专利名称：气体流速测定装置及气体流速测定方法
技术领域：
本发明涉及一种气体流速测定装置，尤其是可提高测定信赖性，可有选择性地测定所选择特定气体的流速的气体流速测定装置及气体流速测定方法。
背景技术：
一般来说，气体流量的测定是测定气体的流速，并测定气体在单位时间内的移动距离，然后乘以在测定流速位置上的流动横截面(cross section)，从而来测定气体的流速。另外在多种气体混存流动时，仅对特定气体流量的测定方法是在整体气体中，测定所述特定气体的浓度，在整理流量中，计算所述特定气体的比率，从而算出其流量。目前主要使用的流速计，按照种类分为差压式、涡轮式、面积式、超声波式及电子式等。图1是图示一般流速计种类及动作方式的概念图。差压式流速计如图1的(a)所示，利用形成有透过口的隔离膜，将流体流动的管的一部分横截面进行隔离，测定隔离膜两端产生压力的差值，从而来换算流速。涡轮式流速计如图1的(b)所示，在流体流动的管的中央设置转子，测定随着流体流动而旋转的转子的速度，从而来换算流速。面积式流速计如图1的(C)所示，向流体流动的方向设置弹性变位器，测定因流速而产生的弹性变位量，或是将弹性变位器设置在筒状的通道上，测定因流速产生的压力和重力而发生变位的弹性变位器的变位，从而来换算流速。超声波式流速计如图1的(d)所示，利用与流速对应的超声波的传送速度的差值，测定流速导致的超声波速度的变化量，从而来换算流速。电子式流速计如图1的(e)所示，在具有电荷的气体上，施加外部电磁场，测定与流速相应的电磁场的变化量，从而来换算流速。如图1所示，以往流速计中的差压式、涡轮式及面积式流速计是要按照所要测定气体的种类，来另外进行调整的。进一步，如图1的(a)所示，差压式流速计从微观角度来看，隔离膜两端上的压力差值与隔尚膜上的气体分子冲突而发生的冲击量成比例。在此，上述的冲击量的起因是气体分子在隔离膜上冲突而发生的运动量的变化，运动量在牛顿力学中被定义为质量乘以速度，因此即使是相同的运动量变化或冲击量，也会因气体分子的分子量大小而改变。由此可见，差压式流速计在使用时，需要事先知道所要测定流速的气体种类或相同的条件，也就是说根据相同气体的流动条件，需要对隔离膜两端的压力差值进行事先的调整，该调整也同样被应用于涡轮式流速计或面积式流速计。另外，差压式、涡轮式及面积式流速计存在流速因时间急速变化时，无法即时测定流速变化的问题。举例来说，差压式流速计在流速急速变化时，与此成比例，隔离膜两端的压力会产生差值。但是与这种压力差值对应，指示压力差值的流体上下变松，这种松动到稳定下来需要很长的时间。为了解决这种问题，把用于指示压力差值的流体换为粘性更大的流体时，因其粘性大，隔离膜两端的压力变化无法被及时反映出来。
如上所述的问题，在涡轮式及面积式流速计中也是必然存在的。举例来说，涡轮式流速计中，转子和旋转轴的摩擦较小时，流速的变化可以即时被反映出来，但是就如同在风轮上吹一口气，风轮也会在一定时间内旋转一样，即使没有流速，也会被测定出来存在流速，为了解决这个问题，在加大转子和旋转轴间的摩擦力时，与差压式一样，无法即时测定流速变化。这一问题在面积式流速计中也存在。
总的来说，差压式、涡轮式及面积式流速计仅限用于流速变化较慢时，这是其最大的缺点。
超声波式流速计受外部杂音的影响，声波的传送速度随温度变化，在使用超声波式流速计时，需要隔离杂音或限于杂音较小方可，通过测定温度来换算流速。
电子式流速计因气体分子需要具有电荷，这就仅限用在离子状态下的气体分子或电极性较大的气体的流速测定上。另外所要测定流速的气体的种类，需要根据气体分子的电荷量，精确地进行另外调整。
以往的流速计除了存在上述问题以外，对于多种气体混存的情况，无法有选择性地对特定的气体进行流速测定。
进一步，以往的流速计，因仅可测定整体气体的平均流速，无法区分各气体的流速差异，因此，在将气体的流量换算成经济价值时，会导致相当大的误差。
依据气体状态方数学方程式，气体分子的速度与各分子质量的平方根成反比，举例来说，在氮和二氧化碳混存流动时，二氧化碳的流速为I的话，氮的流速要比其快25%左右。但是现有的流速计无法区分这种流速的差值，导致测定氮和二氧化碳的平均流速，从而测定二氧化碳的流量，换算成经济价值时，其评价价值会被算多。
举例来说，燃烧沼气所产生的气体向外部排出时，要测定二氧化碳的流速时，要考虑到大气中80%左右是氮，以往技术的流速计仅可测定整体气体的平均流速，导致测定出氮流速的近似值。进一步，若排出的气体是氮和二氧化碳时，大气中的氧浓度约为20%，在完全燃烧时，二氧化碳的浓度最大为10%。在此，假设二氧化碳别最大程度地排放出来，氮和二氧化碳的浓度分别是8/9和1/9，用以往的流速计进行测定时，作为有效质量(πΟ的气体移动速度被测定，有效质量(πΟ如下列数学方程式I所示。
数学方程式I [方程式I]
me=(第一气体质量X第一气体构成比)+ (第二气体质量X第二气体构成比)
也就是说，氮和二氧化碳分别以8/9和1/9的构成比被排放时，氮的分子量是28，二氧化碳的分子量是44，因此被排出的气体所具有的分子量约为29.8，那么以往流速计则对分子量为29.8的气体进行流速测定。但是实际上二氧化碳的分子量为44，是现有流速计所测定值的0.82倍。由此可见，以往技术的流速计测定二氧化碳的流速时，其测定结果要快出约22% ((I/0.82-l)xl00=22)，利用其对二氧化碳的排放量进行计算时，排放量会被多算出22%。
若将二氧化碳的排放量换算成经济价值，如上所述的以往技术的流速计所测定的结果会导致二氧化碳排放量被多算出22%，此部分排放量换算成经济价值的话，那么其费用会被多算出22%。发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可提高即时测定的信赖性，对特定气体进行有选择性地测定的气体流速测定装置。
本发明的另一目的在于提供一种可提高即时测定的信赖性，对特定气体进行有选择性地测定的气体流速测定方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是提供一种气体流速装置，所述气体流速装置包括:在至少含有一种气体的混合气体中，放出预测定流速的特定气体可吸收的波长的光，并检测所述放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的至少一个的气体检测部；及以所述气体检测部所提供的检测信息为基础，算出所述预测定的特定气体的流速的控制部。
还包括为了测定所述预测定的特定气体的流速，对所述混合气体的流动产生干扰的气体处理部。
所述气体处理部所喷射的指示气体与所述混合气体中的所述预测定的特定气体相同，浓度高于所述特定气体的浓度。
所述气体处理部在所述混合气体中产生涡流。
所述至少一个的气体检测部分别包括:放出所述特定气体所吸收波长的光的第一光源；检测所述第一光源所放出的光，提供与检测出的光量相应的第一检测信号的第一光检测器；与所述混合气体移动的方向相同，与所述第一光源按照所定距离隔开设置，放出所述特定气体所吸收波长的光的第二光源；及检测所述第二光源所放出的光，提供与检测出的光量相应的第二检测信号的第二光检测器。
在所述第一光源与所述第一光检测器之间的光进行方向的第一光路与在所述第二光源与所述第二光检测器之间的光进行方向的第二光路互相平行，所述第一光路及所述
第二光路垂直于所述混合气体的流动方向。
所述控制部以所提供的所述第一检测信号及所述第二检测信号为基础，算出所述预测定的特定气体的速度。
所述至少一个的气体检测部包括:从事先设定的基本位置移到第一位置(LI)，在第一时间(tl)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的第一气体检测部；从事先设定的基本位置移到第二位置(L2)，在第二时间(t2)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的第二气体检测部；从事先设定的基本位置移到第三位置(L3)，在第三时间(t3)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的第三气体检测部。
所述控制部以所述第一气体检测部、所述第二气体检测部、所述第三气体检测部分别提供的检测信号为基础，计算出第一速度(vl)、第二速度(v2)、第三速度(v3)，以所述第一速度(vl)、第二速度(v2)、第三速度(v3)为基础，测定所述特定气体的终端速度。
本发明的另一技术方案是提供一种气体流速测定方法，所述气体流速测定方法包括:在含至少一种气体的混合气体的流动中，产生干扰的步骤；在被干扰流动的混合气体中，放出预测定流速的特定气体所吸收的波长的光，检测所述放出的光，提供与所检测出的光量相应的检测信号的步骤；及以所述提供的所述检测信号为基础，对所述预测定的特定气体的流速进行计算的步骤。
在所述在含至少一种气体的混合气体的流动中产生干扰的步骤中，为了测定所述预测定的特定气体的流速，所喷射的指示气体与所述特定气体相同，其浓度高于所述特定气体的浓度。
在所述在含至少一种气体的混合气体的流动中产生干扰的步骤中，在所述混合气体中产生涡流。
所述在被干扰流动的混合气体中，放出预测定流速的特定气体所吸收的波长的光，检测所述放出的光，提供与所检测出的光量相应的检测信号的步骤包括:自第一光源放出所述特定气体吸收波长的光的步骤；检测自所述第一光源放出的光，提供与检测出的光量相应的第一检测信号的步骤；自第二光源放出所述特定气体吸收波长的光的步骤；及检测自所述第二光源放出的光，提供与检测出的光量相应的第二检测信号的步骤。
在所述以所述提供的所述检测信号为基础，对所述预测定的特定气体的流速进行计算的步骤中，以所述第一检测信号及所述第二检测信号为基础，计算所述预测定的特定气体的流速。
所述在被干扰流动的混合气体中，放出预测定流速的特定气体所吸收的波长的光，检测所述放出的光，提供与所检测出的光量相应的检测信号的步骤包括:在与发生干扰的位置隔开第一距离的位置上，在第一时间(tl)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的步骤；在与发生干扰的位置隔开第二距离的位置上，在第二时间(t2)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的步骤；及在与发生干扰的位置隔开第三距离的位置上，在第三时间(t3)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的步骤。
所述以所述提供的所述检测信号为基础，对所述预测定的特定气体的流速进行计算的步骤包括:分别以所述第一时间(tl)、所述第二时间(t2)、所述第三时间(t3)所提供的检测信号为基础，计算出第一速度(vl)、第二速度(v2)、第三速度(v3)的步骤；及以所述第一速度(vl)、第二速度(v2)、第三速度(v3)和所述第一距离、第二距离、第三距离为基础，计算所述预测定的特定气体的终端速度的步骤。
本发明的有益效果:依据上述本发明的气体流速测定装置及气体流速测定方法，在测定气体时无需事先做另外的调整，即使气体急速变化也可以即时准确地测定流速。同时，对于多种气体混存的情况，可对特定的气体进行有选择性地测定，并以此为基础，准确的计算出特定气体的排放量。在对测定气体的排放量进行经济评价时，可提高其可信赖性。
图1是一般流速计的种类及动作方式的概念图2是依据气体分子量对气体流速进行说明的概念图3图示了气体分子的吸光光谱；
图4图示了加速运动和阻力导致速度变化的曲线图5是本发明一实施方式的气体流速测定方法中，在测定对象气体中产生干扰的方法的概念图6是本发明另一实施方式的气体流速测定方法中，在测定对象气体中产生干扰的方法的概念图；图7是本发明一实施方式的气体流速测定方法中，在流动的气体中产生干扰后，测定所干扰气体移动速度方法的概念图；图8是本发明一实施方式的气体流速测定装置的结构图；图9是图8中所示的气体检测部的详细结构图及动作原理的概念图；图10是图示本发明一实施方式的气体流速测定方法的流程图。附图符号说明110、气体处理部;130a、130b、130c、气体检测部;150、控制部;160、显示部;170、通信数据部；180、气体引导部；190、固定部
具体实施例方式本发明进行多种多样的变更，也可以具有多种实施方式，以下结合特定的实施方式和附图对本发明进行详细的说明。但是本发明并不局限于特定的实施方式，在本发明的技术思想和原则范围内所作的任何变更、替换、变形，以及其类似物或替换物等均包含在本发明的范围内。“第一”、“第二”等术语是用于说明多种构成要素的，但是上述构成要素并不局限于上述术语。上述术语是用于将一个构成要素与另一个构成要素区分开的。举例来说，在不脱离本发明的权利要求下，第一构成要素也可被命名为第二构成要素，当然第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。“及/或”之类的术语是指复数个相关的记载项目间的组合或是复数个相关记载项目中的任意一个。在提及某一构成要素与其它构成要素“连接”或“联接”时，可以是其它构成要素直接连接或联接，但是应该理解为中间也可以存在其它构成要素。相反，在提及某一构成要素在其它构成要素上“直接连接”或“直接联接”时，则应该理解为中间不存在其它构成要素。本申请中所使用的术语是为了说明特定实施方式的，并不是用于限定本发明的。在单数表现没有明确的其它意思时，也包括复数表现。在本申请中，“包括”或“具有”等术语是用于指定说明书中所记载的特性、数字、步骤、动作、构成要素、零件或其组合的，应理解为一个或一个以上的其它特征或数字、步骤、动作、构成要素、零件或其组合，或是事先不排除其附加可能性。在不另作定义时，含技术或科学术语的所有术语，具有本技术领域的技术人员通常所理解的意义，一般所使用的事先定义的术语，应理解为其相关技术文句上的含义，本申请中若无明确的定义，则不应该对其进行非正常或过度形式化的理解。接下来，参考附图，就本发明的优选实施方式进行详细的说明。为了整体上便于理解本发明的内容，附图上相同的构成要素使用相同的附图符号，相同的构成要素不另外重复说明。以下为了说明本发明的实施方式的气体流速测定装置及气体流速测定方法的技术及动作原理，就本发明的实施方式的气体流速测定装置及气体流速测定方法进行如下理论性的说明。1.气体种类的扩散速度
气体分子运动能量在自由空间时，与绝对温度T成比例，成立如数学方程式2的关系式。
数学方程式2 [方程式2]
权利要求
1.一种气体流速测定装置，其特征在于，所述气体流速装置包括:在至少含有一种气体的混合气体中，放出预测定流速的特定气体可吸收的波长的光，并检测所述放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的至少一个的气体检测部；及以所述气体检测部所提供的检测信息为基础，算出所述预测定的特定气体的流速的控制部。
2.根据权利要求1所述的气体流速测定装置，其特征在于，还包括为了测定所述预测定的特定气体的流速，对所述混合气体的流动产生干扰的气体处理部。
3.根据权利要求2所述的气体流速测定装置，其特征在于，所述气体处理部所喷射的指示气体与所述混合气体中的所述预测定的特定气体相同，浓度高于所述特定气体的浓度。
4.根据权利要求2所述的气体流速测定装置，其特征在于，所述气体处理部在所述混合气体中产生涡流。
5.根据权利要求1所述的气体流速测定装置，其特征在于，所述至少一个的气体检测部分别包括:放出所述特定气体所吸收波长的光的第一光源；检测所述第一光源所放出的光，提供与检测出的光量相应的第一检测信号的第一光检测器；与所述混合气体移动的方向相同，与所述第一光源按照所定距离隔开设置，放出所述特定气体所吸收波长的光的第二光源；及检测所述第二光源所放出的光，提供与检测出的光量相应的第二检测信号的第二光检测器； 在所述第一光源与所述第一光检测器之间的光进行方向的第一光路与在所述第二光源与所述第二光检测器之间的光进行方向的第二光路互相平行，所述第一光路及所述第二光路垂直于所述混合气体的流动方向。
6.根据权利要求5所述的气体流速测定装置，其特征在于，所述控制部以所提供的所述第一检测信号及所述第二检测信号为基础，算出所述预测定的特定气体的速度。
7.根据权利要求1所述的气体流速测定装置，其特征在于，所述至少一个的气体检测部包括:从事先设定的基本位置移到第一位置(LI)，在第一时间(tl)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的第一气体检测部; 从事先设定的基本位置移到第二位置(L2)，在第二时间(t2)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的第二气体检测部； 从事先设定的基本位置 移到第三位置(L3)，在第三时间(t3)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的第三气体检测部。
8.根据权利要求7所述的气体流速测定装置，其特征在于，所述控制部以所述第一气体检测部、所述第二气体检测部、所述第三气体检测部分别提供的检测信号为基础，计算出第一速度(vl)、第二速度(v2)、第三速度(v3)，以所述第一速度(vl)、第二速度(v2)、第三速度(v3)为基础，测定所述特定气体的终端速度。
9.一种气体流速测定方法，其特征在于，所述气体流速测定方法包括:在含至少一种气体的混合气体的流动中，产生干扰的步骤；在被干扰流动的混合气体中，放出预测定流速的特定气体所吸收的波长的光，检测所述放出的光，提供与所检测出的光量相应的检测信号的步骤；及以所述提供的所述检测信号为基础，对所述预测定的特定气体的流速进行计算的步骤。
10.根据权利要求9所述的气体流速测定方法，其特征在于，在所述在含至少一种气体的混合气体的流动中产生干扰的步骤中，为了测定所述预测定的特定气体的流速，所喷射的指示气体与所述特定气体相同，其浓度高于所述特定气体的浓度。
11.根据权利要求9所述的气体流速测定方法，其特征在于，在所述在含至少一种气体的混合气体的流动中产生干扰的步骤中，在所述混合气体中产生涡流。
12.根据权利要求9所述的气体流速测定方法，其特征在于，所述在被干扰流动的混合气体中，放出预测定流速的特定气体所吸收的波长的光，检测所述放出的光，提供与所检测出的光量相应的检测信号的步骤包括:自第一光源放出所述特定气体吸收波长的光的步骤； 检测自所述第一光源放出的光，提供与检测出的光量相应的第一检测信号的步骤；自第二光源放出所述特定气体吸收波长的光的步骤；及 检测自所述第二光源放出的光，提供与检测出的光量相应的第二检测信号的步骤。
13.根据权利要求12所述的气体流速测定方法，其特征在于，在所述以所述提供的所述检测信号为基础，对所述预测定的特定气体的流速进行计算的步骤中，以所述第一检测信号及所述第二检测信号为基础，计算所述预测定的特定气体的流速。
14.根据权利要求9所述的气体流速测定方法，其特征在于，所述在被干扰流动的混合气体中，放出预测定流速的特定气体所吸收的波长的光，检测所述放出的光，提供与所检测出的光量相应的检测信号的步骤包括:在与发生干扰的位置隔开第一距离的位置上，在第一时间(tl)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的步骤； 在与发生干扰的位置隔开第二距离的位置上，在第二时间(t2)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的步骤；及 在与发生干扰的位置隔开第三距离的位置上，在第三时间(t3)放出所述特定气体所吸收波长的光，检测所放出的光，提供与检测出的光量相应的检测信号的步骤。
15.根据权利要求14所述的气体流速测定方法，其特征在于，所述以所述提供的所述检测信号为基础，对所述预测定的特定气体的流速进行计算的步骤包括:分别以所述第一时间(tl)、所述第二时间(t2)、所述第三时间(t3)所提供的检测信号为基础，计算出第一速度(vl)、第二速度(v2)、第三速度(v3)的步骤；及 以所述第一速度(vl )、第二速度(v2)、第三速度(v3)和所述第一距离、第二距离、第三距离为基础，计算所述预测定的特定气体的终端速度的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种可提高即时测定信赖度、可选择特定的气体进行测定的气体流速测定装置及气体流速测定方法。本发明的气体流速测定装置，包括至少一个气体检测部及控制部。所述气体检测部在至少含有一种气体的混合气体中，将预测定流速的特定气体所吸收的波长的光，照射在特定气体上，检测特定气体对该波长的光量的吸收，提供与所检测出的光量相应的检测信号；所述控制部以所述气体检测部所提供的检测信号为基础，即时算出预检测的特定气体的流速。从而无需其他调整，即可对多种气体混存下的特定气体的流速进行选择性、即时性的测定。
文档编号G01P5/26GK103221828SQ201080070188
公开日2013年7月24日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者金宋元 申请人:朴正翼