用于确定流动气体的至少一个气体参数的方法

用于确定流动气体的至少一个气体参数的方法
【专利摘要】一种用于借助于流量计来确定流动气体的尤其是流量的至少一个气体参数的方法，流量计包括气体供给所经过的测量部分，测量部分具有加热元件和至少三个温度传感器，至少一个第一温度传感器布置在加热元件的上游，至少一个第二温度传感器布置在加热元件的区域中，以及至少一个第三温度传感器布置在加热元件的下游，尤其是加热元件自身能用作第二温度传感器，其中，计算单元根据第一、第二和第三温度传感器处的温度测量值来确定该至少一个气体参数，和/或计算单元根据各个不同温度传感器的温度测量值和/或根据不同温度传感器的温度测量值的组合来确定至少两个单独的气体参数，第一、第二和第三温度传感器处的温度测量值在确定气体参数的范围内使用。
【专利说明】用于确定流动气体的至少一个气体参数的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于借助于流量计来确定流动气体的至少一个气体参数(尤其是流量)的方法，该流量计包括气体供给所经过的测量部分，该测量部分具有加热元件和至少三个温度传感器，至少一个第一温度传感器布置在加热元件的上游，至少一个第二温度传感器布置在加热元件的区域中，以及至少一个第三温度传感器布置在加热元件的下游，尤其是加热元件自身可用作温度传感器。

【背景技术】
[0002]一种用于测量流过测量部分的气体的流量和其他参数的方法是加热测量部分的区域中的气体，然后例如借助于布置在上游的一个温度传感器的温度数据和布置在下游的一个温度传感器的温度数据而对气体流量进行确定。如果没有气流而且布置在上游和下游的温度传感器等同地远离加热元件，则将在这两个温度传感器处测量到相同的温度。随着流过温度传感器和加热元件的气流增加，在所布置的温度传感器下游的方向上进行由加热元件加热的气体的被引导的运输。因此气流增大导致了温度分布的不对称性增大并且进而导致用两个温度传感器测量的温度的差异增大。
[0003]但是，所测量的温度差异并不是仅仅依赖于气体流量，而且还依赖于其他参数，诸如决定了介质温度并且因此决定温度基准点的环境温度、流过测量部分的气体的参数、或者流过测量部分的气体混合物的成分的参数。通过对所描述类型流动的检测，由此仅仅在至少环境温度和气体的种类或者成分是已知时可得到具有高精度的定量结果。
[0004]但是尤其是当测量天然气的流动时，流过流量计的气体的成分可能改变。在这种情况下，所必需的是根据气体种类或者气体成分来修正所获得的数据。为此，需要确定流过测量部分的气体的另外的参数。
[0005]为了确定另外的气体参数，至少两个温度传感器可应用在加热元件的每侧上，以使得可以获得关于温度分布的附加信息。可替代地或者另外地，也可在两种不同情况下测量至少一个温度传感器的温度值，例如一次在气体流动的情况下，而一次在气体静止的情况下等等。以这种方式，另外可能的是确定气体的导热率，从而对某些组的气体来说可能进行流动测量补偿。
[0006]但是，所描述的方法可仅仅确定了一个附加的气体参数，从而对于仅仅一些气体混合物来说进行校准仍是可能的。


【发明内容】

[0007]所以，本发明的一个目的是提供一种用于确定至少一个气体参数的方法，其允许使用相对简单的传感器，而且对于许多气体类型而言允许精确地确定附加的气体参数。
[0008]通过在前言中所提及类型的方法，根据本发明实现了该目的，在本发明中:计算单元根据第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器处的温度测量值来确定至少一个气体参数，和/或计算单元根据各个不同温度传感器的温度测量值和/或根据不同温度传感器的温度测量值的组合来确定至少两个单独的气体参数，第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器处的温度测量值在确定气体参数的范围时使用。
[0009]本发明是基于以下构思的:除了布置在加热元件上游和下游的温度传感器之外，使用在加热元件处的至少一个第二温度传感器。已知的是，使用在加热元件处的温度传感器出于诊断流量计的目的。相反地，在根据本发明的方法中，加热元件区域中的温度传感器处的温度值旨在在确定至少一个气体参数时使用，在这种情况下，特别的是，加热元件自身可用作第二温度传感器。因此，在根据本发明的方法中，确定三个温度传感器的温度值，并且所有这三个温度值都用于在确定一个或多个气体参数的范围时使用。
[0010]在最简单的情况下，可使用所有三个温度传感器的温度值来确定单个气体参数。这例如在初步测量时通过编译包括校准值的三维查找表可能实现，这些校准值根据所有三个温度测量值表示气体参数。
[0011]例如，依赖于所有三个温度值的流量可通过使用这种查找表来确定。当然，同样可能的是通过多个这种查找表从三个温度测量值确定多个参数；例如，也可确定导热率或者热扩散率。同样可能的是，这些表格包含关于气体成分或者气体类型的信息。
[0012]代替使用查找表的是，当然也可能的是，例如用温度传感器的温度值的加权和表示气体参数对温度值的依赖性。这种加权和可被认为是气体参数的三维依赖性的线性拟合。此外，同样可能的是增加另外的和分量，这例如依赖于两个温度测量值的乘积、温度测量值的乘方等。使用加权和相对于使用多维查找表的重要优点是:流量计的计算单元的存储器使用量显著减小，这是有益的，因为对于流量计来说应该使用尽可能简单的计算单元。
[0013]在这种情况下同样可能的是，将已经进行预处理的温度值提供给计算单元。例如，可能提供一种电子转换单元，该电子转换单元连接温度传感器，从而电子转换单元的输出信号依赖于多个温度传感器的温度测量值。在这种情况下，例如，可使用简单模拟的加法或者减法回路以已经进行预处理的方式提供多个温度传感器的温度测量值的线性组合或者提供输出信号的线性组合。
[0014]对确定气体参数的上述三维校准表的确定或者描述了一组气井的公式的研究结果可能要求非常高的。由此，对于计算单元同样可能确定至少两个单独的气体参数。例如，除了流量之外，可确定气体的导热率和/或热扩散率。当可以将特定的气体参数分配到温度传感器处的温度测量值的特定的独立结合时，这尤其是明显可能的。在这种情况下，例如，可使用两个温度测量值之间的和或者差来表示一维校准表中的值，所述值于是被读取，尤其是以插值的方式被读取。因为在这种情况中仅仅存在一维校准表，对流量计的校准基本上更明显是可能的。
[0015]通常地，气体参数中的至少一个气体参数将依赖于温度测量值中的至少两个。因为三个温度传感器的三个测量值是可获得的，所以可确定气体的三个独立的物理参数。这些例如可以是气体流量、热扩散率和导热率。下面将通过举例来说明对这些参数的确定。
[0016]正如前言中所解释的那样，流量从三个温度传感器处的温度分布的非对称性而得到确定。这种非对称性可例如通过第一温度传感器和第三温度传感器的温度差来表示，该温度差被确定为用于气体流动的测量值。这种温度差是通过获得两个单独的温度测量值以及随后减去计算单元中的温度值来确定的。
[0017]随着日益更大的气体流动，日益增多的被加热气体从加热元件运输到第三温度传感器，从而尽管温度也随着流动的进一步增加而降低而第三温度传感器处的温度测量值还是增加。由于反向的气体流动，对于气体而言变得日益更困难的是从加热元件扩散到第一温度传感器。所以，气体流量形成了第三温度传感器处的温度与第二温度传感器处的温度之间的温度差的单调函数，尤其是开平方函数。为了考虑该依赖性的非线性以及依赖于另外的参数的依赖性，例如可使用校准表。
[0018]气体的热扩散率可例如从温度分布宽度获取。如果气体的热扩散率较高，则更远离加热元件仍旧能测量到升高的温度。曲线的这种变宽可例如通过考虑第一温度测量传感器的温度测量值和第三温度测量传感器处的温度测量值之和来确定。如果这两个温度测量值之和较大，则温度分布宽，其继而对应于高的热扩散率。正如之前根据非对称性确定的气体流量，具有校准值的查找表同样可用于根据曲线的宽度来确定热扩散率。
[0019]作为最后的气体参数，例如，可确定流过测量部分的气体的导热率。在根据本发明的方法中，通常实现了加热元件的未调整加热。如果流过测量部分的气体的导热率高，则这意味着大量的能量被运输离开加热元件。所以在加热元件以相同的加热功率进行加热时加热元件处的温度降低。因而第二温度传感器处的高温度对应于低导热率，而低温度对应于高导热率。在这种情况下，第二温度传感器处的温度值因而被直接用作用于确定导热率的相关值。正如上面关于气体流量和热扩散率的确定，在此可通过使用具有校准值的查找表来实现对该参数的确定。
[0020]正如前言中所提到的那样，三个温度传感器的使用使得确定三个独立的气体参数成为可能。如上所述气体参数在气体参数确定时是独立的这一事实可易于从以下事实中看到:各个特征量(即，第一温度传感器处的温度值与第三温度传感器处的温度值的差，第一温度传感器处的温度值和第三温度传感器处的温度值的和，以及第二温度传感器处的温度)是线性独立于温度传感器处的温度值的线性结合。这意味着相应的特征测量值也是线性独立的。这些量中的一个量的变化因此并不自动导致这些量中的另一量变化。因此这些量是独立的。
[0021]通常，在流量计中，设置另外的温度传感器，其测量环境温度或者远离加热元件的气体的温度。这在上面的说明中并未提及，因为环境温度或者气体温度可被直接确定为独立的参数。
[0022]当确定多个气体参数时，尤其有益的是，一个气体参数的值可根据至少一个另外的参数而修正。正如所解释的那样，气体流量依赖于温度分布的非对称性，并且同样依赖于热扩散率和导热率。然而因为这些另外的量可在根据本发明的方法中测量到，所以也可能对初始确定的气体流量进行修正。这种修正只可单向进行，也就是说，例如，已确定的气体流量根据已确定的热扩散率和/或导热率而进行修正，尽管该修正还可自身一致性地进行，也就是说，气体流量动通过另外的参数中的一个或两个进行初始修正，并且另外的参数随后通过气体流量等而得以修正。
[0023]正如通过举例已经解释的那样，根据至少三个温度传感器的温度测量值，可能确定三个独立的气体参数，这三个独立的气体参数通过计算单元根据第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器的温度测量值的三个线性独立的线性结合而得到确定。这种线性结合典型地计算为加权和，在这种情况下权重也可以是负的。这是有益的，尤其是当在用于计算至少一个参数(尤其是至少两个参数)的权重方面两个温度测量值的权重不等于零时。
[0024]此外，在至少三个温度传感器的测量区域外面并且离加热元件一段距离处的环境温度和/或气体温度，尤其是在气体进入到第一温度传感器的测量区域中之前和/或在从第三温度传感器的测量区域排出之后，可通过至少一个第四温度传感器进行测量。所以，在计算气体参数时可能考虑离加热元件一段距离处的环境温度或者气体温度。尤其是，该温度可被认为是独立的参数，尽管其也可以与三个温度传感器的温度值相关联。
[0025]此外，可能的是，当正在确定至少两个气体参数时，重复地确定这些气体参数，该确定相对于气体参数中的至少一个另外的气体参数通过以不同时间间隔对于气体参数中的至少一个气体参数重复进行。通常，对于流量计来说期望的是尽可能经济地操作。因此应避免不必要的测量和计算过程。如果此时期望这些气体参数中的一个气体参数(例如气体的成分)相比于这些气体参数中的另外的气体参数(例如流量)慢得多地改变，则更快改变的参数可通过短时间间隔(例如每秒或者每秒几次)进行测量，而缓慢改变的参数以几秒甚至几分钟的间隔进行测量。因为对于缓慢变化的参数来说，将期望在快速改变参数的测量之间没有变化量或者仅仅有轻微的变化量，缓慢变化的气体参数的之前测量的确定值可仍旧用来修正已确定的用于更快改变的气体参数的值。
[0026]通常，流量旨在被确定为流量计的气体参数。在这种情况下，未修正的流量可依据第一温度传感器和第三温度传感器处的温度测量值被确定为气体参数中的一个气体参数，从而已修正的流量依照未修正的流量和已确定的气体参数中的至少一个另外的气体参数进行确定。
[0027]尤其是，已确定的气体参数中的至少一个气体参数可描述气体的导热率或者气体的热扩散率。正如前言中所解释的那样，导热率可例如通过根据第二温度传感器的温度测量值来确定，而热扩散率可根据第一温度测量传感器和第三温度测量传感器处的测量值之和来确定或者依据这些温度测量传感器的各自值来确定。
[0028]通常，在气体中，在若干已测量的气体参数之间存在相互作用。例如，导热率和/或热扩散率可对温度分布和流量的对称关系有影响。在最简单的情况下，这可通过在确定气体参数时考虑另外的气体参数的已确定的值而进行修正。例如，可能在具有校准值的多个查找表之间进行改变和/或插值，尽管也可使用简单的附加修正因子等。
[0029]对于描述导热率的已修正的气体参数来说，可能根据描述导热率的未修正的气体参数以及描述流量的气体参数而被确定为气体参数中的一个气体参数。通过这种补偿，可能修正对流量的影响，并且因此也修正了平均流速对所确定的导热率的影响。
[0030]对气体参数的修正或者对气体参数的确定在这种情况下根据多个之前确定的气体参数或者由这些气体参数所确定的那些温度测量值当然也是可能的。在这种情况下，用于确定或者修正的气体参数已经被预先确定，在这种情况下，尤其是为了确定这些气体参数，，相比于确定将被确定或者被修正的气体参数，可能使用在不同时间确定的温度测量值。然而，作为一种替代，同样可能的是在恰好一瞬间使用了至少三个温度传感器的测量值，用来确定用于进行修正或者确定的那些气体参数以及确定被修订或者被确定的气体参数。
[0031]在这种情况下，对于描述导热率的气体参数来说尤其可能的是，将根据描述导热率的气体参数和描述流量的气体参数来确定气体参数中的一个气体参数，该根据描述导热率的气体参数和描述流量的气体参数中的每一个根据至少一个即时获得或者之前获得的温度测量值来确定。
[0032]因为气体参数之间的依赖性通常是相互的，也就是说，例如被确定的流量依赖于实际热扩散率，并且被确定的热扩散率依赖于实际流量，可通过迭代法进行对这些值的修正。因此，可能的是，通过迭代法来交替地确定气体参数中的至少两个气体参数，气体参数中的至少一个第一气体参数在第一步骤中根据气体参数中的至少一个第二气体参数来确定，尤其是根据温度传感器中的至少一个温度传感器处的温度测量值来确定，并且气体参数中的至少第二气体参数在第二步骤中根据气体参数中的第一气体参数来确定，尤其是根据温度传感器处的温度测量值或者温度传感器中的至少一个另外的温度传感器处的温度测量值来确定。
[0033]在这种迭代法中，对于温度传感器处的温度测量值来说可能的是仅仅在方法开始时确定。然而，同样可能在每个迭代步骤中或者至少在采用第一参数的迭代步骤中考虑温度传感器的当前温度测量值。
[0034]正如所解释的那样，将被确定的气体参数与为此所使用的温度值或者为此所使用的温度值组合之间的关系通常是非线性的并且依赖于气体类型等。所以，可能使用查找表，尤其是多维查找表，查找表的值被读取，尤其是根据温度传感器的分别被赋予到查找表的一维中的温度测量值以插值的方式被读取，从而确定气体参数或者这些气体参数中的至少一个气体参数。这些查找表在用来确定气体参数之前、在流量计校准期间可被确定。
[0035]在最简单的情况下，将具有已知参数的多种气体或者气体混合物以多种流速供给而流过流量计，并且在此期间可分别对温度传感器处的温度值进行确定。对于多种气体，在这种情况下确定了一种关系，通过这种关系，对于温度测量值的每个组合，可确定气体参数的的特定值。这个值也可以是气体类型、气体混合物中气体的比例，或者气体混合物本身。因此，这些表格中的条目可以并不仅仅是数字值。字母数字信息或者赋予给字母数字信息的值也可直接存储在查找表中。
[0036]然而，同样可能的是，温度传感器的温度测量值并不唯一地确定气体参数或者气体参数中的至少一个气体参数，从而通过所有温度传感器的相同的温度测量值，为气体参数确定多个不同值，对被确定值的选定依赖于下述参数:温度传感器中至少一个温度传感器的先前温度测量值；和/或相同气体参数的先前值或者这些气体参数中的另外的气体参数的先前值；和/或流量计的已知操作条件，尤其是关于将预期的气体成分的信息。
[0037]尤其是，流量计被校准用于多个气体和/或气体混合物，也就是说，气体参数旨在被确定用于多组气体或者气体混合物。在这种情况下，可能的是，对于在温度传感器处所确定的温度的组合，并不将唯一值赋予给这些气体参数中的一个或多个。例如，可能的是依赖于流过流量计的气体混合物，某一温度分布对应于高热扩散率的情况下的大流量动，但是在较小气体流量情况下可以为另外的气体测量的相似值，例如因为热扩散率较小且另外的未测量的气体参数同样也有差别。
[0038]在这些情况下，尤其可能实现了对气体参数的一致性检验。例如，可能已知的是某些气体并没有包含在气体混合物中，从而可排除一些值。计算单元自身在没有附加外部信息的情况下可能已经实现了一致性检验，原因在于:在确定气体参数时考虑了先前确定的气体参数或者温度传感器处的值。例如，更可能的是相比于完全不同的气体成分突然流过流量计，气体成分仅仅稍微改变。
[0039]在这种一致性检验的范围中，可能的是完全舍弃了可能气体参数中的一些，尤其是当确定可能性低于预定极限值时。然而，同样可能的是，将气体参数的值形成为气体参数的各种可能值的加权和，加权因子依赖于气体参数值的正确性概率。
[0040]正如提到的，使用大的查找表来确定气体参数常常是可能不利的，这是因为在流量计中通常使用具有非常有限资源的计算单元。因此，对于气体参数相对于温度传感器处的温度值的依赖性通过线性拟合法或者多项式拟合法进行拟合从而计算气体参数是有益的。例如，未修正的流动可直接从第一温度传感器和第三温度传感器之间的差计算，在这种情况下，该差可被依比例决定，并且偏差量可被添加到依比例决定的差中。比例和偏移量尤其可依赖于被确定的另外的气体参数。如果知晓气体参数并不足以通过这种拟合精确表示全部值的范围，则同样可能使用多项式拟合法，其中考虑了例如温度测量值的差的乘方或者和的乘方。因而在计算气体参数时使用了温度测量值的较高次乘方或者不同温度测量值的乘积。
[0041]气体参数或者气体参数中的一个气体参数还可以是至少两个气体的混合比、气体类型的浓度或者气体的气体类型。这尤其是在已经知晓仅仅一小组气体可流过测量部分时是可能的。所述参数的确定尤其是有益的，因为在这种情况下，例如依赖于气体的类型，对于另外的气体参数等可使用不同的计算方法。此外，通过确定气体类型或者混合比，同样可能确定气体的不能在流量计自身中直接确定的另外的参数。例如，可能确定气体的热值，从而于是可能例如代替纯粹的体积推导而根据实际热值来推导出气体量。
[0042]为了获得关于流过流量计的气体的进一步信息以及更加准确地确定气体参数，或者为了确定另外的气体参数，在温度测量值被确定的情况下同样可进行修改。在这种情况下，加热元件的加热功率可在第一值和至少一个第二值之间改变，从而确定了至少一个另外的独立气体参数。
[0043]尤其是，至少一个温度传感器的温度测量值或者由此推导的值可在关掉加热元件时确定，从而至少一个气体参数根据该温度测量值来确定。
[0044]在根据本发明的方法中，关于气体的附加信息通过评估至少三个温度传感器的温度测量值而提供。在这种情况下，尤其是在气体的定性成分已知的情况下，气体的热值被确定为气体参数或者气体参数中的至少一个气体参数尤其是有益的。热值确定与流量确定的结合使得尤其是并不仅仅根据所提供的气体体积而根据所提供的气体总热值来进行输送气体量的计算成为可能。
[0045]因此，本发明涉及一种流量计，所述流量计包括计算单元和气体供给所经过的测量部分，该测量部分具有加热元件和至少三个温度传感器，至少一个第一温度传感器布置在加热元件的上游，至少一个第二温度传感器布置在加热传感器的区域中，以及至少一个第三温度传感器布置在加热元件的下游，第二温度传感器尤其是通过加热元件形成的，并且计算单元被形成以便实施上述的方法。
[0046]流量计可尤其包括多个第二温度传感器，所述多个第二温度传感器布置成紧挨着加热元件的上游和下游，并且分别或者一起提供温度测量值。另外或者可替代地，流量计可包括多个第一温度传感器和/或多个第三温度传感器，它们分别单独或者一起提供温度测量值。通过使用多个温度传感器，可改善测量质量。特别地，通过两个第二温度传感器相对于加热元件的对称布置，尤其容易的是可能在不必将温度传感器直接布置在加热元件自身处的情况下实现了对加热元件区域的温度测量。
[0047]在根据本发明的流量计中，温度传感器的温度值可尤其是直接获得并且经过模拟/数字转换，在这种情况下，可完全数字化地实现用于确定气体参数的温度测量值的后续进一步处理和结合。然而，当然也可能至少部分地通过单个模拟或者数字回路来实现温度测量值的结合。尤其是，对于流量值来说可能包括电子转换单元，所述电子转换单元将第一温度传感器或者第一温度传感器中的至少一个连接到第二温度传感器或者第二温度传感器中的至少一个，和/或连接到第三温度传感器或者第三温度传感器中至少一个，或者将第二温度传感器或者第二温度传感器中的至少一个连接到第三温度传感器或者第三温度传感器中的至少一个，从而电子转换单元的至少一个输出信号依赖于电子转换单元所连接的温度传感器的线性结合的温度测量值，所述线性结合尤其是通过加法或减法和/或通过乘法和/或通过除法来实现，从计算单元形成以于根据电子转换单元的输出信号来确定气体参数或者气体参数中的至少一个气体参数。

【专利附图】

【附图说明】
[0048]可以在下列示例性实施例中及其相关附图中发现本发明的其他优点和细节，附图中:
[0049]图1示意性示出了按照本发明的流量计的一个示例性实施例，
[0050]图2示意性示出了按照本发明的方法的一个示例性实施例的顺序，
[0051]图3示意性示出了按照本发明的方法的另一示例性实施例的顺序，
[0052]图4示意性示出了按照本发明的方法的第三示例性实施例的顺序，
[0053]图5示意性示出了按照本发明的方法的第四示例性实施例的顺序，
[0054]图6示意性示出了按照本发明的方法的第五示例性实施例的顺序。

【具体实施方式】
[0055]图1示出了流量计的一个示例性实施例，该流量计用于确定至少一个气体参数。流量计I包括测量部分2，该测量部分位于管道3的内部。这里，例如，管道3形成为具有小高度的矩形管道，以便产生层流。
[0056]存在加热元件4，该加热元件同心地布置在测量部分2的内部，该加热元件可由控制器5控制。控制器5可形成为单独的控制器，尽管其也可由计算单元10控制。典型地实现由控制器5所引起的加热元件4的驱动以使得加热元件4的加热能力是恒定的。为了获得关于流过测量部分2的气体的另外信息，加热元件4的加热能力然而仍然也可通过控制器5在两个值或者更多个值之间改变。如果加热元件4在宽的温度范围内具有几乎恒定的电阻，则可足以通过控制器5供给其恒定电压或者恒定电流，以实现恒定的加热能力。然而，对于控制器5来说也可能将加热能力调节到恒定值。
[0057]除了加热元件4之外，三个温度传感器6、7和8布置在测量部分2中。温度传感器7布置在加热元件4的区域中。两个温度传感器6、8分别布置在加热元件的上游和下游。箭头11表示了气体的流动方向。温度传感器6、7和8的测量值被计算单元10获得。这可例如通过模拟/数字变换来实现。此外，测量环境温度的另一温度传感器9可布置在气流中，但是比温度传感器6、8更远离加热元件4。环境温度大体对应于流入的气体温度，因此可用于使得已确定的气体参数更加精确。
[0058]计算单元10获得了温度传感器6、7、8和9处的温度，并且从温度传感器6、7、8和9处的温度值来确定一个或多个气体参数；计算单元至少使用温度传感器6、7和8处的温度值来确定气体参数。在下面参照图2到图6来描述对温度传感器6、7和8处的温度值的估计。
[0059]图2通过举例示出了一种从图1中所示出的温度传感器6、7和8的温度值来确定气体参数的可能方法。在同时实现或者在短时间间隔下实现的步骤S1、S2和S3中，获得了温度传感器6处的温度值Tl、温度传感器7处的温度值T2以及温度传感器8处的温度值T3。为了进一步处理这些值，使用了以下事实:不同的流量和不同的另外的气体参数导致了测量部分2内部的不同温度分布。温度将典型地回落到环境温度，在加热元件4周围形成钟形分布。然而，从温度分布的高度、宽度以及不对称，可能确定出必要的气体参数。例如，流量可从温度分布的不对称性得到确定。如果几乎没有气体流过测量部分2，则温度应该从加热元件4在两个方向上均匀地减小，从而温度将在等同地远离加热元件放置的温度传感器6和8处基本相同。然而，如果气体流过测量部分2，则其效果是暖空气从加热元件4在温度传感器8的方向上被移动。其结果是温度传感器8处的温度值T3升高。如果流动进一步增加，则温度值T3再次减小。同时，不太暖的空气可从加热元件4扩散到温度传感器6，这是由于温度传感器8处的温度T减小。
[0060]为了计算气体流动，在步骤S4中，因此可从温度值T3中减去温度值Tl。温度传感器6和8处的温度值Tl和T3之间的差是气体温度分布不对称性的良好测量。因此该差值也形成了对流量的良好测量。
[0061]为了考虑该依赖性的非线性和偏差，在步骤S6中，在步骤S4中所确定的差值可用作用于读取查找表的索引。作为一种替代，在步骤S6中，也可能为在步骤S4中所确定的差值设置一偏移量，并且将其按照比例设置，或者添加另外的高次因子，例如该差值的平方坐寸ο
[0062]在步骤S6中，步骤S4中所确定的差值的进一步处理也尤其用于输出或者存储，以在步骤S9中确定以传统单位(例如cmVs等)表示的值。步骤S6中所使用的比例和偏移系数或者在步骤S6中使用的查找表，可在流量计的校准范围时确立。
[0063]在所示的示例性实施例中，首先假定步骤S6中的处理一直以相同的方式执行。然而，应当指出的是步骤S6中的处理也可依赖于当前测量或者之前测量的另外的气体参数或者温度值。
[0064]可提供正测量的气体类型的表示或者例如可用于修正在步骤S6中所计算的流量的一个另外的气体参数是流过测量部分2的气体或者气体混合物的导热率。在所示的方法中，加热元件4典型地以恒定功率加热。加热元件4的温度或者在步骤S2中通过温度传感器7在加热元件4处所测量的温度T2因此依赖于热量被多快地远离温度传感器4传递。如果气体的导热率高，则可发生较强的热量传递，并且温度T2低于导热率非常低并且因此几乎不发生任何热量远离该加热元件4传递的情况。在步骤S2中所测量的温度T2因而可直接用作流过测量部分2的气体导热率的测量，尤其是当气体处于静止时。
[0065]在步骤S2中所测量的值可在步骤S7中被进一步处理，以便考虑偏移量和比例，或者查找表可在步骤S7中使用来考虑温度值T2与导热率之间关系的非线性。应用关于步骤S6的论述来确定和使用这些查找表。
[0066]随后，在步骤S7中所确定的值可在步骤SlO中输出或者存储。此时再次地，对于所确定的值来说可能根据已确定的另外的气体参数而被修正，正如下面将更加详细地解释的。
[0067]除了温度分布的高度(正如所解释的导热率的测量)以及温度分布的不对称性(正如所解释的流量的测量)，也可确定温度分布的宽度。温度分布的宽度可被认为是对气体中热传递多快地发生的测量，也就是说，热扩散率的测量。温度分布的较大宽度导致了温度传感器6和8处的温度值(即，温度值Tl和T3)升高。例如，温度值Tl和T3的总和被认为是对宽度的测量。该总和在步骤S5中由在步骤SI和S3中所测量的温度值Tl和T3来形成。此时再次地，在步骤S8中进行进一步处理，对于该进一步处理，应用关于S6和步骤S7的论述。在步骤Sll中输出或者存储所确定的针对热扩散率的值。
[0068]已经通过已提出的且相对直接地实施的方法，除了流量之外，可确定的附加的气体参数，即，例如热扩散率和导热率。除了在步骤S9、SlO和Sll中直接表示或者存储这些值之外，当然可能根据已确定的另外的气体参数来修正这些气体参数中的至少一个气体参数的值。对于已确定的另外的气体参数来说也可能已经在处理过程S6、S7和S8中考虑过。例如，在步骤S6中，可能在用于计算流量的多个查找表之间进行选择或者插值，在查找表之间的选择或者插值依赖于正在被确定的导热率和热扩散率。此外，同样可在计算中使用另外的传感器的值，例如另外的温度传感器9的温度值。下面将参照其他附图来解释这些更复杂的组合。
[0069]图3通过举例示出了一种根据多个测量值来确定一个或多个参数的方法。首先，在步骤S12、S13、S14和S15中确定了测量值。在步骤S13、S14和S15中，确定了温度Tl、T2和T3，正如针对步骤SI到S3已经解释的那样。在步骤S12中，也确定了在另外的温度传感器9处的温度值。当然，其他补充参数，例如在温度传感器6、7和8处的温度，在加热元件的加热功率不同的情况下，在布置在测量部分中的预定位置处的另外的温度传感器处的温度、关于气体成分的已知值等也可在步骤S12或者另外的步骤中得到确定。因此，在步骤S12到S15中，多个参数(尤其是四个参数)得到确定，这些参数随后用作对于多维查找表中进行查询的索引。例如，如果使用温度Tl、T2、T3以及在另外的温度传感器9处的温度，则对于将被确定的每个气体参数获得了四维查找表。例如，在此示出了在步骤S17、S18和S19中的三个气体参数的确定。对于单个气体参数的确定，现在将仅仅解释原理。等同地确定另外的气体参数。
[0070]如果仅仅旨在要确定流量，则为此可以使用例如查找表，该查找表例如在流量计I的校准过程期间已经确定。对于这种校准过程，多种不同的气体类型可在不同流动速度和环境条件的情况下流过流量计1，从而分别获得了温度传感器6、7和8的温度值以及另外的温度传感器的温度值。对于多组气体，在这种情况下，可能的是从温度值Tl、T2和T3以及在另外的温度传感器9处的温度来确定流量的唯一确定数据。但是，在个别的情况下，可能的是对于不同的流量已经在校准期间产生了在温度传感器6、7、8和9处相同的温度组合，例如当已经使用不同的气体成分时。为了解决这种不确定性，在测量过程中，除了当前所测量的温度值Tl、T2、T3之外，也可能使用前述温度测量值、附加的已知参数(例如流过流量计的气体种类)、之前所确定的气体参数等。
[0071]与传统的流量器相比，通过考虑温度Tl、T2和T3以及另外的温度传感器9，进行明显更精确的流量确定是可能的。当然也同样用于其他参数。如果旨在要确定多个参数，则单独的多维查找表被简单地用于参数中的每一个参数。
[0072]对于通过使用查找表来确定一个或者多个参数来说可替代或者另外地，当依据温度值T1、T2和Τ3以及另外温度传感器9的温度值来确定多个参数时，对于要确定的气体参数中的一个气体参数也可能根据同时确定的气体参数或者之前确定的气体参数。以这种方式，可修正气体参数之间的相互依赖性。例如，描述导热率的已修正的气体参数可通过下述方式来计算:首先确定描述导热率的未修正的气体参数以及描述流量的气体参数，以及通过根据这两个参数来计算已修正的气体参数。作为一种替代，同样可能的是，根据已确定的多个另外的气体参数来确定一个气体参数。例如，描述热扩散率的气体参数可被确定为气体参数，这是根据描述导热率的气体参数以及描述流量的气体参数来确定的。
[0073]图4示出了用于确定流动的第三示例性实施例，其中不同的气体参数以不同的频率测量。这是有益的，因为由此可减小流量计的动力消耗。尤其是，气量计经常通过电池等供给能量，并且旨在在不更换电池的情况下运行很长时间。因此，对气量计和其他流量计的耗电量进行优化是所期望的。下文中的步骤S20到S26示出了对三个气体参数的首次确定。对三个气体参数的确定基本上如图3中所示地实现，尽管在这种情况下示出了仅仅使用温度值Τ1、Τ2和Τ3。当然，当在方法中使用另外的温度传感器9的温度值或者另外的测量值时也可实施该方法。从所获得的温度值Τ1、Τ2和Τ3，通过在步骤S23中使用三个三维的查找表，确定了三个气体参数，这些参数在步骤S24、S25和S26中被输出、存储等。当然，代替多个多维查找表的是，在步骤23中同样可能使用温度测量值Tl、T2和T3与气体参数之间的更简单关系，正如例如结合图2所解释的那样。
[0074]如果假定气体参数中的一个气体参数(例如流量)相比于其他气体参数(例如热扩散率和/或导热性)并且因而相比于流过流量计I的气体成分明显更快地改变，则可随后足以在相对短间隔内重复测量一个或者多个参数(例如流量)，而仅仅在较长时间间隔之后再次确定另外的气体参数。
[0075]在步骤S27到S30中示出了对更快变化的气体参数的确定。在步骤S27和S28中，再次确定温度传感器6和8处的温度值Tl和T3。从这两个温度值，在步骤S29中，例如可确定流量，并且在步骤S30中，流量被输出或存储等。可能的是步骤S29中的确定仅仅在步骤S27和步骤S28所测量的温度上实现。例如，这可通过确定温度值Tl和T3之间的差以及进行适当的进一步处理而实现，正如结合图2所解释的。同样可能使用二维查找表。
[0076]然而，同样可能使用在步骤S25和S26中所确定的另外的气体参数，以用于在步骤S29中确定流量。因为假定这两个气体参数缓慢变化，所分别确定的参数可用于流量的多次确定。
[0077]步骤S27到S30可重复多次。这表示为步骤S31。但是在较快变化的气体参数的多次确定之后，应该再次确定缓慢变化的气体参数，这在步骤S32到步骤S38中进行。这种确定对应于步骤S20到步骤S26中的确定。
[0078]尤其是通过使用之前所确定的缓慢变化的气体参数的值，在快速变化的气体参数的多次确定的情况下，该快速变化的气体参数的确定精度的显著改善是在缓慢变化的气体参数不必以相同频率来测量的情况下实现的。
[0079]正如已经提到的，可能的是在流量计的校准期间，所确立的是一个或者多个气体参数的多个值导致了相同的温度值T1、T2和Τ3，以及另外的传感器处的相同值。在这种情况下，应该确定这些值中哪个值是正确值。在图5中示出了这种确定的实例。这里，在步骤S39中，获得了第一所有有效的确定值，也就是，尤其是温度值Τ1、Τ2和Τ3。在步骤S40中，可进行对这些确定值的评估，以便确定了至少一个气体参数。已经参照图2到图4并且还将参照图6解释了针对该评估的各种可能性。为了更加清楚，在图5中仅仅示出对一个气体参数的确定。
[0080]现在，可能的是，气体参数并不唯一地在步骤S40中得到确定。这里，举例来说，示出了在步骤S41、S42和S43中确定三个可能的气体参数。为了解决这种不定性，可能有益的是获得附加的信息。所以，可能的是，在步骤S44中以加热元件4不同的功率进行加热，并且在步骤S45中获得在步骤S40中所测量的测量参数的另外的值。然而，该方法的其余部分在没有这些附加步骤的情况下同样是可能的。
[0081]在步骤S46中，尝试了确定在步骤S41、S42和S43中所确定的气体参数中哪一个是正确的气体参数。在这种情况下，可能使用加热后所获得的附加的测量值，尽管同样可能使用针对另外的气体参数所确定的值或者例如可在该步骤中使用的关于可能的气体成分的信息。
[0082]此外，可能的是，气体参数的之前所确定的值或者之前所确定的温度值被存储或者可在步骤S46中使用来确定实际的气体参数。在步骤S47中，针对是否可能确定唯一的参数进行核对。如果并不是这种情况，则该方法可从开始处重复。以这种方式，可在较长时间期间内获得参数，以使得可能区分对于气体参数的不同可能性。如果不可能在较长时间内确定一值，则输出错误，这表明另外的参数对于评估来说是必需的，尽管同样可形成对于气体参数的不同可能性的平均值。同样可能的是，通过使用之前的测量值和附加的测量数据及信息，确定对于气体参数的不同值的概率以及计算在步骤S48中所确定的所输出或者存储的气体参数而作为利用概率进行加权的这些可能气体参数的总和。
[0083]在之前的示例性实施例中，假定依照单个温度值或者多个温度值的总和或者差值来确定气体参数，或者使用多维表来确定该气体参数。多维表的使用在计算单元中需要大量的内存，并且对这种多维校准表的确定是要求很高的。另一方面，依照单个温度值或者温度参数的总和或者差值所进行的气体参数的直接确定通常并不足以实现期望的准确性。在一些情况下，最初可能有益的是分别确定气体参数，然后根据另外的气体参数来修正它们。
[0084]因为对于第一气体参数所确定的这些值典型地依赖于第二气体参数的实际值，以及对于第二气体参数所确定的值依赖于第一气体参数的实际值，所以，存在不能够易于解决的相互关联性。所以有益的是迭代地计算气体参数的值。
[0085]图6中示出了这种迭代计算的一个实例。这里，在步骤S49中，首先获得一个或者多个测量值(尤其是温度测量值Τ1、Τ2和/或Τ3)，由此在步骤S50中确定第一气体参数。例如，对第一气体参数的这种确定可在这里通过温度值的简单的求和或者求差而实现，正如参照图2中所解释的那样。在确定第一气体参数之后，可在步骤S51中获得另外的测量值。可以存在在步骤S49中已经读取的温度传感器的当前值，尽管同样可能读取其他温度传感器或者使用另外的值。在步骤S52中，则确定第二气体参数。为了确定第二气体参数，一方面，可以使用在步骤S52中新获得的值，另一方面，可以使用在步骤S49中已经获得的值。另外，在步骤S52中确定第二气体参数时考虑了在步骤S50中所确定的第一气体参数的值。在步骤S52中，因此依照测量值和第一气体参数来确定第二气体参数。
[0086]在步骤S53中，可核对最终确定，这例如可以是收敛式判别法，例如对于气体参数所连续确定的两个值不超过某一最大差值。如果这种收敛判别法未满足，则可从步骤S49重复进行该方法，尽管在步骤S50中，除了计算第一气体参数之外，使用了在之前迭代中在步骤S52中所确定的第二气体参数。此外同样可能使用之前迭代的温度测量值。一旦在步骤S53中收敛式判别法得以满足，就在步骤S54中输出最后确定的第一气体参数和第二气体参数。
[0087]显然，该方法还可扩展到对另外的气体参数的确定；例如，在步骤S50和/或步骤S52中可确定多个气体参数。
[0088]参照图6描述的确定方法是一种自身一致性(self-consistent)的方法，也就是说，在该方法中，彼此影响的多个参数进行迭代计算，从而多次运行之后这些参数的值收敛。
[0089]对于本领域技术人员来说，将所示出的不同示例性实施例进行结合是一种明确的方式。例如，将迭代法与多维查找表相组合来对值进行确定是可能的，迭代同样可以在一致性确定的范围内使用，并且附加传感器的值可易于集成到该方法中。
【权利要求】
1.一种用于借助于流量计来确定流动气体的至少一个气体参数的方法，所述至少一个气体参数尤其是流量，所述流量计包括气体供给所经过的测量部分，该测量部分具有加热元件和至少三个温度传感器，至少一个第一温度传感器布置在加热元件的上游，至少一个第二温度传感器布置在加热元件的区域中，以及至少一个第三温度传感器布置在加热元件的下游，尤其是加热元件自身能够用作第二温度传感器， 其特征在于， 计算单元根据第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器处的温度测量值来确定所述至少一个气体参数，和/或 所述计算单元根据各个不同温度传感器的温度测量值和/或根据不同温度传感器的温度测量值的组合来确定至少两个单独的气体参数，第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器处的温度测量值在确定气体参数的范围内使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 根据所述至少三个温度传感器的温度测量值，确定三个独立的气体参数，所述三个独立的气体参数由计算单元根据第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器的温度测量值的三个线性无关的线性组合来确定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于， 通过至少一个第四温度传感器来测量环境温度和/或在所述至少三个温度传感器的测量区域之外并且离加热元件一段距离处的气体温度，通过至少一个第四温度传感器进行的所述测量尤其是气体进入到第一温度传感器的测量区域中之前和/或在从第三温度传感器的测量区域排出之后进行。
4.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 当正在确定至少两个气体参数时，重复地确定气体参数，对于气体参数中的至少一个气体参数，相比于气体参数中的至少一个另外的气体参数，所述重复地确定以不同的时间间隔重复进行。
5.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 将未修正的流量确定为来自第一温度传感器和第三温度传感器处的温度测量值气体参数中的一个气体参数，由未修正的流量以及已确定的气体参数中的至少一个另外的气体参数来确定已修正的流量。
6.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 已确定的气体参数中的至少一个气体参数描述了气体的导热率或者气体的热扩散率。
7.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 根据描述导热率的未修正的气体参数以及描述流量的气体参数将描述导热率的已修正的气体参数确定为气体参数中的一个气体参数。
8.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 根据描述导热率的气体参数以及描述流量的气体参数将描述热扩散率的气体参数确定为气体参数中的一个气体参数，所述描述导热率的气体参数和描述流量的气体参数中的每一个根据至少一个即时获得的温度测量值或者先前获得的温度测量值来确定。
9.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 通过迭代法交替地确定气体参数中的至少两个气体参数，气体参数中的至少一个第一气体参数通过在第一步骤中根据气体参数中的至少一个第二气体参数来确定，尤其是根据温度传感器中的至少一个温度传感器处的温度测量值来确定，以及气体参数中的至少第二气体参数在第二步骤中根据气体参数中的第一气体参数来确定，尤其是根据所述温度传感器的温度测量值或者根据温度传感器中的至少一个另外的温度传感器处的温度测量值来确定。
10.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 使用查找表来确定气体参数或者气体参数中的至少一个，所述查找表尤其是多维查找表，所述查找表尤其根据分别赋予到查找表的一维的至少一个温度传感器的温度测量值以插值方式来读取。
11.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 温度传感器的温度测量值并不唯一地确定气体参数或者气体参数中的至少一个气体参数，从而在所有温度传感器的温度测量值相同的情况下，为气体参数确定多个不同值，对已确定的值的选择依赖于下述参数:温度传感器中的至少一个温度传感器的先前温度测量值、和/或同一气体参数的先前值或者气体参数中的另一个气体参数的先前值、和/或流量计的已知操作条件，尤其是关于预期的气体成分的信息。
12.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 气体参数对温度传感器处的温度值的依赖性通过线性拟合法或者多项式拟合法拟合以便计算气体参数。
13.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 气体参数或者气体参数中的一个气体参数是至少两种气体的混合比例、气体类型的浓度或者气体的气体类型。
14.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 加热元件的加热功率在第一值和至少一个第二值之间变化，以确定至少一个另外的独立的气体参数。
15.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 在关掉加热元件时确定至少一个温度传感器的温度测量值或者由其导出的值，根据该温度测量值来确定至少一个气体参数。
16.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于， 尤其是在气体的定性成分已知的情况下，将气体的热值确定为气体参数或者气体参数中的至少一个气体参数。
17.一种流量计，所述流量计包括计算单元(10)和测量部分(2)，所述测量部分具有气体供给所经过的加热元件(4)和至少三个温度传感器出、7、8)，至少一个第一温度传感器(6)布置在加热元件(4)的上游，至少一个第二温度传感器(7)布置在加热元件(4)的区域中，以及至少一个第三温度传感器(8)布置在加热元件(4)的下游，第二温度传感器(7)尤其是由加热元件(4)形成， 其特征在于， 计算单元(10)被形成以执行现根据权利要求1到16中一项所述的方法。
18.根据权利要求17所述的流量计，其特征在于， 其包括多个第二温度传感器(7)，所述多个第二温度传感器紧挨着加热元件(4)的上游和下游布置，以及所述多个第二温度传感器单独地或者一起提供温度测量值。
19.根据权利要求17或18所述的流量计，其特征在于， 其包括电子转换单元，所述电子转换单元将第一温度传感器或者第一温度传感器中的至少一个连接到第二温度传感器或者第二温度传感器中的至少一个，和/或连接到第三温度传感器或者第三温度传感器出、7、8)中的至少一个，或者将第二温度传感器或者第二温度传感器中的至少一个连接到第三温度传感器或者第三温度传感器(7、8)中的至少一个，从而电子转换单元的至少一个输出信号依赖于通过电子转换单元所连接的温度传感器(6、.7、8)的线性组合测量值，所述线性组合尤其是通过加法或者减法和/或通过乘法和/或通过除法进行组合，计算单元(10)被形成以根据电子转换单元的输出信号来确定气体参数或者气体参数中的至少一个。
【文档编号】G01D21/02GK104236652SQ201410270525
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2013年6月20日
【发明者】C·席尔姆 申请人:液体比重计有限公司