[發明專利]用于確定流動氣體介質的分數的方法和系統

在審

• 申請號: 201580066250.8
• 申請日: 2015-10-05
• 公開（公告）號: CN107209163A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: J·C·洛特斯;J·格羅內斯泰因;T·S·J·拉默林克;R·J·維格林克;E·J·范德沃登;W·斯帕雷博姆
• 申請（專利權）人: 伯金有限公司
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 趙東明

本發明涉及一種確定流動氣體介質的分數的方法。本發明進一步涉及一種用于實現這種方法的系統。

對流動氣體的組成的了解在許多技術領域是重要的。這種情況，例如，在制造藥物或組合用于醫療目的的期望的混合氣體過程當中。

例如，在醫療輸液泵中，特別是在新生兒學領域，必須知道介質的流速和組成，例如，新出生的孩子是否接受了正確的種類和正確的量的藥物和/或營養。這里的一個問題是流速非常低，這使得難以實現所需的測量精度。

但是在天然氣的情況中，知道天然氣組成也是同樣重要的，例如用于確定其能量含量。用于確定氣體燃料的能量含量的常規裝置，例如沃泊指數儀或氣相色譜儀，比較龐大且昂貴。

預計國家電網中天然氣的組成和質量將因各國天然氣的混合以及由此導致的周期性變化而顯著變化。質量控制和質量保證在這方面至關重要。這更加相關的是有必要將生物氣引入國家電網。

從上文顯而易見的是，需要一種快速、廉價和可靠的方法來確定多個技術領域中的氣體介質的組成。相應地，本發明的目的是提供一種方法，通過該方法可以確定流動氣體介質的(體積)分數(fractions)，并且通過該方法可以連續(實時地)進行所述分數的確定，特別是為了質量保證和安全的目的。

為了實現該目的，本發明提供一種如權利要求1所述的方法。根據本發明的確定分數，特別是體積分數的方法包括提供流動氣體介質的步驟，其中流動氣體介質的組成待確定。流動氣體介質至少基本上由已知的N種已知組分構成。本文中的術語“組分”在任何情況下表示純的、未混合的流體，例如水、氫、氧、二氧化碳、氮和烷類如甲烷、乙烷、丙烷等。

根據該方法，確定所提供的氣體介質的至少N-1個參數。在一實施例中，例如，所述參數中的一個或多個從包括質量流量、密度、粘度和熱容量的一組量中選擇。供替代的量顯然是可想到的。可以直接測量參數，或者可選地從其他測量推導得到參數。

對于N個已知組分中的每一個，提供與確定的每個N-1個量相關的至少N-1個參考值。換句話說，為氣體介質的每種已知組分提供參考值。例如，如果確定或測量甲烷、二氧化碳和氮氣的混合物的密度，則提供甲烷、二氧化碳和氮氣的相應密度作為參考值。如果測量補充的參數，例如粘度，則提供用于確定的量的參考值，因此在這種情況下，對于每種組分都是粘度。

根據本發明的方法，包括通過求解至少N個方程式來確定所提供的氣體介質的每種已知組分的分數的步驟，該方程式包括：

至少N-1個方程式，其將每個確定的參數描述作為介質的每個已知參數的分數的函數，以及作為氣體介質的每種已知組分的所提供的參考值的函數，以及

至少一個方程式，其設置每種已知組分的分數之和至少基本上等于100％。

上述方法使得可以以相對簡單和快速的方式確定流動氣體的組成。解決根據本發明的方程式基本上使得組成立刻被確定。這使得特別是可以連續監測(實時)流動的氣體介質。由此實現了本發明的目的。

在從屬權利要求2至12中定義了該方法的有利實施例。這些實施例的優點將在下面討論。

在一實施例中，該方法包括實質上連續地提供流動的氣體介質并且實質上連續地確定至少N-1個參數的步驟。因此，該方法可以實質上連續地進行，以實質上實時地確定流動氣體介質的分數。確定參數和確定組分的分數的步驟至少重復一次，使得連續流動的氣體介質的組成在兩個時刻是已知的。這使得可以隨時間觀看組合物，從而可以監測氣體的質量。這增強了安全方面，特別是在醫療應用中。

根據本發明的方法通過確定N-1個參數和求解N個方程式而產生非常快速的結果。與替代方法相比，已知的方法，例如氣相色譜法，其中測量結果在大約3分鐘后變得可用，根據本發明的方法使得可以非常快有結果，達到0至60秒，特別是0至15秒，更特別是0至5秒。此外，氣體可以根據本發明提供，而沒有預處理的必要性(例如，組分的分離和/或載氣的添加，如在氣相色譜中)。沒有預處理以及使用該方法可以實現的速度使得可以連續或半連續地使用該方法。這在需要或期望監測氣體的情況下是特別有利的。

在一實施例中，在隨后求解的矩陣方程式中描述該方程式。解決這種矩陣方程式的有效、快速和可靠的方法是本身已知的最小二乘法。優選地使用處理單元來求解矩陣方程式，以獲得組分的分數。