close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

11019

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 11019
(13) C1
(19)
(46) 2008.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
G 01N 21/31
G 01J 3/42
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПАРЦИАЛЬНОГО
ДАВЛЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДЕ
(54)
(21) Номер заявки: a 20060476
(22) 2006.05.22
(43) 2007.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт технической
акустики Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Аршинов Константин Иванович; Аршинов Максим Константинович; Лешенюк Николай Степанович; Невдах Владимир Владимирович; Яснов Виктор Владимирович
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) НЕМЕЦ В.М. и др. Спектральный аннализ неорганических газов. - Ленинград: Химия, 1988. - С. 177-180.
RU 2083959 C1, 1997.
SU 1529055 A1, 1989.
JP 11304705 A, 1999.
JP 01197631 A, 1989.
JP 2004085407 A, 2004.
BY 11019 C1 2008.08.30
(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 CO2-лазера, при этом в соответствии
со спектральным распределением коэффициентов поглощения в центре рассматриваемых
линий составляют систему линейных относительно парциального давления p CO2 и нелинейных относительно температуры T уравнений вида:
α i ( ν 0 ) = Si Fi ( ν 0 ),
где α i (ν 0 ) - коэффициент поглощения в центре i-й линии;
ν 0 - частота, соответствующая центру i-й линии;
Si - сила i-й линии;
Fi (ν 0 ) - форм-фактор в центре i-й линии,
для решения которых минимизируют совокупность квадратов отклонений Z относительно
искомых параметров:
2
)
Z = ∑ [α i − α i (p CO2 ; T )] ,
n
i =1
)
где α i - измеренный коэффициент поглощения в центре i-й линии;
α i p CO2 ; T - выражение для коэффициента поглощения в центре i-й линии,
(
)
путем численного сканирования по температуре с последующим расчетом парциального
давления из выражения:
BY 11019 C1 2008.08.30
)
∑ α i ϕi
p CO2
=
i
∑ ϕi2
,
i
где ϕi - 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
СО2-лазера, при этом в соответствии со спектральным распределением коэффициентов
поглощения в центре рассматриваемых линий составляют систему линейных относительно парциального давления p CO2 и нелинейных относительно температуры T уравнений
вида:
α i (ν 0 ) = Si ⋅ Fi (ν 0 ),
где αi(ν0) - коэффициент поглощения в центре i-й линии;
ν0 - частота, соответствующая центру i-й линии;
Si - сила i-й линии;
Fi(ν0)- форм-фактор в центре i-й линии,
для решения которых минимизируют совокупность квадратов отклонений относительно
искомых параметров:
2
)
Z = ∑ [α i − α i (p CO2 ; T )] ,
n
i =1
)
где α i - измеренный коэффициент поглощения в центре i-й линии;
α i p CO 2 ; T - выражение для коэффициента поглощения в центре i-й линии, путем
(
)
численного сканирования по температуре с последующим расчетом парциального давления из выражения:
2
BY 11019 C1 2008.08.30
)
∑ α i ϕi
p CO2 =
i
∑ ϕi2
,
i
где ϕi - 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 p CO2 , T область выброса продуктов сжигания топлив про-
(
)
свечивают зондирующим лазерным излучением и измеряют коэффициенты поглощения
)
для различных спектральных линий α i . На втором этапе производят расчеты, где априорно определяют рассматриваемый температурный диапазон (Tmin, Tmax) и задают шаг изменения температуры ∆T. 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 ∆T = 0,1 К. Алгоритм расчета представляет собой
следующие действия: а) температуру газовой смеси принимают равной нижнему значе)
∑ α i ϕi
раснию, например T1 = 243 К; б) для данной температуры по формуле p CO2 = i
∑ ϕi2
i
считывают соответствующее парциальное давление p1; в) для данной пары параметров
{p1, T1} по формуле α i (ν 0 ) = Si ⋅ Fi (ν 0 ) рассчитывают для всех используемых спектраль2
)
ных линий коэффициенты поглощения {αi}; г) по формуле Z = ∑ [α i − α i (p CO2 ; T )] расn
i =1
)
считывают совокупность квадратов отклонений Z1 измеренных { α i } и рассчитанных {αi}
коэффициентов поглощения; д) увеличивают температуру на один шаг, т.е. значение температуры принимают равной T2 = T1 + ∆T и повторяют расчеты отраженные в пунктах б),
в), г), т.е. получают {р2, Т2} и Z2. Таким образом, сканируя по температуре, набирают совокупность {Zi} из которой выбирают наименьшее значение Zmin, которому соответствует
пара искомых параметров {p CO2 , T}.
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.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
79 Кб
Теги
11019
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа