CN105765352B - 用于确定修正的质量流量的测量装置和方法以及该测量装置的用途 - Google Patents

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Abstract

测量装置，其中，该测量装置具有至少第一部件(2，22)，在该第一部件中设有一体式测量管道或者第一部件(2，22)与附加部件(3，7)连接而在测量装置中一体地形成测量管道(20)，其中，测量管道(20)被设置用于将被测介质(M)引导通过测量装置，其特征在于，第一部件(2，22)具有第一传感器(11，31，41)以用于确定选自被测介质的热导率k、热扩散率α和/或比热容ρcp的第一热物理性质，并且其中，测量装置具有第二传感器(12)，该第二传感器振动并且被设置用于确定被测介质(M)的粘度μ和/或密度ρ，其中，通过测量管道(20)将被测介质(M)从第一传感器(11，31，41)引导至第二传感器(12)。

Description

用于确定修正的质量流量的测量装置和方法以及该测量装置 的用途
技术领域
本发明涉及一种测量装置和方法。本发明另外涉及一系列新的用途，在这些新的用途中，这种类型的测量装置未被应用过。
背景技术
已知测量热物理性质的一些列传感器。因此，在出版物Beigelbeck,R.,F.Kohl,S.Cerimovic,A.Talic,F.Keplinger,and B.Jakoby."Thermal property determinationof laminarly-flowing fluids utilizing the frequency response of acalorimetric flow sensor,"in Sensors,2008IEEE,pp.518-521,IEEE,2008中描述了一种非常灵敏的传感器，该传感器基于数学模型确定热导率k和热扩散率α。
出版物Kliche,K.,S.Billat,F.Hedrich,C.Ziegler,and R.Zengerle."Sensorfor gaseous analysis based on thermal conductivity,specific heat capacity andthermal diffusivity,"in Micro Electro Mechanical System(MEMS),2011 IEEE 24thInternational Conference,pp.1189-1192,IEEE,2011描述了一系列传感器，这些传感器被提供用于测量热物理性质。
大量科研论文另外涉及用于确定热导率的3-欧米伽方法。例如在出版物Gauthier,Sébastian,Alain Giani,and Philippe Combette,"Gas thermalconductivity measurement using the three-omega method."Sensors and ActuatorsA:Physical(2013)中披露了这种方法。
已经在多篇科学出版物中论述过用于确定粘度和密度的振动传感器。
例如在出版物Naeli,Kianoush,and Oliver Brand,"Dimensionalconsiderations in achieving large quality factors for resonant siliconcantilevers in air."Journal of Applied Physics 105,No.1(2009):014908-01490中描述了微悬臂。
在出版物van Eysden,Cornelis A.,and John E.Sader."Frequency responseof cantilever beams immersed in compressible fluids with applications to theatomic force microscope."Journal of Applied Physics 106,no.9(2009):094904-094904和Ghatkesar,Murali Krishna,Ekaterina Rakhmatullina,Hans-Peter Lang,Christoph Gerber,Martin Hegner,and Thomas Braun,"Multi-parametermicrocantilever sensor for comprehensive characterization of Newtonianfluids",Sensors and Actuators B:Chemical 135,no.1(2008):133-138中讨论了用于悬臂模型在流体中应用的其它发展观点。
在出版物Goodwin,A.R.H.,A.D.Fitt,K.A.Ronaldson,and W.A.Wakeham,"Avibrating plate fabricated by the methods of microelectromechanical systems(MEMS)for the simultaneous measurement of density and viscosity:Results forargon at temperatures between 323 and 423K at pressures up to 68MPa."International Journal of Thermophysics 27,no.6(2006):1650-1676中描述了用于通过对应研发的数学、物理模型来确定一些气体的粘度和密度的振动板应用。
发明内容
始于现有技术的状况，本发明的目的在于提供一种测量装置，该测量装置能够确定被测介质的多种性质并且同时具有紧凑的结构。
通过一种测量装置实现了该目的。此外，提供了一种方法。此外，公开了测量装置的多种用途，大部分用途对于这类测量装置而言到目前为止并非是已知的，并且导致其它测量装置的技术替换。
本发明的测量装置包括至少第一部件，在该第一部件中设有一体式测量管道或者第一部件与附加部件连接形成测量管道，该测量管道一体地位于测量装置中。一体式在这种连接中意味着部件的材料部分地或完全地结合测量管道。因此，测量管并非必要的。陶瓷或金属的基底优选地适于作为第一部件。
测量管道被设置用于引导被测介质通过测量装置。
测量装置包括第一传感器以用于确定选自被测介质的热导率k、热扩散率α和/或比热容ρcp的第一热物理性质。
在第一优选的结构简单的实施例中，传感器可具有RTD，可加热的电阻温度传感器，作为加热元件。3-欧米伽测量方法允许这种加热元件加热并同时测量介质的温度。因此，在这种实施例的情况下，不需要用于确定被测介质的热导率k、热扩散率α和/或比热容ρcp的附加传感器元件。
在第二实施例中，传感器可由加热元件和一个或更多个温度传感器元件构成，它们确定介质在加热元件附近的温度。从热的供应量和所确定的温度，传感器可确定被测介质的热导率k、热扩散率α和/或比热容ρcp。
振动并由此将振动传输到被测介质中的第二传感器可由不同的传感器元件构成。在优选的变型中，可使用一个或更多个悬臂式臂。然而，也可提供振动板或一些其它的振动扁平元件。第二传感器无需绝对地位于与第一传感器相同的部件上，而是替代地例如可位于第二部件上，特别是位于分离基底上。然而，为了确保相同体积的介质的测量，应该提供从第一传感器延伸至第二传感器的测量管道。测量管道经由下游部件从第一部件延伸到达布置有第二传感器的第二部件。
然而，当两个传感器布置在一个相同部件上时在计量学以及制造技术上有利。
在前述优选的第一和第二实施例的情况下，测量装置是用于确定介质性质的传感器。
在其它实施例中，传感器包括至少第一和/或第二实施例的传感器元件以及至少一个附加的温度传感器。第一和/或第二实施例的传感器元件一起形成主动传感器元件，主动传感器元件在后文中被称为加热器。
补充地形成加热器的一个或更多个温度传感器在本发明的意义上是被动传感器元件。一个或更多个附加的被动传感器元件能确定热质量流量。
具有加热元件并且在给定情况下具有附加温度传感器元件的加热器可根据本发明的优选实施例在这种情况下由笔直地、环形地或弯曲地布置在第一部件上的一个或更多个窄金属带构成。这同样优选地适用于被动传感器元件。
主动和/或被动传感器元件的形状可例如通过在基底上施加金属层并且随后在上面进行蚀刻过程而实现，其中，例如通过遮蔽某些部分形成加热元件的轮廓。
可选地，在加热元件上可布置有保护层，该保护层保护加热元件对抗机械或化学性质的损坏。
当测量装置是热质量流量测量装置时，第一传感器确定通过测量管道的被测介质的质量流量。为此，除了构成加热器的前述传感器元件之外，第一传感器还优选地包括至少一个被动传感器元件。然而，可基于至少两个被动传感器元件执行更可靠的测量。
第一传感器元件确定温度成比例测量值和相对于热的供给量的测量值。第二传感器可测量例如电压值，从电压值可确定介质的振动衰减。当测量装置具有从由第一和/或第二传感器测量的测量值中确定至少被测介质的热导率k、热扩散率α、比热容ρcp、粘度μ和/或密度ρ的至少一个评估单元时是特别有利的。
当测量装置是MEMS测量装置或薄膜测量装置时是特别有利的，其中，测量装置特别优选地体现为流量测量装置。MEMS测量装置(微机电系统)或薄膜测量装置的特征在于非常低的安装高度和芯片结构。MEMS流量测量装置优选地具有小于晶片的尺寸。然而，特别优选地，对应的流量测量装置的尺寸在5cm2以下。
测量装置特别地可用于确定气体或液体的产品特性和/或气体或液体混合物的成分。
仅通过产品特性的组合确定可在未知介质的情况下进行质量流量的有效修正。
本发明的用于通过测量装置(特别是如上所述的测量装置)确定被测介质的修正的质量流量的对应方法包括如下步骤：
a)确定被测介质的热质量流量；
b)通过测量装置的第一传感器确定选自被测介质的热导率k、热扩散率α和/或比热容ρcp中的至少一个热物理性质；
c)通过振动的第二传感器确定至少被测介质的密度和/或粘度以及
d)基于所确定的被测介质的热物理性质以及密度和/或粘度来修正被测介质的热质量流量。
优选地借助于至少一个评估单元进行热质量流量的修正。
现将描述用于操作测量装置的特别优选的方法。
优选方法是用于操作用于在多成分被测介质中确定至少一种成分的浓度、体积份额、质量份额和/或局部压力的测量装置(特别是流量测量装置)的方法，
其中，测量装置具有至少：
A第一传感器(11，31，41)以用于确定选自被测介质的热导率k、热扩散率α和/或比热容ρcp的第一热物理性质，以及
B第二传感器(12)以用于确定被测介质(M)的粘度μ和/或密度ρ。
优选方法的特征在于如下步骤：
a)提供与被测介质的可能成分的类型有关的信息；
b)提供与流体性质有关的数据组，即，粘度、密度、热导率、热扩散率、比热容和/或能够针对各个成分或者成分混合物而由粘度、密度、热导率、热扩散率、比热容推导出来的且与由第一和第二传感器确定的流体性质对应的值；
c)确定第一和第二传感器的测量值，可利用测量值推导出特别是计算出多成分被测介质的至少两个流体性质，其中，第一流体性质选自被测介质的粘度和密度，第二流体性质选自被测介质的热导率、热扩散率或比热容；
d)基于测量值或由测量值确定的至少两个流体性质和数据组，确定多成分被测介质的至少一种成分的浓度、质量系数、体积系数和/或局部压力。
现将更详细地解释优选方法的各个步骤和实施例。
在用于操作测量装置(特别是流量测量装置)的特别优选的方法中，可在多成分被测介质中进行至少一种成分的浓度、体积份额、质量份额和/或局部压力的确定。在这种情况下，测量装置配备有至少第一传感器，该第一传感器适用于确定选自被测介质的热导率k、热扩散率α和/或比热容ρcp的第一热物理性质，并且配备有至少第二传感器，该第二传感器适用于确定被测介质的粘度μ和/或密度ρ。
特别优选的方法可包括多个方法步骤，这些方法步骤不需要绝对按照字母顺序进行，特别是在步骤a)和b)的情况下。
在步骤a)中，优选地可提供与被测介质的可能成分的类型有关的信息。在这种情况下，可输入所有相关成分。在成分未包含在被测介质中的情况下，则该成分部分为“0”并且对应地输入该成分的浓度。然而，理想的是用户知晓成分的完整数量及它们类型。在成分存在于被测介质中，但不存在关于该成分的类型的信息的情况下，则在给定情况下，可导致与数据组有关的错误解释。
在步骤b)中，提供了与流体性质有关的数据组，即，粘度、密度、热导率、热扩散率、比热容和/或可针对各个成分或者成分混合物从粘度、密度、热导率、热扩散率、比热容推导出的且与由第一和第二传感器确定的流体性质对应的值。可推导值在上下文中是两个值，相应地物理变量，它们可从一种或更多种已知流体性质计算并且在给定情况下可应用常数。可推导值也可以是直接测量的电压、幅值等，从电压、幅值等可确定流体性质。这意味着不绝对地需要将前述流体性质存储在数据库中。替代地，可存储已转换成测量变量的值。由于能从测量变量(电压值等)计算流体性质，所以也能够借助于算法在已知参数(例如，测量管半径等)的情况下从各个成分的已知(预定)流体性质计算针对特定测量变量的理论值并且存储作为数据组。
因此，在下面的步骤中，例如，可比较测量的流体性质和理论的流体性质，或者可比较测量变量的测量值和理论值。
在步骤c)中，第一和第二传感器确定测量值，从测量值可推导(特别是可计算)出多成分被测介质的至少两个流体性质，其中，第一流体性质选自被测介质的粘度和测量介质的密度，第二流体性质选自被测介质的热导率、被测介质的热扩散率或被测介质的比热容。
在这种情况下，在已知过程参数的情况中，该确定包括主动记录(相应地测量)针对对应的测量变量的测量值以及在给定情况下将它们转换成的流体性质。
最后，在步骤d)中基于测量值或由测量值确定的至少两个流体性质和数据组，确定多成分被测介质的至少一种成分的浓度、质量份额、体积份额和/或局部压力。这可通过比较(例如通过比较操作)或计算或以一些其它方式进行。
用于操作测量装置的前述优选方法还可通过其它实施例和/或方法步骤进行补充。因此，例如当在步骤c)中确定测量值且基于该测量值推导出至少三种流体性质以及在步骤d)中基于这些测量值或至少三种流体性质利用数据组进行确定时是有利的。这样，特别是在增加成份额量的情况下，该确定更加精确。
前述方法可特别地适用于气体混合物的各个成分的浓度测量，特别是适用于二元、三元或四元混合物的各个成分的浓度测量。而且，可确定液体混合物、溶液(例如，盐溶液)等，然而，测量的不确定性增加。另一选项在于确定具有多于4种成分的气体混合物的各个成分的浓度，然而其中，在这种情况下，测量的不确定性以及测量结果与数据组的错误关联性的几率也会随着成份额量的增加而增加。
为了进一步减小对应的测量不确定性和可能的错误关联，当在步骤c)中确定测量值并基于该测量值推导出至少四种流体性质以及在步骤d)中基于这些测量值进行确定或将至少三种流体性质与数据组相比较时是有利的。为此，在实施例的具体实例中，以紧凑的实施例提供了能根据该方法操作的对应的传感器，相应地测量换能器。
多成分介质的温度可被有利地确定并且在计算多成分被测介质的至少一种成分的浓度、质量份额、体积份额或局部压力中得到考虑。因此，例如能够针对流体性质的温度相关的变化提供修正算法，然而或者能够在数据库中配备针对不同温度范围的数据。压力可被类似地处理。
通过将数据组与测量值或者通过步骤c)从测量值确定的至少两种流体性质进行比较可特别有利地进行步骤d)中的确定。数据组可被配备在存储单元中作为针对多种成分和成分混合物的数据库。然而，在这种情况下，该存储单元不绝对必须是评估单元的一部分。同样地，评估单元可体现为与测量换能器分离。因此，测量装置的各个部分不一定需要位于一个结构单元中，而是替代地，可例如通过无线或其它通信路径彼此通信。
当前述优选方法对于浓度包括其它如下步骤是有利的：
·提供与成分的浓度、局部压力、质量份额或体积份额的至少一个限制值有关的数据；以及
·在超过和/或低于限制值的情况下输出指示。
因此，测量装置可具有附加的操作模式。在这种情况下，首先，预定材料成分的限制值例如浓度上限。这个限制值可基于应用输出关于低于或超过的指示。此外，该指示可以是用于打开阀的控制命令。这是例如已经在合成反应的情况下获得预定产量(因而产品的量)的情况。可替换地，例如低于起始材料的限制值可显示的是必须向合成供给更多的这种起始材料，以便建立化学平衡。在这种情况下，控制命令可操作对应的阀。用于指示的第二时机将是警报。当理论上成分不能超过或低于某一限制值并且尽管这样测量装置也检测这种变化时，则可能指示数据组与介质的成分的错误关联性。
本方法旨在确定多成分被测介质中的至少一种成分(或在给定情况下，多种成分)的浓度、体积份额、质量份额和/或局部压力。这个数据为了进一步处理可被转发至例如计算机系统，该计算机系统利用这个数据例如用于过程控制。然而，为了由终端用户检查所确定的数据，当在输出单元上进行多成分被测介质的至少一个成分的浓度、质量份额、体积份额或局部压力的输出(特别是可视显示)时是有利的。
另外有利的是测量能够确定一种或多种成分的浓度、质量份额、体积份额和/或局部压力的其它测量值或一种或多种其它流体性质(特别是声速)并且将其提供至评估单元。
有利地实施的测量装置可包括至少：
A第一传感器(11，31，41)以用于确定选自被测介质的热导率k、热扩散率α和/或比热容ρcp的第一热物理性质，以及
B第二传感器(12)以用于确定被测介质(M)的粘度μ和/或密度ρ。
此外，测量装置可具有评估单元，该评估单元实施用于确定多成分被测介质的至少一种成分的浓度、体积份额、质量份额或局部压力。
评估单元优选地具有存储单元或者与存储单元通信。数据组存储在该存储单元中，该数据组与能够确定多成分被测介质的至少一种成分的浓度、体积份额、质量份额或局部压力的第一和第二传感器的测量值协作。这例如可借助于作为评估单元的一部分的计算单元来进行。
附图说明
图1是本发明的第一质量流量测量装置的透视图；
图2是本发明的质量流量测量装置的第一部件的平面图；
图3是用于确定被测介质的热物理性质的第一传感器的细节图；
图4是振动并且布置在第一部件上的第二传感器的细节图；
图5是质量流量测量装置的分解视图；
图6是第一部件的透视图；
图7是本发明的第二质量流量测量装置的分解视图；
图8是第二质量流量测量装置的第一部件的透视图；
图9是第二质量流量测量装置的截面图；
图10是第二质量流量测量装置的第一部件的平面图；
图10A是用于确定热物理性质的第一传感器的细节图；
图11是第一传感器如何工作的流程图；
图12是第二传感器如何工作的流程图；
图13是第三流量测量装置的第一传感器的传感器元件的布置的细节图；
图14是第四质量流量测量装置的第二传感器；
图15是第五质量流量测量装置的第二传感器；
图16是示出了本发明的质量流量装置的操作方式的实施例的流程图。
具体实施方式
图1-6示出了本发明的第一质量流量测量装置1的实施例的实例。在这个实例中，质量流量测量装置1包括第一部件2，该第一部件2以紧凑的方式体现为单片部件。这种单片部件优选地为多层芯片，相应的功能层通过蚀刻方法被引入到所述多层芯片中。
而且，质量流量测量装置1包括第二部件3，该第二部件3叠置在第一部件2上并与其连接。在这种情况下，第一部件2与第二部件3之间的连接特别是处于大于3bar的压力下优选地为压力稳定的，并且也优选地具有在优选大于100K的温差下的良好的耐温度波动性。
第一部件2可用作基底材料并且可为陶瓷、金属或塑料材料，其中，前述材料的热膨胀系数优选地接近于第二部件的材料的热膨胀系数。特别地，可使用石英或硅。相应地，合适的材料组合对于MEMS技术领域内的技术人员而言是众所周知的。
第一部件2与第三部件7形成连接且与第二部件形成连接，并且在质量流量装置1中集成有测量管道，该测量管道类似地体现为图9中示出的测量管道20，并且待测量的介质M通过该测量管道而被引导至并经过传感器11或31和12。在实施例的本实例中，传感器11或31和12布置在同一第一部件2上。然而，在本发明的范围内也可选择具有布置在多个部件上的传感器。测量管道包括介质供应件4和介质排出件5，被测介质M通过该介质供应件和介质排出件供给至测量管道20或从测量管道20移出。介质供应件4和介质排出件5布置在第二部件3上。
第二部件和第三部件可由与第一部件相同的材料构成。在这种情况下，第三部件7与第一部件2抗压地且温度稳定地连接。从图1显然的是，第一部件2的表面具有触点6。第一部件2的表面从第二部件3的下方侧向突出，使得触点能使用。连接到这些触点的可以是通向质量流量测量装置1的评估单元8的线。这在图1中仅是示意性的示出。该评估单元执行从由传感器11或31和12测量的值来确定和计算与被测介质的性质有关的输出值。
图2示出了第一部件2的上侧的平面图。该部件的后侧包括用于测量管道的构造。人们可以看到通向测量管道的开口9和10。被测介质M通过开口9和10移动到位于第一部件2下方的测量管道并从该测量管道移出。测量管道例如通过铣削或蚀刻形成在第一部件中，使得传感器元件11或31和12与被测介质直接接触或者被薄材料层保护不受化学或机械破坏。可替换地，测量管道也可形成在第二部件3中，使得从第二部件3的在传感器11或31和12上方的一侧引导介质。
第一部件2包括至少第一传感器11或31。这个传感器11或31用于确定介质的热物理性质。这种性质的一个实例为介质的热导率。然而，该性质还可补充地为介质的热扩散率。在确定的或预定的密度的情况下，特定的热导率也可由传感器确定。
质量流量测量装置1另外地包括至少第二传感器12。传感器12振动并允许确定介质的其它性质，优选地为密度和粘度。
前述的第二传感器12可特别优选地与第一传感器11或31一起设置在同一个部件2中。这确保了质量流量测量装置的简化制造和紧凑结构。由此可实现小型化的质量流量测量装置。在这种情况下，介质管道不由测量管形成，而是替代地，介质管道为质量流量测量装置的一体式部件。这意味着介质管道在部件2或3中的一个部件的材料中，特别地在第二部件3的材料中，或者将多个部件放在一起来实现，这里，所述多个部件为第一部件2、第二部件3和第三部件7。
图1-6中所示的流量测量装置将用于确定被测介质的热物理性质的第一传感器11或31与用作粘度计的第二振动传感器12结合。
适当的振动传感器可优选地体现为悬臂。根据粘度计的原理工作的悬臂本身是已知的。悬臂是受引发而振动的延伸件，相应地为伸出部分。振动可由压电激励、电磁激励或静电激励产生。
振动粘度计根据保持在介质中的振荡的机电谐振器的衰减的原理来操作，其中，所述介质的粘度是待确定的。在这种情况下，谐振器发射通过扭力产生的横向振荡器振荡。该横向震荡可由图4中示出的悬臂式臂产生。粘度越大，则谐振器的衰减越大。可以不同的方式测量谐振器的衰减。因此，可确定所需的供应电量，以便能够以恒定的幅值使谐振器振荡。而且在谐振器关闭时可确定信号的时间延迟。用于测量的另一机会为根据所激励和所接收的波形之间的相位角来确定谐振器的频率。粘度越大，则对于给定相位变化的频率变化越大。
除了粘度之外，悬臂还可用于确定被测介质的密度。因此，振动传感器还确定被测介质的物理性质。如在图1-6所示，一种选项是将第一和第二传感器布置在同一个单片芯片上。可在MEMS结构(微机电系统)中执行这种芯片。
在图1至图10中的实施例的具体实例中，悬臂18的激励由借助于电磁场(例如，轴向磁场)的电磁激励产生，优选地由线圈(未详细示出)或至少一个永磁体产生。例如从DE10 2012 102 979 A1中已知例如印刷在电路板上而存在的对应线圈。在图4中详细地示出的悬臂的结构。示出了AC导体回路15，该AC导体回路优选地布置在悬臂的外侧上并且磁场16被垂直地引导至该AC导体回路。现在，如果被测介质(例如，导电介质)流经悬臂18，则导致悬臂振动。该悬臂另外地包括电阻器17，优选地为压电电阻器，其基于幅值改变悬臂式臂的振动。压电电阻器优选地可体现为单件元件，例如为单件桥接器，或者为具有四个压阻式电阻器的桥接器。通过AC激励，导致悬臂式臂执行Y振动。这些振动基于被测介质的粘度而不同程度地强烈衰减。这种衰减可经由压电电阻器记录。在图4中详细示出了这个原理。在这种情况下，悬臂布置在矩形自由空间中并且被安装成它的内壁α朝向第一部件。
使用质量流量装置可以确定介质的至少五个物理性质。这些性质具体地为介质的热导率k、热扩散率α、粘度μ、密度ρ和比热容ρcp。借助于这些变量，可确定热质量流量并且局部地或完全地补偿干扰。
在图12中示出了第二传感器的测量方法。在这种情况下，在激励步骤a2中例如通过电磁激励来引起第二传感器12振动。这些振动被引入到被测介质中，并且基于被测介质的性质，响应于激励来确定测量值。例如作为根据介质在振动时的衰减特性的电压信号b2形式的测量值可通过数学物理模型III.2的帮助由评估单元II.2转换成用于描述被测介质的热物理性质的物理变量。这些物理变量为被测介质的粘度和/或密度。
第一部件2另外地包括金属层30。该金属层小于10μm，然而优选地小于或等于6μm。由这种膜中形成的是第一和/或第二传感器11或31和12的各个部分及它们的触点6。传感器的布置被优化到这样的要求即它们可容易地集成到具有一体式测量管道的流量测量装置中。特别地在流量测量装置的小尺寸范围中，这种优化布置在测量微观流体的情况下是有利的。
除了节约成本以外，还可在一个或更多个媒介变化或者介质成分变化的情况下进行快速测量。
对应的传感器可优选地具有小于10cm2的介质面向表面以及小于0.5cm的传感器厚度。在这种情况下，测量管道优选地具有小于2mm的平均直径。
流量测量装置体现为热质量流量测量装置。在这种情况中，第一传感器11能确定质量流量。为此，传感器包括各种传感器元件。
热流量测量装置通常使用两个可加热的传感器元件，这两个可加热的传感器元件体现为尽可能相同并且与流经测量管道20的介质热接触。两个传感器元件中的一个是所谓的主动传感器元件，该主动传感器元件借助于加热单元加热。这个主动传感器元件后续被称为加热器11b、21。作为加热单元所提供的附加电阻加热元件或传感器元件本身是电阻元件，例如，RTD(电阻温度装置)传感器，该RTD传感器由电力的转换(例如由测量电流的对应变化)而加热。两个传感器元件中的第二个是所谓的被动传感器元件11a、11c、23和24：它被测介质的温度并且优选地布置在主动传感器元件(所谓的加热器)附近。此外，第三传感器元件也可被设置为被动传感器单元，该第三传感器元件也布置在加热器附近。因此，理想地，传感器元件按顺序设置在流动方向上，其中，该顺序由第二传感器元件11a、24、加热器11b、21和第三传感器元件11c、23构成。因此，被动传感器元件在流动方向上定位在加热器11b、21的两侧上。被动传感器元件可对称地布置，由此具有与加热器相同的间隔。然而，特别有利的是两个被动传感器元件相对于加热器对称地布置。为了获得较高的灵敏性，热敏电阻也可用作被动传感器元件。加热器，特别是它的各个元件，可优选地由铬、镍和/或铂制成。然而，存在可用作可加热元件的其它已知材料。
通常，可加热传感器元件在热流量测量装置中加热，使得在两个传感器元件之间维持固定的温差。可替换地，还已知使用控制单元来供应恒定的加热功率。
如果在测量管道20中不存在流体，则需要恒定的功率量以用于维持预定温差。相反，如果待测量的介质正移动，则所加热的传感器元件的冷却基本上取决于流经的介质的质量流量。由于介质比所加热的传感器元件更冷，所以热通过流动介质从所加热的传感器元件输送走。因此为了在流动介质的情况下维持两个传感器元件之间的固定温差，所加热的传感器元件需要增大的加热功率。增大的加热功率是用于质量流量(相应地为通过测量管道的介质的质量流量)的量度。
相反，如果供应恒定的加热功率，则两个传感器元件之间的温度差由于介质的流动而减小。进而，特定的温度差是用于通过测量管道的介质的质量流量的量度。
因此，存在用于加热传感器元件所需的加热能与通过管路(相应地通过测量管道)的质量流量之间的函数关系。在用于确定质量流量的热流量测量装置中使用了传热系数与通过测量管(相应地通过管路)的介质的质量流量之间的关系。
从第二和第三传感器元件11c和11a与加热器11b的紧密度中，还能够确定流动形貌。
除了两个传感器11或31和12之外，流量测量装置可选地包括第三和/或第四传感器13、14。这些可选的第三和第四传感器可例如由镍制成。在实施例的本实例中，两个传感器元件13和14可布置成在介质排出件5和介质供应件4的区域中在第一元件2上彼此空间分离。这两个传感器元件在不影响从加热器11b、21输入热的前提下被测介质的温度。
在图11中示出了测量方法图示。在这种情况下，在激励步骤a1中用AC和DC信号激励加热器。加热器被引入被测介质中，并且取决于被测介质的性质，响应于激励来确定测量值。这通过第一传感器I.1完成。通过数学物理模型III.1的帮助由评估单元II.1将具有幅值和相位(更精确地由温度信号的幅值和相位表示)的温度信号b1形式的测量值转换成用于描述被测介质的热物理性质的物理变量。这些物理变量为热导率和/或热扩散率。
介质的温度在被动传感器元件11a、11c、23、24和/或在加热器11b、21处被确定为电阻值或电压值。温度信号的这些温度测量点变化并因此具有幅值和相位。相位被视为时移，其中，T信号保持相同。温度信号的这种特性导致由加热器的AC激励引起的周期曲线。
基于温度信号的幅值和相位以及系统结构，可确定周围介质的热导率和热扩散率。这根据传感器和各个传感器元件相对于彼此的尺寸而发生。因此，传感器元件相对于彼此的特别优选的布置有助于更好地确定前文提及的热物理参数。
图1-4和图5-8的实施例的两个实例在特征数量上是相同的。实施例的两个实例之间的差别主要在于用于确定热物理性质的第一传感器的形状和操作方式。
这两个实施例分别示出了用于质量流量测量装置的传感器的实施例。然而，传感器也可用于介质的纯性质确定。现将相对于用于确定热物理性质的第一传感器11或31更详细地描述操作事项。
在图1-6中示出的第一传感器被描述为具有温度相关的加热器的传感器11。这用作温度计。在这个布置中，加热器11b包括加热元件，该加热元件以第三频率同时执行温度测量。可确定加热器的AC响应、介质热导率k和比热容ρcp。这可使用3-欧米伽方法来发生。
3-欧米伽方法是用于被测介质(特别是气体或液体)的热导率的测量方法。在这种情况下，应用在第一部件上的加热器11b被周期地加热并由此测量出现的温度振动。被测介质的热导率和热扩散率从其频率依赖性确定。
3-欧米伽方法本身是已知的。信号和/或能量传输可在三个不同频率下发生。
从3-欧米伽方法中，电流或电流等效电压可在一个频率下传输以用于操作加热元件。
第二频率可传输转移的热或其所需的功率。
测量温度可在第三频率下传输。
Figure GDA0002036637610000191
其中，ω表示角频率并且I0表示供应的电流电平。t是加热时间并且
Figure GDA0002036637610000192
是相移。Tw描述了测量点处的温度幅值。从这个公式中得到三次谐波。
在用于图1-6中的传感器的实施例的本情况中，可基于DC信号发生温度传感器的温差确定，该DC信号用于根据量热测量原理计算介质的流量和/或流速。
在图7-10的情况中，加热器21独立于温度而工作。加热器21包括加热元件21A、21B、21C以及一个或更多个温度传感器元件21D。在这种情况下，加热元件21不单独用作传感器，而是替代地与另外的温度传感器元件21D连接。在这种情况下，人们从图10A中可以看到加热元件布置在温度传感器元件周围。加热元件可包括诸如在图10A中示出的两个细长部分21a和21c以及桥接件21b。
这种布置能使温度传感器元件21D确定尽可能接近于加热元件的介质的温度。如已经解释的，这种温度传感器元件21D的AC响应用于确定介质的热导率k和比热容ρcp。虽然这种布置在其制造方面与图1-6的变型相比较为复杂，但其提供了较小测量复杂性的优点，这是因为在这种布置的情况下频率较低。而且，由于在激励频率(欧米伽)的AC信号可用于测量，所以这种信号比3-欧米伽方法的信号强。
在先前的实例中，通过基于布置在加热器31的上游和下游的被动传感器元件23和24确定温差而确定流量。加热器21和两个被动传感器元件23和24在这种情况下一起形成第一传感器31。
在这种情况下，根据基于量热测量原理的DC测量信号发生流量的确定。
各个传感器元件的其它可替换的布置是可行的并且可由对应设计实施，因而被动传感器元件和/或加热器是可行的并且可由对应设计实施。
在图13中示出了用于对应设计变型的实施例的可替换实例。
图13示意性地示出了用于质量流量测量装置的可替换的第一传感器。这个传感器包括环形加热元件42作为温度相关加热器45的一部分。除了加热元件42之外，这个加热器45还包括两个弧形温度传感器元件43。而且在这种情况下，加热器45的温度传感器元件43布置成非常接近加热元件42。因此，在这种情况下，作为主动传感器元件的加热器也包括加热元件以及一个或更多个温度传感器元件。在这种情况下，加热器用于确定已经提及的介质的热物理性质。温度传感器元件43不对称地定位成垂直于流动方向并且接近加热元件42，以便尽可能多地减少流量对于测量的影响。通过测量AC温度信号的幅值和相位，可进行介质的热导率和比热容的计算。
此外，除了加热器45之外，第一传感器还包括两个弧形被动传感器元件44。这些被动传感器元件用于确定被测介质M的流速或流量。布置在加热器45上游和下游的传感器元件44能够确定流量和/或流速。
第二传感器12也可具有不同的实施例。图14示出了两个互连的悬臂，这两个悬臂可在沿着传感器的纵轴线且垂直于壁α延伸的平面外振动(诸如在图2和图10中所示)。可替换地，诸如在图15中所示，悬臂式臂也可布置在另一悬臂式臂上方，如在质量流量测量装置的侧视图中可见，其中，悬臂固定至壁α，诸如在图2和图10中所示。以这种方式，传感器表现为音叉。振动激励可通过电磁激励、压电激励、热激励(在双极特性的情况下)或静电激励而发生。
此外或可替换地，平面振动传感器元件也可用于悬臂元件。这些传感器元件可在第一部件的平面内振动，相应地在传感器芯片平面内振动。
第二传感器的检测部分优选地可为压阻式元件。也可使用用于检测传感器振动的其它装置，例如静电或光学检测装置。
图14和图15中示出的悬臂式臂以它们固有形式理想地联接在一起。这具有的特殊优点在于振动传感器元件的支撑不发生能量损失。
用于确定热物理性质的方法是基于量热原理。因此，如在叠加的DC电流供给加热器时，这可如通过第一传感器的上述实施例实现。
可通过测量由加热器产生的热的量以及通过测量位于加热器上游和下游的被动传感器元件的温差而发生量热确定。
在这种情况下，保持下列关系：
Figure GDA0002036637610000221
术语：
μ动力粘度[kg/ms]
ω角频率[rad/s]
Figure GDA0002036637610000222
相位[rad]
cp比热容
f频率[Hz]
k热导率[W/mK]
l特征长度[m]
Figure GDA0002036637610000223
热流[W]
ρ密度[kg/m3]
u流速[m/s]
T温度[K]
w位移[m]
Figure GDA0002036637610000224
温度幅值[K]
Figure GDA0002036637610000225
温度相移[rad]
Figure GDA0002036637610000226
位移幅值[m]
Figure GDA0002036637610000227
振动元件在激励与位移之间的相移
上述关系提供了具有5个待确定未知数的系统，这5个未知数为介质的热扩散率k、粘度μ、密度ρ、比热容cp和速度。所有其它常数通过测量确定或者为常数。
由于可发生自修正，所以从这些关系中实现了气体无关的热流量测量。这在介质替换的情况下或在介质成分改变的情况下是特别有利的。
为了从上述函数5确定质量流量ρu，应该确定热容cp，以便获得质量流量的自修正。这可通过函数1-4的方案发生。通过求解上述函数，可以确定四个性质的值，这提供了与被测介质相关的额外信息。以一般的形式示出了等式1-4。它们描述了第一传感器和第二传感器的频率响应。不同的研究人员提供了各种模型，以便确定这些函数。从现有技术的状态的上述科研论文中更详细地解释这些不同的模型，其中，在本发明的背景中清楚地引用了这些公开内容。
这些复杂的模型能以上述一般形式表示。
在图1-15中示出的质量流量测量装置优选地包括评估单元(未更详细地示出)。图16示出了方法架构，该方法可通过评估单元执行。评估单元无需绝对地与传感器机械连接，而是替代地，也可定位成与传感器分离并且例如通过线缆连接或无线连接等与该传感器通信。
评估单元可访问数据库101。该数据库被存储在评估单元内的数据存储器中。可替换地，它也可以是例如在外部服务器中的外部数据存储器，评估单元可从该外部服务器取回数据，评估单元相应地与该外部服务器连通。
评估单元可具有不同的操作模式，现将更详细地对其进行解释：
第一操作模式至少能够实现至少两种或更多种成分的气体和/或液体混合物或溶液的成分的浓度报告102、质量份额、体积份额和/或局部压力。
评估单元包括能访问上述数据库的计算单元103。数据库包括至少一个数据组的用于纯气体和/或液体的物理流体性质。这些数据组包括从密度、粘度、热导率和/或比热容中选择的至少两个流体性质。
然而，能够扩展到全部四个前述流体性质。此外，数据组还可包括在不同的压力和温度104下用于前述流体性质的数据。此外，也可配备用于两种或多种成分流体混合物的数据组，由此配备应用于液体和/或气体混合物或用于溶液(例如盐溶液)的数据组。因此，例如在二元气体混合物的情况下，可给出用于不同混合比例如1:9、2:8、3:7、4:6和5:5的密度、粘度、热导率、比热容和/或热扩散率。当然，也可给出类似数据以用于三元或四元液体和/或气体混合物。
传感器确定的可确定流体混合物的密度、粘度、热导率、比热容和/或热扩散率的测量值106通过传感器发送至评估单元，在评估单元转换成前述流体性质并与在数据库中配备的数据组相比较。
例如，在测量值或从该测量值计算的流体性质与特定数据组一致的情况下，可给出成分的份额或浓度。
上述传感器可特别地用于气体组分。因此，可通过同一个传感器确定密度、粘度、热导率和比热容。这使得能够特别有利于在没有预先了解的情况下直接确定成分的份额，相应地确定成分的浓度。
在由传感器提供的与流体性质有关的信息较少的情况下或者为了能够更精确地确定，可选择其它操作模式。
第二操作模式使得能够考虑预先了解105。例如，能够从开始在装置中明确气体混合物的所有或各个相关气体成分。在这种情况下，评估单元可仅查询存在对应的气体成分的数据组，从而更精确地进行估算并且具有较小的误差。
第二操作模式的第一子操作模式使得能够明确成分的数量107。这样，例如，评估单元可在小干扰的情况下排除气体混合物中的其它成分。
第二操作模式的第二子操作模式使得能够明确一种或更多种成分的类型108。这些成分可例如为甲烷。在这种情况下，仅下载具有含甲烷成分的气体混合物的多个数据组。
在其它操作模式中，用户可设定浓度规定109，例如，二氧化碳的最小浓度。评估单元可以被编程使得当由流体性质的比较所确定的浓度小于最小浓度时发生合理性查询。在这种情况下，这将表示测量的错误，并且在给定情况下，将被输出为错误报告111。
利用上述传感器变型，另外的选项是确定流体混合物的温度。优选地在确定正确数据组中考虑所确定的温度。这适用于压力。为此，例如，可提供另外的压力传感器。
评估单元还能进行过程控制。因此例如，在很大程度上能够例如通过压力控制阀使气体的第一成分改变，也对应地控制第二成分的浓度，以便满足预设状态，相应地满足由用户在考虑第二成分的最小浓度下设置的规定。
理论上能够从两个流体性质以上进行从测量值确定的流体性质与存储在数据库中的数据组之间的比较，其中，所述两个流体性质可选自密度、粘度、热导率、热扩散率和/或比热容或者能从它们推导出的物理变量。
可通过理想气体方程的应用或对于真实气体进行份额、浓度和/或局部压力的对应确定。在对于真实气体的情况下，可使用数学混合模型以及对应的软件程序，以便简化计算。
在给定的情况下，例如为了进行调节或为了提高精确度，可在计算浓度的情况下确定和考虑其它传感器110的测量值，由此例如确定和考虑流体混合物中的声速。已知各个超声流量测量装置已经可确定一些成分的浓度。可从申请人获得例如用于生物气体测量的命名为“Proline Prosonic B200”的对应的测量装置。
在下文中，将描述本发明的一些使用。在这种情况下，在本发明的相应应用中，可更换测量装置、分析装置和检测装置，它们根据其它测量原理工作并且具有局部大体的较大尺寸、制造更加昂贵或者易受干扰。可替换地，本发明的测量装置也可用于检验在相应应用中已经习惯的测量装置的功能。
根据本发明的测量装置用于确定具有已知组成成分的气体混合物的至少一种成分的浓度。实际上，这意味着在对应气体混合物的情况下，已知哪种类型的成分(例如，CO2、水蒸气、丙烷)包含在气体混合物中，然而，不是包含在气体混合物中的特定成分(例如水蒸气)达到何种程度。在这种情况下，蒸汽可以相同方式被认为是气体并且可以是气体混合物的成分。
前述气体混合物可优选地是二元和/或三元气体混合物。
一种成分优选地为具有少于4个C原子的链长的脂肪烃，特别是甲烷。许多测量装置不能足够精确地量化脂肪烃，特别是存在一氧化碳或二氧化碳的情况下。然而，在新的测量原理的情况下可以完成这种测量任务。
虽然所谓的“气体分析器”被实现为非常大并且在每种情况下部分地可确定气体混合物的仅一种成分的材料份额，但是本测量装置能够确定三元气体混合物的所有成分的浓度。
测量装置可特别地用于确定含有甲烷的气体混合物中的甲烷份额，特别是自然气体、填埋气体、生物气体和/或合成气体中的甲烷份额。
根据本发明，本测量装置也可确定可燃气体混合物特别是二元或三元气体混合物的热值。可燃气体混合物也包括含有甲烷的气体混合物，但不限于此。可燃气体成分也不限于作为可燃成分的烃类，而是替代地，例如氦、氢等也可为呈现为气体混合物中的可燃成分。
测量装置可用于对气体，例如，纯的或非常纯的气体，并且在给定的情况下为简单的气体混合物(例如，二元气体混合物)，进行检测和质量测试。该测量装置也可用于量化气体混合物。
除了这种量化以及对气体、气体混合物或气体混合物的各个成分的量化以外，测量装置可用于控制被测介质(特别是气态介质)的流量，其中，借助于控制设备进行控制，其中，根据第一热物理性质以及被测介质的密度操作控制设备。
本发明的测量装置可操作作为前述控制设备的变型的质量流量控制器或者被集成在该质量流量控制器中。
根据本发明，测量装置可用于控制介质流量，例如控制气体在燃烧设备的燃烧过程中的流入和流出，特别是氧气和可燃气体的供应和/或废气的流出。这意味着燃烧可被设定到预定范围，并由此关于热输出和/或材料消耗优化燃烧。由此，测量装置可用在燃烧设施中。
可替换地，测量装置所控制的燃烧设备可布置在内燃机中。在这种情况下，测量装置用于优化内燃机中的燃烧过程，特别地优化陆地车辆或水运工具的内燃机中的燃烧过程。由此，可优化污染物排放，并且燃烧过程与相应发动机的优化供应范围匹配。
此外或可替换地，测量装置也可用于分析燃烧设备的排放。分析结果可以是气体混合物的已知类型气体成分的某一份额超过限制值。
而且，在医药应用领域中的控制提供了其它机会。由此，根据本发明，上述测量装置可用于计量麻醉气体。
测量装置还可用于在提供潜水用气体的情况下调节各个成分的比率。
测量装置还可用在生物气体反应器中，特别地用于废气测量、污染气体监控和/或供应和排出气体的成分监控。
气相色谱仪本身是已知的。在许多模型中，像气相色谱柱一样的毛细管布置在测量室中。如果例如在气相色谱柱的连接位置存在泄露，则布置在测量室中的测量装置可检测这些泄露。
布置在色谱柱端部的(相应地在气相色谱柱之后的)测量装置还可进行载体气体与分析物的比率的监控。因此，确保了气相色谱柱不被分析物超载，使得最优地进行色谱分离。
测量装置也可通过确定被测介质的热性质、粘度和/或密度而在大气(特别是空气)中执行危险物质的检测，并且在给定的情况下，产生警告报告，其中，警告信号与气体类型匹配。在声学警告报告的情况下，声音序列可例如指示是否与爆炸的或有毒的危险物质有关。
而且，借助于测量装置监控具有限定比率成分的气体混合物或单一成分气体的纯度。应用的一种典型情况为例如检查六氟化硫SF6的纯度。
测量装置可体现为手持式装置，因此，该测量装置例如还用于在纯的和非常纯的气体的传输点处的质量控制，并且在给定的情况下，在不够纯的情况下输出警告报告。
本发明的测量装置的应用的另一情况涉及控制燃料电池中的燃料供应。
测量装置和应用的特殊优点在于，可通过测量装置实时进行第一热物理性质的确定和/或被测介质(M)的粘度μ和/或密度ρ的确定。
术语“实时”意味着，在测量值的记录和与多成分被测介质的至少一种成分或多种成分的流量、一种或多种热物理性质、粘度、密度、浓度、质量份额、体积份额和/或局部压力有关的输出值的输出之间的这种连接时间处于小于三秒特别是小于一秒的时间跨度中。
测量由此也可连续进行，并且可在小于三秒的前述最大时间段内例如输出至用户或过程控制站。

Claims (44)

1.一种用于确定至少两个流体性质的测量装置，
其中，所述测量装置具有至少一个第一部件(2，22)，在所述第一部件中设有一体式测量管道或者所述第一部件(2，22)与附加部件(3，7)连接而在所述测量装置中一体地形成测量管道(20)，
其中，所述测量管道(20)被设置用于引导被测介质(M)通过所述测量装置，
其特征在于，
所述第一部件(2，22)具有第一传感器(11，31，41)，所述第一传感器用于确定选自所述被测介质的热导率k、热扩散率α和/或比热容ρcp的第一热物理性质，所述第一传感器(11，31，41)包括至少一个传感器元件(11b，21)，所述传感器元件是可加热的并且所述传感器元件测量所述介质的温度，所述第一传感器(11，31，41)被附加地设置用于确定通过所述测量管道(20)的所述被测介质(M)的质量流量，以及
其中，所述测量装置具有第二传感器(12)，所述第二传感器振动并且被设置用于确定所述被测介质(M)的粘度μ和/或密度ρ，
其中，通过所述测量管道(20)把所述被测介质(M)从所述第一传感器(11，31，41)引导至所述第二传感器(12)，
其中，根据3-欧米伽方法或者通过评估温度信号的温度测量点的幅值和相位来进行至少一个热物理性质的确定，
其中，所述测量装置具有至少一个评估单元(8)，所述评估单元根据所述第一传感器和/或第二传感器(11，12，31，41)测量的测量值(106)确定至少所述被测介质(M)的热导率k、热扩散率α、比热容ρcp、粘度μ和/或密度ρ，
其中，所述评估单元(8)基于所述测量值(106)或由测量值确定的至少两个流体性质和数据组，确定多成分被测介质的至少一种成分的浓度、质量系数、体积系数和/或局部压力，所述数据组与流体性质和/或能够针对各个成分或者成分混合物从所述流体性质推导出的且与由所述第一传感器和所述第二传感器确定的流体性质对应的值有关，其中，第一流体性质选自被测介质的粘度和被测介质的密度，第二流体性质选自被测介质的热导率、被测介质的热扩散率或被测介质的比热容。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一传感器和第二传感器(11,12,31,41)布置在所述第一部件(2)上。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一传感器(11,31,41)具有加热器(11b,21,45)和至少两个被动传感器元件(11a,11c,23,24,44)。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述加热器(21，45)包括至少一个温度传感器元件(21D，43)和至少一个加热元件(21A-C,42)。
5.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述至少两个被动传感器元件(11a,11c)相对于所述加热器非对称地布置。
6.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述加热器(21，45)被周期性激励。
7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第二传感器(12)包括一个或更多个悬臂。
8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述悬臂被电磁激励以执行振动。
9.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述悬臂仅单侧固定，而第二端被布置成自由地振动。
10.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置被实现为与阀连接的手持式装置。
11.根据权利要求10所述的测量装置，其特征在于，所述阀是在DINISO 11117即2014年11月1日的现行版本中规定的阀。
12.用于利用根据权利要求1-11中任一项所述的测量装置确定被量介质的修正质量流量的方法，所述方法包括如下步骤：
a)确定所述被测介质(M)的热质量流量；
b)利用所述测量装置的第一传感器(11,31,41)确定选自所述被测介质的热导率k、热扩散率α和/或比热容ρcp的至少一个热物理性质；
c)通过振动的第二传感器(12)确定至少所述被测介质的密度和/或粘度，以及
d)基于所确定的所述被测介质(M)的热物理性质以及所述密度和/或粘度来修正所述被测介质(M)的热质量流量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，借助于至少一个评估单元(8)进行所述热质量流量的所述修正。
14.权利要求1-11中任一项所述的测量装置的用于确定气体或液体的产品特性和/或气体或液体混合物的成分的用途。
15.权利要求1所述测量装置的用于确定具有已知的组成成分的气体混合物的至少一种成分的浓度的用途。
16.根据权利要求15所述的用途，其中，所述气体混合物是二元和/或三元气体混合物。
17.根据权利要求15所述的用途，其特征在于，所述一种成分是链长小于4个C原子的脂肪烃。
18.根据权利要求16所述的用途，其特征在于，所述一种成分是链长小于4个C原子的脂肪烃。
19.根据权利要求18所述的用途，其特征在于，所述一种成分是甲烷。
20.根据权利要求16所述的用途，其特征在于，确定所述三元气体混合物的所有成分的浓度。
21.权利要求1所述的测量装置用于确定含甲烷的气体混合物中的甲烷份额的用途。
22.根据权利要求21所述的用途，其特征在于，所述含甲烷的气体混合物是天然气、填埋气、生物气和/或合成气。
23.权利要求1所述的测量装置用于确定可燃气体混合物的热值的用途。
24.根据权利要求23所述的用途，其特征在于，所述可燃气体混合物是二元或三元气体混合物。
25.权利要求1所述的测量装置的用于借助于控制设备控制被测介质的流量的用途，其中，根据所述被测介质的一个第一热物理性质和密度来操作所述控制设备。
26.根据权利要求25所述的用途，其特征在于，所述被测介质是气态介质。
27.根据权利要求25所述的用途，其中，所述控制设备是质量流量控制器。
28.根据权利要求25所述的用途，其中，所述介质的流量的控制包括控制在燃烧设备的燃烧过程中的气体的流入和流出。
29.根据权利要求28所述的用途，其中，所述介质的流量的控制包括控制在燃烧设备的燃烧过程中的氧气和可燃气体的供应和/或废气的流出。
30.根据权利要求28所述的用途，其中，所述测量装置布置在内燃机形式的燃烧设备中，并且所述测量装置被应用用于优化内燃机中的燃烧过程。
31.根据权利要求30所述的用途，其中，所述测量装置被应用用于优化陆运或水运交通工具的内燃机中的燃烧过程。
32.根据权利要求31所述的用途，其中，所述测量装置被应用于分析所述燃烧设备的排放。
33.根据权利要求25所述的用途，其中，所述测量装置被应用于在医疗应用中计量麻醉气体。
34.根据权利要求25所述的用途，其中，所述测量装置被应用于在提供潜水用气的情况下设定氮气与氧气的预定比率。
35.根据权利要求1所述的测量装置的用途，其中，所述测量装置被应用于废气测量、污染气体监控和/或在生物气反应器中的供应气体和排出气体的成分监控。
36.根据权利要求1所述的测量装置在气相色谱仪中的用途，所述用途用于检测载体气体的泄露和/或用于监控载体气体与分析物之间的比率。
37.根据权利要求1所述的测量装置的用途，所述用途用于检测大气中的危险物质4。
38.根据权利要求37所述的测量装置的用途，所述用途用于检测空气中的危险物质。
39.根据权利要求1所述的测量装置的用途，所述用途用于监控单一成分气体或具有限定成分比率的气体混合物的纯度。
40.根据权利要求1所述的测量装置的用途，所述用途用于控制燃料电池中的燃料供应。
41.根据权利要求14-40中的任一项所述的用途，其中，利用所述测量装置实时确定第一热物理性质和/或所述被测介质(M)的粘度μ和/或密度ρ。
42.一种操作根据权利要求1-11中任一项所述的测量装置的方法，用于在多成分被测介质中确定至少一种成分的浓度、体积份额、质量份额和/或局部压力，
其中，所述测量装置至少具有第一传感器(11，31，41)和第二传感器(12)，所述第一传感器用于确定选自所述被测介质的热导率k、热扩散率α和/或比热容ρcp的第一热物理性质，并且所述第二传感器用于确定所述被测介质(M)的粘度μ和/或密度ρ，
其特征在于以下步骤，
a)提供与被测介质的可能成分的类型有关的信息；
b)提供与流体性质有关的数据组，即，粘度、密度、热导率、热扩散率、比热容和/或能够针对各个成分或者成分混合物而由所述流体性质推导出来的且与由所述第一传感器和所述第二传感器确定的流体性质对应的值；
c)确定所述第一传感器和所述第二传感器的测量值，能够利用所述测量值推导出多成分被测介质的至少两个流体性质，其中，第一流体性质选自被测介质的粘度和被测介质的密度，第二流体性质选自被测介质的热导率、被测介质的热扩散率或被测介质的比热容；
d)基于测量值或由测量值确定的至少两个流体性质和数据组，确定所述多成分被测介质的至少一种成分的浓度、质量系数、体积系数和/或局部压力。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述测量装置是流量测量装置。
44.根据权利要求42所述的方法，其中，能够利用所述测量值计算出多成分被测介质的至少两个流体性质。
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