Способ определения температуры и парциального давления углекислого газа в газообразной среде

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДЕ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Аршинов Константин Иванович Аршинов Максим Константинович Лешенюк Николай Степанович Невдах Владимир Владимирович Яснов Виктор Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси(56) НЕМЕЦ В.М. и др. Спектральный аннализ неорганических газов. - Ленинград Химия, 1988. - С. 177-180.2083959 1, 1997.1529055 1, 1989.11304705 , 1999.01197631 , 1989.2004085407 , 2004.(57) Способ определения температуры и парциального давления углекислого газа в газообразной среде, при котором одновременно определяют парциальное давление и температуру путем измерения спектрального распределения ненасыщенных коэффициентов поглощения на линиях основных лазерных переходов 2-лазера, при этом в соответствии со спектральным распределением коэффициентов поглощения в центре рассматриваемых линий составляют систему линейных относительно парциального давления 2 и нелинейных относительно температурыуравнений вида(0 )(0 ), где( 0 ) - коэффициент поглощения в центре -й линии 0 - частота, соответствующая центру -й линии- сила -й линии( 0 ) - форм-фактор в центре -й линии,для решения которых минимизируют совокупность квадратов отклоненийотносительно искомых параметров 2) где- измеренный коэффициент поглощения в центре -й линии 2- выражение для коэффициента поглощения в центре -й линии,путем численного сканирования по температуре с последующим расчетом парциального давления из выражения где- коэффициент поглощения, приведенный к единичному давлению. Изобретение относится к области анализа материалов с использованием перестраиваемых лазеров, в частности к способам определения температуры и парциального давления углекислого газа в исследуемых газообразных смесях, и может быть применено преимущественно при диагностике продуктов сжигания топлив. Известен наиболее близкий по технической сути к изобретению способ определения парциального давления углекислого газа 1, основанный на прямом измерении концентрации (парциального давления) углекислого газа путем измерения поглощения инфракрасного излучения и последующего сравнения с поглощением излучения эталонной концентрацией углекислого газа в газовой кювете. Данный способ предназначен для анализа состава и концентрации исследуемых газов и обеспечивает удовлетворительную точность измерений. Существенным недостатком способа является то, что он, в силу присущих ему приемов, практически не позволяет создать одинаковые по составу газовые смеси в опорном и измерительном каналах и отличается инерционным и трудоемким процессом отбора проб,а также характеризуется ограниченной областью применения, т.е. не может одновременно измерять, например, температуру исследуемого газа. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание эффективного способа определения температуры и парциального давления (концентрации) углекислого газа, отличающегося расширенной областью применения и более высокой точностью измерений, что позволяет осуществлять эффективный контроль сжигания топлив различными устройствами и экспресс-мониторинг промышленных зон. Поставленная задача достигается тем, что в способе определения температуры и парциального давления углекислого газа в газообразной среде одновременно определяют парциальное давление и температуру путем измерения спектрального распределения ненасыщенных коэффициентов поглощения на линиях основных лазерных переходов СО 2-лазера, при этом в соответствии со спектральным распределением коэффициентов поглощения в центре рассматриваемых линий составляют систему линейных относительно парциального давления 2 и нелинейных относительно температурыуравнений вида(0)- форм-фактор в центре -й линии,для решения которых минимизируют совокупность квадратов отклонений относительно искомых параметров 2) где- измеренный коэффициент поглощения в центре -й линии 2- выражение для коэффициента поглощения в центре -й линии, путем численного сканирования по температуре с последующим расчетом парциального давления из выражения где- коэффициент поглощения, приведенный к единичному давлению. Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что он отличается от известного дополнительным измерением температуры, осуществляемым одновременно с определением парциального давления путем измерения спектрального распределения коэффициентов поглощения на основных лазерных переходах и последующим решением системы уравнений, что подтверждает наличие отличительных признаков. Такое осуществление способа позволяет расширить область применения, повысить точность измерений и эффективность контроля сжигания топлив, что свидетельствует о достижении более высокого результата и возможности промышленного применения заявляемого решения. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. На первом этапе определения искомых параметров 2 ,область выброса продуктов сжигания топлив про свечивают зондирующим лазерным излучением и измеряют коэффициенты поглощения) для различных спектральных линий. На втором этапе производят расчеты, где априорно определяют рассматриваемый температурный диапазон (, ) и задают шаг изменения температуры . Например, при зондировании атмосферного воздуха в промышленной зоне температура газовой смеси не может быть ниже 243 К и выше 1000 К. Поскольку при расчетах используют компьютер, то, в принципе, можно задать любой размер температурного шага, например 0,1 К. Алгоритм расчета представляет собой следующие действия а) температуру газовой смеси принимают равной нижнему значе)раснию, например 1243 К б) для данной температуры по формуле 22 считывают соответствующее парциальное давление 1 в) для данной пары параметров 1, 1 по формуле( 0 )( 0 ) рассчитывают для всех используемых спектраль 2) ных линий коэффициенты поглощенияг) по формуле( 2) рас) считывают совокупность квадратов отклонений 1 измеренныхи рассчитанныхкоэффициентов поглощения д) увеличивают температуру на один шаг, т.е. значение температуры принимают равной 21 и повторяют расчеты отраженные в пунктах б),в), г), т.е. получают р 2, Т 2 и 2. Таким образом, сканируя по температуре, набирают совокупностьиз которой выбирают наименьшее значение , которому соответствует пара искомых параметров 2 , . Заявляемый способ имеет расширенную область применения и более эффективен при контроле сжигания топлив и экспресс-мониторинге атмосферы промышленных зон. Источники информации 1. Немец В.М., Петров А.А., Соловьев А.А. Спектральный анализ неорганических газов. - Л. Химия, 1988. - 240 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.