновые трубки 8;

– газовая полость 2 газовоздушной камеры.

В воздушную линию прибора входят:

– соединительные резиновые трубки 8;

– воздушные полости 1 и 3 газовоздушной камеры;

– лабиринт 7, который предназначен для поддержания в воздушной линии прибора давления, равного атмосферному давлению и сохранения чистого атмосферного воздуха. При определении метана рудничный воздух через распределительный кран попадает в отделение поглотительного патрона, заполненное ХПИ.

Затем рудничный воздух, очищенный от углекислого газа, по соединительной трубке попадает в отделение поглотительного патрона, заполненное силикагелем. Далее рудничный воздух, очищенный от углекислого газа, паров воды и пыли, попадает в полость 2 газовоздушной камеры, откуда через резиновую грушу выходит в атмосферу.

При определении углекислого газа рудничный воздух через распределительный кран и соединительную трубку попадает в отделение поглотительного патрона, заполненное силикагелем. Очищенный от влаги и пыли рудничный воздух попадает в полость 2 газовоздушной камеры. Направление движения атмосферного воздуха и рудничного воздуха при засасывании их в прибор показано на рис. 1.6 стрелками.

Интерферометр шахтный ШИ-10. Техническое описание и инструкция по эксплуатации

I. НАЗНАЧЕНИЕ

Интерферометр шахтный типа ШИ-10 представляет собой переносной прибор, который предназначен для определения концентрации метана и углекислого газа в рудничном воздухе действующих проветриваемых горных выработок шахт. Прибором могут пользоваться вентиляционный надзор шахт и работники добычных участков для контроля рудничной атмосферы.

II . ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

1. Пределы измеряемых концентраций:

а) метана от 0 до 6% СН₄ (по объему);

б) углекислого газа от 0 до 6% СО₂ (по объему).

2. Погрешность прибора ±0,2% СН₄ или СО₂ при t = 20°С и
Р=760 мм рт. ст.

3. Прибор дает правильные показания при изменении температуры окружающей среды от -10°С до +40°С и атмосферного давления от 720мм до 800мм ртутного столба с учетом приведения к нормальным условиям.

4. Габаритные размеры не более, в мм

5. Вес прибора с футляром не более кг 1,6.

6. Вес прибора без футляра не более кг. 1,35.

7. Время определения метана и углекислого газа, мин. 1

8. Исполнение прибора рудничное искробезопасное - РО, И

III . СОСТАВ ИЗДЕЛИЯ.

9. Интерферометр шахтный 1шт.

10. Футляр прибора 1шт.

11. Техническое описание и инструкция по

12. Формуляр 1шт.

13. Запасные части и принадлежности согласно

ведомости ЗИПа 1комплект.

14. Ящик для ЗИПа 1шт.

15. Ящик укладочный 1шт.

IV . ПРИНЦИП РАБОТЫ.

Действие прибора основано на измерении смещения интерференционной картины, происходящего вследствие изменения состава исследуемого рудничного воздуха, который находится на пути одного из двух лучей, способных интерферировать. Величина смещения пропорциональна разности между показателями преломления света исследуемой газовой смеси и атмосферного воздуха.

Исходное (нулевое) положение интерференционной картины фиксируется путем совмещения левой черной полосы с нулевой отметкой неподвижной шкалы. Шкала прибора с равномерными делениями градуирована в процентах (по объему). Цена деления шкалы 0,25% СН₄. Отметки шкалы через целые деления обозначены цифрами от 0 до 6.

V. КОНСТРУКЦИЯ.

Интерферометр шахтный типа ШИ-10 имеет литой силуминовый корпус, в котором смонтированы детали прибора.

Общий вид прибора без футляра показан на рис. 4.

Внутри корпус прибора разделен перегородками на три отделения. В первом отделении размещаются оптические детали прибора.

Оптическая схема.

16. В оптическую схему (рис. 1 и 2) входят:

а) лампа накаливания Л;

б) конденсорная линза К;

в) плоскопараллельная пластина (зеркало) 3;

г) подвижная газовоздушная камера А, имеющая три сквозных полости — 1, 2, 3, ограниченные плоскопараллельными стеклянными пластинами 4;

д.) призма полного внутреннего отражения П;

е) призма полного внутреннего отражения П₁,

ж) зрительная труба с объективом ОБ, окуляром ОК и щелевой диафрагмой с отсчетной шкалой III .

На рис. 1 показан ход лучей при определение содержания метана или углекислого газа. В этом случае свет от лампы накаливания Л проходит через конденсорную линзу К и параллельным пучком падает на зеркало 3, где пучок света разлагается на два интерферирующих луча.

Первый луч света отражается верхней гранью зеркала 3 проходит по полостям I и 3 газовоздушной камеры, которые заполнены чистым атмосферным воздухом, отражается призмами П, П₁ и после двукратного прохождения по полостям 1 и 3 выходит из камеры.

Второй луч света, отразившись от нижней посеребренной грани зеркала 3 и преломившись на его верхней грани, проходит через полость 2 газовоздушной камеры, заполненной рудничным воздухом, после отражения призмами II , II 1, и четырехкратного прохождения полости 2 выходит из нее.

Оба луча света, выйдя из камеры, попадают на зеркало 3 и, отраженные его верхней и нижней гранями, сходятся в одни световой пучок, который зеркалом 3₁ отклоняется под прямым углом и направляется в объектив ОБ.

Выйдя из объектива ОБ, пучок света проходит через щелевую диафрагму Ш с отсчетной шкалой в окуляр ОК, через который наблюдается интерференционная картина. При этом интерферирующие лучи проходят через разные газовоздушные среды, в результате чего происходит смешение интерференционной картины относительно нулевой отметки шкалы. По величине смещения интерференцнонпой картины, которое пропорционально концентрациям газа, производится определение процентного содержания метана и углекислого газа.

На рис. 2 показан ход лучей при установке и проверке нулевого положения интерференционной картины, В этом случае свет от лампы Л проходит через конденсорную линзу К и параллельным пучком падает на зеркало 3, где пучок света разделяется на два интерферирующих луча.

Оба луча света, отразившись от верхней и нижней граней зеркала, дважды проходят через полости 1 и 2 газовоздушной камеры в результате отражения катетными гранями призм П и П₁.

Затем оба луча света попадают на зеркало 3, отражаются его нижней и верхней гранями и сходятся в один световой пучок, который зеркалом 3₁ отклоняется под прямым углом и направляется в объектив ОБ. Верхняя линза объектива выполнена подвижной, что дает возможность перемешать интерференционную картину вдоль отсчетной шкалы и устанавливать ее в нулевое положение.

Выйдя из объектива ОБ, пучок света проходят через щелевую диафрагму Ш с отсчетной шкалой и попадает в окуляр ОК В этом случае на пути интерферирующих лучей находятся полости 1 и 2 газовоздушной камеры. Так как оптическая длина пути обоих интерферирующих лучей света одинакова, независимо от того, будет ли в газовой полости 2 газовоздушной камеры воздух или газ, интерференционная картина смещаться не будет, т. е. останется в исходном нулевом положении.

Во втором отделении (рис. 5) находится лабиринт 2, представляющий собой катушку с намотанной на ней трубкой из полихлорвинила. Здесь же помещается сухой элемент 1 типа 343 для питания лампы. Эта часть отделения прибора закрывается выдвижной крышкой 3.

В третьем отделении корпуса прибора (рис. 6) размещен поглотительный патрон 1. Здесь же находится штуцер 2, на который надевается трубка резиновой груши при заполнении воздушной линии чистым атмосферным воздухом. После прокачки воздушной линии прибора штуцер закрывается резиновым колпачком 3.

Газовоздушная схема.

Газовоздушная схема прибора (рис. 3) состоит из двух обособленных друг от друга линий — газовой и воздушной.

В газовую линию прибора входят:

17. Распределительный кран 4, предназначенный для изменения направления движения газовой смеси в зависимости от определяемого газа (метан или углекислый газ);

18. Поглотительный патрон 5, разделенный на две части. Одна часть патрона заполняется химическим поглотителем известковым (ХПИ) для поглощения углекислого газа из газовой смеси, другая часть — гранулированным силикагелем марок КС К, КСМ для поглощения паров воды. Обе части поглотительного патрона имеют фильтры для улавливания пыли;

19. Соединительные резиновые трубки 8;

20. Газовая полость 2 газовоздушной камеры.

В воздушную линию прибора входят;

22. Соединительные резиновые трубки 8;

23. Воздушные полости 1 и 3 газовоздушной камеры.

24. Лабиринт 7, который предназначен для поддерживания воздушной линии прибора давления, равного атмосферному давлению, и сохранения чистого атмосферного воздуха. При определении метана рудничный воздух через распределительный кран попадает в отделение поглотительного патрона, заполненное ХПИ. Затем рудничный воздух, очищенный от углекислого газа, по соединительной трубке попадает в отделение поглотительного патрона заполненное силикагелем. Далее рудничный воздух, очищенный от углекислого газа, паров воды и пыли, попадает в полость 2 газовоздушной камеры, откуда через резиновую грушу выходит в атмосферу.

На корпусе прибора (рис. 4) размещены:

_{Штуцер 1 для засасывания в прибор рудничного воздуха;}

Распределительный кран 2;

Штуцер с фильтром 4, на который надевается трубка резиновой груши;

Микровинт 5 для перемещения интерференционной картины (в поле зрения окуляра);

Кнопка 7 включения лампы;

Патрон с лампой 8;

Крышка отделения с поглотительным патроном 9.

Б. Инструкция по эксплуатации.

VI . ПОДГОТОВКА ПРИБОРА К РАБОТЕ.

Перед спуском в шахту прибор должен быть подготовлен к работе.

Перед началом эксплуатации прибора (особенно после длительного хранения) необходимо проверить работоспособность поглотительного патрона. В случае необходимости (прибор дает заниженные показания) сменить силикагель и ХПИ в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

25. Проверить исправность резиновой груши. Для этого необходимо сжать грушу рукой и, зажав конец ее резиновой трубки, проследить, как быстро расправляется груша в разжатой руке. Резиновая груша, пригодная для работы, не должна расправляться. В случае быстрого расправления груши ее следует заменить.

26. Проверить герметичность газовой линии прибора. Для этого резиновую трубку груши надеть на штуцер 4 (рис. 4), закрыть плотно штуцер 1 и произвести сжатие груши. Газовая линия герметична, если после разжатия руки груша не расправляется. При быстром расправлении необходимо найти и устранить не исправность прибора.

27. Продуть воздушную и газовую линию прибора чистым атмосферным воздухом следующим образом:

прибор вынуть из футляра, снять крышку 9 с отделения, в котором находится поглотительный патрон, со штуцера 2 (рис. 6) снять резиновый колпачок 3 и на его место надеть резиновую трубку прикладываемую к комплекту прибора, второй конец которой надеть на выхлопной штуцер резиновой груши. Трубку резиновой груши надеть на штуцер 4 и сделать 5—6 сжатий груши.

После прокачивания чистым воздухом воздушной и газовой линий штуцер 2 закрыть резиновым колпачком, надеть крышку и прибор поместить и футляр.

28, Нажать кнопку включений лампы и посмотреть в окуляр;

Если интерференционная картина и шкала окажутся нечеткими, вращением окуляра навести их на резкость.

30. Поместить прибор в футляр,

VII . ПОРЯДОК РАБОТЫ.

31. При спуске в шахту и во время ходьбы по горным выработкам необходимо носить прибор на плечевом ремне под курткой для предохранения его от ударов и попадания грязи, воды и пыли.

После указанных операций прибор готов к работе.

Определение концентрации метана в рудничном воздухе.

Для повторного определения содержания метана предварительной подготовки прибора не требуется, так как при трехкратном прокачивания грушей газовой линии предыдущая проба полностью удаляется из прибора и заменяется водой.

Примечание. При определении концентраций газов показания прибора следует приводить к условиям +20°С и 760 мм рт. ст.

где: Ппр — приведённое показание прибора;

П — показание прибора;

Р --атмосферное давление мм рт, ст.;

t — температура °С.

Пример . При Р=800мм рт. ст. и t =7°С показания прибора по метану П=2% CH ₄

Действительное (приведенное) содержание метана будет равно:

Определение концентрации углекислого газа

в рудничном воздухе.

Полученный отсчет покажет суммарное содержание в воздухе метана и углекислого газа. Оба эти определения необходимо делать в одном и том же месте и на одинаковой высоте от почвы выработки. Концентрация углекислого газа равна разности второго и первого отсчетов.

VIII . ЗАМЕНА И ПЕРЕЗАРЯДКА

ПОГЛОТИТЕЛЬНОГО ПАТРОНА

Без перезарядки поглотительного патрона прибором можно производить не более 500 определений при t =+20°С и влажности не более 80% (при повышении температуры и влажности число определений уменьшается). Для установления срока перезарядки поглотителей необходимо число 500 разделить на количество определений в день. После истечения этого срока необходимо поглотительный патрон в приборе заменить запасным. Замена тельного патрона производится следующим образом: вынуть из футляра прибор, снять с прибора крышку 9 (рис. 4) отделения с поглотительным патроном и отсоединить поглотительный патрон 1 (рис. 6).

Затем подсоединить запасной поглотительный патрон и проверить герметичность газовой линии прибора.

Для перезарядки поглотительного патрона в газоаналитической лаборатории необходимо;

33. Отвернуть накидную гайку с одной стороны патрона, снять крышку удалить ватные фильтры, высыпать поглотители, причем ХПИ выбрасываются, а поглотитель влаги собирается для регенерации и повторного применения. Затем удалить нижние ватные фильтры и протереть патрон внутри сухой тряпкой или ватой.

34. Положить на дно патрона тампоны из чистой гигроскопической ваты толщиной 4-5 мм, ограниченной с обеих сторон прокладками из ситца или марли.

Поверх тампона патрон заполнить ХПИ или силикагелем в зависимости от того, какая часть патрона перезаряжается. Наполнение патрона производить порциями, каждый раз постукивая пальцами по патрону для более плотного его заполнения.

Наполнять патрон следует не полностью, оставляя место для второго ватного фильтра и прокладок, которые укладываются сверху реактива.

35. Заполнив патрон поглотителями, поставить крышку и завернуть накидную гайку.

36. После перезарядки поглотительного патрона на все присоединительные трубки патрона надеть резиновые колпачки, чтобы не происходило порчи поглотителей во время хранения патрона.

В качестве поглотителя СО2 применяется известковый химический поглотитель ХПИ, представляющий собой зерненый продукт белого или светло-серого цвета, изготовленный из гидрата окиси кальция (96%) и едкого натра (4°/о). ХПИ должен быть в зернах размером от 3 до 5мм, иметь влажность в пределах 16—20% и содержать не более 4% СО2.

Защитная способность ХПИ в поглотительном патроне проверяется следующим образом: в резиновом мешке готовится газовая смесь воздуха, содержащая 1 % СО2. Эта газовая смесь с помощью 3—5 отжатий резиновой груши продувается через газовую линию прибора. Нулевое положение прибора при этом не должно нарушаться.

В качестве поглотителя влаги применяется силикагель марок КСМ, КСК гранулированный ГОСТ 3956-54 (для контроля пригодности силикагеля допускается добавлять силикагель -индикатор ГОСТ 8984-78 или КСМ гранулированный, пропитанный растворами солей кобальта (1/5-1/5 часть объема). Регенерация (восстановление) силикагель-индикатора производится путем его нагрева до температуры 120±3°С, а КСМ гранулированный до t =150±5°С

Десорбция заканчивается полностью за 3—4 часа.

IX . ЗАМЕНА ЛАМПЫ.

Замена лампы из числа запасных производится следующим образом. Снять колпачок с патрона 8 (рис. 4), отвернуть накидную гайку и вынуть патрон с лампой. Сменить лампу и поставить патрон на место. Завернуть накидную гайку так, чтобы патрон вращался с небольшим трением. Взять прибор в левую руку, нажать кнопку включения 7 (рис. 4) и, наблюдая в окуляр 3 (рис. 4), медленно повернуть патрон за хвостовик, пока в поле зрения окуляра не появится равномерно освещенная интерференционная картина, затем завернуть накидную гайку, закрепив этим неподвижно патрон, и надеть предохранительный колпачок. При израсходовании всех запасных ламп можно применять покупные типа МН-1 напряжением 1В и током 0,068А. При выборе ламп необходимо обратить внимание на то, чтобы колба лампы не имела свилей и нить накала находилась в центре колбы.

X . ЗАМЕНА СУХОГО ЭЛЕМЕНТА.

Напряжение сухого элемента типа 343, питающего лампу, не влияет на показания прибора. Элемент заменяется только тогда, когда интерференционная картина становится слабо освещенной и неразборчивой.

Замену сухого элемента производить следующим образом:

открыть нижнюю крышку 3 (рис. 5),

вынуть сухой элемент 1,

Зачистить контакты прибора и нового сухого элемента;

закрыть крышку 3 и проверить видимость интерференционной картины через окуляр.

Читайте также: