[發明專利]濃度確定方法和氣體濃度傳感器

在審

• 申請號: 201410109591.6
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN104062347A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 雅克·雷布多;馬庫斯·法克勒;萊拉·弗奈莉;艾里斯·塞梅斯格魯斯;英戈·賴因克;諾伯特·羅特坎普
• 申請（專利權）人: 西克股份公司
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張華卿;鄭霞

本發明涉及一種確定存在于氣體管線或儲氣器中的氣體的至少一種組分的濃度的方法，以及涉及一種氣體濃度傳感器。

能盡可能準確地確定例如空氣中可燃物質的濃度是特別重要的。這對于安全應用也是尤其十分重要的。這些物質每一種的例如可燃下限（LFL）和爆炸下限（LEL）已經被確定，低于該下限，可燃物質和空氣的混合物因為太稀少而不能維持燃燒。另一方面，對于每一種可燃物質也有特定的濃度，高于這個特定的濃度時，混合物太濃而不能燃燒（可燃上限，UFL，或爆炸上限，UEL）。

在爆炸下限和爆炸上限之間是危險濃度范圍，此范圍內存在爆炸的危險或易燃的危險。

為安全起見，在大多數應用中可燃物質的濃度不可太接近爆炸下限和爆炸上限之間的范圍。

在許多應用中，烴作為可燃物質存在。

各種傳感器被用于確定氣體（例如空氣）中可燃物質的濃度。例如，存在催化傳感器或紅外吸收傳感器。

現有技術的方法，例如，使用火焰離子檢測器（FID）。在這方面，例如，從測量體積內抽取樣品氣體。這種測量體積可以是儲氣器或也可以是氣體管線。例如，少量這種樣品氣體與氫氣燃料混合，并被提供到氣體燃燒器并在那里被燃燒。可燃物質在氫氣火焰中產生離子，其可以被測量，例如使用相應靈敏的電流表。相應的電信號是存在的烴的量的量度。

FID測量的特征在于有利地縮短反應時間（比如小于1.5秒）。然而，濃度的測量是間接的并且遭受寬的分散，以至于關于上述危險的易燃性范圍的安全范圍不得不選擇大的。這可能具有監視工藝被停止太快或太頻繁從而變得不經濟的結果。

例如，在US3,767,363A和US7,704,748B2中描述的FID工藝。具有權利要求8的前序部分的特征的氣體濃度傳感器已知于US2003/0085714A1。

另外的濃度確定方法是測量被暴露在具有可燃物質的氣體中的火焰的溫度（火焰溫度分析，FTA）。

在這方面，已知的方法測量在測量室中燃燒的引燃火焰所放出的熱。例如，待檢測的氣體能從儲氣器或從氣體管線中被分支，并且能被直接提供到這種測量室中。這種氣體額外進料給引燃火焰并且因此造成溫度升高。例如，可以使用直接布置在火焰上的溫度傳感器來測量火焰溫度。

氣體濃度可以使用火焰溫度測量法被精確地確定。然而，火焰溫度測量法具有較長的響應時間和比較受限制的測量范圍。

例如在US5,053,200A和US7,704,748B2中描述了火焰溫度分析儀。

本發明的目的是提供一種確定存在于氣體管線或儲氣器中的氣體的至少一種組分的濃度的方法，以及提供一種氣體濃度傳感器，使用本發明的方法和傳感器能夠快速、準確和可靠地確定氣體混合物中特別是烴的濃度。

通過具有權利要求1的特征的方法和通過具有權利要求8或11的特征的氣體濃度傳感器，這個目的可以得到滿足。從屬權利要求是針對具體的實施方式。

根據本發明的方法，氣體在測量位置從氣體管線或儲氣器中被引出，并被供應到至少一種氣體火焰。以與FID測量法類似的方式測量出在這種氣體火焰與電極布置之間的離子流。

另外，與FTA測量法類似，測量氣體由氣體管線或儲氣器供應到的氣體火焰的溫度。在根據本發明的方法中，被用于測量離子流的氣體和被用于測量火焰溫度的氣體在氣體管線或儲氣器的相同測量位置被引出。在這方面，“在相同測量位置引出”是指用于測量離子流的氣體火焰和用于測量溫度的火焰的氣體出口至少鄰近氣體管線或儲氣器產生，以便氣體中可燃物質的濃度能被認為在出口點處相同，優選地氣體從氣體管線或從儲氣器在相同的位置被分支。

然后，通過評估單元，使用測量的離子流和測量的溫度，確定出存在于氣體管線或儲氣器中的氣體的至少一種可燃組分的濃度。

根據本發明的方法能特別用于確定氣體（如空氣）中烴的濃度，以確保位于上述在爆炸下限和爆炸上限之間的危險范圍之外的濃度一直存在。

因此，本發明超出了根據一個原理的測量法的簡單加倍。由于對測量的離子流的評估，確保了存在快速的響應時間。另一方面，對火焰溫度的評估確保準確的測量。

通常可能使用兩種分離的氣體火焰，在一種氣體火焰處測量離子流而在另一種氣體火焰處測量火焰溫度，被進料給火焰的氣體在相同的測量點被引出并且離子流信號和溫度信號由評估單元進行評價。然而，待確定的離子流和火焰溫度優選在同一氣體火焰處，因為，然后以盡可能理想的方式確保兩種測量是在由有待準確確定的濃度的氣體進料的氣體火焰處進行的。