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DE2912654C2 - Verfahren und Vorrichtung zur akustischen Analyse von Gasen und Anwendung des Verfahrens zur Regelung ihres Heizwerts - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur akustischen Analyse von Gasen und Anwendung des Verfahrens zur Regelung ihres Heizwerts

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DE2912654C2
DE2912654C2 DE2912654A DE2912654A DE2912654C2 DE 2912654 C2 DE2912654 C2 DE 2912654C2 DE 2912654 A DE2912654 A DE 2912654A DE 2912654 A DE2912654 A DE 2912654A DE 2912654 C2 DE2912654 C2 DE 2912654C2
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gas
calorific value
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gases
measured
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Masao Osaka Haruta
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Osaka Gas Co Ltd
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Osaka Gas Co Ltd
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Description

dadurch gekennzeichnet, daß
- zur Bestimmung des Heizwerts des Meßgases folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
- Erzeugen einer stehenden Welle mit einer ersten Frequenz in der Meßgasstrecke,
Erzeugen einer stehenden Welle mit einer zweiten Frequenz im Vergleichsgas, dessen Dichte bekannt ist, in der Vergleichsgasstiecke, die gleiche Abmessungen wie die Meßgasstrecke besitzt,
- Bildung der Differenzfrequenz durch Mischen der Frequenzen der beiden empfangenen Ausgangssignale, und
- Umwandeln der Differenzfrequenz in ein der Dichte des Meßgases entsprechendes elektrisches Signal und Bestimmung des Heizwerts aus dem elektrischen Signal über eine Eichbeziehung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgas ein Gasgemisch aus mehreren paraffinischen Kohlenwasserstoffen CnH2n+2 und als Vergleichsgas ein Naturgas mit ähnlichen Gasbestandteilen, dessen Heizwert bekannt ist, verwendet werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit
- einer Meß- und Vergleichsgasstrecke, die jeweils ein der Schallgeschwindigkeit in einem Meßgas und einem Vergleichsgas entsprechendes elektrisches Ausgangssignal abgeben und aus
- einem ersten und zweiten Schallrohr (2, 3) jeweils zur Aufnahme des Meß- und Vergleichsgases, mit gleichen Abmessungen,
- einem ersten und zweiten Mikrophon (8, 11),
einem ersten und zweiten Lautsprecher (9, 12), und
- einer ersten und zweiten Gaszuführung jeweils zum ersten und zweiten Schallrohr (2,3) jeweils für das Meßgas und das Vergleichsgas, wobei die Zusammensetzung des Vergleichsgases bekannt ist, und beide Gase gleiche Drücke, Volumen und Temperatur haben, betehen,
- einem ersten und zweiten Verstärker (10,13) mit einer auf das Ausgangssignal der Meß- und Vergleichsgasstrecke ansprechenden Misch- und Meßschaltung (14,15), wobei in dem im ersten Schallrohr (2) befindlichen Meßgas durch den ersten Lautsprecher (9) ein akustisches Signal einer ersten Frequenz angeregt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Frequenz des in dem ersten bzw. zweiten Schallrohr (2,3) angeregten akustischen Signals eine von der Zusammensetzung des Meßgases bzw. Vergleichsgas abhängende Frequenz einer stehenden Welle hat, deren Wellenlängen einander gleich sind und durch die Länge des ersten bzw. zweiten Schallrohrcs bestimmt ist,
die Mischschaltung (14) die von den beiden Lautsprechern (9, 12) abgegebenen elektrischen Signale empfängt und durch Mischung ein Ausgangssignal erzeugt, das deren Differenzfrequenz besitzt,
ein Frequenz/Spannungs-Wandler (15) das Ausgangssignal der Misch- und Meßschaltung (14) empfängt und ein Spannungsausgangssignal erzeugt, das der Differenzfrequenz proportional ist,
- eine Signalverarbeitungsschaltung (27) aus dem Ausgangssignal des Frequenz/Spannungs-Wandlcrs (15) mittels einer Eichbeziehung (Fig. 2) den Heizwert des Meßgases ermittelt.
4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Regelung des Heizwerts von Gasen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur akustischen Analyse von Gasen gemäß den Oberbegriffen jeweils der Ansprüche 1 und 3 sowie eine Anwendung des Verfahrens zur Regelung ihres I leizwerts.
Der obere Heizwert H0 sowie die obere Wobbezahl Wn von Gasen gelten als wichtige Parameter zur Charakterisierung der Brenneigenschaften von Gasen.
Die obere Wobbezahl Wix ist definiert als
wobei ί/,, das Dichte verhältnis bezogen auf Luft derselben Temperatur wie die des gemessenen Gases bedeutet.
Zur Ermittlung der Wobbezahl fVb eines Gases müssen dementsprechend der oberen Heizwert H0 sowie das Dichteverhältnis d,. bekannt sein.
Aus der DE-Z »Stahl und Eisen 89/1969 Nr. 4« ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des oberen I leizwerts bekannt, wobei das zu messende Gas zur kontinuierlichen Verbrennung unter gegebenen Bedingungen mit Luft gemischt wird. Das dabei resultierende erzeugte Gas wird in einen Wärmeaustauscher geleitet, in dem die bei der Verbrennung entwickelte Wärme von Kühlwasser aufgenommen wird, das den Wärmeaustauscher bei festgelegtem Durchsatz durchströmt. Bei diesem Wärmeaustauscherverfahren sollten die Temperaturen und Durchsätze des gemessenen Gases, der Verbrennungsluft sowie des Kühlwassers wie auch die Umgebungstemperaturen konstantgehalten werden, wobei die genannten Temperaturen, Durchsätze und Umgebungstemperaturen individuell gemessen werden. Der obere Heizwert wird danah aus diesen Meßwerten ermittell. Die Genauigkeit der so erhaltenen Messungen wird jedoch durch Veränderungen in den Umgebungsbedin- is gungen, unter denen sie durchgeführt werden, beeinträchtigt.
Aus derselben Literaturstelle ist ein Verfahren zur Regelung des oberen Heizwerts von Gasgemischen unter Verwendung des oben erwähnten Verfahrens bekannt, wobei dergemessene obere Heizwert mit einem Sollwert verglichen wird; bei Abweichung beide; Werte wird der obere Heizwert des Gasgemischs durch Veränderung des Mischungsverhältnisses seiner Gaskomponenten in der Weise geregelt, daß er mit dem Sollwert zusammenfällt. Diese Verfahrensweise hat deshalb denselben bereits genannten Nachteil. Außerdem ist es sehr schwierig, den oberen Heizwert von Gasgemischen genau und schnell zu messen und zu regeln.
Aus der DE-Z »Regelungstechnische Praxis und Prozeß-Rechentechnik« 1970, Heft 3, S. 103 und S. 104 ist ein Rcgelverfahren für die Wobbezahl von Mischgasen bekannt, das den obigen Nachteil vermeidet, indem die Wobbezahlen aller zu mischenden Gase getrennt erfaßt und dann in einer Rechenschaltung daraus der Durchflußmeßwert des beizumischenden Gases ermittelt wird. Da die Vorrichtungen zur Messung der Wobbezahl mehrfach vorgesehen sein müssen, ist dieses Regelverfahren sehr aufwendig. Es ist auch in der Zeitschrift »Rcgelungstechnische Praxis und Prozeß-Rechentechnik« nicht offenbart, mit welchem Meßverfahren die Wobbezahl gemessen wird.
Aus der DE-PS 3 90 752 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von Gasen mittels Schallwellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Das bekannte Verfahren zur Analyse von Gasen, bei dem Schallwellen durch das zu bestimmende Medium aufcinem Weg von bekannter Länge geschickt werden ist dadurch gekennzeichnet, daß Tonwellen bestimmter Frequenz verwendet werden und die Phasendifferenz zwischen den Schwingungen am Ende der Meßstrecke und einer Vergleichsschwingung gemessen wird. Die daraus bekannte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrcns weist eine Meßgasstrecke und eine Vergleichsgasstrecke jeweils bekannter und gleicher Abmessung auf.
Da die Auswertung der durch die verschiedene Gaszusammensetzung bewirkten unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten durch den Phasenunterschied erfolgt, mit dem der Schall, welcher gleichzeitig am Anfang der mit dem bekannten und deer gleichlangen mit dem zu bestimmenden Medium angefüllten oder von ihm durchllosscncn Strecke erzeugt wird an den Enden ankommt, gibt dieser Phasenunterschied Aufschlüsse über die Natur des Gases oder über das Mengenverhältnis, in dem ein bekanntes Gas mit einem anderen gemischt ist.
Die Messung des Phasenunterschieds zweier Schwingungen gleicher Frequenz ist jedoch erheblich problembclastet, da bereits die Schallquellen (Lautsprecher) konphas betrieben werden müssen. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit müssen bei diesem Gasanalysegerät sehr lange Schallröhren vorgesehen werden. Dadurch ergeben sich wiederum Probleme, die durch Temperaturdifferenzen bedingt sind.
Ferner hat die Messung von Phasenunterschieden den Nachteil, daß sie naturgemäß weniger genau ist als eine Differenzfrequenzmessung.
Es ist deshaib Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Brenneigenschaften von Gasen mit höherer Genauigkeit und verringertem apparativem Aufwand anzugeben. Ferner soll das Verfahren auf ein Verfahren zur Regelung des Heizwerts von Gasen angewendet werden. Die Lösung deer obigen Aufgabe erfolgt bei einem Verfahren zur akustischen Analyse von Gasen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale.
Anspruch 2 enthält eine vorteilhafte Weiterbildung davon.
Die Lösung der obigen Aufgabe erfolgt bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale.
Anspruch 4 kennzeichnet die Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2.
Durch diese Verfahrensweise werden umgebungsbedingte Fehler bei den kontinuierlichen Messungen wirksam verhindert. Auch ist das erfindungsgemäße Differenzfrequenzverfahren zur automatischen Messung der Schallgeschwindigkeitsdifferenz zwischen Meßgas und Vergleichsgas sehr genau und hat eine hohe Ansprechgeschwindigkeit.
Ferner kann neben dem oberen Heizwert und dem Wobbe-Index auch der untere Heizwert von Gasen bestimmt werden.
Das gemessene Gas kann erfindungsgemäß (1) ein Gasgemisch aus mehreren gasförmigen Bestandteilen einer homologen Reihe von Kohlenwasserstoffen oder (2) ein Gasgemisch aus Luft und einem einzigen KohlenwasscrstolT darstellen.
Die Erfindung wird unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt
F ig. 1 ein Blockdiagramm eines Ausfuhrungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung des Heizwerts sowie des Wobbe-Index von Gasen:
Fig. 2 ein Diagramm zur Abhängigkeit des Dichteverhältnisses rf,, des gemessenen Gases vom oberen Heizwert H0; und
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Regelvorrichtung in der die Vorrichtung von Fig. 1 angewendet ist.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
In F ig. 1 ist eine Vorrichtung 30 zur Messung des oberen Heizwerts und des Wobbe-Index von Stadtgas dargestellt, das durch Verdampfung aus verflüssigtem Naturgas hergestellt wird. Dieses Stadigas stellt ein Gasgemisch dar, das aus mehreren paraffinischen Kohlenwasserstoffen CnH2n+2 besteht. Zwei Schallrohre 2 und 3 sind in einem Thermostatenbad 1 vorgesehen. Das zu messende Gas wird über eine von der Gasleitung 5 abgezweigte Leitung 4 in das Schallrohr 2 eingeleitet. In der Leitung 4 sind ein Reduzierventil 6 und ein Durchfiußmesser 7 vorgesehen. Im anderen Schallrohr 3, ist ein Vergleichsgas enthalten, das ein Naturgas mit ähnlichen Gasbestandteilen ist. Die Schallrohre 2 und 3 besitzen im wesentlichen gleiche Abmessungen und gleichen Aufbau. An den beiden Enden des Schallrohrs 2 sind ein Mikrophon 8 bzw. ein Lautsprecher 9 vorgesehen. Das elektrische Ausgangssignal des Mikrophons 8 wird zum Eingang eines Verstärkers 10 geleitet, dessen Ausgang mit dem Lautsprecher 9 verbunden ist. Die Länge des Schallrohrs 2, d. h. der Abstand Lt zwischen dem Mikrophon 8 und dem Lautsprecher 9, ist so gewählt, daß im Schallrohr 2 bei einer Frequenz /j, die dem Abstand L, und der Schallgeschwindigkeitu-, irn gemessenen Gas entspricht, Resonanz auftritt. In ähnlicher Weise wie beim Schallrohr 2 sind beim anderen Schallrohr 3 ein Mikrophon 11, ein Lautsprecher 12 und ein mit dem Schallrohr 3 verbundener Verstärker 13 vorgesehen. Der Abstand L2 zwischen dem Mikrophon 11 und dem Lautsprecher 12 ist so gewählt, daß er gleich dem Abstand L1 ist (Li = L2). Die dem Abstand L2 und der Schallgeschwindigkeit u2 des Vergleichsgases im Schallrohr 3 entsprechenden stehenden Schallwellen schwingen mit der Frequenz />. Im Thermostatenbad 1 sind ferner eine Temperaturmeßeinrichtung 17 und eine Heizung 18 vorgesehen. Mit der Temperaturmeßeinrichtung 17 ist ein darauf ansprechender Temperaturregler 19 verbunden, der die Heizung 18 schaltet, wodurch die Umgebungstemperatur im Thermostatenbad 1 konstantgehalten wird. F.in Gebläse 20 wälzt dabei die Luft im Thermostatenbad 1 um.
Der Druck ρ, im Schallrohr 2 sowie der Druck p2 im Schallrohr 3 werden über einen Druckkompensator21 gleich gehalten (pt = p2).
Die Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit u irn Gas und der Gasdichte ρ ergibt sich aus Gleichung (2):
u2 = 101,32 R l±£i fm/s): (2)
darin bedeuten:
ι = die Gastemperatur
ρ = die Dichte bei O0C
a = den Temperaturkoeffizienten
R = das Verhältnis der spezifischen Wärmen des Gases (R = spezifische Wärme bei konstantem Druck/ spezifische Wärme bei konstantem Volumen, Cp/C>).
Die Beziehung zwischen den Eigenschaften des zu messenden Gases im Schallrohr 2 und dem Vergleichsgas im Schallrohr 3 gehen aus Gleichung (3) hervor. In dieser Gleichung bezieht sich der Index »1« auf das gemessene Gas und der Index »2« auf das Vergleichsgas:
JlL = Il . (1 + °- ί)- pi (3)
u\ R2 (1 + a ■ I2) ■ pi
Die Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit u ,, der Frequenz/, und der Wellenlänge λ t fürdasSchallrohr 2 geht aus Gleichung (4) hervor:
μ. = /Ί ■ >■', <4)
Für die in F i g. 1 dargestellte spezielle Ausführungsform gilt für die akustische stehende Welle, die im Schallrohr 2 beim Abstand L1 in Resonanz ist:
wegen L1 = L2.
«j Da die Abmessungen der Meß- und Vergleichsgasstrecke gleich sind, die Gasbestandteile des gemessenen Gases ähnlich sind wie beim Vergleichsgas und auch die Drucke beider Gase einander gleich sind, folgt daraus, daß A1= R2 ist: ferner ist r, = I2. Aus den Gleichungen (3) bis (5) folgt demgemäß:
£L = (JL·) (6)
■ffi
Die Dichte/^ und die Frequenz /2 des Standardgases sind dabei bekannt, die Differenzfrequenz Af = Z1 - /2 wird gemessen und ergibt die unbekannte Dichte pt.
Mit den beiden Ausgängen der Verstärker 10 und 13 ist eine Misch- und Meßschaltung verbunden, die ein Ausgangssignal mit der Differenzlrequenz Af liefert. Dabei ist festzustellen, daß der Ausgang der Misch- und Mcßschaltung 14 zur Bestimmung der Dichte p: des gemessenen Gases über die Beziehung (7) dient.
/wischen dem gemessenen Gas und der Luft derselben Temperatur, wie das Meß- und Vergleichsgas besteht hinsichtlich des Dichteverhältnisses dr und der Dichte px folgender Zusammenhang:
Cl1 . = ρ ι /Luftdichte (8)
Der Erfindung liegt die Feststellung zugrunde, daß das Dichteverhältnis </,. dem oberen Heizwert //„ des gemessenen Gases entspricht. Wenn das gemessene Gas ein Gasgemisch aus 6 gasförmigen Bestandteilen von Methanhomologen C„H2„+2 besteht und die in Tabelle 1 voiummäßig angegebenen Mischungsverhältnisse der Komponenten vorliegen, können das Dichteverhältnis dv und der obere Heizwert Wu eines Gases im Normzustand wie folgt berechnet werden:
Tabelle 1
Gasbestandteil C2H6 Q1H8 ISO-C4H10 H-C4H10 ,SO-C5H1, 25
CH4 1,038 1,522 2,006 2,006 2,491
Dichtp.verhultnis d, 0,554
(Lull = I) 70 307 101 657 133 801 133 801 157 460
Oberer Heizwert W1, 39 835 30
(kJ/m1) 6,51 3,54 0,69 0,84 0,08
Volumcnvcrhältnis im 88,34
gemessenen Gas (%)
Dichteverhältnis dr des gemessenen Gases:
</, - 0,554 x 0,8834 + 1,038 x 0,0651 + 1,522 x 0,0354 + 2,006 x 0,0069 + 2,006 x 0,0084 + 2,491 x 0,0008 = 0,643
(9) Oberer Heizwert W0 des Gases im Normzustand:
W1, = 39 835 x 0,8834 + 70 307 X 0,0651 + 101 657 X 0,0354 + 133 80Ix 0,0069 +133 80Ix 0,0084 + 157 460 x 0,0008 = 45 541 kJ/nr
Das Dichlcvcrhällnis dr und der obere Heizwert W0 des gemessenen Gases hängen vom Voiumenverhäilnis der jeweiligen Gasbestandteile ab, aus denen das aus Methanhomologen zusammengesetzte Gasgemisch besteht.
Aus dem Obigen geht hervor, daß sich das Dichteverhältnis dy und der obere Heizwert Wu weiterer Gasgemische mit jeweils verschiedenen Verhältnissen der einzelnen, aus Methanhomologen bestehenden Gaskomponenten au fgrund der Analogie mit den Gleichungen (9) und (10) wie in F i g. 2 darstellen lassen. F i g. 2 zeigt, daß der Zusammenhang zwischen dem oberen Heizwert W0 eines Gases und seinem Dichteverhältnis dr eine Gerade darstellt. Dabei ist zu beachten, daß dies für ein verflüssigtes Naturgas aus mehreren Gaskomponenten einer homologen Reihe paraffinischer Kohlenwasserstoffe C„H,„+2 gilt. Diese Kurve erhält man durch Analyse der Zusammensetzung des Gases mittels eines Gaschromatographen und der Berechnung über die in Tabelle 1 gegebenen Werte des Dichteverhältnisses und des oberen Heizwertes W0 unter Berücksichtigung des Volumen-Verhältnisses im gemessenen Gas. Dabei ist diese Beziehung durch eine Gerade darstellbar unabhängig vom Mischungsverhältnis der Komponenten der homologen Reihe der paraffinischen Kohlenwasserstoffe. Der obere Heizwert W1, geht demgemäß aus Fig. 2 durch Berechnung der Dichte px und daraus des Dichteverhältnisses dy mit den Gleichungen (7) und (8) hervor. Auf diese Weise ist der Wobbe-Index W0 über Gleichung (1) zugänglich.
In Fig. 1 ist ein Frequenz-Spannungs-Wandler 15 vorgesehen, dem das Ausgangssignal von der Misch- und Meßschaltung 14 mit der Differenzfrequenz Af zur Erzeugung einer Ausgangsspannung zugeführt wird, die der Differenzfrequenz A f und damit der Dichte ρ, und dem oberen Heizwert W0 des gemessenen Gases entspricht.
Ein mit dem Ausgang des Frequenz-Spannungs-Wandlers 15 verbundener Schreiber 26 zeichnet den oberen Heizwert W„ auf. Das Ausgangssignal des Frequenz-Spannungs-Wandlers 15 wird einer Rechnerschaltung 27 zugeführt, die nach Gleichung (1) einen entsprechenden Ausgangswert berechnet, der dem Schreiber 28 zur Aufzeichnung und Anzeige des Wobbe-Index W0 zugeführt wird.
In Fig.3 isteine Vorrichtung zur Regelung des Heizwerts zur Aufrechterhaltung eines oberen Heizwerts von Stadtgas auf einem vorbestimmten Wert dargestellt, bei der die Vorrichtung von Fig. 1 verwendet ist. Zur Stabi-
lisierung des oberen Heizwerts von Stadtgas werden durch Verdampfen von verflüssigtem Naturgas erhaltenes Gas und eine kleine Menge Propan oder Butan zusammengemischt. Da der obere Heizwert des durch Verdampfung aus verflüssigtem Naturgas resultierenden Gases etwas kleiner als der Sollwert von 45 980 kJ/m1 ist, wird Propan oder Butan zur Einstellung des oberen Heizwerts zugemischt, um ein geeignetes Stadtgas zu erzielen. Das verflüssigte Naturgas wird im Tank 31 gelagert. Zur Verdampfung gelangt es über eine Pumpe 32 in einen Verdampfer 33, wo es zu Naturgas verdampft wird, das anschließend in die Leitung 34 geleitet wird.
Auf der anderen Seite wird verflüssigtes Propan oder Butan in einem Tank 35 gelagert, das über eine Pumpe 36 in einen Verdampfer 37 geleitet und über eine Leitung 38 in die Leitung 34 für das Naturgas eingemischt werden kann. Das Gemisch aus Naturgas von der Leitung 34 und Propan oder Butan aus der Leitung38 wird über die Gasleitung 5 als Stadtgas weitergeleitet. In den Leitungen 34 bzw. 38 sind Durchfiußmesser40bzw. 41 vorgesehen; in der Leitung 38 befindet sich ferner ein Durchflußregelventil 42.
Die Ausgangssignale der beiden Durchflußmesser 40 und 41 werden zu einer P.echnerschaltung 43a geleitet, die ein dem Gasdurchsatz in den Leitungen 34 und 38 entsprechendes Ausgangssignal errechnet und dieses /.u einem Durchsatzregler 43 leitet. In dieser Vorrichtung ist ferner die in F i g. 1 dargestellte und mit der Gasleitung 5 verbundene Einrichtung 30 vorgesehen. Ein Regler 44 für das spezifische Gewicht empfangt das Ausgangssignal des Frequenz-Spannungs-Wandlers 15, das der Dichte des in der Gasleitung 5 fließenden Stadtgases entspricht, und liefert ein Ausgangssignal, das der Abweichung der Dichte des Stadtgases in der Gasleitung 5 vom vorbestimmten spezifischen Gewicht entspricht, das auf den Sollwert des oberen Heizwerts bezogen ist. Der Durchsatzregler 43 nimmt das Ausgangssignal der Rechnerschaltung 43a sowie das Ausgangssignal des Reglers 44 für das spezifische Gewicht auf und regelt das Durchflußregelventil 12 so, daß der von den Durchflußmesscrn 40 und 41 aufgenommene Durchsatz mit dem vorher festgelegten Durchsatzwert übereinstimmt. Demgemäß können die Dichte und der erhaltene obere Heizwert des in der Gasleitung 5 fließenden Stadtgases stets genau konstantgehalten werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur akustischen Analyse von Gasen
- anhand eines Meßgases und eines Vergleichsgases, deren Druck, Volumen und Temperatur jeweils gleich sind, wobei die Zusammensetzung des Vergleichsgases bekannt ist,
- in einer in Längsrichtung durchschallten Meß- und Vergleichsgasstrecke, in denen jeweils ein der Schallgeschwindigkeit im Meßgas bzw. im Vergleichsgas entsprechendes Ausgangssignal erzeugt wird,
- wobei in einer Misch- und Meßschaltung, die auf die Ausgangssignale der Meß- und Vergleichsgasstrecke anspricht, ein Unterschied in der Zusammensetzung von Meß- und Vergleichsgas ermittelt wird,
DE2912654A 1978-03-31 1979-03-30 Verfahren und Vorrichtung zur akustischen Analyse von Gasen und Anwendung des Verfahrens zur Regelung ihres Heizwerts Expired DE2912654C2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3870878A JPS5928259B2 (ja) 1978-03-31 1978-03-31 ガスのウオツベインデツクス測定装置
JP3870778A JPS6021335B2 (ja) 1978-03-31 1978-03-31 ガスの発熱量測定方法および装置
JP7766778A JPS556117A (en) 1978-06-26 1978-06-26 Calorific value controller for mixed gas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2912654A1 DE2912654A1 (de) 1979-10-04
DE2912654C2 true DE2912654C2 (de) 1986-06-19

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Country Status (2)

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US (1) US4246773A (de)
DE (1) DE2912654C2 (de)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4520654A (en) * 1983-03-14 1985-06-04 General Electric Company Method and apparatus for detecting hydrogen, oxygen and water vapor concentrations in a host gas
US4656864A (en) * 1984-12-24 1987-04-14 Kraus Robert A Fuel control system for internal combustion engines
US4951503A (en) * 1990-01-23 1990-08-28 Niagara Mohawk Power Corporation Method and apparatus for determining the heating value of a gaseous fuel
EP0533980A1 (de) * 1991-09-26 1993-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Kraftstoffen oder Gasen in Luft
US5537854A (en) * 1993-05-24 1996-07-23 Phillips; Scott Acoustic natural gas fuel sensor
US5697346A (en) * 1993-05-28 1997-12-16 Servojet Products International Method for using sonic gas-fueled internal combustion engine control system
US5622053A (en) * 1994-09-30 1997-04-22 Cooper Cameron Corporation Turbocharged natural gas engine control system
GB9424430D0 (en) * 1994-12-02 1995-01-18 British Gas Plc Measurement of a gas characteristic
GB9608265D0 (en) * 1996-04-22 1996-06-26 British Gas Plc Apparatus for measuring a gas value
GB9715448D0 (en) * 1997-07-22 1997-09-24 British Gas Plc Measuring relative density of a gas
DE19736528A1 (de) * 1997-08-22 1999-02-25 Ruhrgas Ag Verfahren zur verbrennungslosen Messung des Brennwertes von Brenngas
WO1999036768A1 (en) * 1998-01-16 1999-07-22 Bg Intellectual Property Limited Method and apparatus for measuring the relative density of a gas
US6442996B1 (en) 1998-01-16 2002-09-03 Lattice Intellectual Property Limited Method and apparatus for measuring the calorific value of a gas
DE19808533A1 (de) * 1998-02-28 1999-09-02 Ruhrgas Ag Verfahren zur Bestimmung der Gaszusammensetzung von Brenngas
US6116080A (en) 1998-04-17 2000-09-12 Lorex Industries, Inc. Apparatus and methods for performing acoustical measurements
US6630109B2 (en) * 1998-07-16 2003-10-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control apparatus for reformer and method of controlling reformer using control apparatus
GB9818388D0 (en) * 1998-08-25 1998-10-21 British Gas Plc Measuring energy consumption
WO2000046583A1 (en) 1999-02-04 2000-08-10 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Ultrasonic fluid quality sensor system
WO2000050874A1 (de) * 1999-02-24 2000-08-31 Ruhrgas Aktiengesellschaft Verfahren und anordnung zur messung des brennwertes und/oder des wobbeindexes von brenngas, insbesondere von erdgas
DE19921167A1 (de) * 1999-02-24 2000-08-31 Ruhrgas Ag Verfahren und Anordnung zur Messung des Brennwertes und/oder des Wobbeindexes von Brenngas, insbesondere von Erdgas
DE10122039B4 (de) * 2001-05-07 2010-10-07 E.On Ruhrgas Ag Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Brennwertes eines Gases
EP1418424A1 (de) * 2002-11-05 2004-05-12 Hok Instrument AB Gasgehaltsmessmikroverfahren
JP2006233920A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料ガスカロリー制御装置及びガスタービンシステム
EP2558853B1 (de) 2010-04-14 2020-08-19 Rosemount Measurement Limited Verfahren und vorrichtungen zur bestimmung des energiegehalts einer methanreichen gasmischung
US9354220B2 (en) * 2013-09-27 2016-05-31 Caterpillar Inc. Engine system having fuel quality sensor
JP6379069B2 (ja) * 2015-04-09 2018-08-22 東京瓦斯株式会社 発熱量導出装置および発熱量導出方法
US9546941B2 (en) * 2015-05-04 2017-01-17 Caterpillar Inc. Method and system for estimating the specific gravity of an unknown fuel source in a multi-fuel engine

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE390752C (de) * 1924-02-23 Willy Kunze Dr Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis und zur quantitativen Analyse von Gasen und Fluessigkeiten mittels Schallwellen
US2952153A (en) * 1955-12-12 1960-09-13 Cons Electrodynamics Corp Acoustical apparatus for gas detection
FR1383035A (fr) * 1963-10-29 1964-12-24 Commissariat Energie Atomique Analyseur sonique
US3557605A (en) * 1967-03-31 1971-01-26 Tracor Ultrasonic acoustical analysis
US3789655A (en) * 1972-03-20 1974-02-05 Bendix Corp Fluid analyzer
US3848457A (en) * 1973-05-14 1974-11-19 Minnesota Mining & Mfg Gaseous fluid monitoring apparatus

Also Published As

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DE2912654A1 (de) 1979-10-04
US4246773A (en) 1981-01-27

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