[发明专利]用于确定流动气体介质的分数的方法和系统

说明书

本发明涉及一种确定流动气体介质的分数的方法。本发明进一步涉及一种用于实现这种方法的系统。

对流动气体的组成的了解在许多技术领域是重要的。这种情况，例如，在制造药物或组合用于医疗目的的期望的混合气体过程当中。

例如，在医疗输液泵中，特别是在新生儿学领域，必须知道介质的流速和组成，例如，新出生的孩子是否接受了正确的种类和正确的量的药物和/或营养。这里的一个问题是流速非常低，这使得难以实现所需的测量精度。

但是在天然气的情况中，知道天然气组成也是同样重要的，例如用于确定其能量含量。用于确定气体燃料的能量含量的常规装置，例如沃泊指数仪或气相色谱仪，比较庞大且昂贵。

预计国家电网中天然气的组成和质量将因各国天然气的混合以及由此导致的周期性变化而显著变化。质量控制和质量保证在这方面至关重要。这更加相关的是有必要将生物气引入国家电网。

从上文显而易见的是，需要一种快速、廉价和可靠的方法来确定多个技术领域中的气体介质的组成。相应地，本发明的目的是提供一种方法，通过该方法可以确定流动气体介质的(体积)分数(fractions)，并且通过该方法可以连续(实时地)进行所述分数的确定，特别是为了质量保证和安全的目的。

为了实现该目的，本发明提供一种如权利要求1所述的方法。根据本发明的确定分数，特别是体积分数的方法包括提供流动气体介质的步骤，其中流动气体介质的组成待确定。流动气体介质至少基本上由已知的N种已知组分构成。本文中的术语“组分”在任何情况下表示纯的、未混合的流体，例如水、氢、氧、二氧化碳、氮和烷类如甲烷、乙烷、丙烷等。

根据该方法，确定所提供的气体介质的至少N-1个参数。在一实施例中，例如，所述参数中的一个或多个从包括质量流量、密度、粘度和热容量的一组量中选择。供替代的量显然是可想到的。可以直接测量参数，或者可选地从其他测量推导得到参数。

对于N个已知组分中的每一个，提供与确定的每个N-1个量相关的至少N-1个参考值。换句话说，为气体介质的每种已知组分提供参考值。例如，如果确定或测量甲烷、二氧化碳和氮气的混合物的密度，则提供甲烷、二氧化碳和氮气的相应密度作为参考值。如果测量补充的参数，例如粘度，则提供用于确定的量的参考值，因此在这种情况下，对于每种组分都是粘度。

根据本发明的方法，包括通过求解至少N个方程式来确定所提供的气体介质的每种已知组分的分数的步骤，该方程式包括：

至少N-1个方程式，其将每个确定的参数描述作为介质的每个已知参数的分数的函数，以及作为气体介质的每种已知组分的所提供的参考值的函数，以及

至少一个方程式，其设置每种已知组分的分数之和至少基本上等于100％。

上述方法使得可以以相对简单和快速的方式确定流动气体的组成。解决根据本发明的方程式基本上使得组成立刻被确定。这使得特别是可以连续监测(实时)流动的气体介质。由此实现了本发明的目的。

在从属权利要求2至12中定义了该方法的有利实施例。这些实施例的优点将在下面讨论。

在一实施例中，该方法包括实质上连续地提供流动的气体介质并且实质上连续地确定至少N-1个参数的步骤。因此，该方法可以实质上连续地进行，以实质上实时地确定流动气体介质的分数。确定参数和确定组分的分数的步骤至少重复一次，使得连续流动的气体介质的组成在两个时刻是已知的。这使得可以随时间观看组合物，从而可以监测气体的质量。这增强了安全方面，特别是在医疗应用中。

根据本发明的方法通过确定N-1个参数和求解N个方程式而产生非常快速的结果。与替代方法相比，已知的方法，例如气相色谱法，其中测量结果在大约3分钟后变得可用，根据本发明的方法使得可以非常快有结果，达到0至60秒，特别是0至15秒，更特别是0至5秒。此外，气体可以根据本发明提供，而没有预处理的必要性(例如，组分的分离和/或载气的添加，如在气相色谱中)。没有预处理以及使用该方法可以实现的速度使得可以连续或半连续地使用该方法。这在需要或期望监测气体的情况下是特别有利的。

在一实施例中，在随后求解的矩阵方程式中描述该方程式。解决这种矩阵方程式的有效、快速和可靠的方法是本身已知的最小二乘法。优选地使用处理单元来求解矩阵方程式，以获得组分的分数。