Способ измерения времени колебательной релаксации в газах

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ РЕЛАКСАЦИИ В ГАЗАХ, по которому через кювету оптико-акустического приемника (ОАП). заполненную исследуемым газом, пропускают модулированное световое излучение и измеряют прирост давления в этой кювете, отличающий-с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, измеряют прирост давления, нормированный на среднюю мощность излучения в ограниченном диапазоне измене-' ния давления, в котором форма линии поглощения.в газе остается неизменной, при этом величину прироста давления, нормированную на среднюю мощность излучения в указанном диапазоне, измеряют как функцию давления и по зависимости величины прироста давления, нормированной на среднюю мощность, от давления в ячейке оптико-акустического приемника судят о времени релаксации.

СОГОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s G 01 N 21/37 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ И ОВРЕТЕ И i, A(P)= a (P)lq (P) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2844917/25 (22) 26.11,79 (46) 15.12,92. Бюл. N 46 (71) Институт оптики атмосферы ТФСО АН

СССР (72) А.Б.Антипов, В.А,Капитанов и Ю.Н.Пономарев (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ

КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ РЕЛАКСАЦИИ В ГАЗАХ, по которому через кювету оптико-акустического приемника (ОАП). заполненную исследуемым газом, пропускают модулированное световое излучение и измеряют прирост давления в этой кювете, о т л и ч а ю щ и йИзобретение относится к области физики процессов энергетического обмена в газах и может быть использовано для определения скорости перехода энергии колебательно-возбужденных молекул в тепловую при столкновениях, т,е. для измерения времени колебательно-поступательной (ЧТ) релаксации.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе через кювету оптико-акустического приемника (ОАП), заполненную исследуемым газом, пропускают модулированное световое излучение и измеряют прирост давления в этой кювете.

В отличие от известного в предлагаемом способе измеряют прирост давления, нормированный на среднюю мощность излучения Ь P/Wcp в ограниченном диапазоне изменения давления, в котором форма

„„m„„ В1агГО А1 с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, измеряют прирост давления, нормированный на среднюю мощность излучения в ограниченном диапазоне изменения давления, в котором форма линии поглощения в газе остается неизменной, при этом величину прироста давления, нормированную на среднюю мощность излучения в указанном диапазоне, измеряют как функцию давления и по зависимости величины прироста давления, нормированной на среднюю мощность, от давления в ячейке оптико-акустического приемника судят о времени релаксации, линии поглощения в газе остается неизменной, при этом величину прироста давления, нормированную на среднюю. мощность.излучения Л Р/Wcp в указанном диапазоне, измеряют как функцию давления и по зависимости величины прироста давления, нормированной на среднюю мощность, от давления в ячейке оптико-акустического приемника судят о времени релаксации.

Рассмотрим возможность определения времени VT — релаксации по зависимости

ЛР

А(Р)= (P), измеренной в диапазоне ср ! давлений, соответствующем доплеровской форме контура спектральной линии погло-! щения (для большинства газов этот диапазон < 5+ 1Î мм рт. ст.) 4

818270 ./ где а (Р) — чувствительность ОАП, à k „(P)— коэффициент поглощения монохроматического излучения на частоте v, Если контур линии поглощения является доплеровским, то о о А Р1 PZ т чт =тдиф

Р2 Р1 (6)

p )

А(Р1) — — А (Рг) k g(P)=k (Р) (2), р, мм рт. ст.

1,0

2,0

3,0

А, отн. ед.

2,0

4,3

6,5 а(РQ

1+— гчт 1 т диф о 2 (3), 20 где t yT и т ддф приведенные к Pe=1 мм рт. ст. значения времени VT — релаксации и диффузии.

Учитывая (2) и (3), получим

ko.P о

1 +— чт 1

Т диф о 2 (4) А(Р)=

T 1л(4о1)=2,5 10 с

Время диффузии то диф определяется по табличным значениям коэффициента диффузии для данного газа 0 и известному значению радиуса кюветы ОАП r

Эта величина хорошо согласуется с данными ультразвуковых измерений времени

VT — релаксации в Н20. тчт(ойдо)=1,5 10 с

Составитель

Редактор О,Филиппова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор И.Муска

Заказ 564 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101 где k коэффициент поглощения при Ро=1 мм рт. ст.

В области малых давлений,ф 10 мм рт. ст. зависимость а (Р) обусловлена конкуренцией двух механизмов — диффузией колебательно-возбужденных молекул к стенкам кюветы ОАП и 1 Т вЂ” релаксации.

Она имеет вид

r ä иф

1 г2 (24) О.

t где 00 — значение коэффициента диффузии, приведенное к Ро..Следовательно, измерив величину А при.двух значениях давления Р1 и Р2, определив время диффузии для заданного газа и заданной геометрии ячейки ОАП можно рассчитать время г ут по формуле

Экспериментальная проверка работоспособности предлагаемого изобретения была проведена путем измерения времени колебательно-поступательной релаксации колебания 401 Н2О.

Кювета САН заполнялась чистым водяным паром, давление которого менялось от

1до4мм рт. ст.

1о

Приведены измеренные значения величины А(р) в относительных единицах

Расчет по (6) дает для давлений Р1=1 мм рт. ст. и Р2=2 мм рт. ст.. значение

r чт=0,2 - 10 с, для другой пары давлений

Р1=1 мм рт, ст. и Р2=3 мм рт. ст.. значение

r очт=0,18 10 с.

Усредненный результат измерения г ут, приведенный к нормальному давлению P=760 мм рт. ст., дает значение

40 Измерения времени релаксации предлагаемым способом возможны для всех активных в поглощении колебаний, в том числе и для тех, которым соответствуют малые коэффициенты поглощения.