[发明专利]一种同时测量沼气成份与流量的装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体成份与流量的装置及测量方法，尤其是涉及一种同时测量沼气成份与流量的装置及测量方法。

背景技术

在工业生产中气体浓度检测技术被广泛应用于化工处理、环保检测和电力工业等领域，目前检测气体浓度的方法有很多，如化学分析法、红外线吸收法、电晕放电法、超声检测法等。化学分析方法不宜在线检测；电晕放电传感器寿命较短，不能长期稳定的工作；红外线吸收法体积复杂庞大，造价高，难于推广。用超声波测量三元气体浓度具有测量范围宽、设备体积小易于实现在线检测等特点。

在工业生产中气体的流量检测也是一项日趋重要的指标，检测气体流量的流量计也有很多种，17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础，这是流量测量的里程碑。18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积及涡轮流量计等。20世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长，才促使仪表迅速发展，微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代，新型流量计如雨后春笋般涌现出来。至今，据称已有上百种流量计投向市场，如热式，超声波，选进旋涡等。而用超声波原理测量气体流量具有的优点如下

1.可用来测量不易接触、不易观察的气体流量和大管径流量；

2.不会改变流体的流动状态，不会产生压力损失，且便于安装；

3.可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量；

4.测量的体积流量不受被测气体的压力、粘度及密度等热物性参数的影响。

在沼气工程的过程控制中，涉及对沼气成份和流量的两个重要指标的测量，沼气中甲烷浓度的变化对沼气的质量有着极大的影响，沼气的流量测量则可以反应产能和使用量，所以在沼气工程控制过程中，既要监测沼气的流量又要监测沼气中甲烷的浓度，根据检测结果更改产气的过程控制，以使产出的沼气能达到沼气工程的使用要求。

根据ISO(国际标准化组织)制定燃气计量的标准，是依据AGA(美国燃气协会：American Gas Association)的相关标准，而AGA最新于1998年6月发布的第九号包公案中所提到的关于超声波气体流量计量方面的标准，是世界上仅有的关于此方面的权威性的技术规范，世界各国在实践中都以此作为依据。

在AGA报告中反复强调了一下两点：

1.在测量中压力不可低于2MPa，这是因为压力高则气体密度大，此时的声阻抗较大，接收介质和传感器容易进行阻抗匹配，这样超声波的发射和接收信号也强一些。

2.测量气体要尽量纯净，特别是CO₂的含量不能太高，通常要求小于10%，因为CO₂对超声波的衰减非常大，CO₂浓度较高时非常不利于信号的接收。

而户用沼气压力一般小于10kPpa，联户沼气压力也小于20kPpa，且能够点燃的沼气中CH₄浓度可低至35%，此时CO₂的浓度最高能达到65%，本发明就能解决在高浓度的CO₂沼气中测量CH₄的浓度。

在专利号ZL 02800155.9中，帝人株式会社提出了利用超声波测定气体浓度和流量的装置及方法，该发明提供了一种针对制氧机中的氧气浓度和流量进行测量的装置，而且测量气体为氧气和空气的二元气体检测。但是，利用超声波原理对沼气工程中沼气成份（饱和水蒸气、CH₄和CO₂的三元气体）进行测量，使用ZL 02800155.9中的方法无法解决。在专利号200510045723.4中，辽宁工程技术大学提出了利用超声波和电容传感器的两相流测量气体浓度测量装置和方法，也只用于测量二元气体浓度。郑州光力科技股份有限公司在专利CN201220509398、CN201220423254、CN201220423320、CN201220421689、CN201220425557、CN201220425558、CN201210374788、CN201210374786等专利中提出了许多煤矿井用的甲烷浓度和流量测量的方法和装置，但是只能测量煤矿中甲烷（含有甲烷和空气的二元气体）的浓度测量，而且煤矿中二氧化碳含量很低，几乎不影响超声波信号的接收，采用郑州光力科技股份有限公司的专利无法解决高浓度的CO₂气体中和饱和水气中的CH₄体积浓度的测量问题，更无法测量高浓度CO₂的沼气中的气体成份。