用于确定流动气体介质的分数的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于确定流动气体介质的分数的方法和系统，流动气体介质包括已知的N种已知组分。该方法包括用于确定流动气体介质的至少N‑1个参数的步骤。N‑1个参数选自包括质量流量、密度、粘度和热容量的一组量。对于与所确定的N‑1数量的每个相关的已知的N个分量，至少提供了N‑1个参考值。通过求解至少N个方程式来确定所提供的气体介质的每种已知组分的分数。该N个方程式包括N‑1个方程式，N‑1个方程式将每个确定的参数描述为分数和参考值的函数，加上一方程式将分数之和设置为等于100％。

Method and system for determining the fraction of a flowing gas medium

The present invention relates to a method and a system for determining the fraction of a flowing gas medium, a flowing gas medium comprising known N species known components. This method is used to determine the flow of gas medium including at least 1 Parameters N steps. N 1 parameters selected from a group consisting of a set amount of mass flux, density, viscosity and heat capacity. For each identified with the N 1 number of known N components, N provides at least 1 reference value. The fraction of each known component of the provided gas medium is determined by solving at least N equations. The N equation including N 1 equations, N 1 equations will describe each parameter determined as a function of concentration and the reference value, plus a formula will score and set equal to 100%.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定流动气体介质的分数的方法和系统本专利技术涉及一种确定流动气体介质的分数的方法。本专利技术进一步涉及一种用于实现这种方法的系统。对流动气体的组成的了解在许多
是重要的。这种情况，例如，在制造药物或组合用于医疗目的的期望的混合气体过程当中。例如，在医疗输液泵中，特别是在新生儿学领域，必须知道介质的流速和组成，例如，新出生的孩子是否接受了正确的种类和正确的量的药物和/或营养。这里的一个问题是流速非常低，这使得难以实现所需的测量精度。但是在天然气的情况中，知道天然气组成也是同样重要的，例如用于确定其能量含量。用于确定气体燃料的能量含量的常规装置，例如沃泊指数仪或气相色谱仪，比较庞大且昂贵。预计国家电网中天然气的组成和质量将因各国天然气的混合以及由此导致的周期性变化而显著变化。质量控制和质量保证在这方面至关重要。这更加相关的是有必要将生物气引入国家电网。从上文显而易见的是，需要一种快速、廉价和可靠的方法来确定多个
中的气体介质的组成。相应地，本专利技术的目的是提供一种方法，通过该方法可以确定流动气体介质的(体积)分数(fractions)，并且通过该方法可以连续(实时地)进行所述分数的确定，特别是为了质量保证和安全的目的。为了实现该目的，本专利技术提供一种如权利要求1所述的方法。根据本专利技术的确定分数，特别是体积分数的方法包括提供流动气体介质的步骤，其中流动气体介质的组成待确定。流动气体介质至少基本上由已知的N种已知组分构成。本文中的术语“组分”在任何情况下表示纯的、未混合的流体，例如水、氢、氧、二氧化碳、氮和烷类如甲烷、乙烷、丙烷等。根据该方法，确定所提供的气体介质的至少N-1个参数。在一实施例中，例如，所述参数中的一个或多个从包括质量流量、密度、粘度和热容量的一组量中选择。供替代的量显然是可想到的。可以直接测量参数，或者可选地从其他测量推导得到参数。对于N个已知组分中的每一个，提供与确定的每个N-1个量相关的至少N-1个参考值。换句话说，为气体介质的每种已知组分提供参考值。例如，如果确定或测量甲烷、二氧化碳和氮气的混合物的密度，则提供甲烷、二氧化碳和氮气的相应密度作为参考值。如果测量补充的参数，例如粘度，则提供用于确定的量的参考值，因此在这种情况下，对于每种组分都是粘度。根据本专利技术的方法，包括通过求解至少N个方程式来确定所提供的气体介质的每种已知组分的分数的步骤，该方程式包括：至少N-1个方程式，其将每个确定的参数描述作为介质的每个已知参数的分数的函数，以及作为气体介质的每种已知组分的所提供的参考值的函数，以及至少一个方程式，其设置每种已知组分的分数之和至少基本上等于100％。上述方法使得可以以相对简单和快速的方式确定流动气体的组成。解决根据本专利技术的方程式基本上使得组成立刻被确定。这使得特别是可以连续监测(实时)流动的气体介质。由此实现了本专利技术的目的。在从属权利要求2至12中定义了该方法的有利实施例。这些实施例的优点将在下面讨论。在一实施例中，该方法包括实质上连续地提供流动的气体介质并且实质上连续地确定至少N-1个参数的步骤。因此，该方法可以实质上连续地进行，以实质上实时地确定流动气体介质的分数。确定参数和确定组分的分数的步骤至少重复一次，使得连续流动的气体介质的组成在两个时刻是已知的。这使得可以随时间观看组合物，从而可以监测气体的质量。这增强了安全方面，特别是在医疗应用中。根据本专利技术的方法通过确定N-1个参数和求解N个方程式而产生非常快速的结果。与替代方法相比，已知的方法，例如气相色谱法，其中测量结果在大约3分钟后变得可用，根据本专利技术的方法使得可以非常快有结果，达到0至60秒，特别是0至15秒，更特别是0至5秒。此外，气体可以根据本专利技术提供，而没有预处理的必要性(例如，组分的分离和/或载气的添加，如在气相色谱中)。没有预处理以及使用该方法可以实现的速度使得可以连续或半连续地使用该方法。这在需要或期望监测气体的情况下是特别有利的。在一实施例中，在随后求解的矩阵方程式中描述该方程式。解决这种矩阵方程式的有效、快速和可靠的方法是本身已知的最小二乘法。优选地使用处理单元来求解矩阵方程式，以获得组分的分数。在一实施例中，其为被监测的气体介质中的不期望的组分。因此，例如，可以检测气体介质中氧气或氢气的存在。在这种情况下，即使所述组分的初始分数等于零，也规定气体介质含有相关组分。因此，根据本专利技术的方法还明显地涉及其中一种已知组分尚未存在于气体中的情况，但是其中该已知组分将来可能存在。换句话说，已知组分的分数可以等于零。根据本专利技术的方法特别适用于确定基本上包含三种或四种已知组分的流动气体介质的分数，尽管它也可以本质上应用于多于四种组分的存在。上述表述“基本上包含三种或四种已知组分”意在表示所述三种或四种组分的分数之和基本上等于100％。可以想象，在气体中存在另外已知或未知的组分，该另外组分仅占总分数的一小部分。该组分可以例如以低于5％，优选低于2％，特别是低于1％的浓度存在。在这种情况下，该方法包括在等式中忽略该另外的组分的步骤。可以想到，已知组分之一是CH4、C3H8、N2和/或CO2，特别是在天然气或类似气体的情况下。另外可以想到，已知组分之一是O2或H2。然而，包括已知组分的其他组成也是可能的。在一实施例中，根据本专利技术的方法包括确定两个参数，特别是气体介质的密度和热容量的步骤。两个参数的确定适用于确定具有三种已知组分的气体介质的分数。这两个参数可以通过来自热流量传感器和科里奥利型流量传感器的信号确定。此外，在该方法的一实施例中，流动的气体介质的热值的测量从这样确定的分数推导出。在进一步的实施例中，气体介质的沃泊指数WI由热值确定如下：其中H(J/m3)是由给定体积的包含气体混合物和空气的介质完全燃烧产生的热能的量，并且GS(-)是气体混合物和空气的质量密度之比。介质的组成由具有高精度的根据本专利技术的系统确定，使得可以例如根据上述方程式精确地确定沃泊指数。还可以想到，该方法包括基于其确定的分数来控制流动气体介质的质量流量的步骤。这里可能的是，控制包括将质量流量完全降低到零的步骤，例如在检测到不期望的组分时。此外，还可以想到，该方法包括当所确定的一个或几个分数是高于或低于预设标准值时发出警告信号的步骤。根据一方面，本专利技术提供了一种可以实现该方法的系统，所述系统被限定在权利要求13中。根据本专利技术的系统包括具有分别用于特别是以连续方式供应和排出流动气体介质的入口和出口的流管，所述介质的组成必须确定。传感器装置被提供用于确定供应的气体介质的至少N-1个参数。所述传感器装置优选地连接到流管或形成为其一部分。该系统进一步包括连接到传感器装置的处理单元，该处理单元具有存储在其中的至少N-1个参考值，并被设计用于通过求解至少N个方程式来确定所提供的气体介质的每种已知组分的分数。根据本专利技术的系统因此被设计用于确定N种已知组分的混合物的气体介质的组成。处理单元包含N个方程式，N个方程式将与至少N-1个参数相关联的各自的量描述作为介质中的N种组分的分数的函数。首先，处理单元包含描述介质组分的总和等于100％或至少基本上等于100％的方程式。此外，处理单元包含由传感器装置确定的用于至少N-1个量的N-1个方程式，作为组分的分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定流动气体介质的分数的方法，所述流动气体介质至少由基本上已知的N种已知组分构成，所述方法包括以下步骤：提供流动气体介质，该流动气体介质的组成待确定；确定所提供的气体介质的至少N‑1个参数；对于N种已知组分中的每一个，为每个所确定的N‑1个量提供至少N‑1个参考值；通过求解至少N个方程式来确定提供的气体介质的每种已知组分的分数，该方程式包括：至少N‑1个方程式，其将每个确定的参数描述作为介质的每个已知参数的分数的函数，并且作为气体介质的每种已知组分的所提供的参考值的函数，以及至少一个方程式，其设置每种已知组分的分数之和至少基本上等于100％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.07 NL 20135871.一种确定流动气体介质的分数的方法，所述流动气体介质至少由基本上已知的N种已知组分构成，所述方法包括以下步骤：提供流动气体介质，该流动气体介质的组成待确定；确定所提供的气体介质的至少N-1个参数；对于N种已知组分中的每一个，为每个所确定的N-1个量提供至少N-1个参考值；通过求解至少N个方程式来确定提供的气体介质的每种已知组分的分数，该方程式包括：至少N-1个方程式，其将每个确定的参数描述作为介质的每个已知参数的分数的函数，并且作为气体介质的每种已知组分的所提供的参考值的函数，以及至少一个方程式，其设置每种已知组分的分数之和至少基本上等于100％。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括基本上连续地提供流动气体介质并基本连续地确定所述至少N-1个参数的步骤。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中已知的所述已知N种组分的N至少等于三，特别是至少等于四。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括直接供应所述流动气体介质，而没有任何预处理。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定所述参数和确定所述组分的分数的步骤至少重复一次。6.根据权利要求5所述的方法，其中分数的两个连续的测定之间的时间间隔在0至60秒之间，特别是在0至15秒之间，更特别地在0至5秒之间的范围内。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述参数中的至少一个选自包括质量流量、密度、粘度和热容量的一组量。8.根据权利要求7所述的方法，其中气体介质的密度和热容量通过来自热流量传感器和科里奥利型流量传感器的信号确定。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过最小二乘法求解所述方程式。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流动气体介质的热值的测量另外从所确定的分数推导。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述气体介质的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·洛特斯，J·格罗内斯泰因，T·S·J·拉默林克，R·J·维格林克，E·J·范德沃登，W·斯帕雷博姆，
申请(专利权)人：伯金有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL