Способ измерения времени колебательной релаксации в газах Советский патент 1992 года по МПК G01N21/37 

Изобретение 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 (V-T) релаксации.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что 8 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 AP/Wcp в ограниченном Диапазоне изменения давления, в котором форма

(Л

линии поглощения в газе остается неизменной, при этом величину прироста давления, нормированную на среднюю мощность излучения А P/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

АР А(Р) тлт- (Р). измеренной в диапазоне

W ср.

давлений, соответствующем доплеровской форме контура спектральной линии поглощения (для большинства газов этот диапазон 5+ 10 мм рт. ст.)

П).

А(Р) «(Р) (Р)

где а (Р) - чувствительность ОАЛ. а k v(P) коэффициент поглощения монохроматического излучения на частоте v . Если контур линии поглощения является доплеровским, то

ky()

(2).

где k у- коэффициент поглощения при мм рт. ст.

В области малых давлений § 10 мм рт. ст. зависимость а (Р) обусловлена конкуренцией двух механизмов - диффузией колебательно-возбужденных молекул к стенкам кюветы ОАП и v Т - релаксации.

Она имеет вид

1

(3).

а( и - приведенные к мм рт. ст. значения времени VT - релаксации и диффузии. Учитывая (2) и (3), получим Время диффузии определяется по табличным значениям коэффициента диффузии для данного газа Р и известному значению радиуса кюветы ОАП г

1

г Do

(5),

Тдиф -

(2.4)2

где Do - значение коэффициента диффузии, приведенное к Ро. .Следовательно, измерив величину А при двух значениях давления Pi и Р2, определив время диффузии для заданного газа и заданной геометрии ячейки ОАП можно рассчитать время r°vT по формуле

А(Р2) -PI -A(Pi)P2

(6)

Т диф A(P,)(PO

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

Кювета САН заполнялась чистым водяным паром, давление которого менялось от 1 до 4 мм рт. ст.

Приведены измеренные значения величины А(р) в относительных единицах

Р, мм рт. ст. 1,0 2,0 3,0

10 с

TvT{oio)1,5

Измерения времени релаксации предлагаемым способом возможны для всех активных в поглощении колебаний, в том числе и для тех, которым соответствуют малые коэффициенты поглощения. Расчет по (6) дает для давлений Pi-1 мм рт. ст. и мм рт. ст. значение г ,2 10 с, для другой пары давлений Pi-1 мм рт. ст, и мм рт. ст., значение ,18 . Усредненный результат измерения г VT, приведенный к нормальному давлению мм рт. ст., дает значение г VT(4oi)2,5 Эта величина хорошо согласуется с данными ультразвуковых измерений времени VT - релаксации в Н20

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.