[发明专利]用于确定燃气品质的特定量值的方法和测量装置

说明书

本发明公开了用于确定燃气品质的特定量值的方法和测量装置，其中该燃气或燃气混合物流经超声流量传感器(4)以及流经微热传感器(7)，前者用于确定声速和流速，后者用于确定该燃气或燃气混合物的热导率和热容。所述声速、热导率和热容随后用于关联燃气品质的特定量值。

技术领域

本发明涉及在家庭和工业领域中用于确定燃气品质的特定量值（specificquantities for gas quality）和/或能量消耗的方法和测量装置。

背景技术

（天然）气组成和因此燃气品质在未来会由于新来源（生物气、来自世界各地的液化气、利用来自替代能源生产的过剩电流（current）产生的氢气）而更频繁和更剧烈地波动，并因此对燃气应用过程具有不同影响，这也可能包括负面影响。可以通过直接测量现场燃气品质的特定量值来根据波动的燃气品质调节这些过程以确保最佳和安全的运行。燃气品质的特定量值包括例如用于燃烧器控制单元的华白指数、发电系统（工业炉、燃料电池等）中的空燃比、用于燃气发动机的甲烷值或用于计费购买的能量的热值（calorificvalue）。但是，后者要求测量购买的燃气量，这目前通过使用膜式燃气表（家用）借助容积流量测量，或在购买大量燃气体积（工业）的情况下借助旋转位移式流量计、涡轮式流量计或超声流量计进行，只有少数例外。所有这些测量手段仅适用于确定运行容积（operatingvolume）。为了由这些数据得出关于购买的可计费能量的结论，必须换算成标准体积并且也必须具有关于各种供给燃气的热值的信息。这两者都不精确地实施：通常用平均温度和平均压力计算标准体积，且热值也是经计费周期平均而得的值。

发明内容

本发明的目的是提供可以实时确定燃气品质的特定量值和/或功耗的方法和测量装置。

从专利申请EP 14001767中获知一种方法，其中通过临界喷嘴生成料流以借助下游微热传感器（microthermal sensor）确定燃气品质的特定量值。所述方法要求，经由喷嘴始终主要为临界压力条件，这通过向喷嘴供应上游压力或通过在喷嘴后生成真空进行。该方法因此不直接适用于在最终用户处确定燃气品质的特定量值，因为供应管网（network）在此处很少具有所需的上游压力并且绝不可能在喷嘴后安装真空泵。

从EP 2 574 918 A1中获知一种方法，其中使用微热传感器改进容积流量测量装置以便可确定热扩散系数，其在已知热导率的情况下能将燃气分类成L（低热值）或H（高热值）燃气。但是，由该容积流量、热扩散系数和热导率不可能足够精确地得出关于热值和能量流的结论。

本发明的目的是补救上述方法的缺点，并提供适用于低压燃气管网并且除将燃气分类成L或H燃气外还可用于确定热值和能量消耗的方法和测量装置。

通过根据权利要求1的方法和通过根据权利要求7的测量装置实现这一目的。

本发明基于将超声流量传感器（ultrasonic flow sensor）与微热传感器组合以如下确定燃气品质的特定量值和/或能量消耗的理念。

借助超声流量传感器测量声速和容积流量：

为了确定容积流量，通常以横穿流向的一定角度将超声信号注入流动介质，并在流向上和与该流向相反地测量该超声信号的运行时间差（图1b）。这两个超声信号的运行时间差随后是平均流速的量度，由此可用已知的管线横截面积（line cross-section）计算容积流量：

(1)

其中

v_x是指平均流速，

c_s是指声速，