Мета роботи: - ознайомити з принципом дії, схемою і конструкцією шахтного інтерферометра ШІ-11 та основними прийомами контролю вмісту метану і вуглекислого газу в атмосфері гірничих виробок.
1.1 Призначення шахтного інтерферометра ши-11
Інтерферометр шахтний ШИ-11 являє собою переносний прилад, призначений для визначення вмісту метану і вуглекислого газу в рудниковому повітрі діючих провітрюваних гірських виробок шахт.
1.2 Технічні дані
1. Межі вимірювання:
вмісту метану від 0 до 6% (за обсягом).
вмісту вуглекислого газу від 0 до 6% (за обсягом).
2. Межа основної абсолютної похибки вимірювання на приладі ± 0,2% СН4 (за обсягом) або С02 (за обсягом) при Т = (20 ± 2) ° С і Р-1013гПа (760 мм рт. Ст.) ± 10 , 7 гПа (8 мм рт. ст.).
3. Прилад може експлуатуватися при зміні температури навколишнього середовища від мінус 10 ° С до плюс 40 ° С і атмосферному тиску від 960 гПа (720 мм рт. Ст.) До 1067 гПа (800 мм рт. Ст.).
4. Габаритні розміри не більше, в мм:
5. Вага приладу без футляра не більше, кг 1,45.
6. Час визначення метану і вуглекислого газу, хв - 0,5.
7. Виконання приладу рудничное іскробезпечне - РВ, І.
8. Конструкція приладу забезпечує автоматичну установку газоповітряної камери з положення «контроль» в положення «вимір»; установку мікрогвинти інтерференційної картини в нульове положення безпосередньо в шахті.
1.3 Принцип роботи приладу
Дія приладу заснована на вимірі зсуву інтерференційної картини, що відбувається внаслідок зміни складу досліджуваного рудничного, повітря, який знаходиться на шляху одного з двох променів, здатних интерферировать. Величина зміщення пропорційна різниці між показниками заломлення світла досліджуваної газової суміші і атмосферного повітря.
Інтерференційна картина має одну білу ахроматичну смугу, обмежену двома чорними смугами з симетрично забарвленими краями.
Початкове (нульове) положення інтерференційної картини фіксується шляхом поєднання лівої чорної смуги з нульовою відміткою нерухомою шкали. Шкала приладу з рівномірними поділами градуирована у відсотках (за обсягом). Ціна поділки шкали 0,2% СН4. Позначки шкали через цілі розподілу позначені цифрами від 0 до 6.
1.4 Конструкція приладу
Інтерферометр шахтний типу ШИ-11 має литий силуміновий корпус, в якому змонтовані всі деталі приладу.
Загальний вигляд приладу без футляра показаний на рис. 1.1.
На корпусі приладу розміщені:
- штуцер 1 для засмоктування в прилад рудникового повітря;
- розподільний кран 2;
- штуцер з фільтром 4, на який надівається трубка гумової груші;
- гвинт 5 для переміщення інтерференційної картини в нульове положення.
- кнопка «К» 6 для переміщення газоповітряної камери в положення «К» - контроль (написи - «І» та «К» нанесені на кришках кнопок).
- кнопка «І» 7 включення лампи для вимірювання.
- кришка відділення з поглинювальним патроном 8.
Всередині корпус приладу розділений перегородками на три відділення.
У першому відділенні розміщуються оптичні деталі приладу
Малюнок 1.1 - Загальний вигляд приладу
У другому відділенні (рис. 1.2) знаходяться:
- лабіринт 2, що представляє собою котушку з намотаною на ній трубкою з поліхлорвінілу.
- сухий елемент 1 типу 343 для живлення лампи.
- висувна кришка 3, закриває відділення приладу.
У третьому відділенні корпусу приладу (рис. 1.3) розміщені:
- насиченість патрон 1.
- патрон з лампою 4.
- штуцер 2, на який надівається трубка гумової груші при заповненні повітряної лінії чистим атмосферним повітрям. Після прокачування повітряної лінії приладу штуцер закривається гумовим ковпачком 3.
Малюнок 1.2 - Вид ШИ-11 зі знятою нижньою кришкою (друге відділення приладу з лабіринтом і джерелом живлення)
1.4.1 Оптична схема приладу
Малюнок 1.4 - Оптична схема приладу (хід променів при визначенні вмісту метану або вуглекислого газу)
У оптичну схему (рис. 1.4 і 1.5) входять:
- лампа розжарювання Л;
- конденсорні лінза К;
- плоскопаралельна пластина (дзеркало) З;
- рухома газоповітряна камера А, що має три наскрізних порожнини - 1, 2, 3, обмежені плоскопараллельнимі скляними пластинками 4;
- призма повного внутрішнього відображення П;
- призма повного внутрішнього отраженіяП1;
- зорова труба з об'єктивом ПРО, окуляром ОК і щілинний діафрагмою з відлікової шкалою С.
На рис. 1.4 показаний хід променів при визначенні вмісту метану або вуглекислого газу. У цьому випадку світло від лампи розжарювання Л проходить через конденсорні лінзу До і паралельним пучком падає на дзеркало З, де пучок світла розкладається на два интерферирующих променя.
Перший промінь світла відбивається верхньою межею дзеркала З, проходить по порожнинах 1 і 3 газоповітряної камери, які заповнені чистим атмосферним повітрям, відбивається призмами П, П1 і після дворазового проходження по порожнинах 1 і 3 виходить з камери.
Другий промінь світла, відбившись від нижньої посрібленою межі дзеркала З і поламав на його верхній грані, проходить через порожнину 2 газоповітряної камери, заповненої рудниковим повітрям, після відображення призмами П, П1 і чотириразового проходження порожнини 2 виходить з неї.
Обидва промені світла, вийшовши з камери, потрапляють на дзеркало З і, відбиті його верхньої і нижньої гранями, сходяться в один світловий пучок, який дзеркалом З1 відхиляється під прямим кутом і направляється в об'єктив ПРО.
Вийшовши з об'єктива ПРО, пучок світла проходить через щілинну діафрагму з відлікової шкалою С в окуляр ОК, через який спостерігається інтерференційна картина. При цьому интерферирующие промені проходять через різні газовоздушні середовища, в результаті чого відбувається зсув інтерференційної картини щодо нульової позначки шкали. За величиною зміщення інтерференційної картини, яка пропорційна концентраціям газу, проводиться визначення процентного вмісту метану і вуглекислого газу.
На рис. 1.5 показаний хід променів при установці і перевірці нульового положення інтерференційної картини. У цьому випадку світло від лампи Л проходить через конденсорні лінзу До і паралельним пучком падає на дзеркало З, де пучок світла розділяється на два интерферирующих променя.
Обидва промені світла, відбившись від верхньої і нижньої граней дзеркала, двічі проходять через порожнини 2 і 3 газоповітряної камери в результаті відображення катетной межі призм П і П1.
Потім обидва променя світла потрапляють на дзеркало З, відображаються його нижньої і верхньої гранями і сходяться в один світловий пучок, який дзеркалом З1 відхиляється під прямим кутом і направляється в об'єктив ПРО. Верхня лінза об'єктива виконана рухомий, що дає можливість переміщати интерференционную картину уздовж відлікової шкали і встановлювати її в нульове положення.
Вийшовши з об'єктива ПРО, пучок світла проходить через щілинну діафрагму з відлікової шкалою С і потрапляє в окуляр ОК. У цьому випадку на шляху променів, що інтерферують знаходяться порожнини 2 і 3 газоповітряної камери. Так як оптична довжина шляху обох інтерферуючих променів світла однакова, незалежно від того, чи буде в газовій порожнини 2 газоповітряної камери повітря або газ, інтерференційна картина зміщуватися не буде, т. Е. Залишиться в початковому нульовому положенні.
Малюнок 1.5 - Оптична схема приладу (хід променів при установці і перевірці нульового положення інтерференційної картини)
1.4.2 Газоповітряна схема приладу
Газоповітряна схема приладу (рис. 1.6) складається з двох відокремлених один від одного ліній - газової та повітряної.
Малюнок 1.6 - Газоповітряна схема приладу
У газову лінію приладу входять:
- розподільний кран 4, призначений для зміни напрямку руху газової суміші в залежності від обумовленого газу (метан або вуглекислий газ);
- насиченість патрон 5, розділений на дві частини. Одна частина патрона заповнюється хімічним поглиначем вапняним (ХПІ) для поглинання вуглекислого газу з газової суміші, інша частина - гранульованим силікагелем марок КСК, КСМ для поглинання парів води. Обидві частини поглинювального патрона мають фільтри для вловлювання пилу і розділені клапаном;
- з'єднувальні гумові трубки 8;
- газова порожнина 2 газоповітряної камери.
В повітряну лінію приладу входять:
- з'єднувальні гумові трубки 8;
- повітряні порожнини 1 і 3 газоповітряної камери;
- лабіринт 7, який призначений для підтримки в повітряної лінії приладу тиску, рівного атмосферного тиску і збереження чистого атмосферного повітря. При визначенні метану рудничний повітря через розподільний кран потрапляє в відділення поглинювального патрона, заповнене ХПІ.
Потім рудничний повітря, очищений від вуглекислого газу, по сполучної трубці потрапляє в відділення поглинювального патрона, заповнене силікагелем. Далі рудничний повітря, очищений від вуглекислого газу, водяної пари і пилу, потрапляє в порожнину 2 газоповітряної камери, звідки через гумову грушу виходить в атмосферу.
При визначенні вуглекислого газу рудничний повітря через розподільний кран і сполучну трубку потрапляє в відділення поглинювального патрона, заповнене силікагелем. Очищений від вологи і пилу рудничний повітря потрапляє в порожнину 2 газоповітряної камери. Напрямок руху атмосферного повітря та рудникового повітря при засмоктуванні їх в прилад показано на рис. 1.6 стрілками.