PDF《CO2 高温光谱参数测量系统设计与实验》

3 B 型热电偶实时测量三个温区的温 度(

873 ~

1 973K 范围内精度 <

0.

5 K) . 恒温区长度 为32.

35 cm, 测量不确定度小于 0. 02% . 压强由高 温真空计实时监测, 精度为 1% . 真空计和真空泵配 合使用能使气室内真空度达到几个 mtorr, 单向阀用 于防止回流, 导光石英棒用来隔离光路中的热辐射 和空气. 图1测量系统结构示意图 Fig.

1 Schematic diagram of measurement system 本设计的特点是: ( 1) 高温气体光谱测量的有效光程所处温度 均匀. ( 2) 能够同时准确测量待测气体的温度和压强. ( 3) 采用楔形观察窗玻璃以及合适的宝石棒位 置, 能够避免光路上的干涉干扰. 2.

2 实验设计 实验系统如图

2 所示, 采用中心波长在

5 007.

8 cm -

1 附近的 DFB 激光器, 激光器在电流扫描模式下 工作, 波长扫描范围为

5 005.

6 ~

5 008. 8cm -

1 . 激光 器出射的激光经过光纤分束器分成

2 路, 其中 90% 一路经光纤准直器准直后经过导光石英圆棒后进入 刚玉管, 穿过楔形石英窗片和蓝宝石圆棒后到达恒 温区的待测气体, 携带有 CO2 吸收光谱信息的激光 穿过右侧的蓝宝石圆棒、 石英窗片和导光棒, 到达光 电探测器, 输出电信号经数据采集卡采集送入上位 机以作后续处理. 另一路 10% 经过标准具( 长10 cm) 用于激光相对波长校准. 实验中分别测量了温度范围

1212 ~

1873 K( 系 统设计温度可达

2 073 K, 但由于刚玉管在此温度下 会发生不可逆形变, 故实验中留有

200 K 的余量) 的0633期陈玖英 等: CO2 高温光谱参数测量系统设计与实验 图2实验系统示意图 Fig.

2 Schematic diagram of experimental system 纯CO2 气体( 纯度为 99. 995% , 水汽含量低于 3.

5 ppm) 高温吸收光谱. 为降低随机误差, 每次采集的 数据都做了

64 次平均.

3 实验结果及分析 3.

1 线强 实验测量了温度范围

1 212 ~

1 873 K 间8个温 度, 每个温度下

6 ~

8 个不同压强时的纯 CO2 高温 吸收光谱, 将测得的吸收光谱转为频域的吸光度曲 线[17 ] . 以=1773 K 为例, 测得的不同压强下纯 CO2 气体的吸光度曲线如图

3 所示, 从图中可看出相同 温度下, 随着总压强的增大, CO2 分子光谱各条吸收 线吸光度逐渐升高, 吸收线宽度逐渐加宽, 临近的各 条吸收线有叠加现象, 压强越大, 叠加越严重. 实验测得的纯 CO2 气体的吸收光谱与利用 HI- TRAN2012 的光谱数据计算的吸收光谱 ( 光程

1 cm) 进行比较, 如图 4( a) 所示, 可看出高温实验能 够分辨出更多的高温光谱吸收特征, 说明实验测量 CO2 高温谱线参数具有重要意义. 将利用高温光谱 参数测量系统测得的

1 873 K 下的纯 CO2 气体的吸 光度与利用 HITEMP2010 数据库得到的相同压强下 的模拟吸光度比较, 如图 4( b) 所示, 实验测得的光 谱用黑色点划线表示, 利用 HITEMP2010 模拟的

1 cm 光程的吸收光谱用红实线表示, 对比两条曲线, 可以看出实验测得的吸收光谱与基于数据库计算的 吸收光谱吻合得很好, 证明了理论预测的正确性, 只 有个别小峰的相对........