监测气体流量,特别是天然气流量的方法和装置制造方法及图纸

用于监测流动气体成分的方法和装置。将声振荡施加到气体流动管的下游和上游，探测所监测声波在一定距离上的下行和上行的行进时间（ｔ↓［１］、ｔ↓［２］）。声速（Ｃ）或表示声速的量，在所说行进时间（ｔ↓［１］、ｔ↓［２］）的基础上确定。声速（Ｃ）主要依赖于所监测气体的平均分子量，测量流动气体的温度（Ｔ），并在温度测量的基础上，已换成某一个参考温度Ｔ↓［０］的声速，由公式Ｃ↓［０］＝Ｃ.√（Ｔ↓［０］／Ｔ）来确定。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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，本专利技术涉及监测气体流量，特别是天然气流量的装置。在芬兰技术研究中心(ValtiontutkimusKeskusVTT)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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。关于与本专利技术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，但这些装置与本专利技术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，与本专利技术的装置相比较，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，本专利技术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，本专利技术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。在本专利技术的最佳实施例中，用同一个装置的声学技术，可同时测得气体流动速度和气体中声速。此外，其优点是还可测量气体温度，在某些情况下还可测量压力。在温度测量的基础上，所测的声速可换算成予设的参考温度。在监测该换算的声速的基础上，可给出报警或任何其它控制信号。在该方法中，可以监测气体的成分，所说的成分影响声速主要是由于平均分子量，在某种程度上，也受分子自由度维数的影响。声速变化的允许范围，通过实验来确定，如果必要可参考利用色谱仪作出的测量。允许的，无须报警的声速变化范围的平均值可以表示成气体的一个平均或理想参量。关于这一点应明确指出，上面及下面的内容中，气体都应理解成，也意味着由不同气体组成的混合气体。在下文中，将参考附图结合一个图示的实施例详细叙述本专利技术，本专利技术不受所说实施例细节的严格限制。附图是本专利技术气体流量监测装置的示意图，它是一个框图。根据附图，在测量管10中，用声学方法监测了测量管10中流动的气体流量，典型地，所监测的气体是天然气。声波信号借助杨声器13a和13b从上游和下游传输进测量管10中，声波信号由位于杨声器13a和13b之间的麦克风14a和14b接收，麦克风之间相互距离为L，对于监测来说是基本的参量。测量管10的直径D和测量距离L经过选择，如L≈10D。从与本专利技术相关的测量技术的观点来看，最基本的物理观测是在具有刚性壁的管10中，低于某一个依赖于管10尺寸的极限频率，只有所谓的平面波或活塞式波能行进，其行进速度不依赖于介质，其温度或流速的局部变化，而只依赖于在测量距离内通常显示的平均值(B.Robertson，“EffectofArbitrayTemperatureandFlowProfilesontheSpeedofsoundinapipe”，J，ACoust.Soc.Am.Vol62，No.4.P，813…818.October1977，andB.Robertson，“FlowandTemperatureProfileIndependenceofFlowmeasuremeutsUsinglongAconsticwaves”TransactionoftheASME，Vol.106，P18…20，March1984)，这就可以不依赖于管内参量分布，而进行精确的流量测量。对于圆形截面的管，所说极限频率fc可从下式计算出fc＝C/(1.7.D)(1)其中C是管中介质中声音的行进速度，D是管10的直径。以下给出本专利技术用于流量监测的最重要的计算公式。声速C＝0.5·L·(t-11+t-12)(2)温度换算成声速CO= C·(TO/T)]]>(3)流速V＝0.5·L·(t-11-t-12)(4)体积流量Q＝V·A(5)质量流量M＝Q·P(6)V＝平均流速L＝麦克风14a和14b之间的距离t1本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于监测流动气体成分的方法，在该方法中，声振荡施加到气体流动管１０的下游和上游，探测所监测声波（Ｌ）下行和上行的行进时间（ｔ↓［１］、ｔ↓［２］），在所说行进时间（ｔ↓［１］、ｔ↓［２］）的基础上，确定声速（Ｃ）或表示声速的量，该速度（Ｃ）或量主要依赖于所监测气体平均分子量，其特征在于：在该方法中所说声振荡频率，经选择低于某一个极限频率（ｆ↓［０］），从而使所监测的声波沿测量管的轴向，以平面波行进，探测了所监测声波沿测量管的轴向测量距离（Ｃ）的行进时间（ｔ↓［１］、ｔ↓［２］），该测量距离基本上大于测量管的平均直径（Ｄ），当所说声速（Ｃ）或表示声速的量，与予期值的范围（Ｃ↓［１］……Ｃ↓［２］）不同时，则给出报警信号或其它控制信号。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：T梅兰伦，S库卡里，P希斯马基，M克努蒂拉，L卡尔，A蒂塔，
申请(专利权)人：蒂特达斯屈托拉仪器股份公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]