Reaktive Fluide

Die abstimmbare Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (TDLAS) ist eine hochpräzise und nicht-invasive Methode zur Charakterisierung von Gasströmen in verschiedenen chemischen und energetischen Prozessen. Diese Technik basiert auf der Absorption von Laserlicht durch bestimmte Moleküle in der Gasphase und ermöglicht eine genaue Bestimmung von Konzentrationen und Temperaturen.

Grundlagen von TDLAS

TDLAS nutzt die Tatsache, dass bestimmte Gasmoleküle charakteristische Absorptionslinien im nahen Infrarot (NIR), im sichtbaren oder im ultravioletten (UV) Spektralbereich aufweisen. Ein durchstimmbarer Diodenlaser wird auf eine dieser Absorptionslinien eingestellt und durch das Gas geleitet. Das absorbierte Licht wird gemessen und analysiert, um Informationen über die Konzentration und Temperatur der Moleküle im Gas zu erhalten.

Die Hauptkomponenten eines TDLAS-Systems sind:

• Durchstimmbarer Diodenlaser: Sendet Licht mit bestimmten (durchstimmbaren) Wellenlängen aus, die vom Gas absorbiert werden.
• Absorptionszelle: Der Bereich, in dem sich das zu messende Gas befindet.
• Detektor: Erfasst das durch das Gas hindurchgelassene Licht.
• Steuerungs- und Analyseeinheit: Analysiert die Absorptionsdaten, um Konzentrationen und Temperaturen zu berechnen.

Anwendungen von TDLAS

Konzentrationsmessungen

TDLAS ermöglicht die präzise Bestimmung der Konzentrationen von Gasarten wie H₂O, CO, CO₂, NOₓ und O₂ in Flammen und Abgasströmen. Diese Informationen sind entscheidend für die Optimierung von Verbrennungsprozessen und die Reduzierung von Schadstoffemissionen. Durch die Analyse von Teilen der Absorptionsspektren dieser Moleküle können ihre Konzentrationen in Echtzeit mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

Temperaturmessungen

Die Temperatur eines Gases kann durch Analyse der Linienbreite und der relativen Intensitäten mehrerer Absorptionslinien bestimmt werden. TDLAS kann diese Veränderungen erkennen und die Gastemperatur berechnen. Dies ist besonders nützlich bei Flammen, wo genaue Temperaturprofile für die Modellierung und Optimierung von Verbrennungsprozessen benötigt werden.

Implementierung in Glasfasersonden

TDLAS kann mit Glasfasersonden implementiert werden, was flexible und ferngesteuerte Messungen in rauen Umgebungen ermöglicht. Glasfasersonden können direkt in Brennkammern, Reaktoren oder andere schwer zugängliche Bereiche eingeführt werden, wodurch eine Überwachung vor Ort ohne Störung des Prozesses möglich ist. Dies macht TDLAS zu einem unschätzbaren Werkzeug für die Echtzeitüberwachung und -steuerung industrieller Prozesse.

Vorteile von TDLAS

• Nicht-intrusiv: Beeinträchtigt den zu messenden Prozess nicht.
• Hohe Empfindlichkeit: Kann geringe Konzentrationen von Gasarten erkennen.
• Echtzeitüberwachung: Liefert sofortige Daten zu Gaskonzentrationen und Temperaturen.
• Vielseitigkeit: Kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, von der Laborforschung bis zur industriellen Prozesssteuerung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass TDLAS eine vielseitige und leistungsstarke Technik zur Charakterisierung von Verbrennungsprozessen und anderen chemischen und technischen Prozessen ist. Dank ihrer Fähigkeit, genaue Echtzeitmessungen von Gaskonzentrationen und Temperaturen zu liefern, ist sie ein unverzichtbares Werkzeug für das Verständnis, die Verbesserung und die Steuerung verschiedener industrieller Anwendungen.​