[发明专利]用于确定流体的热导率的测量设备

说明书

一种用于确定流体的热导率的测量设备，其具有保持流体的流体容积(2)、控制设备(4)和布置在流体容积(2)中的传感器模块(5)，其中，传感器模块(5)包括支撑主体(6)和多个传感器导线(7)，所述多个传感器导线在每种情况下在所述支撑主体(6)的两个接触位置(25、26)之间自由延伸，所述多个传感器导线(7)中的一者用作热源(8)并且能够通过所述控制设备为此目的供能，其中，所述控制设备(4)设置成经由所述多个传感器导线(7)中的用作温度传感器(9‑13)的并且布置在距所述热源(8)不同距离处的至少两者来捕获取决于在相应的温度传感器(9‑13)处的温度的温度测量值(34‑37)，并且根据该温度测量值(34‑37)确定热导率。

技术领域

本发明涉及一种用于确定流体的热导率的测量设备，该测量设备具有保持流体的流体容积、控制设备和布置在流体容积中的传感器模块。本发明还涉及一种用于确定流体的热导率的方法。

背景技术

在许多应用情况中，可能与确定流体、特别是气体的热导率有关。这可以用于例如根据确定的热导率识别或分类各种流体(特别是各种气体，例如不同的天然气)或各种流体化合物。已知用于确定热导率的各种方法。例如，可以使用两个同心的筒护套，其中外筒护套主动地保持在指定温度下以用作温控散热器。内筒护套用固定的热量输出加热，以便为已知强度的连续热流提供热源。样本气体布置在内筒护套和外筒护套之间。现在可以通过两个温度计确定内筒护套表面和外筒护套表面之间的温度下降，并且由此确定热导率。通过重新排列用于计算通过具有已知热导率的筒护套的热流Φ的已知方程，可以用以下等式来说明热导率λ。

此处，Φ是恒定的热流，L是在筒的竖直方向上的筒护套表面的长度，r_i是内筒护套的半径，T_i是内筒护套处的温度，r_a是外筒护套的半径，T_a是外筒护套处的温度。

由于上面说明的测量原理可能实现起来相对复杂，所以经常替代地使用固定的加热导线原理，其中细的导线以恒定功率加热，并且与其隔开一定距离布置的检测器块用作热控散热器。根据位于导线和散热器之间的流体的导热性，导线加热到不同程度。该导线另外用作电阻温度计，使得可以确定该导线的温度以及根据该温度确定相应的热导率。这里的问题是，只有当另外使用参考单元时才能通过该方法获得足够高的测量精度，其中，如上所述，参考气体的热导率被并行测量，并且通过比较测量值确定样品流体和参考流体的热导率的偏差。

或者，可以使用热导率传感器技术。样品流体位于中央加热板的两侧，其中圆形或矩形测量单元与加热板隔开一定距离通过热控冷却板连接。热控冷却板可以是例如用作无源散热器的硅板。作为热导率的量度，对维持指定加热板温度所需的电压进行求值。这种方法的缺点在于，通常获得相对高的加热板温度并因此获得所检查的流体的高平均温度。由于流体的热导率通常取决于温度，因此，在室温下实际上经常寻求的热导率可能只能通过估计得到。另外，可能发生非常高的温度梯度，从而至少产生温度梯度和热流之间的实际关系偏离所描述的测量方法所依赖的线性关系的风险。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供确定流体的导热性的可能性，其避免了上述问题，其中尤其可以使用小结构的传感器系统并基本上在当前环境温度下的宽温度范围内测量热导率。

根据本发明，该目的通过引言部分中提到的类型的测量设备实现，其中传感器模块包括支撑主体和多个传感器导线，所述多个传感器导线在每种情况下在支撑主体的两个接触位置之间自由延伸，其中，一个传感器导线用作热源并且能够通过控制设备为此目的通电，其中控制设备设置成通过用作温度传感器并且布置在距热源不同的距离处的至少两个传感器导线捕获取决于相应温度传感器处的温度的温度测量值，并且根据温度测量值确定热导率。