Способ определения вращательной температуры молекулярного газа Советский патент 1990 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к измерительной технике, занимающейся определением вращательной, колебательной и газокинетической температур в молекулярных газах, в частности в неравновесных системах, и может быть использовано в молекулярной физике, физике плазмы, физике газовых лазеров, физической химии, плазмотронах.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измеряемых температур до 20000 К, повышение точности измерений и упрощение процесса измерения, так как предлагаемый способ не требует сложной аппаратуры с высокой разрешающей способностью.

На фиг. 1 приведены температурные зависимости относительных интенсивноетей линий для четных и ечетных у : на фиг. 2 - калибровочная зависимость температуры TY от у для случая, когда интенсивности четной и нечетной компонент равны 1„| ly .,; на фиг.З- зависимость относительной ошибки ДТ/Т от температуры; на фиг. 4 за пись участка вращательного спектра молекулярного иона азота.

Способ заключается в следующем. Производят регистрацию спектра излучения молекулярного газа с помощью спектрального прибора (спектрографа или монохроматора). Затем производят расшифровку спектра, т.е. с помощью таблиц и известных спектральных линий определяют длину волны каждой линии fl и соответствующее квантовое

СП

О

to д

СО

оэ

число у . Выбирают участок спектра, соответствующий излучению перехода молекулярного иона азота N В (V 0) Z (). Выбор данного участка спектра связан с тем, что на этом участке спектральные линии R и Р полос точно совпадают со сдвигом на 27 вращательных квантовых чисел, что позволяет избежать сложной процедуры разрешения близколежащих линий R и Р полос. Интенсивность каждой линии вращательной полосы состоит из суммы интенсивностей

I 1«

+ 1(

L9 ;R т МЯ;+«Т)Р Таким образом, интенсивность каждой спектральной линии состоит из суммы компонент с четным квантовым числом у- по одной ветви и с нечетным по другой

уо t

1-8лА(2уЧ1)е (8ЧЙ1(,Чц)

+ g5/ А(2у + 1) + где - статический вес;

кт

А, В - постоянные;

К - постоянная Больцмана. , Так как статический вес g различен для четных и нечетных компонен то получаем два выражения для интенсивности (четной называем интенсив- ность, в которую входит четкая компонента по R-ветви)

А ,МЦ +О

f (2yf

Четн

кт

А(2у + 1) + 27

+ 1)е

в ЧгтИцЧез

)

-нечетн

кт

6(0 A(2yf + 1)е кт +

&(ЦЧ27ХЧ 4-181 + |(2у + 1) + 27J е кт

В результате мы имеет два набора интенсивностей с четными и нечетными вращательными квантовыми числами. На фиг. т приведены температурные за висимости относительных интенсивностей линий для четных и нечетных у . Нижняя зависимость для Т 2000 К, остальные рассчитаны через 1000 до

20000 К. Для каждой температуры име- ются два соседних у , для которых интенсивности четной и нечетной компонент примерно равныJy Iy ;t, Зависимость температуры Tv от у для случая, когда интенсивности четной и нечетной компонент равны, показана на фиг. 2. Таким образом, для определения температуры Tv достаточно определить место в спектре молекулярно0

5

0

5

0

5

0

45

0

го иона, где равны интенсивности соседних компонент (четной и нечетной), соответствующие у , и по кривой Tv(y ) на фиг. 2 найти температуру. Зависимость Ту(у ) почти прямолинейна, что очень удобно для измерения. На фиг. 3 показана зависимость относительной ошибки &Т/Т от температуры. Из фиг. 3 видно, что данный способ определения температуры особенно удобен и точен для диапазона высоких температур 10000 : 20000 К, где относительная ошибка менее 5%.

Данный способ поост в применении и позволяет определять температуры в диапазоне до 20000 Ks что весьма важно при исследовании мощных дуговых плазмотронов, ВЧ-плазмотронсв и других плазменных устройств.

П о и м е р . Способ применяют при исследовании дуги высокого давления в плазмотроне переменного тока. В измерительное устройство входят мо- нохроматор с дифракционной решеткой, ФЭУ и самописец. На фиг. k приведена запись части вращательного спектра молекулярного иона азота, где интенсивности линий с у 0 и 41 равны. Этому соответствует вращательная температура Т 170000 К, которая независимо измерена и совпадает с измеренной предлагаемым способом с точностью до ошибок эксперимента.

Таким образом, использование предлагаемого способа по сравнению с известным обеспечивает существенное расширение диапазона измеряемых температур; повышение точности измерения и упрощение процесса обработки экспериментального материала. При этом вместо дорогой громоздкой и сложной спектральной аппаратуры с высокой разрешающей способностью можно использовать обычные спектрографы, которые есть в любой лаборатории.

Формула изобретения

Способ определения вращательной температуры молекулярного газа, включающий регистрацию спектра излучения молекулярного газа, определение длин волн Л , квантовых чисел у и интенсивностей « спектральных линий, нахождение по величине интенсивности линии с квантовым числом у., оценку .температуры Tv по величине у с привлечением калибровочной зависимости (v), отличающийся

тем, что, с целью повышения точности определения и расширения диапазона измеряемых температур, регистрируют участок спектра, соответствующий излучению перехода

e2zЈ(v о)- xzz(v о),

на данном участке спектра фиксируют

линию с квантовым числом сивность которой I

интени равна интенсивности линии 1ц ;,., квантовым числом У ;+, , а определение температуры Ту проводят по калибровочной зависимости, полученной при условии равенства

V; Ч1;н

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измеряемых температур. По способу производят регистрацию спектра излучения молекулярного газа. Определяют длину волны каждой линии λ и соответствующее квантовое число J¹. Выбирают участок спектра, соответствующий излучению перехода B²Σ⁺(V=0)→X²Σ⁺(V=0), который характеризуется совпадением спектральных линий R и P полос. Определяют то место в спектре и соответствующее J_I, где равны соседние интенсивности с четными и нечетными вращательными квантовыми числами I_J=I_J+1. Измеряют температуру T_V по заранее рассчитанной зависимости T_V=F(J_I). 4 ил.

5 10 15 20 25 30 35 40

Фиг.1

АЈГ

15000

-10000

5000

3000

2000

J

О)

1

«1

sj Ca См

1

§

IJ1

д

rss en

ел

§

I

I

1

fc

С1сй -1

о

3

| 8

Г

г Р

Ся

л сг м 1 из сг

&

Ь

%

Фиг. t