激光与光电子学进展, 2018, 55 (5): 053003, 网络出版: 2018-09-11   

基于TDLAS技术测量高温环境中CO2的温度和浓度 下载: 1528次

Measurements of CO2 Temperature and Concentration in High Temperature Environment Based on Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy
作者单位
浙江大学能源工程学院能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
图 & 表

图 1. (a) CO,(b) H2O和(c) CO2在1~3 μm波长范围内的吸收谱线线强

Fig. 1. Absorption line strength of (a) CO, (b) H2O and (c) CO2 in the wavelength range of 1-3 μm

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图 2. 模拟得到的吸收光谱

Fig. 2. Simulated absorption spectra

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图 3. 谱线对的计算结果。(a)谱线对1;(b)谱线对2;(c)谱线对3

Fig. 3. Simulated results of line pairs. (a) Line pair 1; (b) line pair 2; (c) line pair 3

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图 4. (a)谱线线强与温度的关系;(b)吸收谱线线强比值随温度变化以及谱线线强比值的温度敏感性

Fig. 4. (a) Variations of line strength with temperature; (b) line strength ratio and their sensitivity with temperature

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图 5. 高温测量系统示意图

Fig. 5. Diagram of the high temperature measurement system

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图 6. (a)光谱吸收信号以及采用Voigt线型函数进行多峰拟合的结果及(b)拟合残差

Fig. 6. (a) Spectral absorption signal and multi-peak fitting results using Voigt function and (b) fitting residual

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表 1CO2吸收谱线的谱线参数

Table1. CO2 spectral absorption-line parameters

LinepairCenterwavenumberν0 /cm-1Centerwavelengthλ /nmLine-intensityS0 (T= 900 K) /(10-7 cm-2·Pa-1)Low transitionenergy E″/cm-1
14990.4182003.84022.812462.6758
4990.6652003.74106.551276.4475
24995.97022001.61324.331702.4031
4995.97982001.60940.1514059.1287
4995.98442001.60754.91586.8582
4996.10852001.557824.2273.868
35001.49871999.400722.7519.535
5001.91591999.23392.382193.5452
5001.94681999.22161.482551.011
5002.48691999.005721.8578.0115

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表 2不同工况下测量得到的温度

Table2. Measured temperature under different operating conditions

Volume fraction ofCO2/%Measured temperature /K
873 K973 K1073 K1173 K1273 K
10881.6994.41087.81160.01260.1
8868.9946.81055.61160.91284.6
6890.7996.71100.31205.71241.6
4898.3950.11042.11135.31228.6

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表 3测量得到的温度值与设定值的偏差

Table3. Deviation of measured temperatures with given temperature

Volume fraction ofCO2 /%Deviation /%
873 K973 K1073 K1173 K1273 K
100.982.201.38-1.11-1.01
8-0.47-2.70-1.62-1.030.91
62.032.442.552.79-2.47
42.90-2.35-2.88-3.21-3.49

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表 4不同工况下测量得到的CO2的浓度

Table4. Measured CO2 concentration under different operating conditions

Volume fraction ofCO2/%Measured volume fraction of CO2
873 K973 K1073 K1173 K1273 K
109.909.809.8610.1410.20
88.128.158.098.178.14
66.126.186.086.115.89
44.123.873.893.853.87

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表 5不同工况下测量得到的CO2浓度值与设定值的偏差

Table5. Deviation of measured CO2 concentration with given value under different operating conditions

Volume fraction ofCO2 /%Deviation /%
873 K973 K1073 K1173 K1273 K
10-1.00-2.00-1.401.402.00
81.501.881.132.131.75
62.003.001.331.83-1.83
43.75-3.25-4.75-3.75-3.25

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崔海滨, 王飞, 李玫仪. 基于TDLAS技术测量高温环境中CO2的温度和浓度[J]. 激光与光电子学进展, 2018, 55(5): 053003. Haibin Cui, Fei Wang, Meiyi Li. Measurements of CO2 Temperature and Concentration in High Temperature Environment Based on Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2018, 55(5): 053003.

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