基于多次反射直接吸收精确测量二氧化碳浓度的研究
发布时间：2021-03-26 21:16
二氧化碳气体排放过多是造成温室效应的主要原因,对全球环境及生态系统产生了深远影响。企业燃料燃烧产生的二氧化碳是城市区域碳排放的主要来源。为了通过碳排放交易来实现企业减排,就必须对企业烟囱排放二氧化碳进行精确的计量,而企业烟囱排放的二氧化碳含量一般在20%以下,需要建立高准确度的现场测量方法。通过多次反射吸收光谱技术精确获得二氧化碳在6 361. 25 cm-1的（30012）←（00001） R18e跃迁谱线信息,进一步结合理想气体方程来精确获得15%,10%,5%和1%二氧化碳/氮气（氮气为平衡气体）混合物的浓度。结果表明所建立的装置和方法能够快速精确地测量待测气体的浓度,测量结果与基于天平的称重法相当,扩展相对不确定度小于0. 65%（k=2）。
【文章来源】：计量学报. 2020,41(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
实验装置示意图
本文首先对系统抽真空来获得系统的基线I0，然后分别测量在p=4 kPa,T=293 K时5种混合物的光学响应I，结合式(2)得到CO2在不同浓度下的吸收系数α，如图2所示。其中吸收长度L通过34.923%的CO2/N2混合物标定得到。实验中，腔体温度被控制在T=(293±0.005)K，压力被控制在p=(4 000±2)Pa。压力和温度波动影响均变成二阶，测量原理式(6)进一步简化为:
吸收谱线的面积可以用直接的面积积分获得或者通过分子吸收线形回归得到。由于有基线漂移等因素的影响，直接面积积分一般会带来系统偏差。常用的简单分子线形主要有Voigt(VP)和Galatry(GP)线形。Voigt线形包含了多普勒效应和碰撞所带来的能量交换，会带来系统性的低估以及W形状的拟合残差[11]，产生10%的偏差[12]。产生偏差的主要原因是碰撞引入的速度变化对线形的影响，通常叫做Dicke变窄效应[13]。在极限情况下，这种碰撞被简化为软球的Galatry线形，它假定碰撞前后分子速度是相关的，把吸收分子的运动作为一个扩散过程，是更为准确的分子线形。本文采用GP线形回归得到图2所示吸收光谱的面积A，选用34.923%的CO2/N2混合物作为参考气体，结合式(7)可以得到其余被测气体的摩尔浓度，测量结果列于图3中。从图3可以看出，本文的测量结果与基于天平称量的气瓶标称值具有较好的一致性，测量结果分别为0.991 4%,5.010%,10.029%和15.026%。3.2 讨论与分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]点排放源中二氧化碳浓度的测量研究[J]. 邹冰妍,林鸿,张亮,冯晓娟,赵不贿,张金涛. 计量学报. 2019(02)
[2]大气温室气体探测激光雷达及其标定技术研究进展[J]. 刘晓萌,刘勤勇,张亮. 计量学报. 2018(01)
[3]城市区域碳排放测量反演研究国际进展[J]. 胡鹤鸣,王池,张金涛. 计量学报. 2017(01)
[4]1.6微米附近氮气展宽的一氧化碳分子线形的研究[J]. 赵欣月,林鸿,杨雷,钱进,李辉,张金涛. 计量学报. 2017(01)
[5]近临界区二氧化碳声速的精密测量研究[J]. 郑荣伟,冯晓娟,伍肆,赵欣月,张金涛,宦克为. 计量学报. 2017(01)
[6]基于TDLAS测量二氧化碳动态浓度与温度[J]. 李胜,肖兵. 自动化与信息工程. 2006(04)
本文编号：3102261
【文章来源】：计量学报. 2020,41(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
实验装置示意图
本文首先对系统抽真空来获得系统的基线I0，然后分别测量在p=4 kPa,T=293 K时5种混合物的光学响应I，结合式(2)得到CO2在不同浓度下的吸收系数α，如图2所示。其中吸收长度L通过34.923%的CO2/N2混合物标定得到。实验中，腔体温度被控制在T=(293±0.005)K，压力被控制在p=(4 000±2)Pa。压力和温度波动影响均变成二阶，测量原理式(6)进一步简化为:
吸收谱线的面积可以用直接的面积积分获得或者通过分子吸收线形回归得到。由于有基线漂移等因素的影响，直接面积积分一般会带来系统偏差。常用的简单分子线形主要有Voigt(VP)和Galatry(GP)线形。Voigt线形包含了多普勒效应和碰撞所带来的能量交换，会带来系统性的低估以及W形状的拟合残差[11]，产生10%的偏差[12]。产生偏差的主要原因是碰撞引入的速度变化对线形的影响，通常叫做Dicke变窄效应[13]。在极限情况下，这种碰撞被简化为软球的Galatry线形，它假定碰撞前后分子速度是相关的，把吸收分子的运动作为一个扩散过程，是更为准确的分子线形。本文采用GP线形回归得到图2所示吸收光谱的面积A，选用34.923%的CO2/N2混合物作为参考气体，结合式(7)可以得到其余被测气体的摩尔浓度，测量结果列于图3中。从图3可以看出，本文的测量结果与基于天平称量的气瓶标称值具有较好的一致性，测量结果分别为0.991 4%,5.010%,10.029%和15.026%。3.2 讨论与分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]点排放源中二氧化碳浓度的测量研究[J]. 邹冰妍,林鸿,张亮,冯晓娟,赵不贿,张金涛. 计量学报. 2019(02)
[2]大气温室气体探测激光雷达及其标定技术研究进展[J]. 刘晓萌,刘勤勇,张亮. 计量学报. 2018(01)
[3]城市区域碳排放测量反演研究国际进展[J]. 胡鹤鸣,王池,张金涛. 计量学报. 2017(01)
[4]1.6微米附近氮气展宽的一氧化碳分子线形的研究[J]. 赵欣月,林鸿,杨雷,钱进,李辉,张金涛. 计量学报. 2017(01)
[5]近临界区二氧化碳声速的精密测量研究[J]. 郑荣伟,冯晓娟,伍肆,赵欣月,张金涛,宦克为. 计量学报. 2017(01)
[6]基于TDLAS测量二氧化碳动态浓度与温度[J]. 李胜,肖兵. 自动化与信息工程. 2006(04)
本文编号：3102261
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