[发明专利]监测气体流量，特别是天然气流量的方法和装置

说明书

本发明涉及监测流动气体成分的方法，在该方法中，将声振荡加到气体流动管下游和上游，探测所监测的声波顺流和逆流的行进时间，在所说行进时间的基础上，确定声波速度或表示速度的量，该速度或量主要依赖于所要监测的气体的平均分子量。

进一步，本发明涉及监测气体流量，特别是天然气流量的装置。

在芬兰技术研究中心（Valtion    tutkimusKeskusVTT）的芬兰专利FINo76885中，公开了一种声波流量测量方法和装置，该方法和装置采用声波上行和下行的方法测量气体、液体和/或多相乳浊液在一个管中或在一个等价的波管中的流速、体积流量和/或质量流量。在该已有技术的方法和装置中，使从声源发生的宽频带声波信号，以平面波上行和下进入测量管或等价波管，然后，在从所测声波信号修正函数的最大值和/或最小值，得到的声波行进时间的基础上，和在测量点之间距离的基础上确定流速。

在所说芬兰专利中，描述的一个技术解决方案中，以频率扫描的方式把声波输入测量管道中，再从放在测量距离端头的麦克风的信号，采用极性相关器确定声音的行进时间。根据所测得的上行和下行的行进时间，就有可能非常精确地测得平均流速，和在静止介质中的声速。此外，如果必要的话，还可根据流速和管子的横截面积，计算出体积流量率，根据所说芬兰专利或某些其它方法测量的气体流速，一般来说，是与气体的温度和压力一起作为初始信息，用于计算质量流量。所以，通常流速的测量是结合气体温度和压力的测量一起进行的。

除了测量流速和质量流量，也还需要监测气体的其它参量，特别是监测气体成分。这种需要已经出现，如在测量天然气的情况下，这种天然气经济上是最重要气体形式的能源。例如，天然气中可能包含不同量的氢气、水蒸气或惰性气体。如在已有技术中所知的，天然气参量的监测是通过采样然后用色谱分析检测样品进行的，这需要有昂贵的设备，需在实验室中进行，并且难以自动进行。所以很需要有这样一种监测气体，特别是监测天然气的方法和装置。它在气体参量发生明显变化的情况下能发出报警，在这种情况下，如果必要则有可能利用色谱分析仪，进行更精细的分析。为了销售而确定其燃烧值，也很有必要监测气体的成分。

已经知道，声波在气体中的速度主要依赖于气体的成分和温度。气体成分影响声音速度主要是因为其平均分子量，在某种程度上也是由于其分子中的自由度的维数，即分子中的原子数。

本发明的目的是提出一种用于监测气体，特别是天然气的流量，特别是监测气体组成的新颖有益的方法和装置。

本发明的一个目的是提出一种方法，除了得到关于气体流速的信息之外，还可得到关于气体成分是否保持纯一或是否有变化发生，例如混入其它气体如氢气、水蒸汽或空气等外部气体混入天然气中。

本发明的一个特殊目的是提出一种方法，它能很好地与气体流量的测量，特别是与所说的芬兰专利No76885中所描述的声波气体流量计相结合，在该装置中声波上行和下行的行进时间通过相关技术，最好采用极性相关器进行则量。

关于与本发明紧密相关的已有技术，参考文件还有CH669，463和US4596133其中记载了适于监测气体流动的装置，该装置中主要采用了超声波技术，但这些装置与本发明比较其基本区别在于：在所引用的专利中，声波能量是沿一定路径倾斜穿过流量管，在这种情况下声波波长必须是基本上短于测量管的直径。另一个不同是，在所说的引用专利中的装置，与本发明的装置相比较，都是采用超声波技术，同一个探测器既用作传输器又作为监测声波的接收器。

为了实现上述的及后面将提到的目的，本发明的方法主要特征在于，在该方法中所选择的所说声振动荡频率低于某一个限制频率，从而使监测声波在测量管的轴向上，以平面波行进，探测监测声波在测量管的轴向上，一段测量距离上的行进时间，该测量距离基本上大于测量管的平均直径，并且当声速或代表声速的量与其预期值范围不同时，就给出一个报警信号或其它控制信号。

另一个方面，本发明的装置其特征主要在于：该装置包括一个测量管，所测气体流量从中穿过，和用作声频信号传输器的杨声器，以及用作声探测器的麦克风，该麦克风放在所说的两个杨声器之间，与测量管相连的位置上，所说的两个杨声器沿测量管的轴向彼此分开一定的已知的距离，其轴向距离基本上大于，最好是一个量级，测量管的平均直径，该装置还包括确定气体流动速度和在气体流动中声波速度的单元，该装置还包括一个报警单元，当所探测的声速或表示声速的量，高于或低于某些预设的极限值时，可用来产生报警信号。