KR100857159B1

KR100857159B1 - 가스질 지시자를 포함하는 열 가스 유량계

Info

Publication number: KR100857159B1
Application number: KR1020057003015A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 매터; 롤프 루치싱거; 베아트 크래머; 브루노 삽바띠니
Original assignee: 이엠에스-패턴트 에이지
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2008-09-05
Also published as: US7399118B2; NO20050866L; AU2003290747B8; DE50209352D1; BR0313704A; EP1391703A1; EP1391703B1; WO2004018976A3; KR20050058449A; RU2005105041A; CA2496489A1; AU2003290747A1; WO2004018976A2; AU2003290747B2; ATE352770T1; JP4365787B2; RU2297601C2; US20060179936A1; JP2006501442A; NZ538262A

Abstract

본 발명은 가스 미터(1)에 의해 가스 소모량을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 질량 흐름 신호(S_M)를 결정하는 열 흐름 센서(1a) 및 에너지 측정 기구로서 사용되어 에너지 값 신호(S_E)를 방출시키는 교정 장치(calibrating device)를 구비하는 가스 미터(1)가 공지되어 있다. 본 발명을 따르면, 가연성 및 불연성 가스 혼합물(3)이 구별되는 한, 가스 유형은 가스 미터(1)에 의해 결정된다. 불연성 가스 혼합물(3)에 대해선, 가스 미터(1)는 표준 조건(1/min)하에서 질량 단위 또는 체적 단위로 교정되어 동작되고, 가연성 가스 혼합물(3)에 대해선, 에너지 단위(kWh)로 교정되어 동작된다. 실시 양태는 특히, 가스(3)의 파라미터(λ, α, c,

)를 측정하여 가스 유형을 결정하는 것을 포함하며; 열 흐름 센서(1a)와 동일한 구조의 가스질 센서(1a); 및 불연성 가스(3)에 대해선 보다 긴 측정 간격 및 가연성 가스(3)에 대해선 보다 짧은 측정 간격을 포함한다. 본 발명의 이점은 특히, 불연성 가스(3)와 고품질의 유용한 가스(3) 간을 자동 구별함으로써 신뢰할 수 있게 에너지를 측정하며; 조정 시도(manipulation attempts)를 인지하고; 심지어 발열량을 측정하지 않고도 자동으로 발열량을 추적한다.

가스 미터, 열 흐름 센서, 가연성 가스 혼합물, 불연성 가스 혼합물, 가스질 센서,

Description

가스질 지시자를 포함하는 열 가스 유량계{THERMAL GAS FLOWMETER COMPRISING A GAS QUALITY INDICATOR}

본 발명은 열 센서로 가스 흐름을 측정하는 분야에 관한 것이다. 이는 독립항의 전제부에 따라 질량 흐름(mass flow)을 측정하기 위한 방법 및 센서로 시작된다.

WO 01/96819A1에 에너지 미터로서 교정되는 가스 미터가 개시되어 있다. 이 교정은, 센서 수치가 게이지 가스(gauge gas) 또는 교정 가스(calibration gas)의 유량(flow rate)에 따라서 결정되고 가스 미터에서 센서 게이지 곡선 또는 센서 교정 곡선의 형태로 저장된다는 점을 토대로 한다. 이 센서 교정 곡선 또는 센서 신호값은 기초 가스 혼합물을 위한 신호 변환 팩터 및 발열량 팩터와 승산되어, 산출된 곱이 출력 단위로 그리고 적분 후엔 에너지 단위로 가스 소모를 표시하도록 한다. 부가적인 보정 팩터로 인해, 에너지 교정시에 적어도 근사적으로, 공급된 가스의 실제 발열량이 고려될 수 있다. 특정 타임스팬(timespan)에 걸쳐서 평균화된 측정된 발열량(heat value)은 실제 발열량으로서 사용될 수 있다. 이는 발열량을 결정하는데 외부 유닛을 필요로 하는 단점이 있다.

EP0373965호에 보정된 질량 흐름 신호로부터 가스 또는 에너지 소모를 결정 하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 신호 보정 동안, 가스의 열전도율, 비열, 및 밀도가 고려된다. 보정된 질량 흐름 신호 및 이로 인한 가스 또는 에너지 소모는 특히, 공기, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 메탄 및 프로판과 같은 가스 유형에 좌우된다. 서로 다른 발열량(예를 들어, 메탄 또는 프로판)을 지닌 가연성 가스가 동일한 질량 흐름 신호 및 심지어 불연성 가스(예를 들어, 헬륨, 아르곤, 이산화탄소 또는 공기)와 동일한 신호를 발생시키기 때문에, 이와 같은 신호의 표준화된 질량 흐름 신호가 가스 또는 가스 혼합물의 발열량에 영향을 받지 않는다는 단점이 있다.

미국 특허 제5,311,447호에 천연 가스의 비열 값의 무연소(combustionless) 결정을 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이를 위하여, 불활성 가스의 비열 값, 밀도 또는 비율은 실험식에 의해, 점성, 열전도율, 열용량, 광흡수 등의 측정된 값으로부터 결정된다. 다수의 독립적인 가스 유형-의존 값을 정량적 측정시에 그리고 이들 값 모두가 수집될 때, 소모된 에너지 량을 결정하기 위하여 가스 미터로 체적 흐름 측정하는 것은 측정 및 계산 복잡성이 높게 되는 단점이 있다.

WO 01/18500에 2개의 CMOS 풍력계(anemometers)를 지닌 개선된 질량 유량계가 개시되어 있다. 일정한 열용량의 경우엔, 정적 가스(static gas)에 대해 열전도율이 측정되고, 펄싱된 열용량의 경우엔, 열용량이 측정되며, 가스가 식별되고 질량 흐름 측정과 함께 이 가스의 비열 값으로부터 가스의 총 발열량이 결정된다. 질량 흐름 값 및 비열값 각각으로부터 소모된 에너지 량을 결정할 때 또다시 복잡성이 상당히 높게되는 단점이 있다. 게다가, 에너지 공급에 대해 충분한 정밀도로 결 정하기 위한 비열 값은 상당히 높은 정밀도로 지속적으로 측정되어 야만 된다.

본 발명의 목적은 유량을 결정하는 방법 및 장치에서, 개선된 교정 성능을 성취하고자 하는 것이다. 이 목적은 독립항의 특징부에 의해 본 발명에 따라서 성취된다.

제1 양상에서, 본 발명은 가스 미터에 의해 가스 소모 측정, 특히 사적, 공적 또는 산업 영역에서 계량가능한 가스 에너지 공급을 측정하는 것이며, 센서 신호값은 열 흐름 센서에 의해 가스 미터로 결정되는 유량에 근본적으로 비례하고 에너지 미터로서 가스 미터의 교정을 토대로 에너지값으로서 출력되며, 가스 유형은 불연성 가스 혼합물이 가연성 가스 혼합물과 구별되는 한 가스 미터에 의해 결정되며, 가스 미터는 불연성 가스 혼합물의 존재시 질량 및 표준 체적 단위로 교정되어 동작되고 가연성 가스 혼합물의 존재시 에너지 단위로 교정되어 동작된다. 에너지 미터로서의 동작은 또한 교정을 포함하고, 출력 미터로서의 동작은 출력값의 출력을 포함한다. 본 발명을 따른 방법 및 가스 미터는 각종 이점을 제공한다. 가스가 흐르는 동안 고품질의 유용한 가스 및 불연성 가스 간의 복잡성을 낮추면서 정확하게 구별할 수 있기 때문에, 에너지 측정의 신뢰성은 상당히 증가된다. 특히, 불연성 교정 가스, 전형적으로 질소 또는 공기와 기초 가스 혼합물 또는 측정될 가스 간의 구별이 자동적으로 행해지고, 자동 스위치는 질량 또는 체적 스케일로부터 에너지 스케일까지 수행된다. 동작하고 있지 않을 때, 동작중에, 미터의 조정중에 또는 또 다른 이유로 상기 구별은 또한 유효하게 됨으로써, 공기 또는 이와 유사한 것과의 접촉에 의한 에너지 측정이 잘못되지 않도록 한다. 질량, 체적 또는 에너지 단위로의 교정 동작은 특히, 이들 단위로 신호 출력 및/또는 신호 디스플레이하는 것을 포함한다.

제1 실시예에서, 가스 혼합물중 적어도 하나의 가스 유형-의존 파라미터, 특히 열전도율(λ) 및 열용량(c) 또는 점성(

)과 같은 열계수가 열 가스질 센서 및 공지된 가스 또는 가스 혼합물을 위한 파라미터의 공지된 값들의 비교에 의해 결정되는데, 가스 혼합물은 가연성 또는 불연성으로서 식별된다. 그러므로, 가연성/불연성간의 디지털 판정을 행하여 상응하는 교정이 작동되도록 하는데 가스 유형 또는 조성물에 대한 대략적으로 인지하는 것만으로도 충분하게 된다.

제3항에 따른 실시예는 특히, 간단한 센서 구성 및 신호 평가의 이점을 갖는다. 온도 신호들의 합계는 가스 유형-특정 파라미터 또는 열 계수를 결정하는 신호가 흐름 방향 및 있을 수 있는 온도 센서의 비대칭 배열과 관계하지 않도록 한다. 상류(upstream)에 배치된 온도 센서만을 사용할 때보다 큰 신호가 또한 성취된다.

제4항 및 제5항을 따른 실시예는, 가연성으로서 그리고 계량가능한 에너지를 공급하는데 적합하거나 불연성으로서 그리고 계량할 수 없는 질량 흐름으로서 높은 신뢰성으로 제공된 가스 또는 가스 혼합물을 분류하는데 간단한 계산 사양만으로도 충분하게 되는 이점을 갖는다.

제6항을 따른 실시예는 측정 정밀도를 상실함이 없이 효율적으로 가스 미터의 현재 요구조건을 감소시킬 수 있는 이점을 갖는다.

제7항을 따른 실시예는, 에너지 단위 및 질량 또는 체적과 같은 다른 흐름 단위로 교정간에서 스위칭이 수행될 때, 전체 가스 에너지 소모량 또는 에너지 공급량을 또한 정확하게 결정할 수 있는 이점을 갖는다.

제8항을 따른 실시예는, 예를 들어 질량 또는 표준 체적 단위로 중단됨이 없이 흐름 측정이 선택적으로 지속되어 총 체적 흐름을 결정하거나, 예를 들어 단지 불연성 가스가 흐르는 경우에만 적분되어 가스 순환이 클로우즈(close)될 때 가연성 가스를 공급하기 위하여 상보적인 제어값을 발생시키거나, 각 교정의 스위칭 후, 에너지 공급 동안 중단시키기 위하여 다시 초기화되는 이점을 갖는다.

제9항을 따른 실시예는 특히 가스 미터에 대한 조정 시도가 손쉽게 검출될 수 있는 이점을 갖는다.

제10항을 따른 실시예는, 심지어 가스 또는 가스 혼합물의 현재 비열 값의 어떠한 외적 또는 내적 결정 없이도, 자동 발열량 추적을 수행하는 이점을 갖는다.

제2 양상에서, 본 발명은 상술된 방법을 따른 가스 에너지 공급량을 결정하는 열 질량 흐름 센서(thermal mass flow sensor)를 지닌 가스 미터에 관한 것이다. 가스 미터는 열 흐름 센서를 포함하여, 에너지 단위로 에너지 미터에 따라서 또한, 질량 또는 표준 체적 단위로 질량 유량계에 따라서 교정되고, 판별 신호, 특히 가스 유형-의존 파라미터 또는 열 계수를 발생시켜 불연성 가스 혼합물로부터 가연성 가스 혼합물을 구별하는 가스질 센서를 갖고, 에너지 미터 또는 질량 유량계에 따른 동작간에서 판별 신호를 토대로 전환된다. 그러므로, 가스 미터는 저장 동안 또는 질량 유량계로서 또는 부가적인 밀도 측정에 의한 체적 유량계로서 동작하지 않을 때 교정 목적을 위하여 그리고 에너지 미터로서 측정 또는 계량 목적을 위하여 교정된다. 공기가 검출되면 동작 동안 계량은 행해지지 않는다. 대신에, 흐름 측정은 질량 또는 체적으로 수행될 수 있다.

제12-15항에 따른 실시예는 특히 가스 미터의 구성 및 동작을 간단하게 할 수 있다. 특히, 공기와의 반복 접촉(recurrent contact)이 검출되면, 동작 동안 가스 미터에 대한 조정 시도가 검출될 수 있다.

본 발명의 부가적인 실시예, 장점 및 응용이 종속항과 이하에 언급될 설명 및 도면에 나타나 있다.

도1은 에너지 및 수량 미터(quantity meter)로서 본 발명에 따른 이중 교정된 가스 미터의 구성요소인 열 흐름 센서를 지니며 흐름을 겪는 파이프의 단면도.

도2는 가스 비열 전달 계수를 결정하는 온도 합계 신호를 도시한 도면.

도3은 교정 가스 및 기초 가스 혼합물(유용한 가스) 간의 전이(transition)에 대한 교정 곡선을 도시한 도면.

도4는 천연 가스에 대한 가스 파라미터의 표.

도면 전체에서 동일한 부품에는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.

도1은 흐름 채널 또는 파이프(2)에 배치된 센서 소자(1a)를 구비하는 열 흐름 또는 질량 유량계(1a, 1b, 7), 멤브레인(1b) 및 측정 및 평가 유닛(7)을 지닌 가스 미터를 도시한 것이다. 흐름 및 속도 프로필(4)을 지닌 가스(3)는 파이프(2)에서 흐른다. 센서 소자(1a)는 측정될 유속(v)에 좌우된다. 흐름 센서(1)는 가열 소자(6), 상류의 제1 온도 센서(5a) 및 하류의 제2 온도 센서(5b)를 구비한다. 온도 센서(5a, 5b)의 온도 신호(T₁, T₂)로부터, 질량 흐름 또는 표준 체적 흐름 신호(S_N)는 공지된 방식으로 결정될 수 있다. 기본 동작 모드는 가열 소자(6)에 의해 발생되는 흐름(4)을 통한 온도 분포가 비대칭이고 온도 센서(5a, 5b)에서 온도차(T₁-T₂)는 흐름 속도(v) 또는 질량 흐름(dm/dT)의 측정치로서 사용된다. 양호한 근사화로, 질량 흐름 신호(S_M)는 온도차(T₁-T₂)에 비례한다. 이 경우에, 게다가 측정 수단(7)에 의해 질량 흐름 신호(S_M) 또는 일반적으로 흐름 센서(1a)의 센서 신호(S)로부터, 에너지 값 신호(S_L)는 가스 미터(1)의 교정을 토대로 에너지 미터로서 결정되어 출력된다. 에너지 미터로서의 교정은 WO 01/96819A1에 개시되어 있으며, 이의 전반적인 내용이 본원에 참조되어 있다. 마찬가지로, J. Robadey 및 F.Mayer 등에 의한 CMOS 풍력계에 관한 3가지 품목이 참조되어 있다. 후술되는 CMOS 풍력계는 특히 흐름 센서의 센서 소자(1a)로서 적합하다.

본 발명을 따르면, 불연성 가스 혼합물(3)이 가연성 가스 혼합물(3)과 구별되는 한 가스 유형이 가스 미터(1)에 의해 결정되고, 불연성 가스 혼합물(3)의 존재시 가스 미터(1)는 질량 또는 표준 체적 단위, 예를 들어 1/min로 교정되어 동작되고, 가연성 가스 혼합물(3)의 존재시 에너지 또는 출력 단위, 예를 들어, kWh로 교정되어 동작된다.

2개의 온도 센서(5a, 5b)를 지닌 흐름 센서(1a) 대신에, 특히 CMOS 중력계 대신에, 에너지 및 질량 유량계로서 가스 미터(1)의 동작 성능에 대해선, 일반적으로, 온도 변경용 가열 수단 및 온도 결정용 센서 수단을 지닌 센서 소자를 통해서 가스(3)를 안내하는데 열 흐름 센서가 또한 사용될 수 있는데, 흐름-의존 온도 변경이 질량 흐름을 측정한다. 대안적으로, 열 흐름 센서(1a)는 또한 하류에 배치되는 단지 하나의 온도 센서(5a)로 동작될 수 있다. 일반적으로, 질량 흐름(dm/dt)은 질량 또는 표준 체적 단위, 예를 들어 kg/min으로 표시될 수 있거나, dm/dt=p*dV/dT에 따라서 체적 흐름 dV/dT로부터 밀도(ρ)로 결정될 수 있다. 가스 미터(1)에서, 신호 출력은 판독 또는 중앙 평가 유닛(도시되지 않음)으로의 신호 디스플레이 및/또는 신호 전송을 의미한다.

WO 01/96819 A1을 따르면, 센서 신호는 교정 가스(3), 전형적으로 질소(N₂) 또는 공기로 측정되며, 상기 센서 신호는 근본적으로 교정 가스(3)의 표준 체적 흐름 속도(d(V_N2,_n)/dt)에 비례한다. Sd(V_N2,_n)/dt를 반전시킴으로써, Sd(V_N2,_n)/dt로 사전에 지정된 센서 교정 곡선(F(S))은 결정되어 가스 미터(1)의 평가 유닛(7)에 저장된다. 그 후, 동작중에, 센서 신호(S)는 센서 교정 곡선(F(S))에 의해 F(S) 또는 간단히 S_m=F(S)에 비례하는 (보정되지 않은) 질량 흐름 신호(S_m)로 교정된다. 그러므로, 흐름 속도의 교정은 정상 조건하에서 교정 가스에 대한 센서 교정 곡선(F(S))으로 표현될 수 있다. 질량 흐름 속도 신호(S_m)는 여전히 가스 유형에 좌우된 다. 그러므로, 기초 혼합물, 전형적으로 천연 가스 또는 일반적으로 탄화수소 혼합물(CH)에 대한 정확한 이상적인 값으로부터 질량 흐름 속도 신호(S_m)의 편차는 신호 변환 팩터 또는 센서 신호 보정 팩터(f_N2-CH)로 보정된다(도3). 따라서, S_M=S_m*f_N2-CH=F(S)는 S_m=보정된 질량 흐름 속도 신호로 가해진다. 최종적으로, 에너지 값 신호(S_E)는 기초 가스 혼합물의 발열량(H_CH)(흐름값 단위당, 즉 표준 체적당 또는 질량당 열량측정 값)와 승산되고 적분됨으로써 결정된다.

기초 가스 혼합물(CH)에 대한 이 에너지 교정으로부터 시작하면, 현재로서는 더이상 가스 혼합물의 현재 발열량을 측정할 필요가 없다. WO 01/96819 A1에 따르면, 기초 가스 혼합물(CH)로부터 현재 가스 혼합물(3)의 편차가 있는 경우에, 자동 고유 발열량 추적은 열 흐름 센서(1a), 특히 CMOS 풍력계에서 실행된다. 그러므로, 가스(3)의 유형 및/또는 조성물을 대략적으로 인지하여 가연성 또는 계량가능한 가스(3)가 공급되는지에 대한 디지털 판정을 행하며, 또는, 현재 발열량과 관계하는 상대적으로 신뢰할 수 있는 에너지 측정이 발열량 측정함이 없이 실행되는 경우에, 불연성 또는 적어도 계량할 수 없는 가스 공급의 흐름을 측정하도록 한다.

WO 01/96819 A1 또는 공개되지 않은 EP 출원 제 01 810 546.0(이의 전반적인 내용이 본원에 참조되어 있다)에 따르면, 적절한 시간 평균이 또한 측정값 S, F(S), f_N2 _-CH 및 H_CH과 이로부터 도출되는 값에 대해 사용될 수 있다.

예를 들어, 가스 혼합물(3)의 적어도 하나의 가스 유형-의존 파라미터(λ, c, α)(확산율),

(점성), 특히 열 전도율(λ) 및/또는 열용량(c)과 같은 열 계수 (λ, c, α)는 열 가스질 센서(1a)에 의해 그리고 공지된 가스 또는 가스 혼합물에 대한 파라미터 (λ, c, α,

)의 공지된 값과 비교됨으로써 결정되는 것이 바람직한데, 상기 가스 혼합물(3)은 가연성 또는 불연성으로서 식별된다.

열 흐름 센서(1a)로 열 전도율 측정에 대한 상세한 분석이 이하에 제공된다상대 밀도 변경

(v=유속 및 c₀=음속으로서, 전형적인 값은 v

3m/s 및 c₀

300m/s이다)이 10^-4의 범위여서 무시할 수 있기 때문에, 상대 밀도 변경 측정될 가스(3)는 거의 압축될 수 없다라고 추정될 수 있다. 비압축 가스(3), 즉 v<<c₀ 및 무시되는 점성 소산(viscous dissipation)에 대해서, 대류를 포함하는 열 전달은 대류항(convective term)을 가산함으로써 고정 열 출력 식(stationary heat output equation)으로부터 도출될 수 있다. 가스(3)의 열원 없이 x-방향에서 흐름 채널(2)에 대하여, 강제 대류로 인한 열 출력식은 다음과 같이 된다.

식 1

T=T(x, y, z)는 가스(3)에서의 고정 온도 필드(stationary temperature field), λ=열전도율, v_x=x-방향에서 유속, c_p=열용량 및 ρ=가스(3)의 밀도이다. 무시할 수 있는 대류 v_x

0에 대해서, 고정 확산식, 즉

식 2

이 적분되고 적분 상수(열 흐름 j≠0, 즉 가스(3)에 열원이 없음)를 위한 정확한 경계값(boundary values)이 사용되어, 열전도율(λ)을 결정한다. 무시할 수 없는 대류 v_S>0에 대해선, 역 열 확산율 α^-x=c_pρ/λ이 v_x가 공지될 때 상기 식(수학식 1)으로부터 결정될 수 있다.

상기 식(수학식 1)은 공지된 열 계수(λ, c_p, α)를 사용하여 천연 가스(프로판(C₃H₈), 에탄(C₂H₆), 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 질소(N₂), 및 헬륨(He))의 전형적인 가스 성분에 대한 CMOS 구성에서 도1을 따른 흐름 센서(1a)에 대한 유한 요소 계산에 의해 풀어진다. 도2에서, 이들 천연 가스 성분에 대한 이 결과의 온도 합(T₁+T₂)은 유속(v_x)의 함수에 따라서 도시된다. 아래에 놓인 열 전도율(λ)(도4 참조)이 충분히 다른 값을 갖기 때문에, (근사 범위 0...20ml/min, 특히 0...5ml/min에서) 작은 v_x에 대한 온도 합(T₁+T₂)은 뚜렷하게 구별할 수 있다. 그러므로, 종래의 흐름 센서(1a)에 대해서, 가스 유형의 측정으로서, 특히 가연성 및 불연성 또는 계량할 수 없는 가스(3) 간을 구별하기 위한 가스 구별 신호로서 단지 온도 센서(5a, 5b)의 합계 신호를 사용하는 것만으로도 충분하게 된다. 또한, 단지 제1 온도 센서(5a)의 온도 신호로부터 그리고 심지어 단지 제2 온도 센서(5b)의 변화가 적은 온도 신호로부터, 가스 유형-의존 열 계수(λ, c, α)가 결정될 수 있다. 특히, 흐름 방향에서 열 전달을 토대로 어느 온도 센서(5a, 5b)가 가장 먼저, 즉 상류에 위치되는지 그리고 어느 온도 센서가 두번째, 즉 하류에 위치되는지가 항상 결정될 수 있다. 또한, 보다 큰 유속(v_x>>0)에 대해서, 아래에 놓인 확산율 값(α) 및/또는 열 용량(c_P) 또는 일반적으로 c가 상이하기 때문에, 온도 곡선(T₁+T₂) 또는 단지 T₁만이(도시되지 않음) 가스 유형-의존되고 구별될 수 있다. WO 01/18500을 따르면, 서두에 언급된 바와 같이, 열 전도율(λ)은 또한 일정한 열, 출력를 지닌 정적 가스를 토대로 또는 이와 달리 측정될 수 있으며, 펄싱된 열 출력의 경우에, 열 용량(c) 또는 c*ρ가 측정될 수 있다. 이를 위하여, 일정한 열 출력을 갖는 가열 수단은 열 펄스 형태로 동작되며, 흐름-무관 열 전도율(λ) 또는 열 용량(c)형태는 적어도 일시적으로 측정될 수 있다.

도4는 전형적인 천연가스 성분, 즉 메탄, 에탄, 프로판, 산소, 수소, 일산화탄소(가연성) 및 이산화탄소, 질소, 물 및 헬륨(불연성)의 열 계수(λ, c_p, α) 및 특정 밀도(ρ)를 지닌 표를 도시한다. 바람직한 실시예에서, 측정된 열 전도율(λ)은 ±10%, 바람직하게는 ±5%, 특히 바람직하게는 ±2%의 허용오차를 고려하면서, 질소, 산소, 또는 공기에 대해서 0.026W/mK의 절대값, 특히 질소에 대해선 0.0260W/mK, 산소에 대해선 0.0263W/mK, 또는 공기에 대해선 0.0261W/mK, 이산화탄소에 대해선 0.1168W/mK의 절대값에 대응하는 열 전도율 값에 일치되는지 테스트된 다. 일치하는 경우에, 가스 혼합물(3)은 불연성으로서 분류되고, 가스 미터(1)의 신호 출력(8)은 질량 또는 표준 체적 단위, 예를 들어 1/min으로 교정되는 스케일(8b)로 동작된다. 일치하지 않는 경우에, 가스 혼합물(3)은 가연성으로서 분류되고 가스 미터(1)의 신호 출력(8)은 에너지 단위, 예를 들어 kWh로 교정되는 스케일(8a)로 동작된다.

대안적으로 또는 부가적으로, 측정된 열용량(c 또는 c_p)은 ±10%, 바람직하게는 ±5%, 특히 바람직하게는 ±2%의 허용오차를 고려하면서,1300J/kgK의 절대값에 대응하는 임계값과 비교된다. 임계값보다 아래에 놓일 때, 가스 혼합물(3)은 불연성으로서 분류되고 가스 미터(1)의 신호 출력(8)은 질량 또는 표준 체적 단위로 교정되는 스케일(8b)로 동작된다. 임계값을 초과시, 가스 혼합물(3)은 가연성으로서 분류되고 가스 미터(1)의 신호 출력(8)은 에너지 단위로 교정되는 스케일(8a)로 동작된다.

가스 미터(1)가 가연성 가스(3), 특히 천연 가스 또는 불연성 가스, 특히 질소 또는 공기와 접촉하는지가 주기적으로 테스트되는 것이 바람직하다. 센서 신호(S; S_m, S_E)를 결정하는 측정 간격은 불연성 가스 혼합물(3)의 존재시에 크게되도록 , 특히 1분 또는 이 보다 길게 되도록 선택되고, 가연성 가스 혼합물(3)의 존재시 작게되도록, 특히 10초 또는 이 보다 짧게되도록 선택된다.

소모되는 공급 가스 에너지는 가스 미터(1)에서 적분되고, 질량 또는 표준 체적 단위로 교정을 스위칭할 때, 중간에 저장되고, 다시 에너지 단위로 스위칭될 때, 시작값으로서 사용될 수 있다. 다른 한편으로, 유량(S_N)은 에너지 단위로 교정을 스위칭할 때, 더욱 증가될 수 있고, 특히 출력이 증가되거나, 적분된 유량은 중간에 저장되고, 특히 출력이 저장되고, 질량 또는 표준 체적 단위로 스위칭될 때 시작값으로서 사용되거나 시작값으로서 다시 제로로 설정될 수 있다.

지시자 또는 디스플레이(9)에 의해, 가스 미터(1)가 공기 또는 천연 가스와 접촉하는지 또는 공기와 천연 가스의 혼합물과 접촉하는지가 표시될 수 있다. 게다가, 가스 미터(1)의 오류 설정으로 인해, 질량 또는 표준 체적 단위가 표시될 수 있고, 에너지 단위는 단지 유용한 가스, 특히 천연 가스와 우선 접촉시 표시될 수 있다. 또한, 우선적으로 가스 미터(1)의 초기화에 의해, 특히, 어셈블리 동안, 이 교정은 질량 또는 표준 체적 단위 또는 공기로부터 에너지 단위 또는 천연 가스로 자동적으로 스위칭될 수 있다. 최종적으로, 공기,천연 가스 및 또다시 공기와 접촉시, 가스 미터(1)의 조정 지시자(10)가 작동될 수 있다.

본 발명은 또한, 상술된 요지의 방법을 구현하기 위한 가스 미터(1)를 갖는다. 열 흐름 센서(1a) 및 가스질 센서(1a)는 동일한 센서 구성을 갖고, 특히 동일하게 되는 것이 바람직하다. 그 후, 가스 미터(1)에서, 가스 혼합물(3)의 열 계수(λ, c_p, α) 및 센서 신호값(S; S_m, S_M, S_E)은 동일한 열 센서(1a)로, 특히 열선(heating wire)(6) 및 상류에 배치된 하나 이상의 온도 센서(5a)와 선택적으로 하류에 배치된 하나 이상의 온도 센서(5b)를 지닌 CMOS 풍력계(1a)로 측정된다. 측정된 질량 유량이 규정가능한 임계값보다 아래로 떨어지면, 열 흐름 센서(1a)는 가스 질 센서(1a)로서 동작 될 수 있다. 대안적으로, 가스질 센서(1a)는 일정한 유량, 특히 확장가능한 정적 가스(3)를 지닌 영역에 배치될 수 있다.

도1을 따르면, 가스 미터(1)는 가스질, 특히 교정 가스(3) 또는 유용한 가스(3), 바람직하게는 공기, 천연 가스 또는 공기/천연 가스 혼합물의 존재에 대한 지시자 또는 디스플레이(9); 불연성 가스(3), 특히 교정 가스(3), 가연성 가스 또는 유용한 가스(3) 및 또 다시 불연성 가스(3), 특히 환경 가스(3)와의 접촉이 변경시 작동될 수 있는 조정 지시자(10); 에너지 소모값(S_E) 및 질량 유량 값(S_M)을 결정하는 측정 및 평가 유닛(7); 및, 에너지 소모값(S_E) 및 질량 흐름 값 또는 표준 유량 값(S_M)을 저장하는 개별적인 바람직한 데이터 메모리(7b, 7c)를 포함한다. 계산 유닛(7a)은 또한, 공지된 가스의 공지된 열 계수(λ, c_p, α), 밀도(ρ) 또는 점성(

)을 위한 데이터 메모리; 측정된 열 계수 (λ, c_p, α), 밀도(ρ) 또는 점성(

)을 저장되거나 저장된 값으로부터 보간된 것들과 비교하는 계산 수단; 및, 가스 혼합물(3)을 가연성 또는 계량가능한 또는 불연성 또는 계량될 수 없는 것으로설 결정하는 계산 수단을 포함한다.

참고 목록

1. 가스 미터

1a 열 질량 흐름 센서, CMOS 센서

2 흐름 채널, 파이프

3 가스;천연 가스; 게이지 가스, 교정 가스

4 흐름 프로필

5a, 5b 제1, 제2 온도 센서, 열전소자

6 가열 소자, 열선

7 측정 및 평가 유닛

7a 계산 유닛

7b 에너지 소모값을 위한 데이터 메모리

7c 흐름값을 위한 데이터 메모리

8 신호 출력, 디스플레이

8a 질량/표준 체적 단위로 교정된 스케일

8b 에너지 단위로 교정된 스케일

9 가스질 지시자, 디스플레이

10 조정 지시자, 디스플레이

CH 천연 가스, 기초 가스 혼합물

f_N2 _-CH 센서 신호용 보정 팩터

F(S) 센서 교정 곡선

H_CH 발열량

λ 열 전도율

c, c_p 비열

ρ밀도

α확산율

점성

S 센서 신호

S_m 게이지 가스 또는 교정 가스에 대한 질량 흐름(레이트) 신호

S_M 기초 가스 혼합물에 대한 질량 흐름(레이트) 신호

S_E 에너지 값 신호

T₁, T₂ 온도

v, v_x 유속

dV/dT0 체적 유량

Claims

가스 미터(1)에 의해 가스 소모를 측정하는 방법으로서, 유량에 비례하는 센서 신호(S)가 열 흐름 센서(1a)에 의해 가스미터(1)로 결정되고 상기 센서 신호(S)는 에너지 미터로서 상기 가스 미터(1)의 교정을 토대로 에너지값 신호(S_E)로서 출력되는 가스 소모 측정 방법에 있어서,

a) 가스 유형은 불연성 가스 혼합물(3)이 가연성 가스 혼합물(3)과 구별되는 한 가스 미터(1)에 의해 결정되고, 및

b) 상기 가스 미터(1)는 불연성 가스 혼합물(3)의 존재시 질량 또는 표준 체적 단위(1/min)로 교정되어 동작되고 가연성 가스 혼합물(3)의 존재시 에너지 단위(㎾h)로 교정되어 동작되는 것을 특징으로 하는 가스 소모 측정 방법.
제1항에 있어서,

a) 열 가스질 센서(1a)에 의해 상기 가스 혼합물(3)의 적어도 하나의 가스 유형-의존 파라미터(λ,c,α,η)가 결정되고, 및

b) 공지된 가스 또는 가스 혼합물에 관한 파라미터(λ,c,α,η)의 공지된 값과의 비교에 의해 상기 가스 혼합물(3)이 가연성 또는 불연성으로서 식별되는 것을 특징으로 하는 가스 소모 측정 방법.
제2항에 있어서,

a) 상기 열 흐름 센서(1a)와 상기 가스질 센서(1a)는 동일한 센서 구성을 가지고, 상기 가스 혼합물(3)은 제1 온도 센서(5a), 가열 소자(6) 및 제2 온도 센서(5b)를 통해서 안내되고, 및

b) 상기 온도 센서들(5a,5b)의 온도 신호들의 차로부터 질량 흐름 신호(S_M)가 결정되고, 상기 온도 신호들의 합(T₁＋T₂)으로부터 또는 제1 온도 센서(5a)만의 온도 신호로부터 가스 유형-의존 열 계수(λ,c,α)가 결정되는 것을 특징으로 하는 가스 소모 측정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

a) 측정된 열 전도율(λ)은 ±10%의 허용오차를 고려하면서 질소, 산소, 또는 공기에 관한 0.026W/mK의 절대값에 대응하는 열 전도율 값에 일치되는지 시험되고,

b) 일치하는 경우, 상기 가스 혼합물(3)은 불연성으로서 분류되고 상기 가스 미터(1)의 신호 출력(8)은 질량 또는 표준 체적 단위(1/min)로 교정되는 스케일(8b)로 동작되고, 및

c) 일치하지 않는 경우, 상기 가스 혼합물(3)은 가연성으로서 분류되고 상기 가스 미터(1)의 신호 출력(8)은 에너지 단위(㎾h)로 교정되는 스케일(8a)로 동작되는 것을 특징으로 하는 가스 소모 측정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

a) 측정된 열용량(c)은 ±10%의 허용오차를 고려하면서 1300J/㎏K의 절대값에 대응하는 임계값과 비교되고,

b) 상기 임계값보다 낮을 경우, 상기 가스 혼합물(3)은 불연성으로서 분류되고 상기 가스 미터(1)의 신호 출력(8)은 질량 또는 표준 체적 단위(1/min)로 교정되는 스케일(8b)로 동작되고, 및

c) 상기 임계값보다 높을 경우, 상기 가스 혼합물(3)은 가연성으로서 분류되고 상기 가스 미터(1)의 신호 출력(8)은 에너지 단위(㎾h)로 교정되는 스케일(8a)로 동작되는 것을 특징으로 하는 가스 소모 측정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

a) 상기 가스 미터(1)가 가연성 가스(3)와 또는 불연성 가스(3)와 접촉하는지가 주기적으로 시험될 수 있거나, 또는

b) 센서 신호(S)를 결정하기 위한 측정 간격이 불연성 가스 혼합물(3)의 존재시 길어지도록 선택되고 가연성 가스 혼합물(3)의 존재시 짧아지도록 선택되는 것을 특징으로 하거나, 또는 상기 a) 및 b) 모두를 특징으로 하는 가스 소모 측정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 소모되는 가스 에너지의 양이 상기 가스 미터(1)에서 적분되고, 질량 또는 표준 체적 단위(1/min)로 교정을 전환시 중간에 저장되고, 에너지 단위(㎾h)로 다시 전환시 시작값으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 소모 측정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유량(S_M)은 상기 가스 미터(1)에서 질량 또는 표준 체적 단위(1/min)로 적분되고,

a) 상기 유량(S_N)은 에너지 단위(㎾h)로 교정을 전환시 더 증가되거나, 또는

b) 상기 적분된 유량은 중간에 저장되고, 질량 또는 표준 체적 단위(1/min)로 다시 전환시 시작값으로서 사용되거나 시작값으로서 제로로 재설정되는 것을 특징으로 하는 가스 소모 측정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

a) 지시자 또는 디스플레이(9)에 의해, 상기 가스 미터(1)가 공기 또는 천연 가스와 접촉하는지 또는 공기와 천연 가스의 혼합물과 접촉하는지가 표시되거나,

b) 상기 가스 미터(1)의 오류 설정으로 인해, 질량 또는 표준 체적 단위(1/min)가 표시되고, 에너지 단위(㎾h)는 유용한 가스와 처음 접촉시에만 표시되거나,

c) 상기 가스 미터(1)의 처음 초기화에 의해, 상기 교정은 질량 또는 표준 체적 단위(1/min) 또는 공기로부터 에너지 단위(㎾h) 또는 천연 가스로 자동적으로 전환되거나, 또는

d) 공기, 천연 가스 및 다시 공기와 접촉시, 상기 가스 미터(1)의 조정 지시자(10)가 작동되는 것을 특징으로 하거나, 또는 상기 a) 내지 d)로 이루어진 그룹에서 선택되는 임의의 조합을 특징으로 하는 가스 소모 측정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 교정 가스(3)의 유량을 따르는 센서 신호(S)는 에너지 미터로서 상기 가스 미터(1)의 교정을 위하여 결정되고 센서 교정 곡선(F(S))의 형태로 상기 가스 미터(1)에 저장되며, 상기 센서 교정 곡선(F(S))은 기초 가스 혼합물(CH)에 관한 신호 변환 팩터(f_N2-CH) 및 발열량 팩터(H_CH)로 보정되고, 구해진 결과는 에너지 단위(㎾h) 또는 출력 단위로 가스 소모를 표시하는 것을 특징으로 하는 가스 소모 측정 방법.
삭제
열 흐름 센서(1a)를 구비하고 에너지 미터로서 에너지 단위(㎾h)로 교정되는, 가스 소모를 측정하는 가스 미터(1)에 있어서,

a) 상기 가스 미터(1)는 질량 유량계로서 질량 또는 표준 체적 단위(1/min)로 추가로 교정되고,

b) 상기 가스 미터(1)는 가연성 가스 혼합물(3)과 불연성 가스 혼합물(3)을 구별하기 위하여 판별 신호를 발생시키는 가스질 센서(1a)를 구비하고, 및

c) 상기 가스 미터(1)는 상기 판별 신호를 토대로 에너지 미터 또는 질량 유량계로서의 동작 간에서 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스 미터.
제12항에 있어서,

a) 상기 열 흐름 센서(1a)와 상기 가스질 센서(1a)는 동일한 구성을 가지거나, 또는

b) 상기 열 흐름 센서(1a), 상기 가스질 센서(1a), 또는 상기 열 흐름 센서와 가스질 센서는 상류와 하류에 배치되는 온도 센서(5a,5b) 및 열선(6)을 구비한 CMOS 풍력계(1a)인 것을 특징으로 하거나, 또는 상기 a) 및 b) 모두를 특징으로 하는 가스 미터.
제12항 또는 제13항에 있어서,

a) 측정된 질량 유량이 규정될 수 있는 임계값보다 낮을 경우, 상기 열 흐름 센서(1a)는 가스질 센서(1a)로서 동작될 수 있거나, 또는

b) 상기 가스질 센서(1a)는 일정한 유량을 지닌 영역에 배치되는 것을 특징으로 하거나, 또는 상기 a) 및 b) 모두를 특징으로 하는 가스 미터.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 가스 미터(1)는,

a) 가스질에 대한 표시자 또는 디스플레이(9);

b) 불연성 가스(3)와의 접촉이 변경시 작동될 수 있는 조정 지시자(10);

c) 에너지 소모값(S_E) 및 질량 흐름 값(S_M)을 결정하는 측정 및 평가 유닛(7); 및

d) 에너지 소모값(S_E) 및 질량 흐름 값 또는 표준 체적 흐름 값(S_M)을 저장하는 개별적인 데이터 메모리(7b,7c);

로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 성분을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 미터.