提出了一种确定气体物理性质的方法，其中，气体或气体混合物在压力下从气体贮存器(4)流过临界喷嘴(6)，并且经过微热传感器(7)；其中测量气体贮存器(4)中的压力下降，作为关于时间的函数；其中由压力下降读数确定气体特性系数；其中由微热传感器(7)的流量信号确定第二气体特性系数；其中借助微热传感器(7)确定气体或气体混合物的热导率；并且由第一气体特性系数和第二气体特性系数以及热导率通过关联来确定所需的气体物理性质。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】提出了一种确定气体物理性质的方法，其中，气体或气体混合物在压力下从气体贮存器(4)流过临界喷嘴(6)，并且经过微热传感器(7)；其中测量气体贮存器(4)中的压力下降，作为关于时间的函数；其中由压力下降读数确定气体特性系数；其中由微热传感器(7)的流量信号确定第二气体特性系数；其中借助微热传感器(7)确定气体或气体混合物的热导率；并且由第一气体特性系数和第二气体特性系数以及热导率通过关联来确定所需的气体物理性质。【专利说明】用于测定气体的物理性质的方法和装置本专利技术涉及用于测定气体或气体混合物的物理性质和燃烧相关量的方法和测量装置。气体物理性质具体是指密度、热导率、热容和粘度，以及燃烧相关量，例如气体或气体混合物的能含量、热值、沃泊指数、甲烷数和/或空气需要量。在气体燃料燃烧控制系统中，重要的是即使在改变燃料气体品质时也保持燃烧器的负荷恒定。沃泊指数(Wobbe index)由热值、和空气与该气体之间的密度比的平方根组成，是显示气体互换性的合适指标。相同的沃泊指数将会导致恒定的燃烧器的热负荷。在调节(天然气)气体发动机时，为了得到性能或效率的提升，需要了解在不同(天然气)气体品质下的热值，同时使用气体的甲烷数(类比于汽油的辛烷值)评价点火性能(爆震效应或偏时点火(misfiring))。最佳的燃烧过程需要适当的燃料气体和空气之间的混合比，其被称作“气体需要量”。烟垢(烟道气)通常在空气过少时形成，这尤其可能损坏燃料单元。过多的空气在燃烧期间导致性能下降。最优值取决于所关注的应用，但其随着气体品质改变而再次变化。学术文献中已描述了用于计算燃烧相关量的关联方法，例如参见U.Wernekinck,"Gasmessung und Gasabrechnung^ (气体计量和气体计价)，Vulkan publishers, 2009,ISBN 978-3-8027-5620-7。就此使用了以下测量变量的组合。A.介电常数，声速，CO2含量 B.2个压力下的声速，CO2含量 C.2个温度下的热导率，声速 D.热导率，热容，动力粘度 E.热导率，红外吸收(非色散) F.红外吸收(色散) 目前仅有少量市售可得的装置已证实能用于热值读数，例如RMG-Honeywell制的EMC500装置(D型加CO2含量)或Elster-1nstromet制的Gas-1ab Ql装置(E型加CO2含量)。然而，由于高的购置成本，这些装置均不适合大量配置。集成CMOS热丝式风速计能够进行热导率和质量流量的微热测量。对于该技术，参照 D.Matter, B.Kramer, T.Kleiner, B.Sabbattini, T.Suter 的出版物“Mikroelektronischer Haushaltsgaszahler mitneuer Technologie，，(使用新技术的微电子家庭气体计)，发表于Technisches Messen 71,3 (2004), 137-146页。其与常规热式质量流量计不同，直接在气流中实施测量，而非从包围气流的金属毛细管的外侧实施测量。EP 2015056A1描述了用于测定燃烧相关量的热流传感器，其基于基本上已知质量流量的情况下的热导率读数。使用临界喷嘴保持质量流量恒定，其目的是通过热导率校正临界喷嘴对气体类型的相关性。然而，关于关联燃烧相关量的信息被限制在2个或多或少地独立的测量变量，因此不容许验证所测定变量。WO 2004/036209A1描述了一种用于测定燃烧相关量的传感器，其中，质量流量保持恒定，通过热测量确认与热容成比例的值。由于所描述的传感器不是微热传感器，不能得出关于热导率的结论；这意味着热容和由此得出的燃烧相关量的测定可能只取决于一个比例系数。因此，需要使用已知的气体组合物进行附加的校准。另外，省略了热导率的信息、以及由此将热导率A与燃烧相关量关联的手段。此外，出现无法得到的热导率λ的变化限制了该方法的精度。因此，本专利技术目的在于，提出方法和测量装置，用于测定气体和气体混合物的物理性质，以得到比来自上述引用的专利文献中的传感器更高的精确度；另外，本专利技术的目的在于，以比证实能用于热值读数的需要校准的市售可得装置更低的成本生产测量装置。本专利技术的目的是通过权利要求1的方法和权利要求13的测量装置而实现的。本专利技术的构思是通过临界喷嘴结合能够测定流量和热导率的微热传感器，基于测定特定气体体积的压力下降，以测定气体物理性质。由于用于临界喷嘴的相同质量流量也应用于微热传感器，可验证压力下降和流量两者的测定的一致性。能够由这3种测量变量通过关联确定其它值。使用临界喷嘴测定规定气体体积的压力降低: 通过临界喷嘴的质量流量?由下式所示:,?J M m (1) 其中，Cd表示“流出系数”、即实际临界喷嘴相比于理想临界喷嘴的损失系数，P表示入口压力，A*表不喷嘴横截面积，T表不入口温度，Rm表不普适气体常数，#表不气体分子量，并且表示临界流量系数的最大值。后者是等熵系数f = Cp/Gv (等压热容与等容热容的比率)的函数， r-4-f- ? V 4* 1、2?*Ι—V I ψ = ^Jr ? ' '.(2)。 V2 j若通过临界喷嘴从高压释放气体的已知体积V的气体(例如从9巴至4巴)，则根据理想气体定律，该体积中的压力取决于时间t，如下所示: P T..M ’ V '1 句因此，压力变化的速率为 dp{{) dm(i) !L.■ T , t、Rlt.T?.............................................................................................................................■—*.--? jff I I f I * —----------------1 Λ \dt di M ■ VM-F 11 并且与等式(?) 一起得到 dt <rP'd—Γ 广^ Κ± Ι7(?.(5)因此，若以时间相关的方式测定压力的进程，则由积分得到的相关指数函数的时间常数T可定义为:【权利要求】1.用于确定气体和气体混合物的物理性质和/或燃烧相关量的方法，该方法中: -所述气体或气体混合物从气体贮存器(4)流过临界喷嘴￠)，并且经过微热传感器，其中，对所述临界喷嘴和所述微热传感器应用相同的质量流量； -测量所述气体贮存器(4)中的压力下降，作为关于时间的函数； -基于所述压力下降的测量值确定第一气体特性系数Γ %所述系数Γ ?与所述气体或气体混合物的第一组物理性质相关，其中，该第一气体特性系数例如得自所述压力下降的时间常数； -由所述微热传感器的流量信号确定第二气体特性系数Γ，所述系数Γ与所述气体或气体混合物的第二组物理性质相关，其中，该第二气体特性系数包含例如所述气体或气体混合物的热容Cp，或者与热容Cp相关； -利用所述微热传感器(7)确定所述气体或气体混合物的热导率A.;并且-由所述第一气体特性系数Γ *和/或第二气体特性系数Γ以及热导率又通过关联来确定所需物理性质或燃烧相关量。2.权利要求1的方法，其中，起点为所测量的压力的指数递减，本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于确定气体和气体混合物的物理性质和/或燃烧相关量的方法，该方法中：‑所述气体或气体混合物从气体贮存器(4)流过临界喷嘴(6)，并且经过微热传感器，其中，对所述临界喷嘴和所述微热传感器应用相同的质量流量；‑测量所述气体贮存器(4)中的压力下降，作为关于时间的函数；‑基于所述压力下降的测量值确定第一气体特性系数，所述系数与所述气体或气体混合物的第一组物理性质相关，其中，该第一气体特性系数例如得自所述压力下降的时间常数；‑由所述微热传感器的流量信号确定第二气体特性系数，所述系数与所述气体或气体混合物的第二组物理性质相关，其中，该第二气体特性系数包含例如所述气体或气体混合物的热容cp，或者与热容cp相关；‑利用所述微热传感器(7)确定所述气体或气体混合物的热导率；并且‑由所述第一气体特性系数和/或第二气体特性系数以及热导率通过关联来确定所需物理性质或燃烧相关量。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P普雷特雷，A肯普，T苏特，
申请(专利权)人：MEMS股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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