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便捷式激光甲烷檢測儀使用氣室的結構

來源: 發布時間:2022-02-12 204 次瀏覽

便捷式激光甲烷檢測儀給出了檢測儀和所使用氣室的結構;利用菲克定律建立了檢測儀響應時間的數學模型,推導出了CH4從氣室內向外以及從氣室外向內兩種情況下氣室內CH4氣體濃度隨擴散時間的表達式,以及儀器10~90%響應時間的表達式,并分析了氣室結構參數對響應時間影響;在低濃度和高濃度情況下,開展了檢測儀響應時間的測量實驗,實驗結果與理論計算結果呈現較好的一致。2檢測儀和氣室結構系統原理  設計的差分式中紅外CH4檢測系統的結構,它由電學和光學兩部分構成。檢測系統的工作原理可參考我們之前的報道。為了增加氣體擴散速度,橢球氣室兩端開口采用非對稱結構,左端開口較小,可適應中紅外(MIR)光源(IRL715[14])放置需要,也可增加光線匯聚效率;右端開口較大,可適應雙通道探測器(TPS2534)放置需要,也可增大氣體擴散速度。左右端點兩個開口的直徑分別為d1和d2,橢球的長軸、短軸和焦距非別為2a、2b和2c。定義氣室內的CH4氣體濃度為C2,氣室外的CH4氣體濃度為C1。假設t<t0時刻,當C1=C2時,氣室內外氣體濃度一致,此時不會發生氣體擴散,儀器將顯示穩定的讀數;若t=t0時刻,氣室外的氣體濃度發生變化,則氣體將通過氣室的左右開孔發生擴散現象,直至內外濃度達到一致。記氣體從開始擴散到氣室內、外濃度一致的時間為Δtd,處理電路從獲取傳感器信號到完成一系列處理(如采樣、數字濾波等)的時間為Δte,則儀器的響應時間可記為/忽略Δtd對τr的影響,則τr≈Δtd。

便捷式激光甲烷檢測儀將理論分析非對稱橢球氣室結構參數對Δtd的影響,建立相關數學模型。在以下的分析中,令橢球氣室外部為無窮大空間,且該區域中的CH4濃度在擴散過程中為恒定值C1.

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