RU2790001C2 - Method and device for measurement of gas jet flow rate - Google Patents

Method and device for measurement of gas jet flow rate Download PDF

Info

Publication number
RU2790001C2
RU2790001C2 RU2021105150A RU2021105150A RU2790001C2 RU 2790001 C2 RU2790001 C2 RU 2790001C2 RU 2021105150 A RU2021105150 A RU 2021105150A RU 2021105150 A RU2021105150 A RU 2021105150A RU 2790001 C2 RU2790001 C2 RU 2790001C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
infrared
parameter
infrared radiation
jet
Prior art date
Application number
RU2021105150A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021105150A (en
Inventor
Ханс-Георг КОНРАДС
Original Assignee
Промекон Процесс Межермент Контрол Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Промекон Процесс Межермент Контрол Гмбх filed Critical Промекон Процесс Межермент Контрол Гмбх
Publication of RU2021105150A publication Critical patent/RU2021105150A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2790001C2 publication Critical patent/RU2790001C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to a method for measurement of gas jet (14) flow rate (vG), including stages, at which: (a) measurement with time resolution of infrared radiation parameter (E) in infrared radiation of gas jet (14) is performed at first measurement point (P1) beyond gas jet (14), thereby obtaining first curve (Eg1,1(t)) of the infrared radiation parameter, (b) measurement with time resolution of infrared radiation parameter (E) is performed at second measurement point (P2) beyond gas jet (14), thereby obtaining second curve (Eg1,2(t)) of the infrared radiation parameter, (c) time (τ1) of passage from first curve (Eg1,1(t)) of the infrared radiation parameter and second curve (Eg1,2(t)) of the infrared radiation parameter is calculated, in particular, by means of cross-correlation, and (d) flow rate (vG) is calculated based on passage time (τ1). In this case, (e) gas jet (14) is a jet of a gas mixture, which contains first gas (g1) and at least second gas (g2). At the same time, (f) first gas (g1) has excitation wavelength (λg1) of the first gas, characterized by that (g) temperature (T) of gas jet (14) is at least 200°C, while (h) first infrared radiation parameter (Eg1) is measured by a photoelectric method with wavelength (λg1) of at least 780 nm, (i) frequency (f) of measurements is at least 1 kHz, and (j) infrared radiation parameter (E) is intensity of infrared radiation emitted with the first gas.
EFFECT: possibility of measurement of a gas flow rate with higher accuracy as there is no need for IR light source.
10 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к способу измерения скорости потока струи газа. Согласно второму аспекту, изобретение относится к устройству измерения скорости потока струи газа с (a) первым датчиком инфракрасного излучения для измерения с временным разрешением первого параметра инфракрасного излучения в инфракрасном излучении струи газа для получения первой кривой параметра инфракрасного излучения, (b) вторым датчиком инфракрасного излучения для измерения второго параметра инфракрасного излучения в инфракрасном излучении струи газа для получения второй кривой параметра инфракрасного излучения и (c) блоком оценки, который выполнен с возможностью автоматического вычисления времени прохождения между первой кривой параметра инфракрасного излучения и второй кривой параметра инфракрасного излучения, в частности, посредством кросскорреляции, и вычисления скорости потока на основе времени прохождения.The invention relates to a method for measuring the flow rate of a gas jet. According to a second aspect, the invention relates to a gas jet flow velocity measurement device with (a) a first infrared sensor for time-resolved measurement of a first infrared parameter in the infrared radiation of the gas jet to obtain a first infrared parameter curve, (b) a second infrared sensor for measuring the second infrared parameter in the infrared radiation of the gas jet to obtain the second infrared parameter curve and (c) an estimator that is configured to automatically calculate the transit time between the first infrared parameter curve and the second infrared parameter curve, in particular by cross-correlation, and flow rate calculations based on transit time.

Скорость потока газов необходимо измерять во многих случаях. Эта задача измерения особенно сложна, если газы очень горячие и/или агрессивные. В случае высоких температур, например, более 1000°C, необходимо использовать материалы, которые устойчивы к высоким температурам, что является дорогостоящим. Агрессивные газы приводят к увеличению износа. Например, если струя газа переносит твердые частицы, такие как зола, углерод, шлак или частицы цемента, это может приводить к значительному абразивному износу измерительного устройства при использовании. Если газ содержит окислительные компоненты, например, это также может приводить к химическому износу. Несмотря на потенциально неблагоприятные условия окружающей среды, желательна высокая степень точности измерений, поскольку это приводит к улучшению управляемости технической установкой, в которой измеряется скорость потока.The flow rate of gases needs to be measured in many cases. This measuring task is especially difficult if the gases are very hot and/or aggressive. In the case of high temperatures, for example, more than 1000°C, it is necessary to use materials that are resistant to high temperatures, which is expensive. Aggressive gases lead to increased wear. For example, if the gas jet carries solid particles such as ash, carbon, slag, or cement particles, this can result in significant abrasion of the measuring device in use. If the gas contains oxidizing components, for example, this can also lead to chemical wear. Despite potentially unfavorable environmental conditions, a high degree of measurement accuracy is desirable as this leads to improved controllability of the technical installation in which the flow rate is measured.

Известной практикой является измерение колебаний температуры в струе газа в точках, расположенных на расстоянии друг от друга, и определение временного смещения двух температурных кривых посредством кросскорреляции. Скорость потока струи газа может быть определена на основе смещения времени и расстояния между двумя точками измерения.It is a known practice to measure temperature fluctuations in a gas jet at points located at a distance from each other, and to determine the time shift of two temperature curves by means of cross-correlation. The flow velocity of the gas jet can be determined based on the time offset and the distance between two measuring points.

Недостаток этого способа измерения скорости потока заключается в том, что сложно достигать высоких степеней точности.The disadvantage of this method of measuring the flow rate is that it is difficult to achieve high degrees of accuracy.

DE69921009T2 описывает оптический измеритель скорости потока, конкретно для трубопроводов природного газа, в котором измеряется рассеянный свет на частицах. Если концентрация частиц слишком низкая, добавляется больше частиц.DE69921009T2 describes an optical flow meter, specifically for natural gas pipelines, in which scattered light on particles is measured. If the particle concentration is too low, more particles are added.

DE3827913A1 описывает способ и устройство определения скорости потока, который включает в себя измерение рассеянного света на частицах. Соответственные точки измерения расположены на расстоянии друг от друга. Скорость получают с использованием вычисления корреляции результатов измерений.DE3827913A1 describes a method and apparatus for determining the flow rate, which includes the measurement of scattered light on particles. The respective measuring points are located at a distance from each other. The speed is obtained using the calculation of the correlation of the measurement results.

US9157778B2 подробно излагает способ измерения потока газа, в котором измеряют поглощение излучения в двух точках измерения на расстоянии друг от друга. Скорость потока вычисляют путем определения времени прохождения возмущения. Это возмущение может быть вызвано, например, введением газа.US9157778B2 details a gas flow measurement method in which the absorption of radiation is measured at two measurement points at a distance from each other. The flow velocity is calculated by determining the transit time of the perturbation. This perturbation can be caused, for example, by the introduction of a gas.

Изобретение направлено на улучшение измерения скорости потока струи газа.The invention is directed to improving the measurement of the gas jet flow velocity.

Изобретение решает проблему посредством способа, включающего в себя этапы, на которых (a) выполняют измерение с временным разрешением параметра инфракрасного излучения в инфракрасном излучении струи газа в первой точке измерения за пределами струи газа, тем самым получая первую кривую параметра инфракрасного излучения, (b) выполняют измерение с временным разрешением параметра инфракрасного излучения во второй точке измерения снаружи трубы, тем самым получая вторую кривую параметра инфракрасного излучения, (c) выполняют вычисление времени прохождения от первой кривой параметра инфракрасного излучения и второй кривой параметра инфракрасного излучения, в частности, посредством кросскорреляции и (d) выполняют вычисление скорости потока на основе времени прохождения, причем (e) параметр инфракрасного излучения измеряют фотоэлектрически на длине волны по меньшей мере 780 нм, главным образом 1,5 мкм.The invention solves the problem by a method comprising the steps of (a) performing a time-resolved measurement of an infrared parameter in the infrared radiation of the gas jet at a first measurement point outside the gas jet, thereby obtaining a first infrared parameter curve, (b) performing a time-resolved measurement of an infrared parameter at a second measurement point outside the pipe, thereby obtaining a second infrared parameter curve, (c) performing a transit time calculation from the first infrared parameter curve and the second infrared parameter curve, specifically by cross-correlation, and (d) performing a flow rate calculation based on transit time, wherein (e) an infrared parameter is measured photoelectrically at a wavelength of at least 780 nm, especially 1.5 µm.

Согласно второму аспекту, изобретение решает проблему посредством устройства согласно ограничительной части формулы изобретения, в котором датчики инфракрасного излучения представляют собой фотоэлектрические датчики инфракрасного излучения и имеют диапазон измерений, чей нижний предел составляет, по меньшей мере, 0,78 мкм, и частоту измерений, по меньшей мере, 1 кГц.According to a second aspect, the invention solves the problem by a device according to the preamble of the claims, wherein the infrared sensors are photoelectric infrared sensors and have a measurement range whose lower limit is at least 0.78 µm, and a measurement frequency of at least 1 kHz.

Преимущество изобретения заключается в том, что скорость потока может быть измерена с более высокой степенью точности. Причина этого заключается в том, что возможно абсолютное фотоэлектрическое измерение параметра инфракрасного излучения; в случае пирометрического измерения, например, это, в общем, возможно, только если коэффициент эмиссии является постоянным, что часто не может быть гарантировано.The advantage of the invention is that the flow rate can be measured with a higher degree of accuracy. The reason for this is that absolute photoelectric measurement of the infrared radiation parameter is possible; in the case of a pyrometric measurement, for example, this is generally only possible if the emission factor is constant, which often cannot be guaranteed.

Особенно предпочтительно, если параметр инфракрасного излучения измеряют на длине волны, по меньшей мере, 0,78 мкм, в частности, по меньшей мере, 1,5 мкм. В этом случае влияние излучения черного тела используется эффективно. Излучение черного тела может возникать, например, от стенок трубы, по которой проходит струя газа, или от частиц в струе газа. Газы с длинами волны возбуждения выше 1,5 мкм поглощают и повторно испускают в этом диапазоне длин волны фоновое излучение черного тела так, что колебания концентраций газа особенно заметны. Постоянный во времени фон, например, не имеет значения при вычислении с использованием кросскорреляции.It is particularly preferred if the infrared radiation parameter is measured at a wavelength of at least 0.78 µm, in particular at least 1.5 µm. In this case, the influence of black body radiation is used effectively. Black body radiation can arise, for example, from the walls of a pipe through which a gas jet passes, or from particles in a gas jet. Gases with excitation wavelengths above 1.5 µm absorb and re-emit blackbody background radiation in this wavelength range so that fluctuations in gas concentrations are particularly noticeable. A time-constant background, for example, is irrelevant when calculated using cross-correlation.

Предпочтительно, если параметр инфракрасного излучения измеряют на длине волны не более 6 мкм, в частности, не более 5,3 мкм. Было показано, что таким образом может быть достигнута особенно высокая степень точности измерений скорости потока.Preferably, the infrared radiation parameter is measured at a wavelength of at most 6 µm, in particular at most 5.3 µm. It has been shown that a particularly high degree of accuracy in flow rate measurements can be achieved in this way.

Изобретение основано на знании того, что локальные отклонения или неоднородности в параметре инфракрасного излучения схожи до тех пор, пока эти отклонения перемещаются с той же скоростью, что и сама струя газа. Эти колебания могут иметь несколько причин. Во-первых, это может быть вопросом тепловых колебаний, что означает, что температура струи газа пространственно неоднородна в заданный момент времени. Если эта неоднородность перемещается со скоростью потока струи газа, скорость потока может быть определена на основе колебаний температуры.The invention is based on the knowledge that local deviations or inhomogeneities in the infrared parameter are similar as long as these deviations move at the same speed as the gas jet itself. These fluctuations can have several causes. First, it may be a matter of thermal fluctuations, which means that the temperature of the gas jet is spatially non-uniform at a given point in time. If this inhomogeneity moves with the flow rate of the gas jet, the flow rate can be determined based on temperature fluctuations.

Если газ представляет собой смесь разных газов, т.е. если газ является смесью газов в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, могут возникать отклонения концентрации газов. Было доказано, что пространственное распределение концентрации газов локально более стабильно, чем распределение температуры. Причина этого может заключаться в том, что известны три механизма для уравновешивания различий в температуре, а именно смешивание, теплопроводность и тепловое излучение. И наоборот, отклонения концентрации могут быть уравновешены только с помощью диффузии. Локальное распределение различий в концентрации в связи с этим более стабильно с точки зрения времени. В результате первая кривая параметра инфракрасного излучения и вторая кривая параметра инфракрасного излучения больше схожи друг с другом так, что вычисление времени прохождения может быть достигнуто с более низкой степенью неопределенности измерений.If the gas is a mixture of different gases, i.e. if the gas is a mixture of gases according to the preferred embodiment, fluctuations in gas concentration may occur. It has been proven that the spatial distribution of gas concentrations is locally more stable than the temperature distribution. The reason for this may be that three mechanisms are known to balance differences in temperature, namely mixing, thermal conduction and thermal radiation. Conversely, deviations in concentration can only be balanced by diffusion. The local distribution of concentration differences is therefore more stable over time. As a result, the first infrared parameter curve and the second infrared parameter curve are more similar to each other so that the calculation of the transit time can be achieved with a lower degree of measurement uncertainty.

В пределах объема настоящего описания термин «параметр инфракрасного излучения» необходимо понимать означающим значение или вектор, который обозначает интенсивность электромагнитного инфракрасного излучения, вызванного инфракрасным излучением струи газа в интервале измерений. Если плотность, температура и состав струи газа изменяются, то изменяется и параметр инфракрасного излучения.Within the scope of the present description, the term "infrared parameter" should be understood to mean a value or vector that denotes the intensity of the electromagnetic infrared radiation caused by the infrared radiation of the gas jet in the measurement range. If the density, temperature, and composition of the gas jet change, then the parameter of infrared radiation also changes.

Струя газа предпочтительно тычет в трубе, а параметр инфракрасного излучения измеряется с точки измерения снаружи трубы. Альтернативно, также возможно, что струя газа распространяется свободно, например, вытекает из выпускного отверстия и выходит в окружающую среду или более большую полость.The jet of gas preferably pokes in the pipe and the infrared parameter is measured from a measurement point outside the pipe. Alternatively, it is also possible for the gas jet to spread freely, for example flowing out of the outlet and exiting into the environment or a larger cavity.

Частота измерений составляет предпочтительно, по меньшей мере, 1,5 кГц, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 16 кГц. Как правило, чем выше частота измерений, тем ниже степень неопределенности измерений, используемая для определения времени прохождения. Однако до сих пор имелись ограничения на увеличение частоты измерений, поскольку известный уровень техники использует только пирометрические измерения, но не фотоэлектрические.The measurement frequency is preferably at least 1.5 kHz, particularly preferably at least 16 kHz. In general, the higher the frequency of measurements, the lower the degree of measurement uncertainty used to determine transit time. However, until now there have been limitations to increasing the frequency of measurements, since the prior art uses only pyrometric measurements, not photoelectric.

Предпочтительно, параметр излучения измеряется в аналоговой форме, но затем переводится в цифровую форму, причем битовая глубина предпочтительно составляет 16 бит.Preferably, the radiation parameter is measured in analog form but then converted to digital form, the bit depth being preferably 16 bits.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, струя газа представляет собой струю смеси газов, которая содержит первый газ и, по меньшей мере, второй газ, причем первый газ имеет длину волны возбуждения первого газа, а параметр инфракрасного излучения представляет собой интенсивность излучения датчика инфракрасного излучения на длине волны возбуждения первого газа. Первый газ может представлять собой, например, водяной пар, оксид азота, метан, диоксид углерода, монооксид углерода, оксид серы или триоксид серы, NOx, H2S, HF, NH3 и все инфракрасно-активные молекулы. Второй газ представляет собой газ, отличный от первого газа, и представляет собой также, например, водяной пар, оксид азота, метан, диоксид углерода, монооксид углерода, оксид серы или триоксид серы.According to a preferred embodiment, the gas jet is a jet of a gas mixture that contains a first gas and at least a second gas, the first gas having an excitation wavelength of the first gas, and the infrared radiation parameter is the emission intensity of the infrared radiation sensor at a wavelength excitation of the first gas. The first gas can be, for example, water vapor, nitric oxide, methane, carbon dioxide, carbon monoxide, sulfur oxide or sulfur trioxide, NOx, H 2 S, HF, NH 3 and all infrared active molecules. The second gas is a gas different from the first gas and is also, for example, steam, nitrogen oxide, methane, carbon dioxide, carbon monoxide, sulfur oxide or sulfur trioxide.

Признак, заключающийся в том, что параметр инфракрасного излучения представляет собой интенсивность излучения на длине волны возбуждения первого газа, необходимо понимать особенно означающим, что изменение в концентрации первого газа ведет, при условиях, которые в остальном остаются такими же, к изменению в параметре инфракрасного излучения. Предпочтительно, отфильтровываются компоненты излучения, которые лежат за пределами заранее определенного интервала измерений, который содержит длину волны возбуждения первого газа. Ширина этого интервала измерений предпочтительно меньше 0,5 мкм, предпочтительно меньше 0,4 мкм.The feature that the infrared parameter is the intensity of the radiation at the excitation wavelength of the first gas is to be understood particularly to mean that a change in the concentration of the first gas leads, under conditions otherwise remaining the same, to a change in the infrared parameter . Preferably, radiation components that lie outside a predetermined measurement range, which contains the excitation wavelength of the first gas, are filtered out. The width of this measurement interval is preferably less than 0.5 μm, preferably less than 0.4 μm.

Предпочтительно, второй газ имеет длину волны возбуждения второго газа, и способ включает в себя этапы, на которых (a) выполняют обнаружение с временным разрешением второго параметра инфракрасного излучения в форме интенсивности излучения на длине волны возбуждения второго газа в первой точке измерения, тем самым получая первую кривую интенсивности излучения, (b) выполняют обнаружение с временным разрешением второго параметра инфракрасного излучения во второй точке измерения, тем самым получая вторую кривую интенсивности излучения, (c) выполняют вычисление второго времени прохождения между кривыми интенсивности излучения, в частности, посредством кросскорреляции, и (d) выполняют вычисление скорости потока на основе первого времени прохождения и второго времени прохождения. Другими словами, времена прохождения измеряют с использованием двух разных колебаний в концентрации. Преимущество этого заключается в том, что степень неопределенности измерений может быть уменьшена.Preferably, the second gas has an excitation wavelength of the second gas, and the method includes the steps of (a) performing time-resolved detection of a second infrared parameter in the form of an emission intensity at the excitation wavelength of the second gas at the first measurement point, thereby obtaining a first radiation intensity curve, (b) performing time-resolved detection of a second infrared parameter at a second measurement point, thereby obtaining a second radiation intensity curve, (c) performing a calculation of a second transit time between radiation intensity curves, in particular by cross-correlation, and (d) performing a flow rate calculation based on the first transit time and the second transit time. In other words, transit times are measured using two different fluctuations in concentration. This has the advantage that the degree of measurement uncertainty can be reduced.

Инфракрасное излучение струи газа, которое не лежит в пределах заранее определенного интервала измерений, например, ±0,3 мкм от длины волны возбуждения первого газа, или в пределах заранее определенного интервала ±0,3 мкм от длины волны возбуждения второго газа, предпочтительно отфильтровывают. Особенно предпочтительно, если отфильтровывают инфракрасное излучение, которое не лежит в заранее определенных интервалах ±0,2 мкм от соответственной длины волны возбуждения. Преимущество этого заключается в том, что степень неопределенности измерений может быть дополнительно уменьшена, поскольку имеется меньше перекрытий с другими колебаниями компонентов излучения, которые могут приводить к эффекту усреднения.Infrared radiation from the gas jet that does not lie within a predetermined measurement range, such as ±0.3 µm from the excitation wavelength of the first gas, or within a predetermined range of ±0.3 µm from the excitation wavelength of the second gas, is preferably filtered out. It is particularly advantageous if infrared radiation is filtered out which does not lie within predetermined intervals of ±0.2 μm from the respective excitation wavelength. This has the advantage that the degree of measurement uncertainty can be further reduced as there is less overlap with other fluctuations in the radiation components that can lead to an averaging effect.

Температура струи газа составляет предпочтительно, по меньшей мере, 200°C, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 1000°C. Преимущества изобретения особенно очевидны при высоких температурах.The temperature of the gas jet is preferably at least 200°C, particularly preferably at least 1000°C. The advantages of the invention are especially evident at high temperatures.

Детектор на основе арсенида-артемонида индия предпочтительно используется для измерения параметра инфракрасного излучения. Альтернативно или дополнительно, может быть использован детектор на основе теллурида кадмия-ртути.An indium arsenide-artemonide detector is preferably used to measure the infrared parameter. Alternatively or additionally, a cadmium mercury telluride detector may be used.

С устройством согласно изобретению диапазон измерений датчиков инфракрасного излучения предпочтительно лежит между 1 и 6 мкм, особенно между 1,5 и 6 мкм.With the device according to the invention, the measurement range of infrared sensors preferably lies between 1 and 6 µm, especially between 1.5 and 6 µm.

Предпочтительно, если блок оценки выполнен с возможностью автоматического выполнения способа согласно изобретению. Это необходимо понимать как означающее, что блок оценки автоматически выполняет способ без вмешательства человека.Preferably, the evaluation unit is configured to automatically carry out the method according to the invention. This is to be understood as meaning that the estimator automatically executes the method without human intervention.

Предпочтительно, если устройство имеет трубу для проведения струи газа, в котором первый датчик инфракрасного излучения и второй датчик инфракрасного излучения расположены с возможностью обнаружения инфракрасного излучения снаружи трубы. В частности, датчики инфракрасного излучения расположены снаружи трубы. Если температура струи газа во время работы устройства больше 200°C, датчики инфракрасного излучения предпочтительно располагаются на таком расстоянии от струи газа, что температура в этой точке составляет не более 100°C, предпочтительно не более 80°C. Расположение датчиков инфракрасного излучения на расстоянии от струи газа имеет дополнительное преимущество в том, что химический и/или абразивный износ может стать ничтожно малым.Preferably, the device has a pipe for conducting a gas jet, in which the first infrared sensor and the second infrared sensor are located with the possibility of detecting infrared radiation from the outside of the pipe. In particular, infrared radiation sensors are located on the outside of the pipe. If the temperature of the gas jet during operation of the device is more than 200°C, the infrared sensors are preferably located at such a distance from the gas jet that the temperature at this point is not more than 100°C, preferably not more than 80°C. The location of the infrared sensors at a distance from the gas jet has the additional advantage that chemical and/or abrasive wear can become negligible.

Предпочтительно, устройство согласно изобретению имеет (a) первую измерительную линию, которая проходит поперечно трубе струи газа и выполнена с возможностью проведения первого пучка инфракрасного излучения от струи газа до первого датчика инфракрасного излучения, (b) вторую измерительную линию, которая проходит поперечно трубе и выполнена с возможностью проведения второго пучка инфракрасного излучения от потока газа до второго датчика инфракрасного излучения, причем измерительные линии расположены таким образом, что пучки инфракрасного излучения образуют угловое отклонение ϕ не более 45°, в частности не более 20°, предпочтительно не более 10°. Таким образом, структуры турбулентности в первой точке измерения и второй точке измерения особенно схожи друг с другом, тем самым обеспечивая, что может быть достигнута низкая степень неопределенности измерений скорости потока.Preferably, the device according to the invention has (a) a first measuring line that extends transversely to the gas jet pipe and is configured to conduct a first infrared radiation beam from the gas jet to the first infrared radiation sensor, (b) a second measuring line that extends transversely to the gas jet pipe and is configured with the possibility of passing the second beam of infrared radiation from the gas flow to the second sensor of infrared radiation, and the measuring lines are located in such a way that the beams of infrared radiation form an angular deviation ϕ of no more than 45°, in particular no more than 20°, preferably no more than 10°. Thus, the turbulence patterns at the first measurement point and the second measurement point are particularly similar to each other, thereby ensuring that a low degree of uncertainty in flow velocity measurements can be achieved.

Предпочтительно, датчики инфракрасного излучения не чувствительны ниже длины волны 1,5 мкм, предпочтительно ниже 780 нм. Это необходимо понимать как означающее, что спектральная чувствительность ниже этой длины волны составляет не более одной третьей, в частности, не более одной десятой, максимальной спектральной чувствительности. Спектральная чувствительность указывается в ампер/ваттах.Preferably, the infrared sensors are insensitive below a wavelength of 1.5 µm, preferably below 780 nm. This is to be understood as meaning that the spectral sensitivity below this wavelength is not more than one third, in particular not more than one tenth, of the maximum spectral sensitivity. Spectral sensitivity is indicated in amps/watts.

Предпочтительно, датчики инфракрасного излучения также не чувствительны выше 15 мкм, предпочтительно выше 5,5 мкм. Длины волны возбуждения вибраций обычно встречающих газов, таких как диоксид углерода, монооксид углерода и вода, лежат в интервале длин волны между 1,5 и 6 мкм. В то же время, как отмечено выше, фоновое излучение черного тела достаточно интенсивно для получения хорошего отношения сигнал-шум.Preferably, the infrared sensors are also insensitive above 15 µm, preferably above 5.5 µm. The excitation wavelengths of the vibrations commonly encountered gases such as carbon dioxide, carbon monoxide and water lie in the wavelength range between 1.5 and 6 microns. At the same time, as noted above, the black body background radiation is sufficiently intense to obtain a good signal-to-noise ratio.

Датчики инфракрасного излучения предпочтительно расположены так, что максимальный диаметр пучка инфракрасного излучения составляет максимум 200 миллиметров. Чем меньше диаметр пучка инфракрасного излучения, тем меньше усредняются отклонения и тем больше колеблется сигнал. Предпочтительно, если минимальный диаметр пучка инфракрасного излучения составляет, по меньшей мере, 1 миллиметр. Если диаметр пучка инфракрасного излучения становится слишком маленьким, отношение сигнал-шум ухудшается.The infrared radiation sensors are preferably arranged such that the maximum diameter of the infrared radiation beam is at most 200 millimeters. The smaller the diameter of the infrared beam, the less deviations are averaged and the more the signal fluctuates. Preferably, the minimum infrared beam diameter is at least 1 millimeter. If the infrared beam diameter becomes too small, the signal-to-noise ratio deteriorates.

Предпочтительно, (a) первый датчик инфракрасного излучения расположен так, что первый пучок инфракрасного излучения проходит по первой прямой линии, (b) второй датчик инфракрасного излучения расположен так, что второй пучок инфракрасного излучения проходит по второй прямой линии, и линия минимального расстояния между обеими прямыми линиями продолжается в направлении потока. Расстояние между двумя прямыми линиями представляет собой измерительное расстояние. Измерительное расстояние составляет предпочтительно, по меньшей мере, 50-1000 миллиметров, особенно не более 600. Также предпочтительно, если измерительное расстояние составляет не более 600 миллиметров.Preferably, (a) the first infrared sensor is positioned such that the first infrared radiation beam travels in a first straight line, (b) the second infrared radiation sensor is positioned such that the second infrared radiation beam travels in a second straight line, and a minimum distance line between both continues in straight lines in the direction of flow. The distance between the two straight lines is the measuring distance. The measuring distance is preferably at least 50-1000 millimeters, especially not more than 600. It is also preferable if the measuring distance is not more than 600 millimeters.

Особенно предпочтительно, если две прямые линии проходят параллельно в техническом смысле, что означает, что идеальная параллельность в математическом смысле предпочтительна, но обычно не может быть достигнута. В связи с этим допустимы отклонения, например, ±5°.It is particularly preferred if the two straight lines run parallel in the technical sense, which means that perfect parallelism in the mathematical sense is preferred but usually cannot be achieved. For this reason, deviations of, for example, ±5° are permissible.

Измерительное расстояние между двумя прямыми линиями предпочтительно соответствует частному от скорости потока и 1000 герц и/или не более чем частному от скорости потока и 100 герц. На этом расстоянии степень неопределенности измерений при определении скорости потока уже очень низка из-за степени неопределенности со временем прохождения. Кроме того, степень неопределенности, обусловленная изменением в характере неоднородности, еще не настолько велика, чтобы оказывать слишком сильное отрицательное влияние на степень неопределенности измерений.The measuring distance between two straight lines preferably corresponds to the quotient of the flow rate and 1000 hertz and/or not more than the quotient of the flow rate and 100 hertz. At this distance, the degree of measurement uncertainty in determining the flow velocity is already very low due to the degree of uncertainty with transit time. In addition, the degree of uncertainty due to a change in the nature of the inhomogeneity is not yet large enough to have too strong a negative effect on the degree of measurement uncertainty.

Устройство предпочтительно не выступает в трубу. Это необходимо понимать как означающее, что никакая часть устройства не выступает более чем на одну десятую, в поперечное сечение трубы. Системы, известные из уровня техники, часто имеют фурмы, которые генерируют турбулентность в струе газа. Недостаток этого заключается в том, что это вызывает уменьшение скорости потока и в связи с этим уменьшение эффективности контролируемой установки. Другими словами, параметры инфракрасного излучения предпочтительно измеряются на невозмущенной или не активно возмущенной струе газа.The device preferably does not protrude into the pipe. This is to be understood as meaning that no part of the apparatus protrudes more than one tenth into the cross section of the pipe. Prior art systems often have lances that generate turbulence in the gas stream. The disadvantage of this is that it causes a decrease in the flow rate and therefore a decrease in the efficiency of the controlled installation. In other words, the infrared parameters are preferably measured on an undisturbed or not actively disturbed gas jet.

Далее изобретение будет объяснено более подробно с помощью приложенных фигур. Они показывают:In the following, the invention will be explained in more detail with the help of the attached figures. They are showing:

фиг. 1 - устройство согласно изобретению для выполнения способа согласно изобретению согласно первому варианту осуществления;fig. 1 shows an apparatus according to the invention for carrying out the method according to the invention according to a first embodiment;

фиг. 2 - устройство согласно изобретению для выполнения способа согласно изобретению согласно второму варианту осуществления;fig. 2 shows an apparatus according to the invention for carrying out the method according to the invention according to a second embodiment;

фиг.. 3 изображает устройство согласно изобретению для выполнения способа согласно изобретению согласно третьему варианту осуществления.fig. 3 shows an apparatus according to the invention for carrying out the method according to the invention according to a third embodiment.

Фиг. 1 показывает печь 10, в которой струя 14 газа, в этом случае в форме струи выхлопного газа, образуется путем сгорания или других экзотермических процессов или внешней подачи тепла топлива посредством горелки 12. Температура T струи 14 газа выше T = 1400°C, например. Как в настоящем случае, печь 10 может представлять собой устройство для нагревания металлической ванны или стеклянной ванны 16. Печь также может, например, являться частью электростанции или цементного завода. Печь, электростанция или цементный завод с устройством измерения согласно изобретению также являются объектом настоящего изобретения. Струя 14 газа проходит по трубе 18.Fig. 1 shows a furnace 10 in which a gas jet 14, in this case in the form of an exhaust gas jet, is formed by combustion or other exothermic processes or external fuel heat supply via a burner 12. The temperature T of the gas jet 14 is above T=1400°C, for example. As in the present case, the furnace 10 may be a device for heating a metal bath or a glass bath 16. The furnace may also, for example, be part of a power plant or a cement plant. A furnace, power plant or cement plant with a measurement device according to the invention is also the object of the present invention. The jet 14 of gas passes through the pipe 18.

Фиг. 1 также изображает устройство 20 измерения для измерения скорости vG потока струи 14 газа. Скорость vG потока представляет собой среднюю скорость потока, которая при умножении на площадь A поперечного сечения трубы 18 дает объемный расход газа. В настоящем случае труба является круглой, так, что площадь поперечного сечения приводит к A = πD2/4.Fig. 1 also shows a measurement device 20 for measuring the flow velocity vG of the gas jet 14 . The flow rate vG is the average flow rate which, when multiplied by the cross-sectional area A of the pipe 18, gives the volumetric flow rate of the gas. In the present case, the pipe is round, so that the cross-sectional area results in A = πD 2 /4.

Устройство 20 измерения содержит первый датчик 22.1 инфракрасного излучения и второй датчик 22.2 инфракрасного излучения. Первый датчик 22 инфракрасного излучения расположен с возможностью обнаружения первого пучка 24.1 инфракрасного излучения, который распространяется по измерительной линии 25.1.The measurement device 20 includes a first infrared sensor 22.1 and a second infrared sensor 22.2. The first infrared sensor 22 is arranged to detect the first infrared beam 24.1 which propagates along the measuring line 25.1.

Если схематически изображенная молекула 26.1, расположенная в первом пучке 24.1 инфракрасного излучения, испускает фотон 28 инфракрасного излучения, который перемещается в первом пучке 24.1 инфракрасного излучения по направлению к первому датчику 22.1 инфракрасного излучения, он достигает элемента 30.1 датчика в форме фотодетектора InAsSb, который впоследствии генерирует напряжение. Таким образом, фотонапряжение U1, генерируемое элементом 30.1 датчика, зависит от интенсивности излучения, падающего на элемент 30.1 датчика. Элемент 30.1 датчика расположен на расстоянии от трубы 18.If the schematically depicted molecule 26.1 located in the first infrared beam 24.1 emits an infrared photon 28 that travels in the first infrared beam 24.1 towards the first infrared sensor 22.1, it reaches the sensor element 30.1 in the form of an InAsSb photodetector, which subsequently generates voltage. Thus, the photovoltage U 1 generated by the sensor element 30.1 depends on the intensity of the radiation incident on the sensor element 30.1. Element 30.1 of the sensor is located at a distance from the pipe 18.

Измерительная линия 25.1 не выступает в трубу 18, тем самым в значительной степени предотвращая образование дополнительной турбулентности.The measuring line 25.1 does not protrude into the pipe 18, thereby largely preventing the formation of additional turbulence.

Элемент 30.1 датчика имеет диапазон измерений M = [λmin, λmax] с нижней критической длиной λmin волны и верхней критической длиной λmax волны. В настоящем случае λmin = 0,78 мкм, а λmax = 5,3 мкм.The sensor element 30.1 has a measurement range M = [λ min , λ max ] with a lower critical wavelength λ min and an upper critical wavelength λ max . In the present case, λ min = 0.78 µm and λ max = 5.3 µm.

Датчик 22.1 инфракрасного излучения измеряет кривую Eg1,1(t) параметра инфракрасного излучения как функцию от времени t с частотой fmess измерений по меньшей мере 1 кГц, в настоящем случае fmess = 16 кГц. Предпочтительно, если частота fmess измерений составляет максимум 1 МГц. Аналоговые исходные данные преобразуются в цифровые значения с помощью аналого-цифрового преобразователя датчика 22.1 излучения. Битовая глубина образца составляет от 8 до 24, предпочтительно 16 бит.The infrared sensor 22.1 measures the curve E g1,1 (t) of the infrared parameter as a function of time t with a measurement frequency f mess of at least 1 kHz, in the present case f mess = 16 kHz. Preferably, the measurement frequency f mess is at most 1 MHz. The analog raw data is converted into digital values using the analog-to-digital converter of the radiation sensor 22.1. The sample bit depth is 8 to 24, preferably 16 bits.

Второй датчик 22.2 инфракрасного излучения выполнен с возможностью измерения излучения от пучка 24.2 инфракрасного излучения, который распространяется по второй измерительной линии 25.2. Инфракрасное излучение второго пучка 24.2 инфракрасного излучения исходит, например, от второй молекулы 26.2. Первый пучок 24.1 инфракрасного излучения проходит по первой прямой линии G1; второй пучок 24.2 инфракрасного излучения проходит по второй прямой линии G2. Две прямые линии G1, G2 находятся на измерительном расстоянии d друг от друга. Как изображено в настоящем случае, они предпочтительно проходят параллельно друг другу.The second infrared sensor 22.2 is configured to measure the radiation from the infrared beam 24.2 that propagates along the second measuring line 25.2. The infrared radiation of the second infrared beam 24.2 comes from, for example, the second molecule 26.2. The first beam 24.1 of infrared radiation passes along the first straight line G1; the second beam 24.2 of infrared radiation passes along the second straight line G2. Two straight lines G1, G2 are at a measuring distance d from each other. As shown in the present case, they preferably run parallel to each other.

Измерительное расстояние d составляет предпочтительно не более 500 миллиметров, например, 350 ± 50 миллиметров.The measuring distance d is preferably at most 500 mm, for example 350 ± 50 mm.

Фотонапряжения U1, U2, генерируемые соответственными элементами 30.1, 30.2 датчиков, направляются в блок 32 оценки. Фотонапряжение U1 является мерой интенсивности E1 излучения, измеренной элементом 30.1 датчика, и образует параметр инфракрасного излучения. Интенсивность Е2 излучения измеряется элементом 30.2 второго датчика и также зависит от времени.Photovoltage U 1 , U 2 generated by the respective elements 30.1, 30.2 sensors are sent to the block 32 evaluation. The photovoltage U 1 is a measure of the radiation intensity E 1 measured by the sensor element 30.1 and constitutes an infrared radiation parameter. The intensity E 2 of the radiation is measured by element 30.2 of the second sensor and also depends on time.

Блок 32 оценки вычисляет время прохождения как время, за которое функция

Figure 00000001
кросскорреляции достигает е` максимума, где
Figure 00000002
- символ оператора для кросскорреляции.The estimator 32 calculates the transit time as the time for which the function
Figure 00000001
cross-correlation reaches e` maximum, where
Figure 00000002
- operator symbol for cross-correlation.

Если локальная концентрация c первого газа g1, такого как метан, вода, диоксид углерода, монооксид углерода, триоксид серы, диоксид серы или оксид азота, колеблется в струе 14 выхлопного газа, это приводит к изменению в интенсивности Eg1,1 излучения, когда соответствующее колебание проходит через область первого пучка 24.1 инфракрасного излучения. Пространственные неоднородности концентрации остаются в основном постоянными на протяжении измерительного расстояния d, тем самым приводя к схожим кривым соответственных интенсивностей Eg1,1(t) и Eg1,2(t) излучения на элементе 30.1 первого датчика и элементе 30.2 второго датчика.If the local concentration c of the first gas g1, such as methane, water, carbon dioxide, carbon monoxide, sulfur trioxide, sulfur dioxide or nitrogen oxide, fluctuates in the exhaust gas jet 14, this results in a change in the emission intensity E g1,1 when the corresponding the oscillation passes through the area of the first infrared beam 24.1. The spatial inhomogeneities of the concentration remain substantially constant over the measurement distance d, thereby leading to similar curves of the respective radiation intensities E g1.1 (t) and E g1.2 (t) at the first sensor element 30.1 and the second sensor element 30.2.

Излучение черного тела, исходящее от стенки 34 в трубе 18, не мешает этому измерению. Если, например, в качестве первого газа выбран H2O, он имеет длину λg1 волны возбуждения первого газа, равную 3,2 мкм. В этом случае предпочтительно, если датчики 22.1, 22.2 инфракрасного излучения имеют интервал измерений M = [λg1 -0,3 мкм, λg1 +0,3 мкм].Blackbody radiation from wall 34 in tube 18 does not interfere with this measurement. If, for example, H 2 O is selected as the first gas, it has a first gas excitation wave length λ g1 of 3.2 μm. In this case, it is preferable if the infrared sensors 22.1, 22.2 have a measurement interval M = [λ g1 -0.3 µm, λ g1 +0.3 µm].

Если, как обеспечено предпочтительным вариантом осуществления, выбран второй газ g2, чья длина λg2 волны возбуждения второго газа не лежит в интервале М измерений для первого газа g1, степень точности измерений часто может быть увеличена. Например, в качестве второго газа может быть использован диоксид углерода, чья длина волны возбуждения второго газа составляет λg2 = 4,27 мкм.If, as provided by the preferred embodiment, a second gas g2 is selected whose excitation wavelength λ g2 of the second gas does not lie within the measurement interval M for the first gas g1, the degree of measurement accuracy can often be increased. For example, carbon dioxide can be used as the second gas, whose excitation wavelength of the second gas is λ g2 = 4.27 µm.

Фиг. 2 схематически изображает реактивный двигатель 36, на котором устройство 20 измерения расположено таким образом, что измеряется струя 14 газа, которая в этом случае покидает реактивный двигатель 36 через выпускное отверстие 38.Fig. 2 schematically shows a jet engine 36 on which the measuring device 20 is positioned so that the gas jet 14 is measured, which in this case leaves the jet engine 36 through the outlet 38.

Фиг. 3 схематически показывает часть электродуговой печи 40 с плавильной камерой 42, в которой плавится стальной скрап посредством электрической дуги между электродами 43.1, 43.2, 43.3, тем самым образуя металлическую ванну 16. С правой стороны изображения представлено увеличение области, обведенной пунктирной линией. Выхлопные газы, образующиеся при плавлении, образуют струю 14 газа и выпускаются через трубу 18. Труба 18 имеет кольцевой зазор 44, через который воздух 46 также может поступать в трубу 18. Для того, чтобы измерять струю 14 газа, устройство 20 измерения расположено со стороны зазора трубы 18.Fig. 3 schematically shows a part of an electric arc furnace 40 with a melting chamber 42 in which steel scrap is melted by means of an electric arc between the electrodes 43.1, 43.2, 43.3, thereby forming a metal pool 16. On the right side of the image, an enlargement of the area circled by a dotted line is shown. The exhaust gases generated during melting form a jet 14 of gas and are discharged through a pipe 18. The pipe 18 has an annular gap 44 through which air 46 can also enter the pipe 18. In order to measure the gas jet 14, the measuring device 20 is pipe gap 18.

Перечень ссылочных позицийList of reference positions

10 - печь10 - oven

12 - горелка12 - burner

14 - струя газа14 - gas jet

16- металлическая ванна16 - metal bath

18 - труба18 - pipe

20 - устройство измерения20 - measuring device

22 - датчик инфракрасного излучения22 - infrared sensor

24 - пучок инфракрасного излучения24 - beam of infrared radiation

25 - измерительная линия25 - measuring line

26 - молекула26 - molecule

28 - инфракрасный фотон28 - infrared photon

30 - элемент датчика30 - sensor element

32 - блок оценки32 - evaluation block

34 - стенка34 - wall

36 - реактивный двигатель36 - jet engine

38 - выпускное отверстие38 - outlet

40 - электродуговая печь40 - electric arc furnace

42 - плавильная камера42 - melting chamber

43 - электрод43 - electrode

44 - кольцевой зазор44 - annular gap

46 - воздух46 - air

λmin - нижняя критическая длина волныλ min - lower critical wavelength

λmax - верхняя критическая длина волныλ max - upper critical wavelength

λg1 - длина волны возбуждения первого газаλ g1 - excitation wavelength of the first gas

λg2 - длина волны возбуждения второго газаλ g2 - excitation wavelength of the second gas

τ - время прохожденияτ - transit time

A - площадь поперечного сеченияA - cross-sectional area

c - концентрацияc - concentration

D - диаметрD - diameter

d - измерительное расстояниеd - measuring distance

E - интенсивность излученияE - radiation intensity

E(t) - кривая параметра инфракрасного излученияE(t) - infrared parameter curve

fmess - частота измеренийf mess - measurement frequency

fg1 - длина волны возбуждения первого газаf g1 - excitation wavelength of the first gas

fg2 - длина волны возбуждения второго газаf g2 - excitation wavelength of the second gas

M - интервал измерений, диапазон измеренийM - measurement interval, measurement range

vG - скорость потокаvG - flow velocity

T- температураT- temperature

t - времяt - time

U1 - фотонапряжениеU 1 - photovoltage

Claims (38)

1. Способ измерения скорости (vG) потока струи (14) газа, включающий в себя этапы, на которых:1. A method for measuring the velocity (vG) of the gas jet (14) flow, which includes the steps of: (a) выполняют измерение с временным разрешением параметра (E) инфракрасного излучения в инфракрасном излучении струи (14) газа в первой точке (P1) измерения за пределами струи (14) газа, тем самым получая первую кривую (Eg1,1(t)) параметра инфракрасного излучения,(a) performing a time-resolved measurement of the infrared radiation parameter (E) in the infrared radiation of the gas jet (14) at the first measurement point (P1) outside the gas jet (14), thereby obtaining the first curve (E g1,1 (t) ) parameter of infrared radiation, (b) выполняют измерение с временным разрешением параметра (E) инфракрасного излучения во второй точке (P2) измерения за пределами струи (14) газа, тем самым получая вторую кривую (Eg1,2(t)) параметра инфракрасного излучения,(b) performing a time-resolved measurement of the infrared parameter (E) at the second measurement point (P2) outside the gas jet (14), thereby obtaining a second curve (E g1,2 (t)) of the infrared parameter, (c) выполняют вычисление времени (τ1) прохождения от первой кривой (Eg1,1(t)) параметра инфракрасного излучения и второй кривой (Eg1,2(t)) параметра инфракрасного излучения, в частности, посредством кросскорреляции, и(c) calculating the transit time (τ 1 ) from the first infrared parameter curve (E g1,1 (t)) and the second infrared parameter curve (E g1,2 (t)) specifically by cross-correlation, and (d) выполняют вычисление скорости (vG) потока на основе времени прохождения (τ1), где(d) performing a flow velocity (vG) calculation based on transit time (τ 1 ), where (e) струя (14) газа представляет собой струю смеси газов, которая содержит первый газ (g1) и, по меньшей мере, второй газ (g2), при этом(e) the gas jet (14) is a gas mixture jet that contains a first gas (g1) and at least a second gas (g2), wherein (f) первый газ (g1) имеет длину (λg1) волны возбуждения первого газа, характеризующуюся тем, что(f) the first gas (g1) has a first gas excitation wave length (λ g1 ) characterized in that (g) температура (T) струи (14) газа составляет, по меньшей мере, 200°C,(g) the temperature (T) of the gas jet (14) is at least 200°C, (h) при этом первый параметр инфракрасного излучения (Eg1) замеряется фотоэлектрическим способом при длине волны (λg1) по меньшей мере 780 нм, (h) wherein the first parameter of infrared radiation (E g1 ) is measured by a photoelectric method at a wavelength (λ g1 ) of at least 780 nm, (i) частота (f) измерений составляет, по меньшей мере, 1 кГц, и(i) the frequency (f) of the measurements is at least 1 kHz, and (j) параметр (E) инфракрасного излучения представляет собой интенсивность инфракрасного излучения, испускаемого первым газом.(j) the infrared parameter (E) is the intensity of the infrared radiation emitted by the first gas. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что2. The method according to claim 1, characterized in that (i) второй газ (g2) имеет длину (λg2) волны возбуждения второго газа, и(i) the second gas (g2) has an excitation wave length (λ g2 ) of the second gas, and (ii) способ содержит следующие этапы, на которых:(ii) the method comprises the following steps, where: (a) выполняют обнаружение с временным разрешением второго параметра (Eg2) инфракрасного излучения в форме интенсивности излучения на длине (λg2) волны возбуждения второго газа в первой точке (P1) измерения, тем самым получая первую кривую (Eg2,1(t)) интенсивности излучения,(a) performing time-resolved detection of the second parameter (E g2 ) of infrared radiation in the form of radiation intensity over the excitation wave length (λ g2 ) of the second gas at the first measurement point (P1), thereby obtaining the first curve (E g2.1 (t )) radiation intensity, (b) выполняют обнаружение с временным разрешением второго параметра (Eg2) инфракрасного излучения во второй точке (P2) измерения, тем самым получая вторую кривую (Eg2,2(t)) интенсивности излучения,(b) performing time-resolved detection of the second infrared parameter (E g2 ) at the second measurement point (P2), thereby obtaining a second radiation intensity curve (E g2.2 (t)) (c) выполняют вычисление второго времени (τ2) прохождения между интенсивностями (Eg2,1(t)) (Eg2,2(t)) излучения, особенно посредством кросскорреляции, и(c) performing the calculation of the second transit time (τ 2 ) between the intensities (E g2.1 (t)) (E g2.2 (t)) of the radiation, especially by cross-correlation, and (d) выполняют вычисление скорости (vG) потока на основе первого времени (τ1) прохождения и второго времени (τ2) прохождения.(d) performing a calculation of the flow velocity (vG) based on the first transit time (τ 1 ) and the second transit time (τ 2 ). 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что параметр (E) инфракрасного излучения измеряют посредством фотоэлектрического датчика InAsSb. 3. Method according to claim 2, characterized in that the infrared radiation parameter (E) is measured by means of an InAsSb photoelectric sensor. 4. Способ по любому одному из вышеупомянутых пунктов, отличающийся тем, что параметр (Eg1) инфракрасного излучения измеряют на длине (λg1) волны не более 15 мкм.4. The method according to any one of the above paragraphs, characterized in that the infrared radiation parameter (E g1 ) is measured at a wavelength (λ g1 ) of a wavelength of not more than 15 μm. 5. Способ по любому одному из вышеупомянутых пунктов, отличающийся тем, что температура (T) струи (14) газа составляет по меньшей мере 1000°C.5. Method according to any one of the above-mentioned claims, characterized in that the temperature (T) of the gas jet (14) is at least 1000°C. 6. Устройство измерения скорости потока струи (14) газа, содержащего газовую смесь, содержащую первый газ (g1) и по меньшей мере второй газ (п2) и частицы, и проходящего через трубу с:6. A device for measuring the flow rate of a jet (14) of a gas containing a gas mixture containing a first gas (g1) and at least a second gas (n2) and particles, and passing through a pipe with: (a) первым датчиком (22.1) инфракрасного излучения для измерения с временным разрешением первого параметра (Eg1) инфракрасного излучения инфракрасного излучения струи (14) газа для получения первой кривой (Eg1,1(t)) параметра инфракрасного излучения,(a) a first infrared sensor (22.1) for measuring with time resolution the first infrared parameter (E g1 ) of the infrared radiation of the gas jet (14) to obtain the first curve (E g1,1 (t)) of the infrared radiation parameter, (b) вторым датчиком инфракрасного излучения для измерения с временным разрешением параметра (Eg1) инфракрасного излучения инфракрасного излучения струи (14) газа для получения второй кривой (Eg1,2(t)) параметра инфракрасного излучения и(b) a second infrared sensor for measuring with time resolution the infrared parameter (E g1 ) of the infrared radiation of the gas jet (14) to obtain a second curve (E g1,2 (t)) of the infrared radiation parameter and (c) блоком (32) оценки, который выполнен с возможностью автоматического(c) an estimator (32) that is configured to automatically - вычисления времени (τ1) прохождения между первой кривой (Eg1,1(t)) параметра инфракрасного излучения и второй кривой (Eg1,2(t)) параметра инфракрасного излучения, в частности, посредством кросскорреляции, и- calculating the transit time (τ 1 ) between the first curve (E g1,1 (t)) of the infrared parameter and the second curve (E g1,2 (t)) of the infrared parameter, in particular by cross-correlation, and - вычисления скорости (vG) потока на основе времени (τ1) прохождения, характеризующееся тем, что- calculation of the speed (vG) of the flow based on the time (τ 1 ) of passage, characterized in that (d)  датчики (22) инфракрасного излучения(d) infrared sensors (22) представляют собой фотоэлектрические датчики инфракрасного излучения иare photoelectric sensors of infrared radiation and имеют диапазон M измерений, чья нижняя критическая длина (λmin) волны составляет, по меньшей мере, 1.5 нм, а верхняя критическая длина волны (λmax) составляет не более 15 нм, иhave a measurement range M whose lower critical wavelength (λ min ) is at least 1.5 nm and whose upper critical wavelength (λ max ) is not more than 15 nm, and имеют частоту (fmess) измерений, по меньшей мере, 1 кГц, иhave a measurement frequency (f mess ) of at least 1 kHz, and конфигурированы для измерения скорости потока на основе интенсивности инфракрасного излучения, вызванного ИК-излучением, испускаемым первым газом.configured to measure the flow rate based on the intensity of infrared radiation caused by infrared radiation emitted by the first gas. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что верхняя критическая длина волны (λmax) составляет самое большое 15 нм.7. Device according to claim 6, characterized in that the upper critical wavelength (λ max ) is at most 15 nm. 8. Устройство по п. 6 или 7, характеризующееся тем, что датчики ИК излучения (22) представляют собой фотоэлектрические датчики InAsSb.8. Device according to claim 6 or 7, characterized in that the IR sensors (22) are InAsSb photoelectric sensors. 9. Устройство по любому из п. 6-8, отличающееся тем, что блок (32) оценки выполнен с возможностью автоматического выполнения способа по любому одному из пп. 1-5.9. The device according to any one of paragraphs 6-8, characterized in that the evaluation unit (32) is configured to automatically execute the method according to any one of paragraphs. 1-5. 10. Устройство по любому одному из пп. 6-9, отличающееся тем, что имеет10. The device according to any one of paragraphs. 6-9, differing in that it has (a) трубу (18) для проведения струи (14) газа, причём первый датчик (22.1) инфракрасного излучения и второй датчик (22.2) инфракрасного излучения расположены с возможностью обнаружения инфракрасного излучения от трубы (18), или(a) a pipe (18) for conducting a jet (14) of gas, wherein the first infrared sensor (22.1) and the second infrared sensor (22.2) are arranged to detect infrared radiation from the pipe (18), or (b) выпускное или сквозное отверстие (38), причём первый датчик (22.1) инфракрасного излучения и второй датчик (22.2) инфракрасного излучения расположены с возможностью обнаружения инфракрасного излучения струи (14) газа, вытекающей из выпускного отверстия (38).(b) an outlet or through hole (38), wherein the first infrared sensor (22.1) and the second infrared sensor (22.2) are arranged to detect the infrared radiation of the gas jet (14) flowing out of the outlet (38).
RU2021105150A 2018-09-24 2019-09-24 Method and device for measurement of gas jet flow rate RU2790001C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018123448.1 2018-09-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021105150A RU2021105150A (en) 2022-10-26
RU2790001C2 true RU2790001C2 (en) 2023-02-14

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3827913C2 (en) * 1988-08-17 1990-05-23 Battelle-Institut Ev, 6000 Frankfurt, De
US20020100874A1 (en) * 2000-04-04 2002-08-01 Carter Edwin Christopher Detection of thermally induced turbulence in fluids
WO2002077578A1 (en) * 2001-03-22 2002-10-03 Yortech Instruments Ltd Gas velocity measurement by infrared radiation absorption
WO2012145829A1 (en) * 2011-04-26 2012-11-01 Tenova Goodfellow Inc. Method and apparatus for high temperature gas flow velocity sensing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3827913C2 (en) * 1988-08-17 1990-05-23 Battelle-Institut Ev, 6000 Frankfurt, De
US20020100874A1 (en) * 2000-04-04 2002-08-01 Carter Edwin Christopher Detection of thermally induced turbulence in fluids
WO2002077578A1 (en) * 2001-03-22 2002-10-03 Yortech Instruments Ltd Gas velocity measurement by infrared radiation absorption
WO2012145829A1 (en) * 2011-04-26 2012-11-01 Tenova Goodfellow Inc. Method and apparatus for high temperature gas flow velocity sensing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4038631B2 (en) High-speed measurement method and system for temperature, concentration, and chemical species using semiconductor laser spectroscopy
US9835556B2 (en) Gas analysis device
US6780378B2 (en) Method for measuring concentrations of gases and vapors using controlled flames
US11953358B2 (en) Method and device for measuring a flow velocity of a gas stream
US8873053B2 (en) Method and system for gas measurements in a combustion chamber
González-Cencerrado et al. Characterization of PF flames under different swirl conditions based on visualization systems
US20120075632A1 (en) Apparatus and method for measuring so3 and h2so4 concentrations in gases
RU2790001C2 (en) Method and device for measurement of gas jet flow rate
KR102056767B1 (en) Probe Type Optical Measurement Apparatus
Böckle et al. Laser-diagnostic multi-species imaging in strongly swirling natural gas flames
Li et al. Performance enhancement of a near-infrared NH3 sensor based on PSO-LSSVM for denitrification industrial process
US11921036B2 (en) In situ apparatus for furnace off-gas constituent and flow velocity measurement
Sabel et al. Application of quotient pyrometry to industrial pulverised coal combustion
Tree et al. Experimental measurements in the BYU controlled profile reactor
JP5086971B2 (en) Dust concentration measuring device in gas, dust concentration calibration method of dust concentration measuring device, dust concentration measuring method in gas
JP2006133234A (en) Slug temperature measuring method and measuring device
Chong et al. Development of an intelligent flame monitoring system for gas-fired steel reheating furnaces
Abdullah et al. A temperature measuring of combustion machinery systems using light absorbing of gas
Chen et al. Development of an optical sensor for active control of a gas turbinecombustor
JP2005195447A (en) Method and apparatus for measuring slag temperature
Von Drasek et al. Tunable diode laser sensor for multiple species monitoring in harsh atmospheres
Jenkins et al. Diode laser temperature measurements
Von Drasek et al. Optimization of Oxy‐Fuel Combustion with Optical Sensors
JPS6298236A (en) Method and device for measuring dust concentration
Bao et al. Temperature dependence of highly sensitive diode laser harmonic detection for CO molecule