气体传感器制造技术

用于测量气体(1)的性质的气体传感器(2)，其包括气体粘度传感器(4)以及测量室系统(15)，气体粘度传感器(4)包括与要测量的气体(1)接触的气体接口部分(20)，测量室系统(15)包括测量室(16)、使测量室(16)与气体接口部分(20)流体连接的第一阻力通道(18)、被配置为在测量室内产生压力变化的压力发生器(25)，以及被配置为测量测量室内的气体压力的随时间变化的压力传感器(28)，测量室内的压力因通过阻力通道的气流所致的随时间变化与气体的粘度相关。气体粘度传感器还包括基准室系统(21)，该基准室系统(21)包括基准室以及使基准室(22)与气体接口部分(20)流体互连的第二阻力通道(24)，基准室(22)被耦接至测量室的压力传感器(28)，使得该压力传感器被配置为测量测量室内的压力与在基准室内的压力之间的压差。

Gas sensor

For the measurement of gas (1) gas sensor properties (2), which comprises a gas viscosity sensor (4) and (15), the measuring chamber system of gas viscosity sensor (4) and to measure the gas including (1) gas interface contact part (20), the measuring chamber (15) includes a measuring chamber system (16), (16) the measurement chamber and gas interface part (20) connected to the first resistance fluid channel (18) and is configured as a pressure generator to generate pressure change in the measurement chamber (25), and the time variation of the gas pressure is configured to measure the indoor pressure sensor (28). To measure the pressure for change with time and the viscosity of the gas flow through the channel correlation caused by the resistance. The gas viscosity sensor also comprises a reference room system (21), the reference chamber system (21) and the reference chamber comprises a reference chamber (22) and (20) gas interface part second resistance channel fluid interconnection (24), the reference room (22) by pressure sensor coupled to the measuring chamber (28). The pressure sensor is configured to measure indoor pressure and between the reference chamber pressure differential pressure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体传感器
本专利技术涉及用于确定气体(特别是可燃气体)的性质的传感器，从而优化其燃烧。
技术介绍
在许多应用中，例如通过本专利技术来测量以确定气体参数是有用的。特别地，在天然气的情形中，除了其它应用以外，尤其有用的是已知天然气的一些性质从而优化燃烧并且以安全的方式来操作燃烧器或引擎，以监测天然气或沼气的生产或混合，或者监测遍及天然气供应链所传递的能量。天然气来自各种来源，并且在到达其使用点之前被网络操作者多次混合。这意味着天然气的成分可能显著地变化，并且这对于为了确保优化的燃烧的空气需求有影响。为了确保系统内的优化的燃烧所需的优化的空气(氧气)随着天然气成分的变化以及感兴趣的两个参数λ值和沃泊指数(Wobbeindex)(Wo)而变化。可以通过测量气体粘度来确定沃泊指数，这将在下文更详细地描述。但是，气体粘度与沃泊指数的关系并不是完美的，并且这也就是为什么可以通过使用相同气体的热传导率的测量结果或者二氧化碳含量的测量结果来校正气体粘度的测量结果，如同下文所描述的。燃料的化学计量空气需求量是完全燃烧1摩尔燃料气体所需的干燥空气(空气仅含20.9％的氧气)的量。对于每摩尔烃类燃料CxHy，为了实现完全燃烧所需的空气/燃料(A/F)比由下式限定：下面的表1示出了所选的烃以及它们相应的空气需求量：表1：对于所选的链烷烃的燃烧的空气-燃料比需求对于具有成分[Xi]的气体混合物，空气-燃料比可以根据下式来计算：λ值由下式定义：在燃烧时，燃料和空气流的容积V’通过以下关系依赖于密度ρ：其中是进气口两侧的压降，并且C是某个常数。由于对密度的依赖关系，因而必须通过以下定义来引入燃烧空气需求指数CARI：如果CARI是已知的，则可以调整空气流以获得所需的λ值。沃泊指数Wo确定所需的空气流，并且沃泊指数被定义为其中H0是热值。结果是，对于天然气的成分范围，可发现沃泊指数和CARI的关系如下：W＝97.732CARI-29.692由于各种原因，在文献中通常经由沃泊指数而非CARI来讨论获得λ的校正值的要求。对于工业应用，沃泊指数是气体的可交换性的重要标准。当沃泊指数几乎保持恒定时，气体成分变化不改变燃烧的速度和空气需求量。但是，沃泊指数与粘度之间的关系并非是完美的。对λ的校正值的选择还取决于应用。在天然气设备或引擎内，燃料的质量经受变化，因此为了控制燃烧，知道沃泊指数是有用的。可以在燃烧之前、期间及之后测量沃泊指数。在燃烧期间测量的方法基于火焰发射的电离电流和/或温度探测。燃烧后方法使用氧气传感器(过量空气比)以确定燃烧的空气/燃料比。这些方法的缺点在于它们是复杂的且昂贵的。此外，可靠性也是问题，因为它们位于燃烧室内或者燃烧的排气装置内，并且使它们倾向于漂移。而且，那些方法当中没有一种对点火应用有帮助。将传感器安装在入口内允许在设备启动之前改变空气/燃料比从而避免点火问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供能够准确测量气体的粘度，同时为紧凑的且生产和组装成本低的传感器。对于与可燃气体(特别是天然气)相关的应用，本专利技术的一个更具体的目的是提供能够准确测量气体的沃泊指数，同时为紧凑的且生产和组装成本低的传感器。有益的是提供可靠的、容易实现的且使用成本低的气体传感器。有益的是提供在其预期使用寿命内鲁棒且稳定的气体传感器。如同在出版物“Naturalgas:physicalpropertiesandcombustionfeatures”中所示出的，Bonne等人(2006)提出了以下通用公式其中λ是热传导率(cal/sm℃)，而TL、TH分别为低温和高温(℃)，η是气体粘度(微泊(μpoise))。通过在两个温度处测量气体的热传导率，可以确定较高的加热值(HHV)，并且可以提高沃泊指数测量的准确度。而且，还可以使用二氧化碳传感器来提高沃泊指数测量的准确度。根据本专利技术的实施例的气体传感器被配置为测量气体的粘度，以及选自气体的热传导率、二氧化碳含量、温度、压力、湿度和沃泊指数的一个或多个额外参数。这些额外参数对于获得λ的校正值是有用的。存在众多应用实例，在这些应用实例中系统可以获益于可靠的、鲁棒的、紧凑的、节约成本的，且可以在天然气设备或引擎的入口内工作的，或者用于天然气生产、混合或分配的沃泊指数传感器。实例的非穷尽性列表包括：锅炉、炉子、热水器、热电联产引擎(co-generationengine)、涡轮机、微涡轮机、燃料电池。具有可调整的空气/燃料比的天然气设备和引擎可以获益于根据本专利技术的实施例的沃泊指数传感器。传感器可以被集成于设备或引擎的天然气入口内，并且确保燃烧保持为高效的。在天然气的成分改变时，设备或引擎的优化的空气需求量可以基于在设备或引擎的入口内测得的沃泊指数来调整。此外，由于沃泊指数甚至在设备启动之前测量，因而点火问题得以减少，并且设备或引擎可以从恰好优化的空气需求量启动。沃泊指数传感器是可靠的，因为它不与气体反应，是鲁棒的且不具有任何移动部分，是紧凑且节约成本的，使其可被集成于各种天然气设备或引擎内。对于在天然气交通工具(卡车、汽车、摩托车、船、飞机)中的应用，用于交通工具的天然气燃料的成分依赖于加气站的位置存在着强烈的变化，并且在冬天与夏天之间成分还存在着重要的季节性变化。这使得天然气交通工具的燃料箱(tank)内的不同燃料成分的混合效果难以预测。为了克服与燃料成分的变化相关联的点火和燃烧问题，可以集成根据本专利技术的沃泊指数传感器以测量天然气交通工具的燃料的参数。因此，成分的空气/燃料比可以在点火之前或者在燃烧期间被调整为优化状态。对于沼气生产和火炬气(gasflare)的应用，需氧、厌氧及混合型生物反应器由于各种生物降解材料的发酵而产生沼气。要控制给料速率并且确保反应的稳定性，对所产生的气体的甲烷含量的监测是必要的。对于生物消化反应的控制，一个重要的参数是测量所产生的沼气的甲烷含量。由于甲烷含量可以与沃泊指数相关，因而根据本专利技术的实施例的气体传感器可以被应用于沼气生产监测。原料被给送到生物消化器内的速率可以由所产生的沼气的沃泊指数的输出测量结果控制。此外，本传感器可以测量流过燃烧出口的气体的沃泊指数，并且气体基于该信息被燃烧或释放。对于在天然气分配或者被集成在气体计内的应用，根据本专利技术的实施例的气体传感器可以与气体流量计集成在一起。这样的系统可以提供关于在天然气网的某点处所输送的体积和能量含量的数据。对于便携式应用，根据本专利技术的实施例的气体传感器足够紧凑和低功耗以便集成于便携式沃泊指数计内。这样的手持式仪器可以用电池来运行，并且可以连接至天然气管线以测量气体的沃泊指数。在需要时，本专利技术还可以简单地用于对气体粘度的测量。本文公开了一种用于测量气体的性质的传感器，其包括气体粘度传感器以及测量室系统，气体粘度传感器包括与要测量的气体接触的气体接口部分，测量室系统包括测量室、使测量室与气体接口部分流体连接的第一阻力通道(resistivepassage)、被配置为在测量室内产生压力变化的压力发生器，以及被配置为测量测量室内的气体的压力随时间变化的压力传感器，在测量室内的压力因通过阻力通道的气流所致的随时间变化与气体的粘度相关。气体粘度传感器还包括基准室系统，基准室系统包括基准室以及使基准室与气体接口部分流体互连的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量气体(1)的性质的气体传感器(2)，所述气体传感器(2)包括气体粘度传感器(4)以及测量室系统(15)，所述气体粘度传感器(4)包括与要测量的所述气体(1)接触的气体接口部分(20)，所述测量室系统(15)包括测量室(16)、使所述测量室(16)与所述气体接口部分(20)流体连接的第一阻力通道(18)、被配置为在所述测量室内产生压力变化的压力发生器(25)以及被配置为测量所述测量室内的气体的压力的随时间变化的压力传感器(28)，所述测量室内的压力因通过所述阻力通道的气流所致的所述随时间变化与所述气体的粘度相关，其特征在于，所述气体粘度传感器还包括基准室系统(21)，所述基准室系统(21)包括基准室以及使所述基准室(22)与所述气体接口部分(20)流体互连的第二阻力通道(24)，所述基准室(22)被耦接至所述测量室的所述压力传感器(28)，使得所述压力传感器被配置为测量所述测量室内的压力与所述基准室内的压力之间的压差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.02 EP 14183247.71.一种用于测量气体(1)的性质的气体传感器(2)，所述气体传感器(2)包括气体粘度传感器(4)以及测量室系统(15)，所述气体粘度传感器(4)包括与要测量的所述气体(1)接触的气体接口部分(20)，所述测量室系统(15)包括测量室(16)、使所述测量室(16)与所述气体接口部分(20)流体连接的第一阻力通道(18)、被配置为在所述测量室内产生压力变化的压力发生器(25)以及被配置为测量所述测量室内的气体的压力的随时间变化的压力传感器(28)，所述测量室内的压力因通过所述阻力通道的气流所致的所述随时间变化与所述气体的粘度相关，其特征在于，所述气体粘度传感器还包括基准室系统(21)，所述基准室系统(21)包括基准室以及使所述基准室(22)与所述气体接口部分(20)流体互连的第二阻力通道(24)，所述基准室(22)被耦接至所述测量室的所述压力传感器(28)，使得所述压力传感器被配置为测量所述测量室内的压力与所述基准室内的压力之间的压差。2.根据以上权利要求所述的气体传感器，其中所述第一阻力通道(18)和第二阻力通道(24)的形式为毛细管道。3.根据以上权利要求中的任一项所述的气体传感器，其中所述压力传感器包括弹性可变形膜(55)，所述弹性可变形膜(55)的位移提供了所述压差的测量值，所述可变形膜形成了在所述测量室内容纳的一定量的气体与所述基准室内容纳的一定量的气体之间的界面。4.根据以上权利要求中的任一项所述的气体传感器，其中所述测量室系统的所述压力发生器(25)包括位于所述测量室内并且被配置为加热其中的所述气体的加热器(26)，以及用于冷却所述测量室内的所述气体的热量排出器(30)。5.根据以上权利要求所述的气体传感器，其中所述热量排出器(30)的形...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·斯莱特，G·菲林，
申请(专利权)人：洛桑聚合联合学院，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH