Приложение J (обязательное). Поправка измеренной мощности излучения на поглощение Н 2O и СО 2

Приложение J
(обязательное)

Поправка измеренной мощности излучения на поглощение Н ₂O и СО ₂

J.1 Общие положения

Мощность излучения теплогенератора, регистрируемая измерителем радиации, частично поглощается Н ₂O и СO ₂ в воздушной прослойке между теплогенератором и датчиком. Излучение между источником излучения и другой поверхностью зависит от частоты или длины волны. Электромагнитный спектр исследуют с помощью спектроскопии поглощения.

HITRAN (High Resolution Transmission) - это всемирный научный стандарт для расчета или моделирования атмосферного молекулярного пропускания и излучения в газообразных средах во всем видимом и электромагнитном инфракрасном спектре. Расчет эффективности поглощения излучения в этом стандарте выполнен с использованием технической аппроксимации на основе результатов HITRAN.

Примечание - Первоначальная версия стандарта HITRAN была разработана Кембриджскими исследовательскими лабораториями ВВС в конце 1960-х годов для получения подробных сведений об инфракрасных свойствах атмосферы. HITRAN в настоящее время поддерживается и развивается Гарвард-Смитсоновским центром астрофизики, Кембридж, Массачусетс, США, и используется в качестве стандарта всеми соответствующими научными и метрологическими институтами, такими как РТВ в Германии. Также доступен онлайн-инструмент под названием HITRANonline. Базу данных можно бесплатно загрузить из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.

Точное научное решение для расчета поглощения излучения между генератором тепла и сферой Ульбриха невозможно в рамках метода испытаний для определения мощности излучения оборудования в соответствии с настоящим стандартом. В дополнение к мощности молекулярного поглощения, рассчитанной с помощью HITRAN для соответствующей длины волны, необходимо сделать различные технические упрощения.

Примечания

1 В настоящем стандарте сделаны следующие необходимые технические упрощения для расчета поглощения в приближенном подходе:

a) излучающий лучистый нагреватель считается черным телом, поэтому спектральная яркость определяется законом Планка;

b) источником выбросов считается теплогенератор с плоской прямоугольной поверхностью и однородной температурой 400 °С;

c) плоскость отсчета аппарата для определения длины пути воздушной прослойки между теплогенератором и измерителем излучения - центральная ось излучающих труб теплогенератора (плоскость излучения);

d) средняя длина пути (средняя длина луча) для расчета поглощения определяется расстоянием по вертикали между плоскостью лучистого излучения теплогенератора и интегрирующей сферой и косинусно-взвешенным интегрированием рассматриваемой энергетической освещенности, регистрируемой интегрирующей сферой (средняя тепловая длина генератора 6 м);

e) отражение через газ и интегрирующую сферу при обычной комнатной температуре 20 °С пренебрежимо мало;

f) интегрирующая сфера, используемая в качестве измерительного прибора, имеет широкое поле зрения, угол раскрытия определяется ее конструктивными особенностями;

g) на основании закона Бера-Ламберта прошедшее излучение с длиной волны подавляется однородной средой экспоненциально с длиной пути;

h) только Н ₂O и СO ₂ считаются важными частицами для расчета поглощения, всеми другими газовыми следами или частицами можно пренебречь;

i) концентрацию СO ₂ в атмосфере можно считать почти постоянной на уровне около 800 ppm, влияние колебания концентрации 400 ppm пренебрежимо мало.

2 Общий коэффициент пропускания вычисляют по формуле

,

(J.1)

где  _total - суммарный коэффициент передачи;

- угол раскрытия интегрирующей сферы (85°);

t _rad - температура поверхности отсчета излучения;

h - длина пути (ранее также называемая средней длиной луча) между генератором тепла и интегрирующей сферой;

А - поверхность радиатора;

L _BB - мощность излучения абсолютно черного тела;

- длина волны.

Уравнение (J.1) можно использовать для научного расчета общего коэффициента передачи. Для практического применения в рамках настоящего стандарта используется описанный ниже упрощенный технический подход (см. уравнение J.2) для расчета коэффициента передачи.

При использовании базы данных HITRAN и результатов расчетов для соответствующих атмосферных температурных условий (15 °С - 25 °С), атмосферного давления, относительной влажности (30 % - 80 %), вертикальных расстояний между лучистым обогревателем и интегрирующей сферой, а также геометрические размеры темных излучателей показывают трехмерную матрицу значений общего коэффициента пропускания, применимую в рамках настоящего стандарта. Результаты этих научных расчетов можно с достаточной точностью рассчитать полиномом второй степени только с двумя основными влияющими факторами - вертикальным расстоянием d и парциальным давлением .

Общий коэффициент передачи рассчитывается с использованием уравнения

,

(J.2)

где  _total - сумма суммарного коэффициента передачи;

d - расстояние по вертикали между плоскостью выхода излучения и интегрирующей сферой, см;

- парциальное давление водяного пара, мбар;

а _i...j - удельные полиномиальные коэффициенты для темных излучателей.

а ₁ = 1,00394678986,

а ₂ = - 0,00121713262386,

а ₃ = - 0,00220649114869,

а ₄ = 1,0493020087Е-5,

а ₅ = 3,53507155992Е-5,

а ₆ = - 2,32100589285Е-5,

Парциальное давление пара , мбар, при комнатной температуре t _a рассчитывается следующим образом:

,

(J.3)

где rh - относительная влажность, %;

t _a - комнатная температура, °С.

J.2 Процедура расчета

Мощность излучения Q _(R)C, Вт, скорректированная на поглощение водяным паром и двуокисью углерода, рассчитывается на основе измеренной мощности излучения Q _(R)M по формуле

.

(J.4)