CN105606786A - 用于确定燃气品质的特定量值的方法和测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于确定燃气品质的特定量值的方法和测量装置，其中该燃气或燃气混合物流经超声流量传感器(4)以及流经微热传感器(7)，前者用于确定声速和流速，后者用于确定该燃气或燃气混合物的热导率和热容。所述声速、热导率和热容随后用于关联燃气品质的特定量值。
Description
技术领域
本发明涉及在家庭和工业领域中用于确定燃气品质的特定量值（specificquantitiesforgasquality）和/或能量消耗的方法和测量装置。
背景技术
（天然）气组成和因此燃气品质在未来会由于新来源（生物气、来自世界各地的液化气、利用来自替代能源生产的过剩电流（current）产生的氢气）而更频繁和更剧烈地波动，并因此对燃气应用过程具有不同影响，这也可能包括负面影响。可以通过直接测量现场燃气品质的特定量值来根据波动的燃气品质调节这些过程以确保最佳和安全的运行。燃气品质的特定量值包括例如用于燃烧器控制单元的华白指数、发电系统（工业炉、燃料电池等）中的空燃比、用于燃气发动机的甲烷值或用于计费购买的能量的热值（calorificvalue）。但是，后者要求测量购买的燃气量，这目前通过使用膜式燃气表（家用）借助容积流量测量，或在购买大量燃气体积（工业）的情况下借助旋转位移式流量计、涡轮式流量计或超声流量计进行，只有少数例外。所有这些测量手段仅适用于确定运行容积（operatingvolume）。为了由这些数据得出关于购买的可计费能量的结论，必须换算成标准体积并且也必须具有关于各种供给燃气的热值的信息。这两者都不精确地实施：通常用平均温度和平均压力计算标准体积，且热值也是经计费周期平均而得的值。
发明内容
本发明的目的是提供可以实时确定燃气品质的特定量值和/或功耗的方法和测量装置。
从专利申请EP14001767中获知一种方法，其中通过临界喷嘴生成料流以借助下游微热传感器（microthermalsensor）确定燃气品质的特定量值。所述方法要求，经由喷嘴始终主要为临界压力条件，这通过向喷嘴供应上游压力或通过在喷嘴后生成真空进行。该方法因此不直接适用于在最终用户处确定燃气品质的特定量值，因为供应管网（network）在此处很少具有所需的上游压力并且绝不可能在喷嘴后安装真空泵。
从EP2574918A1中获知一种方法，其中使用微热传感器改进容积流量测量装置以便可确定热扩散系数，其在已知热导率的情况下能将燃气分类成L（低热值）或H（高热值）燃气。但是，由该容积流量、热扩散系数和热导率不可能足够精确地得出关于热值和能量流的结论。
本发明的目的是补救上述方法的缺点，并提供适用于低压燃气管网并且除将燃气分类成L或H燃气外还可用于确定热值和能量消耗的方法和测量装置。
通过根据权利要求1的方法和通过根据权利要求7的测量装置实现这一目的。
本发明基于将超声流量传感器（ultrasonicflowsensor）与微热传感器组合以如下确定燃气品质的特定量值和/或能量消耗的理念。
借助超声流量传感器测量声速和容积流量：
为了确定容积流量，通常以横穿流向的一定角度将超声信号注入流动介质，并在流向上和与该流向相反地测量该超声信号的运行时间差（图1b）。这两个超声信号的运行时间差随后是平均流速的量度，由此可用已知的管线横截面积（linecross-section）计算容积流量：
(1)
其中
vx是指平均流速，
cs是指声速，
L是指测量距离的长度，
t12是指在流向上的运行时间，且
t21是指与流向相反的运行时间。
运行时间的总和含有关于该介质的声速cs的信息，其在超声流量计中大多不再进一步使用。
与如专利申请EP14001767中所述的微热传感器结合时，由于该声速信息，可以省略临界喷嘴，因为该声速信息也供应一阶（infirstorder）声速，优点在于临界压力条件不必要，即可以在给定压力下测量。因此，在低压燃气管网中不需要压缩机和真空泵。
确定质量流量（massflow）：
可以由声速通过关联来确定密度，对大多数气体而言密度与声速充分相关联。为了进一步改进密度的相关性，热导率可以另外在一个或几个温度下测量，并可包括在该关联中。
质量流量与密度ρ和流速vx的乘积ρ·vx成比例：
,(2)
其中A是指流道的横截面积。
借助微热传感器测量热导率：
集成的CMOS热线风速计能够实现微热热导率测量以及质量流量测量。关于这一技术，参考D.Matter,B.Kramer,T.Kleiner,B.Sabbattini,T.Suter,“MikroelektronischerHaushaltsgasz?hlermitneuerTechnologie”[Microelectronicdomesticgasmeterwithnewtechnology],TechnischesMessen71,3(2004),第137-146页。
为了描述微热测量，使用描述微热系统的一维热传导方程（KersonHuang:StatisticalMechanics,第2版,JohnWiley&Sons,NewYork1987,ISBN0-471-85913-3）：
,(3)
其中
vx是指在X方向上，即沿气体流向的平均流速（速度矢量）分量，
T是指温度，
是指温度梯度，
cp是指气体在恒压下的热容，
ρ是指密度，
λ是指气体的热导率，且
是指适用于温度T的拉普拉斯算子，其中
。
由于该燃气（燃气流）仅在X方向上流动，平均流速在Y方向和Z方向上的分量vy和vz假设为0。以Watt/m3为单位的描述加热元件的源项（sourceterm）。该源项在微热法中源自向该系统供应热能的小型化的集成热线风速计的加热丝。
必须注意热导率λ由于源项而单独作用于方程(3)的解算。相反，可以在使用微热传感器而不施加质量流量（vx=0和=0）时确定热导率。温度分布的相关微分方程随之简单地为
(4)。
此外，可以通过改变源项来改变温度分布，这能够确定不同温度下的热导率。
借助微热传感器确定热容：
描述微热系统中的温度分布的方程(3)的解算能够通过测量所述温度分布来确定流量因数，
,(5)
其中A是指微热传感器上的流道的横截面积，是指质量流量。最后可以用已知的质量流量和已知的热导率确定热容。
关联燃气品质的特定量值：
可由声速cs、热导率λ和热容cp获得三个独立测量的量值，现在可以用其借助相关函数fcorr关联燃气品质的特定量值，例如热值：
(6)。
“传感器输出”Sout是输出量值cs、λ和cp的函数：
(7)。
例如对图2a中所示的在0℃和1013.25毫巴下的密度比Q=ρ/ρref的相关性获得下列相关函数：
(8a)
其中系数a0=36、a1=-65和a2=30且甲烷（G20）作为参照值。Sout简单地为声速cs：
(9a)。
图2b显示基于两种不同温度下测得的声速和热导率的在0℃和1013.25毫巴下的密度比Q=ρ/ρref的改进的相关性。
在图3a中的燃气品质的特定量值的相关性的情况中，热值实例的方程(8a)如下解读：
(8b)
其中系数a0=8.1、a1=-11和a2=4.7且甲烷（G20）仍作为参照值。Sout现在是所有三个输出量值的函数：
(9b)。
由图2和图3a中的结果容易理解，作为燃烧器功率的量度的如下定义的华白指数W
,(10)
可以作为另一燃气品质借助cs、cp和λ关联，以将密度方程(8a)和热值方程(9b)互相结合。
作为另一实例，可以由声速cs、热导率λ和热容cp的这三个独立量值关联作为燃气品质的Z或真实气体因数，该因数描述真实气体的行为与理想气体定律的偏差：
(11)。
真实气体行为尤其在较高压力，即恰好在大型燃气输送管线中存在的压力下极大偏离理想气体行为（因此特别需要考虑）。在本申请中感兴趣的是独立量值的确定不需要在相同高压下进行，而是也可以例如在环境压力下进行的事实，其中各种测量装置的设置可以以简单得多的方式实施。图3b显示在50巴下的Z因数与下列基本参数的可能的关联：
(8c)
其中系数a0=1.1、a1=0.15、a2=-0.29和a3=0.05且甲烷（G20）作为参照值。Sout仍是所有三个输出量值的函数（在环境压力下）：
(9c)。
要提到的另一实例是运动粘度η/ρ（粘度/密度）的关联。这一量值又存在于雷诺数Re中，其用于流体力学中并可以被理解为是惯性力与粘性力的比率：
,(12)
其中ρ是指密度，v是指气体相对于流体中的物体（body）的流速，且d是该物体的特征长度。因此得出，在相同的雷诺数下，类似物体的湍流行为相同。在已知的运动粘度下，可由此估计例如在管道系统中的燃气中何时发生湍流，这在燃气分配管网的情况中是用于此类管网的配置的重要输入（input）。图3c显示运动粘度η/ρ和传感器输出Sout之间的关联：
(8d)
其中系数a0=0.15和a1=0.85且甲烷（G20）作为参照值。Sout仍是所有三个输出量值的函数：
(9d)。
必须注意，一方面Sout以及另一方面fcorr的选择绝不是预定的，而是自由选择，以使所得关联误差变得尽可能小。方程(8a)至(8d)中提到的多项式函数是通常成功的典型选择，而方程(9a)至(9d)尝试描述物理相互关系。
为了证实本发明的方法不限于上述实例，下面提到可用该方法确定的燃气品质的特定量值的另一些实例：
甲烷值，其是燃气发动机驱动器中关于气体燃料的爆震倾向的重要指标，该燃气发动机驱动器可以以固定方式（例如在热电联产厂中）或在动力领域中（例如在燃气汽车、船舶等中）使用。
“空燃比”和因此向该过程供应的空气量。“空燃比”的知识例如在化学计量（例如在燃烧装置中）或空气过量（例如在稀燃发动机中）、明火类型或催化类型（例如在高温燃料电池中的改造过程中）的燃烧过程中是重要的，以优化燃烧过程的效率以及排气行为。
甲烷含量，其监测在例如流程工业中是重要的。在生物气装置中，通常在粗制生物气中（例如作为发酵罐效率的量度）和/或供往天然气管网的燃气中（例如用于品质控制）和/或排放到空气中的残余燃气中（主要是二氧化碳以及尽可能少的甲烷，因为后者具有高的温室效应）监测甲烷含量。
典型实施方案中的方法步骤
1.测量燃气的压力p和温度T。
2.超声确定与流速vx成比例的容积流量和声速cs，其对于大多数气体而言与标准密度ρnorm充分关联。
3.加入用微热传感器（在一个或几个温度Ti下）测得的热导率λTi以进一步改进标准密度ρnorm的相关性。
4.根据下式计算运行条件下的密度
(13)。
5.利用这一信息(vx,ρ)确定与ρ·vx成比例的质量流量，并与用微热传感器测得的热导率λ和流量因数一起确定热容cp。
6.由声速cs、热导率λ和热容cp关联所需的燃气品质特定量值，特别是热值CV。
7.如果必要，可以由质量或容积流量分别与热值CV（以J/kg或J/m3计）相乘以确定能量消耗 En。
上述标准密度ρnorm在本说明书中应被理解为在指定温度Tnorm和指定压力pnorm下的密度。标准密度通常在0℃和1013.25毫巴下规定。也可以确定温度Tnorm和压力pnorm的其它值，对其而言密度和声速之间的相关性是已知的。
本发明的方法和测量装置
在本发明的用于确定燃气品质的特定量值的方法中，
-使燃气或燃气混合物流经超声流量传感器和流过微热传感器，其中
-检测该燃气或燃气混合物的温度和压力；
-通过超声流量传感器确定该燃气或燃气混合物的流速或容积流量以及声速；
-由声速关联该燃气或燃气混合物的密度；
-将密度信息与流速一起用于计算质量流量；
-借助微热传感器确定该燃气或燃气混合物在一个或几个温度下的热导率；
-由微热传感器的流量信号计算流量因数，以由其与质量流量和热导率的信息一起确定热容或依赖于热容的该燃气或燃气混合物的量值；
-最后，将声速、在一个或几个温度下的热容和热容或依赖于热容的量值用于关联燃气品质的特定量值，特别是热值。
如果必要，可以将用超声流量传感器确定的声速换算成在标准温度下的声速。
在一个有利的实施方案中，借助微热传感器在一个或几个温度下确定的热导率与声速一起用于更精确地关联密度。
由声速或由声速和热导率关联的密度可以例如是标准密度。由声速或由声速和热导率关联的密度或标准密度有利地用该燃气或燃气混合物的温度和压力换算成运行条件下的密度。
在该方法的一个有利的实施方案中，将声速、在一个或几个温度下的热导率和热容或依赖于热容的量值用于关联热值或华白指数（W）或Z因数或运动粘度。
在该方法的另一有利的实施方案中，由热值与容积或质量流量一起计算能量消耗，例如其中随时间对容积或质量流量和热值的乘积求积分（integrated）。
上述方法和上述实施方案和变体适用于燃气品质的特定量值和/或能量消耗的连续以及间歇确定。
本发明的用于确定燃气品质的特定量值和/或能量消耗的测量装置包含为进行根据上述实施方案和变体之一的方法装配的评估单元和用于测量声速和流速的超声流量传感器、用于测量压力的压力传感器、用于测量温度的温度传感器和用于测量热导率和热容或依赖于热容的该燃气或燃气混合物的量值的微热传感器。
在该测量装置的第一实施方案中，将超声流量传感器和微热传感器布置在燃气管线中，并可供以相同的质量流量。
在该测量装置的第二实施方案中，将超声流量传感器布置在主燃气管线和将微热传感器布置在主燃气管线的旁路燃气管线中，其中在主燃气管线中提供产生压降的元件以在旁路燃气管线中生成质量流量。
在第一和第二实施方案中，该超声流量传感器有利地非侵入性置于燃气管线或主燃气管线上。
在该测量装置的第三实施方案中，将超声流量传感器和微热传感器布置在主燃气管线的旁路燃气管线中，其中在主燃气管线中提供产生压降的元件以在旁路燃气管线中生成质量流量。
例如通过用已知气体校准，在第二和第三实施方案中有利地已知旁路燃气管线和主燃气管线中的质量流量之间的分流比。
无论实施方案和变体如何，该测量装置可以另外包含一段其中安置该测量装置的传感器至少一个的燃气管线或主燃气管线和/或旁路燃气管线，和/或在主燃气管线中产生压降的元件。
该评估单元有利地与其余测量装置一起形成模块单元。根据用途，该测量装置可以形成甚至没有该评估单元的模块单元，其中可以在单独或更高级的计算单元中形成该评估单元。
用于确定燃气品质的特定量值和/或能量消耗的本发明的方法和测量装置的优点在于，它们也可用于低压燃气管网，而不需要如在专利申请EP14001767中描述的测量装置中提供的额外压缩机或额外真空泵。
另外有利的是，借助微热传感器确定的燃气或燃气混合物在一个或几个温度下的热导率可以与声速一起用于更精确地关联密度，这引出更精确的质量流量值。
由声速、热导率和热容的三个独立变量关联燃气品质的特定量值此外能够实现比可以用一开始描述的根据EP2574918A1的方法更高的确定热值和能量消耗的精确度。
附图说明
下面参照附图更详细解释本发明，其中：
图1a显示微热风速计的一个实施方案的示意性构造；
图1b显示超声流量传感器的示意图；
图2a显示基于声速的密度确定（关联）的一个实例；
图2b显示基于声速和热导率的改进的密度确定（关联）的一个实例；
图3a显示基于热容、热导率和声速的热值确定（关联）的一个实例；
图3b显示基于热容、热导率和声速的Z因数确定（关联）的一个实例；
图3c显示基于热容、热导率和声速的运动粘度确定（关联）的一个实例；
图4显示在主燃气管线中的本发明测量装置的示意性构造的一个实施方案；
图5显示在主燃气管线的旁路燃气管线中的具有微热传感器的本发明测量装置的示意性构造的第二实施方案，且
图6显示在旁路燃气管线中的本发明测量装置的示意性构造的第三实施方案。
具体实施方式
图1a显示用于本发明测量装置的微热传感器7的一个实施方案。如图1a中所示，该微热传感器可以是集成的微热CMOS热线风速计，其在运行中安置在一段旁路燃气管线中并供以燃气或燃气混合物流2a。该微热CMOS热线风速计包含基底13，其通常含有几微米厚的膜14。该CMOS热线风速计进一步包含两个热电偶15.1、15.2和可以在流向上安置在这两个热电偶之间的加热元件16。可以借助热电偶15.1、15.2检测温度，由于与燃气或燃气混合物流2a的热交换15.1a、15.2a获得该温度。
关于集成的微热CMOS热线风速计的功能的进一步细节，参考D.Matter,B.Kramer,T.Kleiner,B.Sabbattini,T.Suter,“MikroelektronischerHaushaltsgasz?hlermitneuerTechnologie”[Microelectronicdomesticgasmeterwithnewtechnology],TechnischesMessen71,3(2004),第137-146页。
图1b显示用于本发明测量装置的超声流量传感器4的一个实施方案。例如，在测量管线上的倾斜相对的位置处安置两个单元17和18，两者都生成和接收声音（例如压电致动器或接收器）。与致动器18同时发出的声脉冲到达接收器17相比，致动器17发出的声脉冲更快到达接收器18。声速cs以及流速vx都可以由运行时间t12和t21与该装置的几何因数一起得以计算。
关于超声传感器的功能的进一步细节，据此参考L.C.Lynnwortha,YiLiub,“Ultrasonicflowmeters:Half-centuryprogressreport,1955–2005”inUltrasonics,44,Supplement(2006),第e1371–e1378页。
图4显示本发明测量装置的示意性构造的一个实施方案。在该实施方案中，测量装置11包含为进行本发明方法装配的评估单元10、超声流量传感器4、微热传感器7以及压力传感器8和温度传感器9，其中可以将这些传感器布置在燃气管线1中。这些组件的一些或所有这些组件可以合并到模块单元中，其中评估单元10可以是所述模块单元的一个组件（变体11a），或该评估单元可以单独连接（变体11b），例如在更高级的计算单元中。
图4中所示的实施方案的构造尤其适用于确定如燃气分析领域中存在的并且其中关于燃气品质的信息具有重要意义的小和微（minute）燃气流中的燃气品质的特定量值。
图4中所示的实施方案中的测量装置可以例如用作分析单元或用作单独的分析装置，其中该分析单元或分析装置有利地含有燃气管线1，在其中安置该测量装置的传感器4、7、8、9。可以提取燃气样品并用该分析单元或分析装置分析。为此目的所必需的连接件和阀没有显示在图4中。
下面参照图4描述本发明的用于确定燃气和燃气混合物的燃气品质的特定量值的方法的一个实施方案。在这种方法中，该燃气或燃气混合物在燃气管线1中流经超声流量传感器4和流过微热传感器7。用另外安置在该燃气管线中的压力传感器8和温度传感器9确定该燃气或燃气混合物的压力和温度，即运行条件。该超声传感器还测量声速和流速或容积流量。随后基于声速关联密度，其中将借助该关联确定的密度适当换算成在给定温度和给定压力（运行条件）下的密度。
此外，用微热传感器7测量该燃气在一个或几个温度下的热导率，其中改变加热丝的加热功率。如果必要，这一测量的结果也可包括在密度的关联中。随后由密度和容积流量的值计算质量流量。由也用微热传感器测量的流量因数计算该燃气的热容和热导率之间的比率，并与已知的热导率一起计算热容值。声速、热导率和热容随后用于关联燃气品质的特定量值，例如热值或华白指数(W)或Z因数或运动粘度。如果必要，可通过将质量流量乘以热值来确定能量消耗。
图5显示在主燃气管线1的旁路燃气管线6中具有微热传感器7的本发明测量装置11的示意性构造的第二实施方案。在这种情况中在主燃气管线中提供产生压降的元件5，以在运行中经由旁路燃气管线形成压降，这导致旁路燃气管线中的燃气流2，其中在该主燃气管线和旁路燃气管线之间获得特征分流比3。
在该图示实施方案中，测量装置除微热传感器7外还包含为进行本发明的方法装配的评估单元10以及通常布置在主燃气管线1中的超声流量传感器4、压力传感器8和温度传感器9。这些组件的一些或所有这些组件可以合并到模块单元中，其中评估单元10可以是所述模块单元的一个组件（变体11a），或该评估单元可以单独连接（变体11b），例如在更高级的计算单元中。
图5中所示的实施方案中的构造既适用于确定燃气品质的特定量值，又在以热值作为燃气品质的情况下适用于例如在家用领域、工业或密闭输送（custodytransfer）中存在的中等至大燃气流的能量消耗测量。
超声流量传感器4不是必须安装在燃气管线或主燃气管线1中，而是也可作为所谓的“卡扣装置（clamp-ondevice）”从外部连接到燃气管线或主燃气管线上。另一方面，微热传感器7只需要微流量值（minuteflowquantities）并因此优选安置在旁路燃气管线6中。
下面参照图5描述本发明的用于确定燃气和燃气混合物的燃气品质的特定量值的方法的第二实施方案。在该方法中，该燃气或燃气混合物在主燃气管线1中流过或流经产生压降的元件5。旁路燃气管线6在产生压降的元件5前分路，并在所述元件后再接入主燃气管线。通过产生压降的元件5迫使一部分的燃气或燃气混合物2流经旁路燃气管线6和流过安置在其内的微热传感器7。向超声流量传感器4供应主燃气流。
用另外安置在主燃气管线中的压力传感器8和温度传感器9确定燃气或燃气混合物的压力和温度，即运行条件。还用超声传感器测量声速和流速或容积流量。随后基于声速关联密度，其中将借助该关联确定的密度适当换算成在给定温度和给定压力（运行条件）下的密度。
此外，用微热传感器7测量该燃气在一个或几个温度下的热导率，其中改变加热丝的加热功率。如果必要，这一测量的结果也可包括在密度的关联中。随后由密度和容积流量的值计算经过主燃气管线1的质量流量。随后适当地使用主燃气管线和旁路燃气管线之间的质量流量的分流比计算旁路燃气管线中的质量流量。可以例如在校准测量中用已知气体预先确定分流比。
由也用微热传感器测量的流量因数计算该燃气或燃气混合物的热容和热导率之间的比率，并与已知的热导率一起计算热容值。声速、热导率和热容随后用于关联燃气品质的特定量值。在以热值作为燃气品质的情况中，主燃气管线中的质量流量与热值的相乘另外提供能量消耗。
图6显示在主燃气管线1的旁路燃气管线6中的本发明的测量装置11的示意性构造的第三实施方案。在这种情况中在主燃气管线中提供产生压降的元件5，以在运行中经由旁路燃气管线形成压降，这导致旁路燃气管线中的燃气流2，其中在主燃气管线和旁路燃气管线之间形成特征分流比3。
在该图示实施方案中，该测量装置包含为进行本发明的方法装配的评估单元10以及布置在旁路燃气管线6中的超声流量传感器4和微热传感器7。该测量装置还包含压力传感器8和温度传感器9，它们大多也布置在旁路燃气管线1中。这些组件的一些或所有这些组件可以合并到模块单元中，其中评估单元10可以是所述模块单元的一个组件（变体11a），或该评估单元可以单独连接（变体11b），例如在更高级的计算单元中。
在微技术中形成超声传感器4并且所述传感器与微热传感器7一样只需要微流量值时，优选获得图6中所示的实施方案中的构造。这两个传感器随后都有利地布置在旁路燃气管线6中。
下面参照图6描述本发明的用于确定燃气和燃气混合物的燃气品质的特定量值的方法的第三实施方案。该方法适用于燃气品质的特定量值和/或能量消耗的连续以及间歇确定。任选需要的连接件和阀没有显示在图6中。
在该方法的第三实施方案中，该燃气或燃气混合物在主燃气管线1中流过或流经产生压降的元件5。旁路燃气管线6在产生压降的元件5前分路，并在所述元件后再接入主燃气管线。通过产生压降的元件5迫使一部分的燃气或燃气混合物2流经旁路燃气管线6和流过安置在所述旁路燃气管线内的超声流量传感器4和微热传感器7。向超声流量传感器4和微热传感器7供应相同的燃气流。
用另外安置在旁路燃气管线中的压力传感器8和温度传感器9确定该燃气或燃气混合物的压力和温度，即运行条件。还用超声传感器测量声速和流速或容积流量。随后基于声速关联密度，其中将借助该关联确定的密度适当换算成在给定温度和给定压力（运行条件）下的密度。
此外，用微热传感器7测量该燃气在一个或几个温度下的热导率，其中改变加热丝的加热功率。如果必要，所述测量的结果也可包括在密度的关联中。随后由密度和容积流量的值计算经过旁路燃气管线6的质量流量。
由也用微热传感器测量的流量因数计算该燃气的热容和热导率之间的比率，并与已知的热导率一起计算热容值。声速、热导率和热容随后用于关联燃气品质的特定量值。
由于上述测量和计算涉及旁路燃气管线，使用主燃气管线和旁路燃气管线之间的质量流量的分流比计算主燃气管线中的质量流量。可以例如在校准测量中用已知气体预先确定分流比。如果作为燃气品质的特定量值确定热值，主燃气管线中的质量流量与热值的相乘另外提供能量消耗。
根据本发明和上述实施方案和变体的用于确定燃气品质的特定量值和/或能量消耗的方法和测量装置可用于高压和低压燃气管网，并由于来自声速、热导率和热容这三个独立变量的关联而在上述量值的确定中提供相对高的精确度。
Claims (14)
1.用于确定燃气品质的特定量值的方法，其中
-使燃气或燃气混合物流经超声流量测量装置和流过微热传感器，并检测所述燃气或燃气混合物的温度(T)和压力(p)；
-通过所述超声流量传感器确定所述燃气或燃气混合物的流速(vx)或容积流量以及声速(cs)；
-由声速(cs)关联所述燃气或燃气混合物的密度；
-将所述密度信息与流速一起用于计算质量流量；
-用所述微热传感器确定所述燃气或燃气混合物在一个或几个温度下的热导率(λ)；
-由所述微热传感器的流量信号计算流量因数()，以由其与所述质量流量和热导率的信息一起确定热容(cp)或依赖于所述热容的所述燃气或燃气混合物的量值；
-最后，将所述声速、在一个或几个温度下的热导率和热容或依赖于热容的量值用于关联所述燃气品质的特定量值，特别是热值。
2.根据权利要求1的方法，其中将用所述超声流量传感器确定的声速(cs)换算成在标准温度(Tnorm)下的声速。
3.根据权利要求1或2之一的方法，其中将所述微热传感器在一个或几个温度下确定的热导率(λ)与所述声速一起用于更精确地关联密度。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其中借助关联确定的密度是标准密度，和/或其中将借助关联确定的密度用所述燃气或燃气混合物的温度(T)和压力(p)换算成在运行条件下的密度(ρ)。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其中将所述声速、在一个或几个温度下的热导率和热容或依赖于热容的量值用于关联热值或华白指数(W)或Z因数或运动粘度。
6.根据权利要求5的方法，其中由所述热值与容积或质量流量一起计算能量消耗( EN)。
7.用于确定燃气品质的特定量值和/或能量消耗的测量装置，其包含为进行根据权利要求1至6之一的方法装配的评估单元(10)并包含用于测量声速和流速的超声流量传感器(4)、用于测量压力的压力传感器(8)、用于测量温度的温度传感器(9)和用于测量热导率和热容或依赖于热容的所述燃气或燃气混合物的量值的微热传感器(7)。
8.根据权利要求7的测量装置，其中将超声流量传感器(4)和微热传感器(7)布置在燃气管线(1)中并可供以相同的质量流量。
9.根据权利要求7的测量装置，其中将超声流量传感器(4)布置在主燃气管线(1)中和将微热传感器(7)布置在所述主燃气管线的旁路燃气管线(6)中，并在所述主燃气管线中提供产生压降的元件(5)以在所述旁路燃气管线中生成质量流量。
10.根据权利要求8或9之一的测量装置，其中将超声流量传感器(4)非侵入性置于所述燃气管线或主燃气管线(1)上。
11.根据权利要求7的测量装置，其中将超声流量传感器(4)和微热传感器(7)布置在主燃气管线(1)的旁路燃气管线(6)中，并在所述主燃气管线中提供产生压降的元件(5)以在所述旁路燃气管线中生成质量流量。
12.根据权利要求9至11之一的测量装置，其中例如通过用已知气体校准，已知所述旁路燃气管线和主燃气管线中的质量流量之间的分流比。
13.根据权利要求7至12之一的测量装置，其中所述测量装置另外包含一段其中安置测量装置(11)的传感器(4、7、8、9)至少之一的燃气管线或主燃气管线(1)和/或旁路燃气管线(6)，和/或在主燃气管线(1)中产生压降的元件(5)。
14.根据权利要求7至13之一的测量装置，其中评估单元(10)与其余测量装置一起形成模块单元，或其中所述测量装置形成没有评估单元(10)的模块单元，并在单独或更高级的计算单元中形成所述评估单元。
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