用于确定氢气浓度测量中的测量误差的方法和系统与流程

本发明涉及一种用于生成模型的计算机实现的方法，该模型用于确定在气体混合物中含有的氢气的浓度的测量中的测量误差，其中，气体混合物包含氢气和无氢载气混合物。本发明还涉及计算机程序产品或包括指令的计算机程序，当计算机执行计算机程序时，其使计算机执行上述方法。本发明还涉及存储有上述计算机程序产品或计算机程序的计算机可读数据载体以及传送上述计算机程序产品或计算机程序的数据载体信号。本发明还涉及一种用于确定在气体混合物中含有的氢气的浓度的测量中的测量误差的方法，其中气体混合物包括氢气和无氢载气混合物。本发明还涉及一种用于测量氢气浓度的系统，该系统包括气体分析装置和配属于气体分析装置的计算装置。

背景技术：

1、对于能源行业，氢气(尤其是来自可再生资源的氢气)的使用越来越重要。首先，氢气作为燃料气体在如天然气混合物这方面发挥着重要作用。例如，氢气燃料气混合物可以在涡轮机中燃烧并转化为电能和热能。涡轮机的调节需要快速测量氢气浓度，以保持工作点的稳定。

2、测量氢气浓度的一种可行方法是分压测量。由于氢气的热导率很高，因此通常使用热导率传感器来测量氢气的分压。根据热传导原理运行的气体分析装置或现场设备就是用于这一目的。例如，这类设备可以连续工作，主要用于定量测定二元或准二元气体混合物中的h2或he。

3、其他应用实例包括氯碱电解(cl2中含0...10％的h2)、冶金(钢铁生产和加工)、lng(液化天然气)工艺中的h2测量、氨合成、人造肥料生产。

4、在最简单的情况下，使用气体分析装置进行测量，该装置根据二元混合物中的热导率测量原理运行，例如测量在n2(氮气)中的h2(氢气)或在ch4(甲烷)中的h2等。载气中的任何进一步混合都会降低测量精度。因此，在燃料气体(如天然气-氢气混合物)应用中，有必要根据存在的气体基质适配测量值。然而，由于载气不是被隔离的，只是在h2存在的情况下才存在，这几乎是不可能的。因此，分析仪(气体分析装置)必须为所有天然气源准备，而无需在现场进行复杂(有时是不可能的)的调整。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供能够实现上述分析仪的上述准备的方法和系统。

2、根据本发明，使用开头部分提到的计算机执行的方法来实现该目的，其中提供关于至少两个不同的无氢载气混合物成分的数据。数据例如可以是存储介质上的文件的形式，例如便携式非易失性存储介质上的文件的形式。例如，数据可以在网络中的服务器上可用，例如用在互联网上、在云端或类似的服务器上。

3、根据关于至少两个不同的无氢载气混合物成分的数据，(如自动地、计算机辅助地)生成不同的气体混合物成分或产生(如在计算机上以表格的形式)。在不同的气体混合物成分中，无氢载气混合物成分和/或氢气含量或氢气浓度不同。

4、在一个实施例中，在生成不同的气体混合物成分时，可将氢气添加到每个无氢载气混合物成分中，添加量从例如约0.0％的体积到例如约100.0％的体积不等。这样，通过改变载气混合物与气体混合物中氢气的比例，就可以在单一载气混合物的基础上生成多个不同的气体混合物成分。例如，可以通过连续增加气体混合物中的氢气的浓度(同时相应降低载气混合物的浓度)来实现，例如以1％的增幅。当然，也可以选择更小的增幅、如0.1％或更大的增幅、如2％。

5、随后，确定产生的气体混合物成分的氢气浓度测量值(预期值的)。根据氢气浓度测量值确定测量误差。例如，可以通过将确定的氢气浓度测量值与生成气体混合物成分时已知的(实际的)氢气浓度进行比较。这样一方面可以确定载气混合物成分和氢气浓度测量值之间的关系，另一方面也可以确定(预期的)测量误差。

6、进一步地，提供一个模型(基于已建立的关系)，该模型可将载气混合物成分和氢气浓度测量值数据映射或能够将数据映射至测量误差。换句话说，该模型包含载气混合物成分和氢气浓度测量值与(预期)测量误差之间的关系，从而实现上述映射。

7、模型可以基于线性回归、决策树(梯度提升树)或神经网络。最好使用线性回归来建立载气混合物成分和氢气浓度测量值与测量误差之间的关系，从而生成模型。

8、该模型还根据关于气体混合物成分的数据生成，或利用这些数据进行训练，用于根据热导率测量原理运行的气体分析装置，并在实际测量中输出测得的测量值和所提供的与测量值相关的载气混合物成分的相应测量误差。

9、在此应该指出的是，不同的气体混合物成分不仅可以如上所述虚拟生成。例如，为了控制工艺，可以提供在实验室中并行生成气体混合物，例如通过混合装置将载气混合物与氢气混合。在这种情况下，氢气浓度的测量值可以用根据热导率测量原理运行的气体分析装置来测量，测量中确定的测量误差可以与用模型确定的测量误差进行比较。

10、在一个实施例中，氢气浓度测量值还可以根据测量结果来提供。

11、可选地或附加地，在一个实施例中还可以计算氢气浓度测量值。

12、如果数据包括根据热导率测量原理运行的气体分析装置的特性曲线，则可以实现通过该特性曲线计算出气体混合物的热导率，并根据(计算出的)热导率计算出氢气浓度的测量值。

13、还公开了一种适用于执行上述方法的计算装置。例如，计算装置可以具有第一接口，通过该接口可以接收至少两个不同无氢载气混合物成分的数据。计算装置还能具有计算单元(例如处理器)和与计算单元可操作连接的存储器(例如易失性或非易失性存储器)。存储器设计为，例如用于存储或临时存储数据，其中，计算单元被配置为根据数据生成不同的气体混合物成分，并确定不同气体混合物成分的氢气浓度测量值，例如借助数据中可选择存在的特征曲线。此外，计算单元还被配置为，借助氢气浓度测量值确定测量误差，例如通过与生成过程中指定的实际氢含量进行比较。计算装置还可以有第二接口来提供模型。另外，计算装置还可以配置为通过第二接口提供模型，并在其内存中存储模型的副本。

14、在一个实施例中可以提出，数据包括载气混合物中所含的两个、三个、四个、五个或更多个成分的浓度的信息，优选地包括每个载气混合物成分的浓度的信息。

15、在一个实施例中可以提出，每个成分选自以下组：甲烷、二氧化碳、氮气、乙烷、丙烷。

16、在一个实施例中可以提出，至少一个无氢载气混合物是天然气混合物，优选地，全部载气混合物都是天然气混合物。

17、在一个实施例中，载气混合物可以是合成气体混合物，例如双组分气体混合物(如co2-ch4混合物)。

18、在一个实施例中，可以为每个气体混合物成分确定氢气浓度测量值，并根据氢气浓度测量值和气体混合物成分中的氢气含量确定测量误差。

19、在一个实施例中，可以提供4个、12个、200个或更多个不同的无氢载气混合物的数据。例如，这些数据可以基于来自nist的aga8表或代表aga8表。

20、在一个实施例中，可以提供一定比例的数据、优选地10％到20％、特别是15％的数据用于验证模型。

21、该目的还通过开头部分描述的根据本发明的确定测量误差的方法实现，其提供关于无氢载气混合物成分的数据，使用根据热导率测量原理运行的气体分析装置测量气体混合物中的氢气的浓度，以获得测量值，并将如上所述生成的模型应用至测量值和关于无氢载气混合物成分的数据，以确定测量值的测量误差(绝对值，单位为体积百分比)。

22、不言而喻地，模型可以是已经创建的(即在执行程序之前)，也可以是将要创建的(即在执行程序期间)。

23、此外，根据本发明，开头部分提到的测量系统可以实现本发明的目的，气体分析装置被设置用于，

24、-根据热导率测量原理，测量由氢气和无氢载气混合物成分的气体混合物中的氢气的浓度，以获得测量值，其中，

25、计算装置包括如上所述生成并为此目的设置的模型，

26、-获取无氢载气混合物的成分数据，以及

27、-将模型应用至测量值和数据，以确定测量值的测量误差(绝对值，单位为体积百分比)。

28、在一个实施例中，计算装置可配置为在考虑到测量误差的情况下修正测量值，优选地提供修正后的测量值。

29、在一个实施例中，计算装置可以配置为将测量误差传输到气体分析设备，以便在未来的测量中自动地将其考虑在内。

30、在一个实施例中，气体分析装置可设置为测量无氢载气混合物中至少一个成分的浓度，并将测量到的浓度值传输到计算装置或提供给计算装置。

31、在一个实施例中，气体分析装置可以被设置为测量无氢载气混合物中含有的至少两个、三个、四个、五个或更多个成分的浓度，并将测量到的浓度值传输到计算装置或提供给计算装置。

32、在一个实施例中，气体分析装置可包括根据热传导测量原理运行的气体分析装置，其用于测量氢气浓度，还包括气相色谱仪装置，其用于测量无氢载气混合物中所含的至少一个成分的浓度。