流体参数的确定制造技术

一种用于确定未知流体(g)的流体参数的方法，所述流体参数例如为热容量CpP、热值Hp、甲烷数MN和/或沃泊指数WI。流体(g)的未知流(55)被设置在传感器装置(10)中，传感器装置(10)包括用于测量至少一个温度值T1、T2、另外的参数以及跨限流器(14)的压力差值Δρ的压力传感器装置(15)和热流传感器(1)。使用这些测量参数T1、T2、Δρ和校准数据来计算未知流体(g)的热值Hp、和/或沃泊指数WI或指示其的参数。本发明专利技术还涉及用于执行这种方法的计算机程序产品以及这种传感器装置(10)。

Determination of fluid parameters

A method for determining the fluid parameters of an unknown fluid (g), the fluid parameters such as heat capacity CpP, heat value Hp, methane number MN and / or Waugh index WI. The fluid flow (g) and unknown (55) is arranged on the sensor device (10), a sensor device (10) includes T1, T2 and other parameters and cross limiter measuring at least one temperature value (14) pressure sensor device the pressure difference value of the (15) and heat flux sensor (1). The use of these parameters T1, T2, Rho Delta and calibration data to calculate the unknown fluid (g), the calorific value of Hp and / or WI or Wobbe index indicating its parameters. The invention also relates to a computer program product for the execution of the method and the sensor device (10).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】流体参数的确定
本专利技术涉及用于确定未知流体的流体参数的方法，该流体参数特别是流体的热值或与其相关的参数，该流体优选地是可燃气体。本专利技术还涉及被配置为执行所述方法的计算机程序产品和测量装置。
技术介绍
现今的天然气管道以由许多进料站进料的庞大网络来组织。由于管道系统中的气体来源于不同的气源，所以气体自然地为随时间变化的混合物。天然气的热值是通常通过气体成分分析确定的重要的技术和经济流体参数。气体成分可以借助于气相色谱仪测量。然而，这样的装置在购置和维护方面是昂贵的。此外，测量时间长，并且因此测量数据不能实时可用，而必须间歇地收集测量数据。用于确定天然气的热值的另一装置从DE10122039A1已知。该文献提出使用具有两个温度传感器和布置在其间的加热器的气体流量计。天然气的热值根据两个所测量的温度值通过线性插值来确定。然而，该方法不如所期望的那样精确。此外，在测量期间气体流量必须保持恒定。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于确定未知流体的参数的改进方法。特别地，方法可以用于测量可燃气体或这种气体的混合物，特别是天然气或其混合物，其中，流体参数可以是流体的热值或指示热值的参数。该目的通过根据权利要求1所述的方法来实现。因此，提出了以下方法：该方法用于确定未知流体g的特性参数，所述特性参数特别是热值Hρ或指示热值的参数，未知流体g优选地为可燃气体(优选地为天然气)，所述流体g在通过传感器装置的流体流中流动，传感器装置包括：热流传感器装置，其具有加热元件和至少一个温度元件(优选地为第一温度传感器和第二温度传感器)，其中，加热元件布置在第一温度传感器和第二温度传感器之间；限流器，其布置在所述流体流中的第一位置和第二位置之间；以及压力传感器装置，用于确定流体g在所述第一位置和所述第二位置之间的压力差Δp，方法包括：(i)建立通过所述传感器装置的具有未知值的流体流，其中，流体g的至少一部分溢出所述热流传感器；(ii)激活所述热流传感器的加热元件并且用所述第一温度传感器测量至少一个第一温度T1以及用所述第二温度传感器测量至少一个第二温度T2；(iii)分别测量流体g在第一位置和第二位置处的第一绝对压力p1和第二绝对压力p2，或者用所述压力传感器装置测量流体g在第一位置和第二位置之间的压力差Δp；以及(iv)用相关函数根据所测量的第一温度T1和所测量的第二温度T2以及所测量的压力值Δp或p1、p2确定流体g的热容量cPρ、热值Hρ或指示热值的参数、甲烷数(MN)或指示甲烷数的参数以及/或者沃泊指数WI或指示沃泊指数的参数。术语“流体”特别涉及气体，优选地可燃气体，例如天然气、生物气、贝壳气(shellgas)、民用煤气或其混合物等。甲烷数MN和沃泊指数WI彼此线性相关。因此，本专利技术基于如下的见解：使用两个传感器，特别是热流传感器和压力传感器，可以简单地并且有效地确定未知流体的与能量含量相关的参数，特别是与热值相关的参数。此外，本专利技术允许提供在线(即，实时)数据。因此，可以在进料过程期间分析(并且控制)到目标装置中的流体进料。在一些实施方式中，方法还包括以下步骤：(v)根据所测量的第一温度T1和所测量的第二温度T2确定流体g的第一特性参数；(vi)根据所测量的第一温度T1和所测量的第二温度T2以及所测量的压力值Δp或p1、p2确定流体g的第二特性参数，其中，第二特性参数相对于所述第一特性参数包含流体g的附加信息；(vii)用相关函数根据所述第一特性参数和所述第二特性参数确定流体g的热容量cPρ、热值Hρ或指示热值的参数以及/或者沃泊指数WI或指示沃泊指数的参数。优选地，流体g的第一特性参数是所述流体g的热导率λ，并且所述流体g的第二特性参数是所述流体g的微观力ξ。应当理解，替代两个温度传感器，加热元件也可以设计成提供可替选的参数，例如一个温度和一个加热器电流强度等，使得指示第一温度T1和第二温度T2的至少两个参数可用。在一些实施方式中，使用如下第一校准数据和第二校准数据：对于至少一种校准流体，优选地对于两种或更多种校准流体g1，g2，第一校准数据和第二校准数据包括第一温度T1和第二温度T2以及压力值Δp或p1、p2。因此，根据本专利技术的传感器装置可以用至少一种流体——优选地两种或更多种流体——来进行校准。优选地，所述流体应当具有与未知流体的特性参数没有太大不同的特性参数。校准流体的特性参数可以在一定范围内，即，如果λ在具有如下下界的范围中即可：校准流体的特性参数的50％至300％，优选地80％至150％，更优选地80％至120％。第一校准数据可以是与第一特性参数相关的数据，第二校准数据可以是与第二特性参数相关的数据。优选地，第一校准数据和第二校准数据被存储在至少一个查找表中。在一些实施方式中，所述第一特性参数和所述第二特性参数通过插值、优选地通过线性插值来确定。因此，(一种或更多种)校准流体可以被选择为使得可以进行插值，优选地进行线性插值。优选地，第二特性参数通过在插值之前重新调整相关校准数据(特别是第二校准数据)的至少一部分来确定。在一些实施方式中，第一校准数据还包括校准流体g1，g2的热导率λg1λg2，并且第二校准数据包括校准流体g1，g2的微观力ξg1，ξg2。在一些实施方式中，相关函数基于二次拟设(quadraticAnsatz)。可以经验地确定相关函数的任何系数，即，使用相似流体(即，具有相似参数的流体(例如，天然气或其混合物))的可用数据，以及使用诸如最小二乘法的拟合技术来确定系数。用于流体的数据集在文献和可公开访问的数据库中容易获得。在一些实施方式中，方法还包括：(viii)根据热容量cPρ和热导率λ确定流体g的流体流的体积流量Q。这可以通过以下等式来完成：在此，函数Θ1＝Fλ(φQ)表示作为的函数的热流传感器的流量信号。如果λ足够接近于λg1和λg2，则可以通过对校准数据进行线性插值来获得函数Fλ(φQ)，如等式(9)和等式(10)所示。下面说明术语“足够接近”。由于利用根据本专利技术的方法可以更精确地确定参数，因此也可以更精确地确定热容量cPρ。由于体积流量Q强烈地依赖于热容量cPρ，因此根据本专利技术的方法还允许更精确地确定体积流量Q，而无需了解流体，例如，气体分类，即无论其是否是丙烷等。在一些实施方式中，方法还包括：(ix)根据流体g的所述体积流量Q和热值Hρ确定每时间单位的能量转移。因此，根据本专利技术的传感器装置可以作为能量计操作，这可以有助于优化燃烧器中的燃烧过程。优选地，方法还包括：(x)输出热容量cPρ、热值H、和/或沃泊指数WI或甲烷数MN。借助于传感器装置确定的任何其他参数可以在显示器等上输出，或者使用所述参数可用于另外的电路系统，例如内燃机可以使用在线测量中确定的热值或甲烷数来控制进入燃烧区的流体的体积流量Q，或控制其燃烧过程本身。优选地，所述方法是在流体g为天然气或其混合物的情况下执行的。这是有利的，因为天然气是广泛已知的，即可以找到关于天然气的性质的详细数据集，并且例如在燃烧过程中，它被广泛使用。因此，对用于在线测量天然气流量的小型、廉价和可靠的装置存在显著需求。本专利技术的另一个目的是提供一种传感器装置，该传感器装置被配置为执行未知流体的热值或指示热值的流体参数的确定。该目的通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定未知流体(g)的特性参数的方法，所述特性参数特别是热值(Hρ)或指示热值的参数，所述未知流体(g)优选地为可燃气体，所述流体(g)在通过传感器装置(10)的流体流(55)中流动，所述传感器装置(10)包括：热流传感器装置(1)，其具有加热元件(3)和至少一个温度传感器(2；4)；限流器(14)，其布置在所述流体流(55)中的第一位置(18)和第二位置(19)之间；以及压力传感器装置(15；16、17)，用于确定所述流体(g)在所述第一位置(18)和所述第二位置(19)之间的压力差(Δp)，所述方法包括：(i)建立通过所述传感器装置(10)的具有未知值的流体流(55)，其中，所述流体(g)的至少一部分溢出所述热流传感器(1)；(ii)激活所述热流传感器(1)的加热元件(3)，并且用第一温度传感器(2)测量至少一个第一温度(T1)以及用第二温度传感器(4)测量至少一个第二温度(T2)；(iii)分别测量所述流体(g)在所述第一位置(18)和所述第二位置(19)处的第一绝对压力(p1)和第二绝对压力(p2)，或者用所述压力传感器装置(15；16、17)测量所述流体(g)在所述第一位置(18)和所述第二位置(19)之间的压力差(Δp)；以及(iv)用相关函数根据所测量的第一温度(T1)和所测量的第二温度(T2)以及所测量的压力值(Δp或p1、p2)确定所述流体(g)的热容量(cPρ)、热值(Hρ)或指示热值的参数、沃泊指数(WI)或指示沃泊指数的参数以及/或者甲烷数(MN)或指示甲烷数的参数。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定未知流体(g)的特性参数的方法，所述特性参数特别是热值(Hρ)或指示热值的参数，所述未知流体(g)优选地为可燃气体，所述流体(g)在通过传感器装置(10)的流体流(55)中流动，所述传感器装置(10)包括：热流传感器装置(1)，其具有加热元件(3)和至少一个温度传感器(2；4)；限流器(14)，其布置在所述流体流(55)中的第一位置(18)和第二位置(19)之间；以及压力传感器装置(15；16、17)，用于确定所述流体(g)在所述第一位置(18)和所述第二位置(19)之间的压力差(Δp)，所述方法包括：(i)建立通过所述传感器装置(10)的具有未知值的流体流(55)，其中，所述流体(g)的至少一部分溢出所述热流传感器(1)；(ii)激活所述热流传感器(1)的加热元件(3)，并且用第一温度传感器(2)测量至少一个第一温度(T1)以及用第二温度传感器(4)测量至少一个第二温度(T2)；(iii)分别测量所述流体(g)在所述第一位置(18)和所述第二位置(19)处的第一绝对压力(p1)和第二绝对压力(p2)，或者用所述压力传感器装置(15；16、17)测量所述流体(g)在所述第一位置(18)和所述第二位置(19)之间的压力差(Δp)；以及(iv)用相关函数根据所测量的第一温度(T1)和所测量的第二温度(T2)以及所测量的压力值(Δp或p1、p2)确定所述流体(g)的热容量(cPρ)、热值(Hρ)或指示热值的参数、沃泊指数(WI)或指示沃泊指数的参数以及/或者甲烷数(MN)或指示甲烷数的参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热流传感器装置(1)包括第一温度传感器(2)和第二温度传感器(4)，其中，所述加热元件(3)布置在第一温度传感器(2)和第二温度传感器(4)之间。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括：(v)根据所测量的第一温度(T1)和所测量的第二温度(T2)确定所述流体(g)的第一特性参数；(vi)根据所测量的第一温度(T1)和所测量的第二温度(T2)以及所测量的压力值(Δp或p1、p2)确定所述流体(g)的第二特性参数，其中，所述第二特性参数相对于所述第一特性参数包含所述流体(g)的附加信息；(vii)用所述相关函数根据所述第一特性参数和所述第二特性参数确定所述流体(g)的热容量(cPρ)、热值(Hρ)或指示热值的参数、甲烷数(MN)以及/或者沃泊指数(WI)或指示沃泊指数的参数。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述流体(g)的第一特性参数是所述流体(g)的热导率(λ)，并且所述流体(g)的第二特性参数是所述流体(g)的微观力(ξ)。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，对于至少一种校准流体(g1，g2)，优选地对于两种或更多种校准流体(g1，g2)，第一校准数据(LUT1；LUT2)和第二校准数据(LUT3；LUT4)包括第一温度(T1)和第二温度(T2)以及压力值(Δp或p1、p2)，所述校准流体(g1，g2)优选地为气体，其中，所述第一校准数据(LUT1；LUT2)和所述第二校准数据(LUT3；LUT4)被存储在至少一个查找表中，并且其中，所述第一特性参数和所述第二特性参数通过校准数据(LUT1；LUT2；LUT3；LUT4)的插值、优选地通过校准数据(LUT1；LUT2；LUT3；LUT4)的线性插值来确定。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二特性参数通过在插值之前重新调整相关校准数据(L...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·霍尔农，安德烈亚斯·吕格，
申请(专利权)人：盛思锐股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH