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Gasanzeiger, insbesondere zur Verwendung in Grubenschächten
Die Erfindung
bezieht sich auf ein Gerät, das auf deni Prinzip des Jaminschen Platten-Interferenz-Refraktometer-
beruht und insbesondere in ßergwerksschächten zum Nachweis von Grubengas benutzt
werden kann.
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Optische Interferometer sind für den erwähnten Zweck an sich bekannt,
sie arbeiten in der Weise, daß an Hand von Lageveränderungen der Interferenzstreifen
die Anwesenheit des nachzuweisenden C;ases festgestellt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Geräte in
verschiedener Hinsicht zu verbessern, um sie für den praktischen Betrieb besser
geeignet zu machen durch Schaffung eines stets betriebsfertigen, handlichen Gerätes.
s~ellläß der Erfindung ist dies dadurch möglich, bei bei einen nach dem Prinzip
des Jaminschen Platten-Interferenz - Refraktometers arbeitenden Gasanzeiger, insbesondere
zur Verwendung in Grubenschächten, außer einer spiegelnden, planparallelen Platte
ein Rechteckprisma vorgesehen ist, welches das Lichtstrahlenbündel zur planparallelen
Platte zurücklenkt, und daß die Normalluftkammer des Interferometers über eine lange
Kapillare aus Metall oder Iunststoff mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht.
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NVeitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung der Fig. I bis 3.
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Fig. 1 zeigt das Prinzip des bisher bekannten Gerätes, Fig. 2 schematisch
ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung und Fig. 3 ein Beispiel für das an die
Normalluftkammer anzuschließende dünnwandige Rohr geringen Durchmessers.
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Fig. I gibt die wichtigsten Teile des bekannten Interferometers wieder,
mit G1 und G2 sind die beiden planparallelen Spiegel bezeichnet, S ist die
Lichtquelle
und T das zur Beobachtung dienende Fernrohr. Das Interferometer weist die Normalluftkammer
LK und die Gaskammer GK auf. Die mit Pfeilen versehenen Linien deuten den Weg der
Lichtstrahlen von der Lichtquelle S bis zum Fernrohr T an.
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Bei Gasanzeigern nach der Erfindung ist gemäß Fig. 2 der in Fig.
1 gezeigte Spiegel G2 ersetzt durch ein Rechteckprisma P, mittels dessen die Lichtstrahlen
zum Spiegel G1 zurückgelenkt werden, wo die Interferenz des Lichtes stattfindet.
Die Linse L macht die von S kommenden Lichtstrahlen parallel. Sie passieren einen
Spalt und fallen auf den Spiegel G, wo sie an der vorderen und rückwärtigen Fläche
reflektiert werden. Die beiden parallelen Lichtbündel verlaufen danach getrennt
längs der dünnen und punktierten Linie, wie in Fig. 2 angegeben. Sie werden durch
das Prisma P zur Platte G1 zurückgelenkt, wo sie vereinigt werden, um danach über
das Prisma P1 zum Fernrohr OtE zu gelangen. Durch eine entsprechende Anordnung der
Teile P und G1 läßt sich erreichen, daß mittels der Okularlinse E Interferenzstreifen
beobachtet werden können.. Diese Streifen bestehen aus zwei dunklen Linien 0 ter
Ordnung in der Mitte und farbigen Wellenlinien nachfolgender Ordnungen auf beiden
Seiten.
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Die Messung erfolgt durch Festlegung des Betrages der Lagenänderung
der Streifen, wobei die Lage eines der dunklen Streifen O ter Ordnung als Bezugsgröße
dient.
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Um die Messung der Konzentration des betreffenden Gases vorzubereiten,
werden die Normalluftkammern a1 und a2 sowie die Gaskammer g zunächst mit reiner
Luft gefüllt. Die Lage der Interferenzstreifen unter diesen Bedingungen wird als
Nullage genommen. Alsdann wird das betreffende Gas in die Gaskammer eingeführt,
und seine Konzentration wird gefunden durch Messung des Betrages der Lagenveränderung
der Interferenzstreifen nach folgender Beziehung Z i = kXI(4gt )/IOO, worin Z der
Betrag der Lagenveränderung der Interferenzstreifen, Ä die Wellenlänge des Lichtes,
k eine Konstante, v die Gaskonzentration in Prozenten und I die wirksame Länge der
Gaskammer ist, welche das Doppelte der geometrischen Länge der Kammer beträgt; flug
und ii, sind die Brechungsexponenten des Gases bzw. der Luft. Der Betrag Z der Lagenveränderung
der Interferenzstreifen kann durch folgende Methoden bestimmt werden, die einzeln
oder in Kombination anwendbar sind.
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I. Es wird eine Meßskala in die Brennebene der Objektivlinse öl eingefügt;
2. das dicht bei der Objektivlinse öi des Fernrohres angeordnete Prisma Po wird
entweder um die Achse des Ferurohres oder um eine senkrecht dazu liegendeAchsex-x
gedreht. Die Drehbewegung bringt die Interferenzstreifen in ihre Ausgangslage zurück,
und der Betrag der Drehung ist ein Maß für die gesuchte Größe; 3. ein planparalleler
Spiegel G', der zwischen der Objektivlinse und dem Okular angeordnet ist, wird um
die Achse y-y gedreht, welche senkrecht zur Achse des Fernrohres liegt. Auch hier
ist der zur Rückführung der Interferenzstreifen in seine Ausgangslage erforderliche
Drehweg ein Maß für die gesuchte Größe; 4. zwei Sätze von Glaskeilen mit gleichen
Winkelgradienten wl, w2 und ws, w4 werden in den Weg des Lichtes durch die Normalluftkammer
bzw. die Gaskammer eingefügt. Wenn man die Glaskeile übereinander verschiebt, so
ändern sich die Weglängen des Lichtes, und infolgedessen werden die Interferenzstreifen
verschoben. Der Betrag, um den man die Keile bewegen muß, um die Interferenzstreifen
in ihre Ausgangslage zu bringen, ist wiederum ein Maß für die gesuchte Größe.
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Wenn die Normalluftkammern luftdicht verschlossen sind, ist der Luftdruck
im Innern nicht der gleiche wie außerhalb in Grubenschächten, wo der atmosphärische
Druck und die Temperatur sich ändern. Es wird infolgedessen eine Druckdifferenz
entstehen zwischen der Normalluftkammer und der Gaskammer, und diese Differenz muß
zu falschen Meßergebnissen führen, da der Druck den Brechungsexponenten des Gases
verändert.
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Wenn andererseits ein Luftzutritt zu den Kammern möglich ist, um
einen Druckausgleich herbeizuführen, wird bei Änderungen des Druckes und der Temperatur
Luft in die Kammern gelangen und damit die Nullage der Interferenzstreifen verfälschen.
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Um einen Druckausgleich zu erzwingen und dennoch zu verhindern, daß
unreine Luft in die Kammern eintritt, können die letzteren mit einem Behälter geeigneter
Größe verbunden sein, der aus dünnem Kunststoff besteht, oder mit einem langen Gummischlauch,
durch den die unreine Luft erst nach einer beträchtlichen Zeit die Kammern erreichen
kann; jedoch werden solche Behälter verhältnismäßig rasch leck und im rauhen Betrieb
abgenutzt. Gummi schläuche andererseits müssen dicke Wandungen aufweisen und verhältnismäßig
lang sein, um zuverlässig zu arbeiten. Solche dicken Schläuche sind aber umständlich
zu handhaben und schwer im Gerät unterzubringen.
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Bei Gasanzeigern nach der Erfindung wird eine Kapillare geeigneter
Länge benutzt. Es kann hierzu ein Metallrohr oder ein rohrförmiges Gebilde aus Kunststoff
dienen. Der Innendurchmesser solcher Rohre beträgt beispielsweise I mm und ihre
Länge 2t/2 m und mehr. Als geeignet hat sich ein dünnwandiges Kupferrohr erwiesen,
das spiralförmig gewunden ist, wie es die Fig. 3 zeigt. Hierbei liegen die Windungen
in einer Ebene, was aus Raumgründen günstig ist. Man kann aber im Bedarfsfall für
diese Anordnung auch entsprechend andere geometrische Formen wählen. Das eine Ende
Z des Rohres R wird mit der Normalluftkammer gas dicht verbunden, das andere Endet
bleibt offen. Eine solche Anordnung kann ohne Schwierigkeiten in das Gerät eingebaut
werden, so daß sich ein stets betriebsfertiges, transportables
Gerät
ergibt, das unabhängig ist von den Veränderungen der atmosphärischen Bedingungen.
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Gasanzeiger nach der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf.
Die Interferenzstreifen erscheinen klar und können in einfacher Weise erzielt werden.
Infolge der Verwendung nur einer planparallelen Platte ist die Handhabung einfach.
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Die Länge des Gerätes kann durch die Benutzung des Rechteckprisnias
gegenüber den bekannten Gereiten auf die Hälfte herabgesetzt werden. Es ist sicher
für einen Ausgleich eines etwaigen Druckunterschiedes zwischen Normalluftkammer
und Außenraum gesorgt, ohne daß unreine Luft während des Meßvorganges in die Normalluftkammer
eindringen kann. wenn der atmosphärische Druck und die Temperatur sich ändern. Eine
Nerunreinigung der Xornialluft würde deren Brechungsexponenten verändern, so daß
infolge der gleichzeitigen Änderung der Nullage der Interferenztreffen das Meßergebnis
gefälscht würde.
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Es hat sich gezeigt, daß Gasanzeiger nach der Erfindung jeweils während
der Dauer von mindestens 8 Stunden einwandfrei arbeiten, d. h. daß in dieser Zeit
über die Kapillare R keine die Messung störenden Luftmengen in die Normalluftkammer
eintreten.