Определение содержания в воздухе газовых компонентов с помощью интерферометров

Концентрация газов метанового ряда и углекислого газа в воздухе может быть определена при помощи переносных интерферометров, например, ШИ-11. 

Оптическая схема и принцип действия всех интерферометров анало­гичны.

При включении прибора с помощью его светооптической системы выделяются два когерентных пучка света, один из которых проходит через воздушные полости, заполненные чистым атмосферным воздухом, другой – дважды через полость, заполненную исследуемым воздухом. Оба пучка света сходятся в фокальной плоскости объектива, где находится отчетная шкала прибора, и создают интерференционную картину, которую можно наблюдать в окуляр прибора. Принцип действия всех интерферометров основан на смещении интерференционной картины относительно неподвижной шкалы вследствие разности показателей преломления чистого воздуха и воздуха, содержащего примеси газов метанового ряда или углекислого газа. Интерференционная картина имеет одну белую ахроматическую полосу, ограниченную двумя черными полосами с симметрично окрашенными краями. По величине смещения интерференционной картины можно определить процентное содержание этих газов.

Исходное – «нулевое положение» интерференционной картины, фиксируется совмещением левой (чёрной полосы) с нулевой отметкой неподвижной шкалы. Шкала прибора с равномерными делениями градуирована в процентах (по объёму). Цена деления шкалы 0,25% СН₄. Отметки шкалы через целые деления обозначены цифрами от 0 до 6.

Прибор ШИ-11 (рис.2) помещен в плоскую металлическую коробку, на внешней стороне которой размещены:

штуцер 1 для засасывания в прибор воздуха;

распределительный кран 2 для переключений на измерение концентрации газа метанового ряда и суммарного содержания этого газа и диоксида углерода;

окуляр 3;

штуцер 4 с фильтром для удаления газо-воздушной смеси из прибора;

маховичок 5 для установления интерференционной картины в нулевое положение;

кнопка 6 для перемещения газовоздушной камеры в положение «К» – контроль;

кнопка 7 включения лампочки накаливания – источника когерентных лучей света;

резиновая груша 8 для засасывания воздуха в прибор с клапаном выброса воздуха;

поглотительный патрон 9.

Рисунок 2 – Общий вид прибора ШИ-11

Подготовка к работе:

Проверить исправность резиновой груши. Для этого необходимо сжать грушу рукой и, зажав конец её резиновой трубки, проследить, как быстро расправляется груша в разжатой руке. Резиновая груша, пригодная для работы, не должна расправляться. Проверить герметичность газовой линии прибора. Нажать кнопку включения лампы и посмотреть в окуляр. Если интерференционная картина и шкала окажутся нечёткими, вращением окуляра навести их на резкость. Установить интерференционную картину в нулевое положение. Для этого переключатель поставить в положение «К» и, наблюдая в окуляр за положением интерференционной картины, медленно вращать маховичок до совмещения левой чёрной полосы интерференционной картины с нулевой отметкой шкалы.

При определении содержания метана распределительный кран ставится в положение «СН₄». Путём трёх сжатий резиновой груши проба исследуемого воздуха через штуцер или резиновую трубку, надетую на этот штуцер, прокачивается через прибор. Если набранный в прибор воздух содержит метан, то интерференционная картина сместится вправо вдоль шкалы. При наблюдении в окуляр по смещённому положению левой чёрной полосы интерференционной картины производится отсчёт делений шкалы и результат выражается с точностью до 0,1 %.

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

Для определения содержания углекислого газа в исследуемом воздухе необходимо вначале сделать определение концентрации метана указанным выше способом. Затем распределительный кран ставится в положение «СО₂» и производится прокачивание воздуха в прибор путём трёх сжатий резиновой груши. Полученный отсчёт 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 отсчётов.