Относительный оптический метод анализа газов в подземных выработках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Недвига П.Я.

• Недвига П.Я.
• 1949

Оглавление диссертации Недвига П.Я.

1.' Диференциальный и относительный методы анализа. Шахтный газоанализатор. стр. 1.

II. Принцип действия и устройство техни-г ческих интерферометров*.' " 14.

Ш. Расчеты для интерферометрического газо-? вого анализа и градуировки интерферометров « .

1У. Испытание интерферометра-переносного типа. м 31

Сравнение показаний интерферометра с анализами на аппарате Брокмана . "32.

Влияние давления атмосферы на показания прибора. н 33.

Влияние температуры на показания интерферометра .' ." 37.

Влияние накала нити осветителя на показания интерферометра. . " 39.

Влияние состава шахтного воздуха на показания прибора ,. " 43."

Выводы по исследованию прибора. " 47.

Интерферометры с компрессионными компенсаторами . ; .

A. Рефракторный интерферометр . .50.

B. Рефлекторный интерферометр. • " 63.

У1. Выбор основных параметров оптических систем интерферометров.

А. Образование спектров и вопрос выбора .ширины' отверстий и расстояния между ними в двухщельной и четырехщельной диафрагмах-. стр.81

В. Значение толщины поперечной перегородки камеры и вопрос сближения спектров. " 99

УП. Испытание новых газовых интерферометров. " 106

А. Испытание рефракторного интерферометра в лабораторных условиях.- •■ • . и 108

В, Обследование шахты " София" с помощью интерферометра . " 111

С. Проверка с пшощькз рефлекторного интер-г ферометра-зависимости рефракции смеси газов / метан- воздух/ от процентного состава ее . " 115

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Недвига П.Я.

Выводы, по исследованию. • прибора. . Несмотря на простоту проведенных.опытов ,они все. же дали вполне- определенные ответы на поставленные вопросы. Интерферометр является одним из"самых точных физических приборов ,используемых для целей газоанализа. .Весьма ценным свойством интерферометра является понти : полная независи -мость показаний -его от;.накала нити'. осветителя . • и с гл^т^ ^.¿л^ъ . ,как шахтный газоанализатор,' имет-ет следующие-недостатки а/ -Этот ' прибор не - вполне взрывобезопасен,-так как его кокух охватывает, большой обпем и является не взрыве- . безопасной , а только защитной броней .Удобнее было бы.'забронировать аккумуляторы отдельно от. всех оптических частей. . . . ; . ' , . ., .-''■-.-■ б/ В показания :. прибора необходимо вводить поправ-' ки на' давление и. температуру . .'.'; ах ■ =ат'-^"др. /ч5 ', . х ~Т" , р • что непосредственно- вытекает .из формулы /'28 /V в/ Нуль - его смещается при переходе в ■-новые температурные -условия', что'- - является наиболее, -существенным не-достатком для -.шахтного прибора.Многие приборы не - вошли -в. угольную, промышленность из-за -перемещения ну-ля -и не. стабильности . показ'аний - их- в условиях . шахты /: например; приборы ■ ,построенные на'. различии : теплоррово дностек газоЕ.,-.' .-.' фото элементные приборы, определяющие метан по световому эш^еек-ту при. сгорании его на' каталитических массах . :: др.• /.-. ■ г/' :Разыеры/'; его -45x24x18 см. Вес самого-прибора- до . 1С-кг. ,а. учитывая что.-надо будет . еще.носить электрическую лампочку., мы получаем .слишком тяжелый - приб'ордля.-шахтных $гс-ловий.: .Он. очень обстоятельный, прибор , но для шахт .не под-. -. ходит." - - - . . . 11. Разрез компрессиоиного компенсатора.

В - остов компенсатора; А- - изме^ лтельный барабан; - шкала; # - гофра; С - Выьодная трубка для газа.

Рис. 12. Схема градуировки компенсатора.

I - камеры интерферометра, р- манометр, шкала. 1

У. ИНТЕРФЕРОМЕТРЫ С. КОШТРЕССИОИНЫМЙ К0МПЕНСАТО-' ; •■; рами. •■ ведя газовый, компрессионный компенсатор в прибор Рэлея /автор построил новые газовые-интерферометры ,которые./' как .это-показали многочисленные., испытания в лаборатории.,и. .в .шахтах / пригодны.для . проведения газозых ана- .

-ро до - ■ лизов в шахтах Разработав два типа шахтных интерферометров;': рефракторный -.,и, ' рефлекторный, . . , к/ Ре ф' р акт!.о 'р. н. ы й-- .и' н те р ф е р о м е-тр.

На рис.7 и 8 показаны внешний, вид и схематический разрез шахтного интерферометра, а -на рис. 9 - ход лучей в этом приборе-. Лучи,-идущие. от-.-точечного источника.све-. та £ : »концентрируются конденсором К . и оборотными .призмами 11 и 1г :на. узкой щели, -и через., нее-.- направляется вниз в прибор .-Щель находится- в главном фокусе об"ективной линзы ОЁ. •

Параллельный, пучок -света' , полученный при помощи. обмектиБной' линзы , разрезается двухшелькой диафрагмой!). / с'окнами -I, м 1Ь / на два пучка, а перетородной между .камерами - на 4 пучка.' ■ С-и - & - газовые .• камеры .Зеркало .2 отражает 'лучи- вверх .-.Все 4-пучка, проходят . снова через камеры и через .линзу Ов.Линза Ов - проектирует два ряда интерференционный спектров , получаемых от попарной интерференции пучков света ¿Окулярная линза цилиндрическая и да- . ет, увеличения ', этой интерференционной картины в. одном, на-,-, правлении » .примерно, в ЕЕО раз.В .этом приборе отсутствуют компенсационные -и вспомогательная пластины не.т микрометрического винта и точной рычажной передачи. .

Йз-за отсутствия дополнительной'пластины спектры, не. вплотную.; прилегают '--.дру?- к другу;' ,для сближения их служит цилиндрическаялинза Св,которая является одно-'/ временно и покровным стеклышком,0сь ее перпендикулярна " ' . ■ оси окулярной-линзыФокусноеV расстояние ее около 5см. ": Эта линза, 'уменьшает-, .и . поперечные" размеры спектров,что . . ведет к . повышению .их ; яркости.

Сведение' .спектров без уменьшения их поперечных-- размеров можно осуществить, с. помощью бипризма с- углом

О ' ' ' клкнсвидности 1 , ."или .же- с помощью наклонной длас.тиныН, ' поставленной, в. параллельных пучках ,как 'это выполнено--е-тех'нических -интерферометрах -.Оптическая система рефрактор-/ ног о интерферометра, .с вспомогательной пластиной Я. .дана- ■■■■ на рис.10.' Бспомога$ельная пластина Н. - поставлена возле -.об"ективной- линзы Ов . Зеркала приборов закреплены уста-.ковочными "'винтами' -на- остовах . приборов" . '

Газовые камеры . поставлены . на пути .'всех 4 пуч- '. ков света При - заполнении "всех-камер чистым-воздухом-з приборе. -видно два -ряда 'симметрично .расположенных ' интер-'. ференционных. полос., -причем '.только ,центральный.-.полосы бе- . . лые и■;'-.хорошо ' отличимые " от всех "остальных- полос/ последние ./закрашены, спектральными цветами ;/' Л1ри. : постановке в прибор ■-: даже . ординарных линз . "удавалось- получать -доста- '•' точно, четкие .центральные .полосы; . Затемнен но'с.тьв - шахтах, создает' весьма благоприятные условия для : .наблюдения'спектров; чёткость и яркость, спектров . ' ' хорошие.

При - заполнении .двух накрест, лежащих -камер, ис- . пыту'емым . -газом оба . спектра "уходят- в - прямо противоположи-. ных направлениях. Использование - смещения .-обоих спектров'. -■ увеличивает - чувствительность. прибора, б два' .раза. Для-прибора с ;камерами ' - 10, см. точность о-тсчетов -' будет -.не

0*1% метана на одно деление» а 0,05$ СН^. Компенсация возни-? кающей разности ходов производится увеличением плотности пробы чистого воздуха в двух других камерах«

Компенсация различий рефракций уплотнением стандартного газа использовалась в газовых рефрактарй^си первых интерферометрах. Основныш недостатками этих коштрессионныхкомпенса-торов'Травёрс и авторы оптического компенсатора. Габер и Севе считали слояность прибора при сочетании интерферометра с манометром »неудобство в обращении с ними и малую чувствительность геометрических измерений,

В предложенных интерферометрах поставлен компенсатор, работающий вак же по принципу повышения плотности пробы чистого га за, но без измерения давления газа* На рис. 7 виден: внешний вид этого компенсатора/ посредине прибора,справа/,а на рис.11 дан разрез его* Яри навинчивании верхней му#ты А на нижнюю часть компенсатора В, об"ём "^й,заключении^ в толстую гофрированную трубку будет уменьшаться»причем воздух будет поступать в. камеры,где возникает повышенная плотность газа. Отсчет .берется по шкале и по цилиндру муфты. Градуировка может быть проведена непосредственно в процентах метана или другого газа*

Работа этого компенсатора изучена в лаборатории. Результаты получились хорошие.- Для снятия калибровочной кривой компенсатор присоединили к камере, а поел еднюю через с те клян-ную трубку / малого внутреннего диаметра/ присоединили к вот дан ому манометру / см«, рис, 12 /. Отсчеты давления по нанометру проводились каждый раз после поворота/ компенсатора на полный оборот и.установления. .уровня, водьг ;в . трубке на 0 .под"еьюм . правой .трубки манометра. • Полученные результаты приведены в таблице 7.

УШ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Проблема технического контроля состава атмосферы в . подземных выработках является весьма важным,.но до сих .пор еще не решенным научно- техническим вопросом. .До сих пор нет газоанализатора для определения состава воздуха в забоях.

С вопросами газового анализа в подземных выработках связаны такие кардинальные .профилактическиемероприятия, как определение взрывобезопасности,.удушливости»ядовитости и запыленности рудничного воздуха, определение участков возможного внезапного выброса метана, определение очагов подземных пожаров, режимы вентиляции и управления .воздушными потоками. .

Е.Из многочисленных приборов,построенных для газового анализа в шахтах,ни один.не получил распространения / из-за жестких условий эксплоат&ции их/ в угольной промышленности, •

Специфическими условиями в горных выработках, затрудняющими внедрение газового анализатора,являются взрывоопасные свойства атмосферы, отсутствия газа- стандарта, резкие колебания давления., и.температуры, наличие пыли,углекислоты и водяных паров, особенности требований, пред"являемых к габариту и весу прибора.• Приборы не давали устойчивых об"ективных показаний,.

3. Интерферометричеокий газовый анализатор обладает следующими положительными качествами: исследование газов ведется в их .естественное' состоянии, отсутствие камер .сгорания ¿большая точность, нет необходимости регулировать напряжение батареи накала, показания прибора независимы т загрязненности-и других условий работы его. 1

Особой устойчивостью обладают относительна интерферо- . метрические анализы; такие анализы выполняются с помощью новых интерферометров, Разработанных автором.

4. В этой работе- автор сделал -попытку собрать,систематизировать и восполнить своими исследованиями материал по вопросу интерферометрического газового анализа в шахте. Этому вопросу в литературе уделялось мало внимания. Для изучения влияния условий шахты на> работу интерферометров., были поставлены многочисленные опыты с переносным прибором фирмы Цейсс,так называемым ^аб^^^с^^с^ . .

5. Разработаны,изготовлены и испытаны в лаборатории и в шахте рефракторный и рефлекторный газовые интерферометры с компрессионными компенсаторами.

6. Установкой компрессионного газового компенсатора в прибор Рэлея,вместо оптического; компенсатора Рабера и Леве, достигнуты следующие качества интерферометров : а/ Приборы дают относительные / а не диференциальные/ сравнения рефракций газов и показания их полностью независимы от давления и температуры атмосферы, б/ нуль их не смещается при изменении температуры, в/ используются перемещения обоих спектров / в противоположных направлениях /, что повышает чувствительность прибора в 2 раза при той же длине камеры.

7. В рефлекторном приборе в качестве проектирующей системы поставлено вогнутое зеркало и используются четырехдольные диафрагмы; благодаря э.тому чувствительность прибора увеличивается еще в 2 - 2,5 раза. 3 приборе почти полностью устраняются оптические недостатки

8. Исключительно большая точность,и устойчивость показаний приборов делает их в некоторых областях единственными газоанализаторами, годными, для .этих целей. .Например, для количественного определения наличия.в воздухе окиси.углерода и боевых отравляющих веществ в опасных концентрациях .из-. физических методов годны только интерферометрические измерения, которые достигают точности,достаточной для. этих, целей.

9. Освещение прибора, производится от аккумулятора, питающего коногоновскую лампочку; этим устраняется необходимость мало используемого источника тока для прибора и специальной бронировки его . .

Размеры и вес.прибора не. велики.

Об"ективность, четкость и устойчивость показаний приборов в шахтных условиях, взрывобезопасность, малые размерите новные их достоинства, необходимые для шахтных газоанализаторов .

Народно - хозяйственные запросы, на, интерферометры в различных отраслйх' промышленности велики .

Список литературы диссертационного исследования Недвига П.Я., 1949 год

1. Берль-Лунге , Хишко- технические методы,т. 1,1937 г,

2. Зйкен А. , Физико-химический анализ в производстве,1936 г.

3. Деннис Л. и Никольс М., Газовый анализ, 1936 г.

4. Курнаков Й.С., Введение в физико-химический анализ,1. Л, 1936 г. '

5. Вуд Р., Физическая оптика , 1936 г.

6. Скочинский А.А., Рудничная атмосфера ,1933 г.

7. Лукин Н.В., Анализ рудничного воздуха , 1947 г.

8. Бюллетени МакНИИ Ж 12,13,14,15,16,17, 1944-1948 г .г.

9. ЪсЬиРш- Я'Кои,^ , К. ^ гве^лл^-гчсрл)20.24, 1924 ; Ш 40 5,1245, Ш 41 5,1290; 1925.че^ъкс^ щ 3) 53-62, 1934-г-цЛь&кР. делены. с4 М^^ 1940, 50 №19 р. -.298-299.

10. Социалистический- заказ- рационализаторам и изобретателям угольной промышленности на 1946 г.-Углетехиздат, 1946г.

11. К, ^е-с/Яи^п"¿и^е^е^окл^еЛ-,

12. То^г-. 1 пл.с/ Коъ^с^у ^ ¿Л^е*- ¿^

13. Чкл*. , . РКуьч'к. ^ 1927,1,1 9 5,338.19.1. НАН- 5. 1ЛА/1с 0 иЛиъ с/

14. V0 к Уллу , ^иг- «¿¿^. ркиу.к . 15 » 1301 ■ /1.913/.'

15. Романова М.Фу, Интерференция :света и ее применения, •1. Л.М., 1937 г.

16. Вейгерт Ф.- , Оптические методы шш 1934 г.

17. МоЛуК К. JVZUMIX Тоzi%<Uxt;{iz 4f>¿

18. Z^c-J i Úv^tAwKj. clxLA. .Ux^-LSíCuJ'^ioJ.Í , é ^сАл-i, j ¿Ub. :39., Я

19. P. l/VW-c W cJ í-t Ч су cl^ o.Jl.4.a tu 40, 5. 669/ 1927 /.

20. Землич и Рафаяович К., КокС и химия. № 10,1935 г.

21. Перепелица-В;К.,Индикатор на метан с фотоэлементом.1. Уголь № 1," 1939 г. .■ 42 „г Недвига П.Я,, Интерферометр- индикатор на метан,