TW201321604A - 用於測量充氣壓縮機之多變效率之氣體密度感測器封裝 - Google Patents

用於測量充氣壓縮機之多變效率之氣體密度感測器封裝 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於監測一充氣壓縮機之多變效率之氣體感測器封裝。該感測器封裝包含具有一進口及一出口之一外殼，該進口及該出口兩者與該充氣壓縮機流體連通。該感測器封裝亦包含控制自該充氣壓縮機接收之氣體穿過該感測器封裝之流動之一質量流量控制器。一切換器與一對感測單元選擇性流動連通，每一單元在其中包含一光纖氣體光學感測器以自該切換器測量經加熱氣體之溫降。該切換器選擇性地使氣體流動至該兩個光纖氣體感測器以便使用由每一光纖氣體感測器測量之溫度之間的波長差異與其他所測量壓力及溫度一起來判定該充氣壓縮機之有效氣體分子量、氣體密度及相關聯多變效率。

Description

用於測量充氣壓縮機之多變效率之氣體密度感測器封裝
本發明係關於用於使用感測技術進行監測之系統及方法且更特定而言，係關於使用光纖光學感測模組自乙烯生產設施中使用之充氣壓縮機測量各種操作參數來進行監測。
眾所周知，在一乙烯生產單元中，積垢係可顯著限制充氣壓縮機之效能並影響級間冷卻器且因此影響乙烯生產單元之整個操作之一現象。對於大多數乙烯生產設備而言，充氣壓縮機之操作歷史上已成為一關鍵瓶頸。壓縮機經常遭受重積垢，出於清潔目的需要一專用設備停運。有時此等清潔需要每年進行。壓縮機之此積垢減小壓縮機之效率。因此，積垢控制及防止係極關鍵程序，且已使用數種方法(單獨或以組合方式)來達成此目標。無論使用何種方法來控制污垢或甚至在未實施積垢控制時，對於每一位乙烯生產者而言，監測充氣壓縮機之機器效能及操作條件係為極其重要的，無論在規劃生產方面還是在判定維修時間表方面。
工業壓縮機已展示出顯著誘發積垢形成且藉此減小壓縮機多變效率之頻繁機械及熱異常。當出現積垢時，在可變速度機器中渦輪機速度增加，或在固定速度機器中再循環關閉。由於由積垢造成之內部能量或熱量之損失，一壓縮機之多變效率極可能偏離絕熱條件。熱量之此一損失可起因於實際增加熱阻或熱通量之積垢形成。連續監測壓縮機 在穩定及暫態溫度、壓力及甚至振動中之熱力學行為變得關鍵。
壓縮機多變效率係η=(k-1)/k＊LnP2/P1)/Ln(T2/T1)，其中k=Cp/Cv，定壓比熱與定容比熱之比率，T與P係抽吸及排放溫度與壓力。此效率主要取決於裂化氣體組合物或k因子、抽吸/排放溫度與壓力。來自此等參數之任何改變將導致對應多變效率改變。若壓力及流率保持恆定且可監測到氣體組合物之溫度改變，則此使得更能達成對機器條件之一更準確理解，另外其允許個別化更易受積垢嚴重性影響之各級之可能性。已使用現有溫度、壓力及流量感測器作為基本系統操作指示器。一般而言，實務上可藉助習用壓力計及熱電偶完成自一壓縮機機器同時測量溫度與壓力兩者。
雖然藉助現有偵測技術易於測量抽吸及排放壓力與溫度，但由於耗時及複雜之儀器現場校準，因此藉助氣相層析(GC)或微氣相層析(MGC)即時分析氣體組合物以得到k因子相對具有挑戰性。在一正常情形中，氣體分析可花費五至十分鐘。在其他情形中，氣體樣本經提取並被發送至遠端實驗室用於分析，此可花費數小時或數天。此外，需要三種相異儀器(即溫度計或熱電偶、壓力計及氣相層析)用於壓縮機效能變化監測。此一方法證明提供壓縮機效率之線上準確測量係困難的，且因此無法即時提供關於機器條件之準確資訊。
因此，需要一種可流體連接至壓縮機以便容易地即時判 定充氣壓縮機之每一級之多變效率的氣體感測器封裝。亦需要一種可最小化判定壓縮機之每一級之多變效率所需之不同感測器之數目的氣體感測器封裝。
在本發明之一項態樣中，提供一種用於監測充氣壓縮機之裂化有效分子量及氣體密度之充氣壓縮機監測系統。該監測系統包含具有一外殼、一氣體進口及一氣體出口之一氣體感測器封裝，其中該氣體進口及該氣體出口與一壓縮機之每一級流體連接。該氣體感測器封裝包含定位於該外殼內之一質量流量控制器，其中該質量流量控制器與該氣體進口流體連通用於接收一氣體。一第一感測單元定位於該外殼內，且該第一感測單元與該質量流量控制器流體連通。一切換器定位於該外殼內，且該切換器可在一第一操作模式與一第二操作模式之間致動。一第二感測單元定位於該外殼內，且該第二感測單元與該切換器及該氣體出口選擇性流體連通。一第一資料信號可由該第二感測單元透過一第一光纖而產生。一第三感測單元定位於該外殼內，且該第三感測單元與該切換器及該氣體出口選擇性流體連通。一第二資料信號可由該第三感測單元透過一第二光纖而產生。使用計時器來控制切換器用於將氣體交替地遞送至第二及第三氣體感測單元。一光學詢問器藉助於該第一光纖及該第二光纖操作地連接至該第一感測單元以及該第二感測單元及該第三感測單元，其中該詢問器自該第二感測單元及該第三感測單元接收該第一資料信號及該第二資 料信號且中繼該第一感測信號及該第二資料信號。一控制器自該光學詢問器接收該第一資料信號及該第二資料信號，其中該控制器包含一處理器用於比較該第一資料信號與該第二資料信號以判定裂化氣體有效分子量及氣體密度。
在本發明之另一態樣中，提供一種用於測量一充氣壓縮機之裂化有效分子量及氣體密度之氣體感測器封裝。該感測器封裝包含與該壓縮機流體連通之一質量流量控制器用於自該壓縮機提取一氣體且控制該氣體之流動。該氣體感測器封裝進一步包含一加熱器用於將該氣體加熱至一第一溫度。第二光纖氣體感測器與該質量流量控制器交替流體連通，其中該第二光纖氣體感測器產生表示相對於該第一溫度之一第一溫度改變之一第一輸出信號。一第三光纖氣體感測器亦與該質量流量控制器交替流體連通，其中該第三光纖氣體感測器產生表示相對於該第一溫度之一第二溫度改變之一第二輸出信號，其中可比較該第二輸出信號與該第三輸出信號來判定來自一特定壓縮機級之裂化有效分子量及氣體密度。
根據已藉助於圖解說明展示並闡述之本發明之實施例之以下說明，熟習此項技術者將更加明了本發明之優點。如將認識到，本發明能夠實施其他及不同實施例，且能夠在各種態樣中修改本發明之細節。
藉助於實例，參考隨附示意圖，在現在將闡述之本發明 之實施例中具體地圖解說明本發明之此等及其他特徵以及其優點。
應注意，所有圖式係示意性的而不是按比例繪製。為了清晰及方便起見，可能已將此等圖之部分之相對尺寸及比例在圖式中展示為在大小上擴大或縮小。在不同實施例中，通常使用相同元件符號指代對應或類似特徵。因此，應將各圖式及說明視為本質上係說明性而非限定性的。
參考圖1，展示用於監測供在一乙烯處理單元中使用用於提供一五級系統之一壓縮機組11之多變效率之一充氣壓縮機監測系統10之一實例性實施例的一示意圖。雖然下文展示並闡述一五級系統，但應理解，可連同本文中所闡述之概念及系統一起使用任何數目個級。在典型乙烯處理單元中，充氣壓縮機組11歷史上已成為生產中的關鍵瓶頸。熟習此項技術者亦應理解，連同裂化氣體、乙烯生產、丙烯生產或利用一壓縮機之任何其他程序一起使用監測並控制一壓縮機之概念。
壓縮機多變效率取決於抽吸及排放位置處之氣體密度、溫度及壓力。亦可連同此等參數一起使用來指示一壓縮機之增加之積垢及降低之效率的另一參數包含壓縮機結構之振動。由於此等參數在壓縮機級中之每一者之間變化且由積垢嚴重性支配，因此可增加所得排放溫度、抽吸壓力、蒸汽渦輪機速度及驅動器馬力，同時可降低氣體壓縮比率及氣體通量。此等參數之任何改變將影響該壓縮機之效率。已使用現有溫度、壓力及流量感測器作為基本系統操 作指示器，且此等感測器能夠提供此等條件之實質即時回饋。然而，氣體密度測量在即時基礎上測量係極其困難的。雖然可使用氣體層析(GC)或微氣體層析(MGC)來判定氣體組合物，但此等程序耗時且需要複雜之儀器現場校準。因此，對來自此等方法之結果之分析可過度耗時且並不提供壓縮機之即時效率結果。
如圖1中所展示，壓縮機監測系統10包含具有定位於每一壓縮機級12內之一級間冷卻器14之複數個壓縮機級12。壓縮機級12串聯流體連接。一感測器封裝16可經定位毗鄰於每一壓縮機級12之進口及出口兩者。然而，應理解，可使用任何數目個感測器封裝16來判定每一壓縮機級12之多變效率或壓縮機組11之總體效率。每一感測器封裝16操作地連接至一光學詢問器20，光學詢問器20包含用於透過一光纖18將光提供至每一感測器封裝16的一雷射以及自安置於感測器封裝16內之至少一個光纖布拉格(Bragg)光柵感測器接收一經反射波長之光的一光纖感測器信號處理器。光學詢問器20操作地連接至可位於距光學詢問器20遙遠處之一控制器22。
圖2圖解說明經組態以測量一氣體組合物變化誘發之氣體密度或分子量改變之一監測系統10之一實施例，其中藉由一外部電源有效地控制類熱容器感測器封裝40，且藉由平均氣體組合物熱比熱容係數及有效氣體密度來判定熱容改變。在一恆定流率下，該熱容變化取決於有效氣體密度或分子量。可藉由以下公式使用一熱力學原理及理論將來 自形成於一光纖上之一光纖布拉格光柵感測器之一光信號波長之偏移轉換為一壓縮機之所估計有效分子量(EMW)及氣體密度之改變：EMW(t)=A+B＊△λ(t)+C＊△λ2(t)+D＊△λ3(t)，及 (1) ρ(t)=a+b＊△λ(t)+c＊△λ2(t)+d＊△λ3(t) (2)其中A、a、B、b、C及c係來自一標準儀器及校準程序之常數。可藉由以下公式直接轉換EMW及密度：EMW=(R＊T/P)＊ρ， (3)其中R=8.3145 kJ/kmol.K，T與P為溫度與壓力。
.所發明感測單元係一圓柱狀結構，其具有帶有位於該結構中間之一光纖串之一小氣體通道。氣體分子將流動穿過該氣體通道並吸收誘發通道溫度改變之熱能。取決於通道幾何大小、氣體流率及氣體進口壓力，可藉由減小熱對流係數有效地增強氣體密度敏感度。已證實一光纖氣體感測器對來自數種氣體混合物(H2-空氣、空氣-N2、O2-CO2)之有效分子量改變之一敏感度為約0.10 g/mol。
感測器封裝40由具有一氣體進口44及一氣體出口46之一外殼42組成，其中進口44及出口46與壓縮機組11(圖1)流體連通。感測器封裝40經定位毗鄰於壓縮機組11以使得可將來自壓縮機級12中之一者之壓縮氣體重新引導至感測器封裝40中用於測試及監測氣體。氣體進口44亦與一單獨氣體管線48流體連通，單獨氣體管線48可流體連接至諸如氮氣(N2)之一已知氣體或具有已知氣體性質之其他氣體之一源。氣體進口44進入外殼42且流體連接至一質量流量控制 器(MFC)50或經組態以控制穿過感測器封裝40之氣體流率之其他類似裝置。在一項實施例中，MFC 50流體連接至一第一感測單元52a，且第一感測單元52a流體連接至一切換器54。
如圖2中所展示，切換器54操作地連接至一切換器控制器56，切換器控制器56又操作地連接至控制器22。切換器控制器56經組態以控制切換器54之操作。在一實施例中，切換器54與一第二感測單元52b及一第三感測單元52c選擇性流體連通。熟習此項技術者應理解，雖然將切換器54圖解說明為流體連接至僅兩個感測單元52，但切換器54可連接至任何數目個感測單元52用於增加所測量氣體特性之準確度。切換器控制器56經組態以在其中切換器54允許壓縮氣體自第一感測單元52a流動至第二感測單元52b同時防止壓縮氣體流動至第三感測單元52c之一第一操作模式與其中切換器54允許壓縮氣體自第一感測單元52a流動至第三感測單元52c同時防止壓縮氣體流動至第二感測單元52b之一第二操作模式之間致動切換器54。第二感測單元52b及第三感測單元52c兩者與氣體出口46流體連通以使得壓縮氣體自該等感測單元中之任一者流動穿過氣體出口46並流回至壓縮機組11之氣體流中。
每一感測單元52a、52b、52c包含經組態以在壓縮氣體流動穿過感測單元時加熱壓縮氣體之一加熱器58，如圖2中所展示。加熱器58操作地連接至經組態以將電力提供至加熱器58之一PID電力控制器60。PID電力控制器60亦操作 地連接至控制器22。感測器封裝40係藉由軟體來控制，該軟體主要控制PID電力控制器60設定並保持用於將氣體室70保持在一實質上恆定溫度之回饋控制。此一回饋控制之時間間隔可快達10 Hz，此可將溫度波動或熱雜訊限制為約0.1℃峰值至峰值。在組態控制器22中，一使用者可設定氣體室70溫度、氣體通過切換器54至一特定感測器單元52b、52c之持續時間及氣體密度或濃度校準表之載入。
感測單元52a、52b、52c中之每一者操作地連接至光學詢問器20，光學詢問器20又操作地連接至控制器22。光學詢問器20藉由允許將一光信號自光學詢問器20穿過其中發送至感測單元52a、52b、52c之至少一個光纖18而連接至該等感測單元中之每一者。一熱電偶(TC)62經定位毗鄰於感測單元52a、52b、52c中之每一者用於測量各別感測單元之局部溫度。TC 62將一回饋提供至PID電力控制器60。
藉由使壓縮氣體流動穿過感測器封裝40而測量來自壓縮機組11之壓縮氣體之氣體密度，且壓縮氣體之熱容隨平均氣體組合物變化而改變。該熱容改變主要藉由使由光纖布拉格光柵感測器測量之內部溫度變化來達成。將由每一光纖布拉格光柵感測器產生之相對波長偏移轉換為氣體分子量，然後可使用該氣體分子量判定壓縮機之所估計多變效率。
如圖2至圖3中所展示，每一感測單元52包含形成圍繞至少部分地延伸穿過感測單元52之至少一個光纖18一殼體之 一包封密封室70。光纖18連接至光學詢問器20，且光學詢問器20經組態以透過光纖18將一光信號提供至室70。感測單元52包含一氣體進口72及一氣體出口74，其中來自壓縮機之氣體自進口72穿過感測單元52流動至出口74。至少一個光纖氣體感測器76沿著室70內之光纖18之長度而形成。在一實施例中，僅一個光纖氣體感測器76形成於光纖18上。在另一實施例中，多個光纖氣體感測器76形成於光纖18上。熟習此項技術者應理解，任何數目個光纖氣體感測器76可形成於同一感測單元52內之光纖18上。每一FBG感測器76經組態以回應於流動穿過感測單元52之壓縮氣體之一特定操作參數而產生一信號。
在操作中，來自壓縮機組11之壓縮氣體或諸如N2之一已知氣體透過氣體進口44進入感測器封裝40並進入至MFC 50中。MFC 50控制氣體穿過感測器封裝40之剩餘部分之流動，藉此提供一恆定壓力及流率-判定壓縮機組11之多變效率之兩個重要變數。然後氣體自MFC 50流動至第一感測單元52a。由於來自感測器封裝40外部之一源之氣體的溫度可取決於一天中的時間或季節而變化，因此第一感測單元52a之加熱器58經組態以增加氣體之溫度。在一項實施例中，加熱器58操作地連接至經定位直接毗鄰於室70之壁之金屬絲或其他加熱元件，以在氣體流動穿過第一感測單元52a時將熱能提供至該氣體。第一感測單元52a內之光纖布拉格光柵感測器76自光學詢問器20接收一光信號，並將可用以判定第一感測單元52a內之氣體之一局部所測 量溫度的一傳回波長信號反射至光學詢問器20。
氣體退出第一感測單元52a並進入切換器54。位於遙遠處的切換器控制器56致動切換器54以判定氣體退出切換器54時其將採用之路徑。切換器控制器56致動切換器54以使其將氣體引導至第二感測單元52b達一時間週期且然後再次致動切換器54以使其接著將氣體引導至第三感測單元52c。在一項實施例中，切換器54允許氣體流動至感測單元52b、52c中之每一者之時間週期在切換器之間係相同的。舉例而言，切換器54允許氣體流動至第二感測單元52b達五秒，然後切換以使得氣體流動至第三感測單元52c達五秒，之後切換器54才接著引導氣體流動至第二感測單元52b達另一五秒，等等。在另一實施例中，第二感測單元52b及第三感測單元52c自切換器54接收氣體之時間週期可變化。熟習此項技術者應理解，切換器控制器56可經程式化以提供任一切換序列用於將氣體流自切換器引導至第二感測單元52b及第三感測單元52c。
類似於第一感測單元52a，在氣體進入第二感測單元52b及第三感測單元52c中之每一者時，藉由具有經定位直接毗鄰於室70壁之金屬絲、線圈或其他加熱元件之加熱器58來增加氣體之溫度。感測單元52內之光纖氣體感測器76自光學詢問器20接收一光信號且將可用以判定感測單元52內之氣體之一局部所測量溫度之一傳回波長信號反射至光學詢問器20。當第二感測單元52b及第三感測單元52c繼續將信號提供至光學詢問器20時，彼等信號或波長接著被轉換 為傳輸至控制器22之資料。使用第二感測單元52b及第三感測單元52c之經感測波長之差異來計算氣體之有效分子量，然後使用該有效分子量來計算特定壓縮機級12之一所估計多變效率。然後將氣體自第二感測單元52b或第三感測單元52c傳送至感測器封裝40之氣體出口46。
在氣體流動至熱容器感測器封裝52中之期間損失之熱能必定誘發熱容器封裝結構中之一對應溫降，此對應溫降取決於有效氣體比熱容、組合物變化及流率。一冷氣體流在其進入至感測器封裝52中時將吸收熱能且誘發自室70壁至中心軸之一熱梯度。沿著感測器封裝52之中心軸安裝之FBG感測器76藉助於所測量溫度變化回應於氣體組合物改變。由於熱容器室70係由PID電力控制器60有效地控制，因此光纖氣體感測器76藉由向下偏移其與室70中之溫降成比例之布拉格光柵諧振波長而在數秒內迅速地將其熱能傳至氣體流。在氣體與室70壁之間建立一熱力學平衡或熱梯度量變曲線，且任一變化主要由氣體組合物改變或有效氣體密度或氣體分子量來支配。
壓縮機監測系統10經組態以針對任何種類之多級壓縮機監測裂化氣體分子量及密度以及診斷。藉由測量平均氣體密度及分子量變化，可使光纖氣體感測器中之所測量波長偏移與一多變效率改變相關。壓縮機監測系統10提供一種用於測量係表示一壓縮機之效能之關鍵控制參數之氣體密度或有效氣體分子量之方法及感測器封裝40。
熱容變化可用於測量任一整體氣體及其有效密度。熱容 器感測器封裝能量密度像一電池那樣可再充電，以便可藉由通過切換器54在脈衝模式下操作感測單元52而容易地進行重新校準。此優點對於監測壓縮機多變效率中之任一氣體密度偵測有極大價值。一光纖布拉格光柵感測器不僅需要用來測量一氣體中之僅一單種化學品或化合物，而是可改為測量光纖氣體感測器關於由氣體介質引起之熱容器能量密度變化對其高度敏感之整體氣體。感測器封裝40使得現場線上氣體分析能夠用於使用壓縮氣體之工業系統。作為延伸之感測能力，感測器封裝40亦使得能夠測量溫度、壓力、濕度、振動、應變/位移。所有光纖氣體感測器76由光提供電力且因此避免電磁干擾問題。
壓縮機監測系統10利用光纖氣體感測器76作為密封於一氣體室70中之氣體密度感測裝置，其中光纖氣體感測器76之熱容量由諸如光學詢問器20之一外部電源有效地控制，且在壓縮機氣體與光纖氣體感測器76之間的熱能交換係藉由氣體熱比熱容及熱對流效應來判定。在一恆定流率下，依據零階近似，熱能變化取決於下氣體組合物或氣體密度：△λB(t)=κT/h．f．Cp．ρ．[1+△ρ(t)/ρ]=λ(0)．[1+△ρ(t)/ρ] (3)其中f係氣體流率，ρ係藉由有效分子量判定之氣體密度，C p 係定壓比熱，κ T 係光纖氣體熱敏感度且h係熱對流係數。
當光纖氣體感測器經熱啟動時，其可與低熱能氣體流交換熱能。氣體感測器之熱損失取決於氣體比熱及密度。由 於增加氣體質量密度將增加熱能損失，因此僅藉由測量FBG感測器76之波長偏移來判定氣體密度。使用一光學詢問器20來以1 Hz至10 Hz資料速率偵測光纖氣體感測器76。且使用一PID控制器60藉助熱電偶提供之回饋控制將感測單元52之室70維持在恆定溫度。使用一固態繼電器或切換器54來控制氣體傳遞至第二感測模組52b或第三感測模組52c之持續時間。使用第二感測模組52b及第三感測模組52c中之每一者中之光纖氣體感測器76之差異回應振幅來計算氣體有效分子量及密度。
圖4已展示來自由壓縮機監測系統10使用之光纖氣體感測器(FGS)之反射光譜。每一光纖感測器之中心波長係藉由其光纖心有效折射率(n)及光柵節距大小(Λ)通過公式λ=2＊n＊Λ來判定。自每一光纖感測器所見之峰值可藉由一軟體以皮米(pm)為單位來追蹤。
圖5進一步圖解說明在計時器及切換器控制下來自第二及第三光纖感測器之信號處理。由於氣體係藉由計時器/切換器控制以一預設定時間遞送至每一氣體室，因此來自每一感測器之感測信號將延遲半週期(a)。兩個感測器之差異可給出峰谷狀信號(b)，其中感測器回應振幅藉由峰谷差來判定(c)。使用由公式(1)及(2)提供之一校準傳送函數來得到有效分子量或氣體密度(d)。
圖6圖解說明來自其中使用氫氣作為平衡氣體來降低有效氣體分子量之一碳氫化合物氣體混合物之實例性資料。波長偏移對氣體分子量之相依性可擬合於一非線性多項式 傳送函數。對於氣體純度、品質及清潔度監測，一線性傳送函數將首先經校準且將提供足夠準確度。對於未知氣體混合物分析，一個三次多項式傳送函數將確保可靠準確度。
感測器封裝40藉由最小化諸如壓力、溫度及流率之變數之效應同時提供對氣體進口溫度變化之低敏感度來達成高準確度。由於光學詢問器具有達1 pm準確度之一峰值追蹤演算法，因此絕對準確度主要由所應用之校準及校正之準確度來界定。不管密度範圍如何，測量之可重複性為±1 pm或±(0.010-0.025)g/mol。感測器封裝40之長期穩定性主要由光纖氣體感測器76之熱穩定性來控管。FBG感測器76係基於四面體結構之光纖布拉格光柵，且藉助高溫黏合劑接合至氣體室70中之一感測耙，此將維持其熱回應性質達諸多年。然而，光纖氣體感測器76表面上之腐蝕及沈積將使長期穩定性降級，且因此應當心以確保程序氣體係清潔的。藉由使用聚結過濾器減小沈積之可能性，但若發生沈積，則必須更換感測耙。
可使用儀器空氣或氮氣在現場進行氣體分析儀校準，且可在一氣體測試程序之前、之後或期間進行自動校準，如圖7中所展示。氣體進口溫度將隨可自冬天至夏天或自早上至下午改變之周圍條件而變化。為確保氣體準確度，監測系統10包含一預加熱方法以保持恆定氣體進口溫度，使得氣體組合物分析避免溫度波動誘發之誤差。另一方面，為自一高壓及高溫充氣壓縮機測量氣體性質，必須使用額 外機械配件，如圖7中所指示。此等機械配件包含壓力調節器、流量及壓力指示器、背壓調節器及T型閥門。必須將排放氣體再循環回至壓縮機以避免污染環境。
儘管已闡述本發明之較佳實施例，但應理解本發明不限於此且可在不背離本發明之情況下作出修改。本發明之範疇係由隨附申請專利範圍來界定，且本發明意欲涵蓋無論以字面形式還是等效形式屬於申請專利範圍之含義內之所有裝置、程序及方法。
10‧‧‧充氣壓縮機監測系統/壓縮機監測系統/監測系統
11‧‧‧壓縮機組/充氣壓縮機組
12‧‧‧壓縮機級
14‧‧‧級間冷卻器
16‧‧‧感測器封裝
18‧‧‧光纖
20‧‧‧光學詢問器
22‧‧‧控制器
40‧‧‧類熱容器感測器封裝/感測器封裝
42‧‧‧外殼
44‧‧‧氣體進口/進口
46‧‧‧氣體出口/出口
48‧‧‧單獨氣體管線
50‧‧‧質量流量控制器(MFC)
52‧‧‧感測單元/熱容感測器封裝/感測器封裝
52a‧‧‧第一感測單元/感測單元
52b‧‧‧第二感測單元/感測單元/特定感測單元/第二感測模組
52c‧‧‧第三感測單元/感測單元/特定感測單元/第三感測模組
54‧‧‧切換器
56‧‧‧切換器控制器
58‧‧‧加熱器
60‧‧‧PID電力控制器/PID控制器
62‧‧‧熱電偶(TC)
70‧‧‧氣體室/包封密封室/室/熱容器室
72‧‧‧氣體進口/進口
74‧‧‧氣體出口/出口
76‧‧‧光纖氣體感測器/光纖布拉格光柵(FBG)感測器
圖1係一充氣壓縮機組之一示意圖；圖2係一充氣壓縮機監測系統之一示意圖；圖3係在一類熱容器結構中具有一光纖布拉格光柵感測器之一感測器單元之一實施例；圖4係來自三個感測單元之典型光纖感測器光譜；圖5係用於差異化兩個光纖感測器信號以判定氣體分子量之一程序；圖6係圖解說明關於來自氫氣平衡之碳氫化合物氣體混合物之所估計氣體分子量及氣體密度之所測量波長偏移量之一圖表，且圖7係在一充氣壓縮機中之感測器封裝安裝方法。
10‧‧‧充氣壓縮機監測系統/壓縮機監測系統/監測系統
11‧‧‧壓縮機組/充氣壓縮機組
12‧‧‧壓縮機級
14‧‧‧級間冷卻器
16‧‧‧感測器封裝
20‧‧‧光學詢問器
22‧‧‧控制器

Claims (18)

  1. 一種用於監測充氣壓縮機之多變效率之充氣壓縮機監測系統，其包括：一氣體感測器封裝，其包含具有一氣體進口及一氣體出口之一外殼，其中該氣體進口及該氣體出口與該壓縮機流體連接，該氣體感測器封裝包括：一質量流量控制器，其與該氣體進口流體連通，用於接收一氣體；一第一感測單元，其與該質量流量控制器流體連通；一切換器，其經定位與該第一感測單元流體連通，該切換器可在一第一操作模式與一第二操作模式之間致動；一第二感測單元，其與該切換器及該氣體出口選擇性流體連通，其中一第一資料信號可由該第二感測單元透過一第一光纖即時產生；及一第三感測單元，其與該切換器及該氣體出口選擇性流體連通，其中一第二資料信號可由該第三感測單元透過一第二光纖即時產生；一光學詢問器，其藉助於該第一光纖及該第二光纖操作地連接至該第一感測單元以及該第二感測單元及該第三感測單元，其中該光學詢問器自該第二感測單元及該第三感測單元接收該第一資料信號及該第二資料信號且中繼該第一資料信號及該第二資料信號； 一控制器，其用於自該光學詢問器接收該第一資料信號及該第二資料信號，該控制器包含一處理器用於比較該第一資料信號與該第二資料信號以判定該壓縮機之該多變效率。
  2. 如請求項1之充氣壓縮機監測系統，其中該第二感測單元之該光纖氣體感測器及該第三感測單元之該光纖氣體感測器測量該壓縮機之一操作參數。
  3. 如請求項2之充氣壓縮機監測系統，其中該操作參數係溫度。
  4. 如請求項1之充氣壓縮機監測系統，其進一步包括一切換器控制器，其中該切換器控制器操作地連接至該控制器及該切換器，該切換器控制器在該第一操作模式與該第二操作模式之間選擇性地致動該切換器。
  5. 如請求項4之充氣壓縮機監測系統，其中當該切換器處於該第一操作模式時，該切換器與該第二感測單元流體連通，且當該切換器處於該第二操作模式時，該切換器與該第三感測單元流體連通。
  6. 如請求項1之充氣壓縮機監測系統，其中該等感測單元中之每一者由具有一進口及一出口之一密封室形成，該氣體可在該室之該進口與該出口之間流動。
  7. 如請求項6之充氣壓縮機監測系統，其中至少該第二感測單元及該第三感測單元含有定位於其中用於測量至少一個壓縮機操作參數之至少一個光纖氣體感測器。
  8. 如請求項7之充氣壓縮機監測系統，其中該至少一個壓 縮機操作參數係溫度。
  9. 如請求項1之充氣壓縮機監測系統，其中一第一光纖氣體感測器形成於該第二感測單元內之該第一光纖上，且一第二光纖氣體感測器形成於該第三感測單元內之該第二光纖上，該第一光纖氣體感測器及該第二光纖氣體感測器產生該第一資料信號及該第二資料信號。
  10. 一種供在用於監測一充氣壓縮機之多變效率之一充氣壓縮機監測系統中使用之氣體感測器封裝，該氣體感測器封裝包括：一質量流量控制器，其與該充氣壓縮機流體連通，該質量流量控制器自該充氣壓縮機接收一氣體；一第一感測單元，其與該質量流量控制器流體連通用於從中接收該氣體；一切換器，其與該第一感測單元流體連通用於從中接收該氣體；一第二感測單元，其與該充氣壓縮機流體連通，且該第二感測單元與該切換器選擇性流體連通；及一第三感測單元，其與該充氣壓縮機流體連通，且該第三感測單元與該切換器選擇性流體連通；其中該等感測單元中之每一者包含一光學感測器用於產生表示該氣體之一所測量操作參數之一即時資料信號。
  11. 如請求項10之感測器封裝，其中該光學感測器係一光纖氣體感測器，且該光纖氣體感測器回應於該氣體之該操 作參數而產生一資料信號。
  12. 如請求項10之感測器封裝，其中該氣體之該操作參數係溫度。
  13. 如請求項10之感測器封裝，其中該切換器可在一第一操作模式與一第二操作模式之間致動，使得當該切換器處於該第一操作模式時該切換器與該第二感測單元流體連通，且當該切換器處於該第二操作模式時該切換器與該第三感測單元流體連通。
  14. 如請求項10之感測器封裝，其進一步包含操作地連接至該等感測單元中之每一者用於加熱該氣體之一加熱器。
  15. 如請求項14之感測器封裝，其進一步包含經定位直接毗鄰於該等感測單元中之每一者之一熱電偶，該等熱電偶提供一回饋信號用於控制該等加熱器。
  16. 一種用於測量一充氣壓縮機之多變效率之感測器封裝，其包括：一質量流量控制器，其與該壓縮機流體連通，用於自該壓縮機接收一氣體且控制該氣體之流動；一加熱器，其用於將該氣體加熱至一第一溫度；一第一光纖氣體感測器，其與該質量流量控制器交替流體連通，該第一光纖氣體感測器產生表示相對於該第一溫度之一第一溫度改變之一第一輸出信號；及一第二光纖氣體感測器，其與該質量流量控制器交替流體連通，該第二光纖氣體感測器產生表示相對於該第一溫度之一第二溫度改變之一第二輸出信號； 其中可比較該第一輸出信號與該第二輸出信號以即時判定該多變效率。
  17. 如請求項16之感測器封裝，其中每一光纖布拉格光柵感測器安置於一單獨密封室內。
  18. 如請求項16之感測器封裝，其進一步包括以流體方式定位於該質量流量控制器與該第一光纖氣體感測器及該第二光纖氣體感測器之間的一切換器，其中該切換器使氣體之該流動在該第一光纖氣體感測器與該第二光纖氣體感測器之間交替。
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