Pytania teoretyczne

1. Pomiar pola przekroju poprzecznego wyrobiska

1. Wymienić znane metody pomiaru pola przekroju poprzecznego wyrobiska górniczego.

Pole przekroju poprzecznego można wyznaczyć metodami geometrycznymi oraz odpowiednimi przyrządami zwanymi potocznie profilometrami lub profilografami.

a) z liną pomiarową (pion) do której domierza się długość od punktów charakterystycznych obwodu wyrobiska

b) biegunowe

c) dwubiegunowe; b)i c) określamy kąt i odległość od punktu do ociosu. Suma trójkątów da to pole.

W praktyce przekrój poprzeczny mierzy się taśmą ( ruletką) z dokładnością do 1 cm.

2. Na czym polega metoda „domiarów do ociosów” przy wyznaczaniu pola przekroju poprzecznego wyrobiska ?

3. Jak się dokonuje pomiaru pola przekroju poprzecznego wyrobiska górniczego metodą fotograficzną ?

Profilograf optyczny. Wiązka światła przesuwa się za pomocą korby (R) po ociosach chodnika w miejscu, w którym chce się zarejestrować profil przekroju poprzecznego. Na kliszy rejestruje się kontur.

2. Pomiar prędkości powietrza

1. Podać metody pomiaru prędkości średniej powietrza.

2. Podać metody pomiaru małych (poniżej 0.5 m/s) prędkości powietrza w wyrobiskach górniczych.

- katatermometrem; - anemometrem dynamicznym mechanicznym różnicowym : w_obczur; - akustyczny: w = C⋅t₂-t₁//t₂+t₁

3. Podać podział anemometrów.

I. Anemometry mechaniczne:

a) obrotowe (rotacyjne);

- anemometr skrzydełkowy: przenośne, stacjonarne,

- różnicowy,

- czaszowy,

- skrzydełkowe z przetwornikami.

b) wychyleniowe;

- wiatromierz wahadłowy Wilda

- sprężynowy

- anemometr stanowiący połączenie obu tych typów

4. Jak wykorzystać rurkę Prandtla do pomiaru prędkości powietrza ?

5. Jak w praktyce kopalnianej mierzy się prędkość średnią powietrza ?

6. Jak się mierzy strumienie objętości powietrza w rurociągach ?.

Pomiar strumienia objętości jest pomiarem złożonym.

Do wyznaczenia strumienia objętości powietrza w rurociągach który może być wyrobisko kopalniane, konieczna jest znajomość średniej prędkości przepływu V w przekroju poprzecznym przewodu. Przy dalszym określaniu dodatkowo należy określić gęstość przepływających gazów. Przekrój poprzeczny wyrobiska kopalnianego wybiera się prostopadle do linii naturalnej. Wektor prędkości przepływu jest wtedy prostopadle do tego przekroju. W przypadku przepływu nie ustalonego prędkość i gęstość zmieniają się w czasie.

7. Jak wyznaczyć strumień objętości powietrza przepływający przez kryzę ISO z pomiarem przytarczowym.

Co to jest moduł zwężki ?

Zwężki pomiarowe : kryzy, dysze, zwężki. Pomagają w pomiarach w rurociągach. Najbardziej rozpowszechnione są kryzy. Modułem zwęki nazywamy stosunek średnicy zew. do wewnętrz.

moduł = D/d

rys.

8. Na jakich zasadach działają anemometry dynamiczne z przetwornikami ?

9. Do jakich zakresów prędkości stosuje się anemometry dynamiczne mechaniczne

Anemometr mechaniczny:

- skrzydełkowy 0,2÷20 m/s ; - skrzydełkowy różnicowy 0,1÷0,5 m/s; - czaszowy 1÷5 m/s; - welometr 0,03÷30 m/s.

10. Podać zasadę działania anemometru różnicowego.

Służy do pomiaru prędkości mniejszych od 0,5 m/s i składa się ze zwykłego anemometru skrzydełkowego, wentylatora, którego kanalik tłoczny jest skierowany na skrzydełka wirnika. wydajność napędzanego sprężyną wentylatora jest tak dobrana, że przy nieruchomym powietrzu (V=0) wirnik anem. Obraca się z prędkością odpowiadającą przepływowi v₀=0,5 m/s. Prędkość obrotowa wiatraka zaczyna spadać wraz ze wzrostem prędkości przepływu i równa jest zeru.

11. Podać zasadę działania anemometru akustycznego.

Zasada działania polega na pomiarze czasu t , przelotu sygnału akustycznego między nadajnikiem a odbiornikiem na określonej drodze L w powietrzu płynącym z prędkością V.

Rys.

N - nadajnik, O - odbiornik

Wzór na prędkość przepływu.

V = C⋅ t₂-t₁//t₂+t₁

12. Podać zasadę działania termoanemometru.

Jest to przyrząd do pomiaru prędkości a niekiedy także kierunku i zwrotu wektora prędkości, w których wykorzystuje się efekt strat cieplnych jakich doznaje nagrzewane prądem elektrycznym ciało umieszczone w przepływającym powietrzu. Ze względu na małe wymiary term. Stosuje się do wyznaczenia prędkości miejscowych bez wywołania zaburzeń pola prędkości.

13. Podać zasadę działania anemometru typu Vortex.

W tego typu anemometrach wykorzystuje się zjawisko zrzucania wirów z pobocznicy walca lub pręta umieszczonego w przepływie. Wiry zrzucane są na przemian w regularnych odstępach czasu i tworzą tzw. ścieżką wirów Karmana.

Rys.

a) walec, b)pręt trójkątny

Działa punktowo. Odległość między wirami zależy od prędkości powietrza

14. Podać zasadę działania katatermometru i sposób jego wykorzystania do pomiaru prędkości powietrza.

Wykorzystuje się do pomiaru małych prędkości. Katatermometr stanowi termomert alkoholowy mający skalę w zakresie od +35 do +38 °C. Pomiar polega na zmienieniu czasu opadania słupa alkoholu od kreski +38 do +35. Czas ten jest zależny od szybkości odprowadzenia ciepła z katatermometru. Natężenie jest zdefiniowane wzorem: K = F/τ gdzie: F- stała katatometru, τ- czas chłodzenia.

Prędkość strumienia możemy określić ze wzorów empirycznych. W przypadku gdy temperatura powietrza i średnia temperatura powierzchni otaczających są różne stosuje się katatermometr o powierzchni banieczki z alkoholem. Spowoduje to zmniejszenie udziału ciepła oddawanego przez promieniowanie do 1/9 wartości oddawanej przez bańkę zwykłą.

15. Podać zasadę działania anemometru indukcyjnego.

Przeznaczony do pomiaru prędkości strumienia powietrza w zakresie 2-30 m/s. Działanie polega na pomiarze prędkości obracania trzyczasowego wiatraczka przez tachometr. Mierzący może od razu odczytać prędkość strumienia powietrza (przyrząd wycechowany jest w m/s)

16. Jak przeprowadza się kontrolę rozpływu powietrza w kopalniach ?

17. Co to są stacje pomiarowe powietrza ?

zakłada się na prostoliniowych odcinkach wyrobisk przy czym początek stacji powinien znajdować się co najmniej 5 m. za rozgałęzieniem, skrzyżowaniem lub zakrętem, 15 m. za tamą regulacyjną lub wentylatorem pomocniczym. Na stacji jest tablica na której zapisuje się wyniki pomiarów. W stacjach pomiarowych należy wykonać przynajmniej raz w miesiącu pomiary: prędkości, temperatury, ilości powietrza oraz zawartość metanu.

18. Podać sposoby cechowania anemometrów.

- na statywie; - w specjalnym tunelu aerodynamicznym (0,1÷20 m/s); - za pomocą przyrządu wzorcowego.

III. Pomiar ciśnienia powietrza

1. Jakie wyróżnia się ciśnienia stojącego i przepływającego powietrza ?

STOJĄCEGO: a) ciśn. atmosferyczne(barometryczne) p_b - od powietrza;

b) ciśn. absolutne (lub bezwzględne)p_a - od próżni; c) monometryczne:- nadciśnienie p_m.(p_m.=p_a-p_b), - podciśnienie p_m.(p_m.=p_b -p_a)

W RUCHU:

a) ciśn. statyczne p_s ; b)dynamiczne p_d

p_d = ½ ρ⋅w²; c) całkowite p_c p_c = p_s + p_d

2. Wymienić najczęściej stosowane w górnictwie czujniki ciśnienia.

3. Podać podział przyrządów do pomiaru ciśnień.

Wg zasady działania:- cieczowe; - spręzynowe; - tłokowe; -elektryczne.

Wg przeznaczenia: - do pomiaru różnicy ciśnień (manometry różnicowe); - do pomiaru nad- i podciśnienia; - do pomiaru ciśnienia absolutnego (barometry)

W kopalnianych pomiarach wentylacyjnych zależnie od sposobu pomiaru ciśnienia do jego wyznaczenia stosuje się:

a) przyrządy do pomiaru ciśnienia bezwzględnego:

- barometry rtęciowe,

- aneroidy,

- baroluxy,

- mikrobaroluxy ;

b) przyrządy do pomiaru nadciśnienia lub podciśnienia:

- mikromanometry i manometry,

- deprymometry.

Ze względu na zasadę działania można wyróżnić:

- manometry cieczowe - ciśnienie mierzone równoważone jest ciśnieniem hydrostatycznym słupa cieczy,

- manometry sprężyste - miarą mierzonego ciśnienia jest odkształcenie elementu sprężystego,

- przetworniki elektryczne - w przyrządach tych następuje zamiana sygnału ciśnienia na elektryczny.

4. Jakie stosuje się ciecze manometryczne:

- woda; - rtęć; - spirytus etylowy 92%; - tolken; -czterochlorek węgla

Ciecze te powinny charakteryzować się m.in. stałością składu chemicznego, małą lepkością, małymi współczynnikami rozszerzalności objętościowej i napięcia powierzchniowego. W zależności od napięcia powierzchniowego cieczy manometrycznej menisk może mieć kształt wypukły i wówczas poziom cieczy w rurce kapilarnej jest niższy niż w naczyniu lub kształt wklęsły i wtedy słupek podnosi się ponad powierzchnię cieczy w naczyniu

5. Podać zasadę działania baroluksu.

Podstawowym elementem jest membrana, która pod wpływem cisnienia ulega odkształceniu. Odkształcenia są przenoszone przez dźwignię 2 i ośkę 3 na przeźroczystą skalę 4 wycechowany z dokładnością do 0,2 Tr. Skalę 4 oświetla żarówka 5 i soczewka skupiająca 6. Obraz skali 4 zostaje powiększony przez obiektyw 7 i skierowany za pomocą pryzmatów 8,9,10 na matówce II na której dokonuje się odczytu.

Rys.

6. Podać zasadę działania mikrobarometru Ascania Gb-5

Odkształcenia elementu sprężystego mikrobar. , który stanowi opróżniona z powietrza spirala przekazywane są za pomocą układu optycznego. Przy zmianach ciśnienia spirala obraca się a wraz z nia lusterko.

7. Podać zasadę działania deprymometru.

Służy do pomiaru różnicy ciśnień powietrza w wyrobiskach górniczych. W termosie napełnionym drobno pokruszonym lodem znajduje się zbiornik który może być połączony z atmosfera po otwarciu zaworów. Jeden koniec wygiętej rurki jest połączony z atmosferą, drugi ze zbiornikiem. Zbiornik i rurka wypełnione są naftą. Wzdłuż zew. części rurki ułożona jest skala. Po otwarciu zaworu poziom nafty ustala się na jednakowej wysokości w zbiorniku i rurce. Termos z lodem ma zapewnić utrzymanie zbiornika w stałej temp.

IV. Pomiar temperatury powietrza

1. Podział przyrządów do pomiaru temperatury.

1. termometry stykowe:

a) nieelektryczne:

- rozszerzalnościowe, dylatacyjne i bimetaliczne;

- rozszerzalnościowe cieczowe;

- manometryczne parowe;

- manometryczne gazowe.

b) elektryczne:

- termoelektryczne; - rezystancyjne i termistorowe.

2. pirometry bezstykowe:

- radiacyjne; - fotoelektryczne; - monochromatyczne z zanikającym włóknem; - wielobarwne.

3. specjalne

2. Podać zasadę działania termometru rezystancyjnego.

Wykorzystuje zjawisko zmiany rezystancji elektrycznej przewodników lub półprzewodników z temperaturą. Do pomiarów rezystancji czujników termometrów rezystancyjnych stosuje się zrównoważone i niezrównoważone mostki Wheatstone'a, układy potencjometryczne oraz logometry . Przy pomiarze temp. wyznacza sie stosunek natężeń prądów I₁ i I₂, zależnych od temperatury czujnika rezystancyjnego.

3. Podać zasadę działania termometru dylatacyjnego.

W term. dylatacyjnych wykorzystuje się różnice liniowej rozszerzalności cieplnej dwóch różnych materiałów.

Rys.

Z materiału czynnego (mosiądz lub stal) wykonana jest rurka, z materiału biernego (najczęściej stop 64%Fe, i 36% Ni ) pręt. Przemieszczenie pręta przekazuje dźwignia na wskazówkę. Sprężyna wytwarza moment zwrotny. Położenie elementów przyrządu w wyższej temp. zaznaczono linią przerywaną.

4. Podać zasadę działania termometru bimetalicznego.

W term. bimetalicznych wykorzystuje się różnice liniowej rozszerzalności cieplnej dwóch różnych materiałów.

Rys.

Wykonany jest z taśmy dwóch różnych metali połączonych techniką zgrzewania lub zwalcowania. Ze wzrostem temp. taśma bimetaliczna wygina sie w stronę materiału biernego. Miarą zmiany temp jest przemieszczenie pewnego elementu płytki bimetalicznej lub kąt skręcenia spirali. Zwykle stosuje się mosiądz oraz inwar. Przemieszczenie może być przenoszone na skale za pomocą dźwigni i wskazówki. Położenie taśm odpowiadające wyższej temp. naniesiono linią przerywaną.

5. Czym powinny się charakteryzować termoelementy termometrów termoelektrycznych ?

Elektrody powinny mieć jak największy potencjał dodatni (ta pierwsza), a druga największy potencjał ujemny.

6. Podać zasadę działania termometru termoelektrycznego.

Mierzą one różnicę temperatur. Zasada działania oparta jest na wykorzystaniu zjawisk Peltiera, Thomsona i Seebecka powodujących w dwu odpowiednich przewodach połączonych spoiną (mierniczą) umieszczoną w środowisku, którego temperaturę mierzymy, powstanie SEM, jeśli wolne końce tych przewodów umieszczone są w innej temp. niż spoina. Powstająca w tym obwodzie siła elektromotoryczna jest w przybliżeniu proporcjonalna do różnicy temperatur spoiny mierniczej i spoiny odniesienia (wolne końce). W praktyce aby wykorzystać taki obwód do pomiaru temp. musimy dokonać pomiaru SEM w tym obwodzie. W tym celu w obwód włącza się miernik elektryczny, co oznacza wprowadzenie do obwodu trzeciego metalu (którym są przewody wew, miernika i przewody łączące miernik z obwodem). Włączenie trzeciego metalu nie zmieni SEM pod warunkiem, że oba końce metalu trzeciego znajdują się w tej samej temperaturze.

Rys.

1. naczynie np. z wodą której temp. Mierzymy, 2. Naczynie Davera (woda + lód ±0°C

Dwa przewody z różnych metali (stopów) ←przewodnik o różnych potencjałach elektrochemicznych: dodatnim i ujemnym. Przewody łączymy spoiną, swobodne końce wkładamy do naczynia Devara (temp. tych końców musi być inna niż temp. spoiny, którą umieszczamy w ob.szarze temp. mierzonej)

SEM = stała termiczna ⋅Δt

Δt = tp-t_o

7. Czym różnią się termometry rezystancyjne od termistorowych ?

Te pierwsze znajdują zastosowanie przede wszystkim do dokładnych pomiarów laboratoryjnych. Natomiast użycie drugiego wymaga częstego cechowania. Wadą jest mało dokładny pomiar temp. W szerokim zakresie. W tym przypadku należy obliczyć dokładna temp. według podanych w literaturze wzorów.

8. Jak się mierzy rozkład temperatury w skałach otaczających wyrobisko górnicze

Górotwór zawsze jest cieplejszy od powietrza. Pomiary wykonuje się 15 metrów wokół wyrobiska. Wiercimy otwór o długości 15 m. I wprowadzamy sondę też 15 m. . Na niej znajdują się czujniki do mierzenia temperatury (najczęściej za pomocą termopary.

Rys.

V. Pomiar wilgotności powietrza

1. Rodzaje wilgotności powietrza. Podać definicje.

Wilgotnością względną ϕ powietrza nz. Się stosunek wilgotności bezwzględnejdo wilgotności bezwzględnej powetrza nasyconego parą wodną w danej temperaturze i pod danym ciśnieniem ϕ=(ρ_p/ρ_pn)_t=(Pp/Ppn)<1 ϕ=(e/E)_t [kg/kg]=[kP/kP]

Wilgotnością bezwzględną nz. Masę pary w jednostce objętości powietrza ρ_p=mp/V [kg/m³]

Wilgotnością właściwą powietrza nz. Masę pary wodnej zawartą w jednostce masy powietrza suchego x=0,622*(ϕE/p-ϕE) [kg/kg]

2. Wymienić omówione na ćwiczeniach metody pomiaru wilgotności.

Metody pomiarowe:

- metoda wagowa; - metoda kondensacyjna (punktu rosy); - m.psychrometryczna; - m.higroskopowe;

3. Podać zależności między wilgotnością bezwzględną, względną i właściwą.

Zależności między wilgotnością względną, właściwą, entalpią powietrza wilgotnego, temp. termometru suchego,temp. termometru mokrego i ciśnieniem cząstkowym wyznacza wykres Moliera. Można wyznaczyć z niego np zmiany wilgotności powietrzanastępujące przy zmianie temp. powietrza.

4. Jaką ma postać i do czego służy wzór empiryczny Sprunga ?

Wzór empiryczny Sprunga podaje prężność pary wodnej e w powietrzu i ma postać:

e = E(T_w)-6,6176*10^-4(T-T_w)p [Pa]

gdzie: E(T_w) - prężność pary wodnej nasyconej w temperaturze termometru mokrego.

5. Jakie psychrometry stosuje się do pomiaru wilgotności w górnictwie i dlaczego.

6. Dlaczego do pomiaru wilgotności w wyrobiskach górniczych stosujemy psychrometry Assmanna a nie psychrometry Augusta ?

7. Omówić zasadę działania wilgotnościomierza punktu rosy.

Metoda kondensacyjna (pkt rosy) polega na wyznaczeniu najwyższej temperatury, w której nastepuje zjawisko kondensacji pary wodnej z powietrza na gładkiej powierzchni metalowej lub szklanej, zwanej lustrem. W celu wyznaczenia tej temperatury konieczne jest izobaryczne ochładzanie powietrza do stanu nasycenia. Ochładzanie lustra można uzyskać różnymi metodami. Najczęściej spotyka się higrometry kondensacyjne Daniella, w których ochłodzenie osiąga się dzieki parowaniu cieczy łatwo wrzących. Spotyka się także prztrządy, w którychobniżenie temperatury następuje wskutek adiabatycznego rozprężania gazu lub przez chłodzenie termoelektryczne, tzw. Peltiera.

8. Podać zasadę działania higrometrów kondensacyjnych.

W higrometrze kondensacyjnym Daniella ochłodzenie lustra osiąga się dzięki parowaniu cieczy łatwo wrzących. W naczyniu z bardzo dobrego przewodnika ciepła, znajduje się łatwo wrząca ciecz. Powierzchnia naczynia jest chromowana, srebrzona lub złocona i polerowana. Wcieczy jest zanurzona rurka połączona elastycznym przewodem z gruszką. Powietrze tłoczone pod zwierciadło cieczynasyca się parą cieczy wypełniającej przyrząd.Podczas parowania odbierane jest ciepło z otoczenia, w wyniku czego obniża się temperatura.Osiągnięciu temp. pkt. Rosy Tr odpowiada pojawienie się zmętnienia na polerowanej pow. Termometr umieszczony w cieczy wskazuje temp. pkt. Rosy.

9. Do czego służy wykres Molliera ?

Przedstawia zależności między wilgotnością względną, właściwą, entalpią powietrza wilgotnego, temp. termometru suchego,temp. termometru mokrego i ciśnieniem cząstkowym. Można wyznaczyć z niego np zmiany wilgotności powietrzanastępujące przy zmianie temp. powietrza.

VI. Wentylatory

1. Na czym polega zdejmowanie charakterystyki wentylatora ?

2. W jakim zakresie wentylator główny może współpracować z siecią wentylacyjną ?

3. Kiedy wentylator główny pracuje stabilnie i ekonomicznie ?

---