测定气体流动速率的系统以及使用所述测量系统在正常操作下且没有与管道断开时确定流量计误差的方法

摘要

本发明是一个用来测量沿管道（2）流动的基准气体流动速率的系统（1），其包括：一个供给单元（3）用来供给含有示踪气体的辅助气体；一个供给管道（4），在热力学供应条件下，引导辅助气体在管道（2）内流动；一个单元（6），用来测量在供给管道（4）内流动的辅助气体的流动速率；一个管道（7），用来从管道（2）引入辅助气体的点的下游处来提取基准气体和辅助气体的混合物；一个装置（9），用来探测混合物中示踪气体的浓度；一个处理单元（10）实时地连接到测量单元（6）和探测装置（9），该处理单元（10）被设置用来计算基准气体流动速率，该流动速率是作为在混合物中流动的辅助气体和示踪气体浓度的函数。供给管道（4）包括一个渐缩喷嘴（11），并且设置供给单元（3），使得辅助气体在喷嘴（11）内达到声速。测量单元（6）包括一个传感器单元（12a、12b），用来探测辅助气体的热力学供应条件，还包括一个部件（13），基于热动力供应条件以及喷嘴（11）的几何形状来计算辅助气体的流动速率。

说明书

说明书

本发明涉及的是使用非放射性指示剂在封闭管道中测量气体流动速率的系统。

所述测量系统特别适合用于确定流量计的读数误差的方法上，尤其适用于安装在天然 气运输和分配网络中的流量计。

众所周知，天然气流量计进行的测量数据用于优化运输和/或分配网络的性能，或者用 于开具具有法律效力的用于反应供给给最终用户的天然气用量的账单。

在不同国家的现行的法律条款或规定都限制了天然气流量计的许可测量误差。

例如，根据欧盟指令2004/22/CE所述，流量计在市场销售前于工厂测定时误差必须控 制在1％至3％之间。

国际法定计量组织(OIML)的文件2CD R 137-1&-2表明，在操作期间的测试，限制 值相当于上述值的两倍。

在任何情况下，设定所述的限制是为了保证最低程度的透明度。

-在旨在优化气体运输和/或分配网络的性能的活动中，主要是为了防止整个服务领域里 没有气体供应或者供应压力过低的气体的风险，以及

-在贸易中，避免气体供应量测量的错误，如果测量的量低于供应的量，会导致经销商的经济 损失，如果测量量高于供应的量，会导致使用者的损失。

然而，在流量计使用期间，由于不可避免的恶化和/或持续使用而导致的老化，也可能 是安装场所不好的影响，也可能是大气的作用，其测量误差会逐渐增加，可能会超过通常允 许的限制。

因此，为了保证实际测量误差保持在允许的范围内，有必要在第一次调试时以及定期 间隔的对流量计进行检查，并且还能够采取适当的纠正措施来防止超过限制。

根据已知的验证方法，在工厂中，流量计需要从测量单元上取下来进行检查。

这种方法会带来这样的缺陷，就是需要用另一个已经测试过的流量计来代替原先的流 量计，因此会导致高成本的劳动力与劳动力管理。

此外，在更换测量系统中的流量计时，如果不能提供另一条同样的测量线路，就会导 致暂时停止天然气的供应，造成运输和/或分配网络的不平衡的情况，极大的导致用户的不方 便。

此种方法带来的进一步的缺陷是一旦流量计被安装其误差就无法被检测到，而且由于 实验室条件与安装条件不同，这个误差可能会比工厂中发现的更大。

根据检测流量计性能的改进的方法，系统包括安装的可能性来检测运行，另一个参考 的流量计与被检测的流量计串联，用此种方法来比较两个测量装置。

这种方法带来这样的缺陷，它增加了系统的复杂性，因为它需要测量部分的管道被配 置为能够在测量时串联连接两个流量计，这会导致初期投资不可避免的增加。

以上描述的缺陷可以通过直接在安装处检测流量计性能以及在安装的真实条件下来 测量其性能来克服，利用已知原理通过在天然气流动的管道内注射示踪气体来测量封闭管道 内的流量，所述的原理被定义在ISO 2975/I标准中。

示踪气体与天然气混合，并可以通过合理设置的外部的测量系统侦测到，由此可以测 定天然气的流量。

因此，可以这样理解，该测量系统可以连接在管道的接头上，这可以使得连接系统或 者断开系统时不需要中断天然气的供应。

根据第一个所述的方法，会使用带有放射性同位素的示踪气体。

辐射传感器用来测量气体通过直线管道长度方向上的一个预先设定的截面部分所需 要的时间。

如果截面以及预先设定的长度的以及放射性示踪气体流动时间是已知的，那就能够计 算出气体的体积流量。

所述的方法带来的缺陷是，该方法需要使用放射性示踪气体，而该气体有潜在的危险。

因此，在使用以及运输到安装现场期间都需要采用特殊的安全措施，这使得该方法特 别昂贵。

该方法带来的进一步的缺陷是使用以及运输放射性物质时需要复杂的授权程序。

此外，该方法需要已知的直线管道长度，并且知道内部截面，这通常在现有的测量系 统中都无法获得。

根据使用示踪气体的已知方法，示踪气体被注射到天然气内，两种气体的混合气体在 注射点的下游被提取并且测量混合气体中示踪气体的浓度，其中所述的浓度值使得管道内的 天然气流动速率可以被测定。

与之前的方法相比，这个方法使用了惰性气体，避免了上述提到的缺陷并且可以连接 到使用放射性示踪气体。

然而，用该方法获得的测量精度依赖于过程参数中所有测量仪器的精度，包括示踪气 体的量以及浓度，这些值不容易计算得到。

尤其是，为了使检测更有效，必须保证测量系统的最大误差小于允许的最大误差。

因此，测量系统必须能够非常精确的测定注射的示踪气体的量以及天然气的浓度。

上述的要求会变得更加复杂，是由于注射的示踪气体的量相较于天然气的流动速率必 须大大减少，这不仅是为了避免改变主管部门规定的天然气的成分，而且是为了限制示踪气 体的使用，因为其成本不可忽略不计。

显然，注射的示踪气体比例越小，获得精确测量的难度就越大。

因此，以上描述的方法带来了缺陷，虽然测量足够精确并被认为适合对天然气流量计 进行检测，但是也不被允许进行测量。

本发明试图克服现有技术的上述缺陷。

特别的，本发明的目的是提供一个测量系统，该系统测量流入管道内的基准气体的流 动速率，尤其是测量天然气，这使得它可以不用从管道上移除和/或中断天然气的供应来验证 安装在管道内的流量计的测量误差。

本发明还有个目的是提供一个能够相较于已知系统获得更高精度的测量系统。

本发明的进一步的目的是提供一个相较于现有型号的系统获得相同精度却花费更低 的测量系统。

本发明还有个目的就是提供一个相较于放射性示踪气体的使用更安全、更易于运用的 测量系统。

所述目的是通过执行根据权利要求1所述的测量气体流动速率的系统来达到。

所述目的也是通过权利要求15中一个测定安装在管道内的流量计的误差的方法来达 到。

测量系统以及相应的方法的更多细节是发明的主体，将在相关的权利要求中描述。

有利的是，本发明的高精度、低成本以及无风险的测量系统使得系统本身更适合用于 验证运输和/或分配网络中的安装在测量系统内的天然气流量仪造成的误差。

所述的目标与优势，以及以下将突出描述的其他优点，将通过参考附图并在本发明说 明书中的首选实施例中阐明，其中：

图1是体现了发明的主题的测量系统的原理图；

图2以及图3通过两种不同的操作配置，体现涉及发明主题的测量系统的细节；

图4是图3的细节放大图。

本发明的主题测量系统，在图1中作为一个整体由1表示，可以测量沿着管道2在预 先设定的压力下流动到最终用户22或者到进一步扩大的目标网络23或者到分配网络24的基 准气体的流动速率。

可以进一步观察到，测量系统1特别适合用于验证安置在管道2内的流量计17的误 差，尤其是当基准气体是天然气并且流量计17是一个气体流量计。

另一方面，测量系统1很明显还可以用来测量除了天然气的任何基准气体的流动速率。

从图1中可以看出，测量系统1包括一个在给定流动速率和给定热力学条件下提供辅 助气体的供给单元3，其中所述的辅助气体包括预先规定量的示踪气体，更好的进行高精度 的测定。

由于所述的精度会随着在辅助气体中的示踪气体的量的增加而增加，所述的示踪气体 的量最好能较高，最好能高于95％。

更优但不一定必要的是，所述的供给单元3包括一个柱状物3a，该柱状物中含有比管 道2中压力更高的辅助气体。

柱状物3a和一个压力调节器3b相连，该压力调节器可用来降低辅助气体的压力值以 符合测量系统1的需要。

供给单元3通过供给管道4连接到管道2，这会使得在管道2中引入的辅助气体与注 射点5的辅助气体在一个高度上，并且最好还有一个由控制处理单元10控制的电磁阀19。

电磁阀19最好直接连接到管道2上注射点5的截止阀5a上。

测量系统1还包括一个用来测定流过供给管道4的辅助气体流动速率的测量单元6。

辅助气体一旦被注入，就会与基准气体混合。

部分所述的混合物在提取管道7处被提取，该提取管道7与管道2在提取点8处相连， 该提取管道7被安置在沿基准气体流动方向X的下游的注射点5处。

提取管道7最好包含一个电磁阀20，该电磁阀20也是有所述的处理单元10控制。

被提取的混合物被输送到探测装置9，该装置可以测定混合物中示踪气体的浓度。

辅助气体流动速率的数据以及混合物中示踪气体浓度的数据被输送到处理单元10，该 单元可以计算基准气体的流动速率。

操作员可以通过显示工具10a看到计算的结果，该计算结果在处理单元10中被整合或 分割和/或遥控。

根据本发明，供给管道4包括一个喷嘴11，该喷嘴11包括渐缩部分，该渐缩部分的 末端有最小表面积的咽喉部分11a，并且该咽喉部分11a后最好包括渐扩部分。

此外，测量单元6包括传感器单元12a，12b，其适合测量与供应的热力学条件一致的 辅助气体的热力学参数。

更优的，所述的传感器单元包括测量辅助气体的一个压力传感器12a以及一个温度传 感器12b，传感器设置在喷嘴11上游的位置，在该位置，气体的动能相较于其焓是明显忽略 不计的。

测量单元6还包括计算辅助气体流动速率的工具13，该流动速率被引入作为热力学参 数的函数，并且在喷嘴11预先设定的最小面积处，辅助气体达到与咽喉部分11a的同样水准 的音速。

根据本发明，供给单元3被这样安置，就是为辅助气体产生如同在喷嘴11的咽喉部分 11a处水准的音速流条件。

从流体热力学可知，给定气体达到如喷嘴咽喉部分水准的音速只依赖于咽喉部分上游 气体的能量，是独立于咽喉部分下游的热力学条件的，因此也是独立于其中压力条件的。

因此，辅助气体的流动速率以及以音速条件流入到喷嘴11中的示踪气体的流动速率的 测定相较于现有的测量方法得到的结果具有更小的不确定性，在声速流中所述的流动速率只 取决于提供的辅助气体的热力学条件以及咽喉部分11a的截面面积，是完全独立于注射点的 热力学条件的。

更优的，供给单元3包括一个柱状物3a，其含有相较于基准气体有足够高的压力，例 如可以使得在咽喉部分11a中达到声速。

因此，可以施加于压力传感器3b直到达到声速条件。

更优的，辅助气体在压力传感器3b的上游通过预加热器25被预加热，这样做使得其 在注射点的温度接近于流入管道2的天然气的温度，该天然气的温度可以通过联合的仪器或 与流量计17相关联的仪器测量。

有利的是，所述的预加热步骤可以防止过度降低辅助气体的温度而导致的气体本身的 冷凝现象，该现象主要是由于压力降低带来的Joule Thompson效应

由于在喷嘴11的咽喉部分11a的音速与物理操作条件有关，而该操作条件很容易就精确测定， 因此所述的测量系统1可以测定辅助气体的流动速率，因此，基准气体的流动速率也可测量， 而且比现有已知的类似的测量系统更为精确，由此达到本发明的其中一个目的。

更优的，测量单元1还包括一个压力传感器14，主要是为了测量在喷嘴11中咽喉部 分11a处的辅助气体压力。

压力传感器14实时地与处理单元10相连接，这样设置是为了验证咽喉部分11a处达 到声速。

该检测是通过验证由相应的传感器12a测定的喷嘴11内的压力与咽喉部分11a处超过 最低临界点来测定辅助气体实际使用的声速条件的压力的比率来实现。

有利的是，上面描述的检测保证了对辅助气体的流动速率测量是发生在声速条件下 的，这对系统的精度和可靠性很有好处。

除此以外，该检测可以避免在瞬变状态下立即向管道2内注射辅助气体的情况下进行 测量，在此期间，类似的过程参数例如温度和压力，用来计算辅助气体流动速率是不稳定的。

出于这个原因，最好设置处理单元10，这样可以只在所有过程参数，尤其是辅助气体 的流动速率，稳定下来后再计算基准气体的流动速率。

这个稳定的情况表明辅助气体在咽喉部分11a处达到了一个稳定的音速条件。

关于所述的测定音速流的辅助气体的压力最小临界点，最好通过下面描述的方式通过 现场实验测定，这样可以反映所用的特定的辅助气体的特性。

事实上，应当说明，通常使用的公式是有关理想气体的，而发明涉及的系统中所使用 的辅助气体并不是理想气体。

关于探测装置9适合测量取出的示踪气体的浓度，最好的光学类型是，通过已知方法， 适合直接提供示踪气体的摩尔浓度本身，也就是示踪气体相较于整个混合物摩尔数的百分数。

特别的，探测装置9包括一个光发射器，该光发射器可以发出一道频率可被示踪气体 吸收的光束，一定程度上取决于混合物中示踪气体的存在。

探测装置9还包括一个用来接收所述光线中未被吸收部分的探测器。

发射器和探测器实时地连接到控制部件9a，该部件通过已知的算法来计算，混合物中 示踪气体的浓度可由所述的未被吸收的部分计算得到。

关于示踪气体，优选二氧化碳。

有利的是，二氧化碳特别适合用作示踪气体。

事实上，由于是惰性气体，因此不会产生安全风险，所以达到了本发明的其中一个目 的。

特别的，二氧化碳的使用使得测量系统1与天然气分配系统的连接对于用户22来说 没有风险。

此外，作为惰性气体，二氧化碳不会破坏测量系统1的各部件。

还很有利的是，在天然气分配系统典型的压力条件下，，二氧化碳有一个极低的液化 温度。

这防止了示踪气体在测量过程中的冷凝，通常这样，如果用替代的气体，例如蒸汽， 会损害测量的稳定性。

关于光学发射器，最好是在近红外光谱区的激光装置。

如上所述的激光装置的使用特别适合测量二氧化碳的浓度，因为在所述的光谱区域内 二氧化碳分子具有界限清楚的辐射吸收带。

因此，近红外光谱区激光，通过使用采用吸收光谱技术的光学分析仪，很好地使得一 个非常精确、快速、非侵入性的测量在不接触气体的情况下得以执行。

这些高精度的分析仪比拥有相同能力但是使用非光学技术的分析仪成本更低，因此达 到了限制测量系统1成本的目的。

一种使用可调节的浓度测量可以达到相当高精度的激光装置的光学技术是一种波谱 技术，称为“光腔衰荡光谱(cavity ring down spectroscopy)”。

显然，发明的可变实施例可以使用任何类型的分析仪，前提是它可以足够精确和快速 的方式在基准气体中测量示踪气体的浓度。

更优但不一定必要的是，提取管7包括一个或者多个通气阀15,16。

有利的是，所述的通气阀15,16可以快速的排出在提取管7中的气体，避免了通过探 测装置9排出所述气体。

有利的是，这又减少了过程数据的稳定时间，又减少了含有不会从提取点8被抽去的 气体混合物的激光系统的污染，因此减少了测量所需要的时间。

申请该专利的申请人已经证实以上描述的测量系统1能够达到高于通常测量系统中使 用的天然气流量计的测量精度。

事实上，以上描述的测量系统的误差值可以达到显著低于通常使用的天然气流量计的 误差值，这表明如果可以适用，已经在欧洲指令2004/22/CE or在文件OIML 2CD R 137-1&-2 提及。

然而很明显的是，测量系统1可以被用来测定任何连接到管道2上的流量计17的误 差，其中管道2中可以流动任何类型的标准气体。

为了测定通用流量计17的测量误差，例如天然气，测量系统1在注射点5处以及提 取点8处连接到管道2。

更优的是，所述的连接是通过使用管道2的塞5a及8a完成，分别注入辅助气体以及 混合物的提取物，这更方便的连接测量系统1而不需要干扰用户22和/或网络23和/或24。

更优但不一定必要的是，注射旋塞5a通过在图2中表示的注射装置26连接到电磁阀 19。所述的注射装置26包括一个管状杆，其一端适合连接到注射旋塞5a，例如通过螺杆方 式29。

注射装置26还包括一个注射辅助气体的探针28，可滑动的与管状杆27耦合，这样如 图3所示，当注射旋塞5a打开的时候可以通过注射旋塞5a引入管道2内。

探针28可滑动，使得可以从杆27处提取，这样无论直径多少，都可以穿过管道2的 整个直径。

更优的是，注射装置26包含有上述提及的注射电磁阀19，以及一个针旋塞30。

所述针旋塞30在开启的位置并且电磁阀19以及注射旋塞5a关闭时，没有泄露，并且 针旋塞侧对面本身在压力下，保证了阀19以及旋塞5a的内部密封。

两个阀门19和5a的内部密封保证了示踪气体密度的测量不会因两个阀19和5a的内 部泄露而改变。

更优的是，注射探针28开有多个入口孔31，其分布的长度等同于管道2的内径。

当探针28插入管道2内，所述的入口孔31可以获得辅助气体的统一分配，因此在整 个天然气中的辅助气体被通过管道2的注射截面输送。

更优的是，细节如图4所示，入口孔31在探针28的界面部分更厚，这被设置在管道 2的中央而不是更多的在外部部分。

所述的对于入口孔31的设置使得能够在管道2的中心区域引入更高流速的示踪气体， 而在该区域基准气体流动速率高于外部区域，在外部区域基准气体流速较慢。

有利的是，正如之前所描述的示踪气体的引入使得流动速率与管道内不同点输送的基 准气体的流动速率成比例分配，因此有利于通过此种方法获得的混合物的同质化。

此外，更优的是，入口孔31在探针28的同一纵向上是对齐的并且被开设在探针28 的侧边，就基准气体的流动方向X而言面向上游。

有利的是，由于注射探针28的相应的区域存在湍流，针对基准气体的到达方向孔31 的方向有利于辅助气体的混合。

有利的是，探针28较低的一端28a是关闭的，这样保证了辅助气体只能从入口孔31 处流出。

有利的是，如上所述的注射探针28保证了在整个基准气体的质量上的辅助气体均匀 分布。

这个优势在那些系统中的湍流区不被允许注射辅助气体的应用中是特别重要的，例如 即时的下游压力调节，会促进辅助气体的均匀混合。

更优的是，注射探针28包括一个当探针插入管道2内可以测定入口孔31方向的外部 指示器32。

关于提取基准气体和示踪气体的混合物，最好使用一个类似于如上所述的注射装置26 的提取装置，其可与管道2中的提取旋塞8a连接。

更优的是，不同于注射装置26，提取装置的探针对于气体混合物的入口有相对的孔， 该孔在管道2的边缘比中心部分更厚，并且就流动方向X而言面向上游。

如上描述的提取探针保证了示踪气体浓度测量更高的稳定性和精确性，这避免了获得 一个涉及所述混合物限制部分的测量值的风险，这和位于管道内与内壁有着不同距离的其他 部分不同。

所述的注射以及抽取装置方便地连接到测量系统1而不用干扰用户22和/或网络和23/ 或24。

一旦测量系统1被连接，就可以开始测量过程。

然后就可以将用上述方法获得的一定量的气体的测量值和通过流量计17得到的计算 值进行比较，这样可以测定后者的误差。

有利的是，所述的方法可以不用中断向用户22和/或网络23和/或24供应天然气，或 者不用从管道2上移除流量计17的情况下进行检测。

关于通过示踪气体的浓度来计算基准气体的流动速率，必须考虑到，辅助气体通常包 括，除了辅助气体外，即使很少也含有一定量的不会被探测装置9探测到的其他气体。

进一步需要考虑的方面是基准气体可能已经含有一小部分的示踪气体，通常都会这 样，比如当基准气体是天然气而示踪气体是二氧化碳，而天然气中已经含有一定量的二氧化 碳。

显然，基准气体的流动速率的计算中，有必要考虑上述说明的方面，因为这都很明显 的影响到被提取的混合物中整体的示踪气体浓度。

因此，通过引用大量预先定义的参考热力学条件，例如那些在欧洲标准EN 12405-1 中显示的，很容易看出，在平稳的流动条件下，在给定的瞬间基准气体的体积流动速率QBi 可以表达为在同一瞬间注射的辅助气体的体积流动速率QIi公式，公式如下：

$Q_{\mathrm{Bi}}=Q_{\mathrm{li}}\times \frac{C_l-C_{\mathrm{Pi}}}{C_{\mathrm{Pi}}-C_B}---\left(1\right)$

其中，C_B是注射点5上游的基准气体中固有的示踪气体的体积浓度，C_I是在辅助气体中示踪 气体的体积浓度，C_Pi是在提取点8提取的混合物中示踪气体的整体的体积浓度，所有都是在 同一瞬时“i”。

类似的，总是在相同的参考热力学条件下的在提取点8处的混合物的整体体积流动速 率Q_Pi等于Q_Bi和Q_Ii之和，可以如下表示：

$Q_{\mathrm{Pi}}=Q_{\mathrm{li}}\times (\frac{C_l-C_{\mathrm{Pi}}}{C_{\mathrm{Pi}}-C_B}+1)---\left(2\right)$

因此可以这样理解，所述的公式可以计算基准气体的体积流动速率Q_Bi，以及根据辅助气体流 动速率Q_Ii得到的基准气体与辅助气体混合物的体积流动速率Q_Pi，其中Q_Ii通过测量单元6 测量得到，以及整体示踪气体浓度C_Pi，该值有探测装置9测得。

如之前详细描述的，所述的数量指数“i”，包括示踪气体的整体浓度C_Pi，都是在稳定 流动的条件下在同一瞬时“i”被选择与测量的参考条件下来表达。

关于在基准气体和辅助气体中的示踪气体的浓度C_B和C_I，首先可以被测定的将在如 下进一步详细描述，而其次可以被测定的是被选择的辅助气体的特征，因此可以假定是已知 的。

可以证明，上面提到的公式即使体积浓度被摩尔浓度替代仍然是有效的。

因此，如上解释的计算过程可以用来当做探测装置9，可以用来作为输出数据，用摩 尔浓度代替体积浓度，可以用来作为上述提及的光学分析仪的型类型。

一般来说，流量计17提供的数据，尤其是天然气流量计，并不是即时流动速率，而 是在一个给定时间间隔Δti内运输的体积，给定的时间间隔通常是几秒钟。

因此，为了能够比较由本发明测量系统利用之前的公式计算而得的值和由流量计17 提供的值，需要重新计算，然而，在选定的参考条件下，有必要通过增加流动速率值来测定 运输气体的体积，该流动速率值可以通过公式中的Δti以及在整个测量间隔中用此种方法得 到的值的加和来得到，其中所述测量间隔如前所述大约为几分钟。

之前的公式(1)和(2)因此分别变成：

$V_B=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{Q}_{\mathrm{li}}\times \frac{C_l-C_{\mathrm{Pi}}}{C_{\mathrm{Pi}}-C_B}\times {\mathrm{\Delta t}}_i---(1`)$

$V_P=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{Q}_{\mathrm{li}}\times (\frac{C_l-C_{\mathrm{Pi}}}{C_{\mathrm{Pi}}-C_B}+1)\times {\mathrm{\Delta t}}_i---(2`)$

然而，很明显，在发明的变形中，由探测装置9进行的测量与流量计17进行的测量相比可以 基于任何与基准气体流动速率相关的参数，并不需要体积流动速率或者在给定时间间隔内输 送的体积值。

更优的是，如图1所示，注射点5以及提取点8根据天然气的流动方向X分别设置在 流量计17的上游和下游。

这样，有利的是，流量计17有利于均匀混合辅助气体和基准气体，这样提取的混合 物的成分和在管道2中流动的完全一样。

在这样的情况下，在测量间隔内流经流量计17的气体体积与到达提取点8的气体体 积是相同的，因此流量计计算的体积相当于在上述相同时间间隔内等式(2`)计算的体积。

然而，很明显，在本发明变形的实施例中，流量计17可以被设置在注射点5的上游， 在该处流经流量计17的气体体积相当于到达注射点5的体积。

这种情况下，由流量计17计算的体积相当于在相同间隔内由等式(1`)计算得到的体 积。

最后，在流量计17被设置在提取点8下游的情况下，流经流量计的气体体积等于到 达提取点8的气体体积，更少量的进行提取为了能够输送到探测装置9。

由于所述的提取量通常相较于流经流量计17的量可以忽略不计，也可以在计算中忽 略，因此在这样的情况下也可以使用等式(2`)。

在任何情况下，可以这样理解，可以不用断开流量计17与管道2的连接的情况下检 测其计量性能。

正如经常发生的情况，当测量系统1被设置在天然气压力调节单元下游，注射点5更 优的被设置在属于所述控制单元的压力调剂器18紧贴着的下游。

在这样的情况下，没有必要使用注射装置26，因为能够利用在调节装置下游的湍流来 帮助混合基准气体与示踪气体。

更优的是，配置处理单元10来执行一个对于示踪气体浓度的初步的测量，该示踪气 体在开始向管道2内注射辅助气体前本身就含有基准气体。

正如上述已经解释的，所述的初步测量可以考虑到在被注射气体浓度的连续计算中示 踪气体本身的浓度。

特别的，如果系统用二氧化碳作为示踪气体来测量天然气的流动速率，应当考虑到天 然气中二氧化碳本身的体积浓度C_B是一个控制下为了保证其稳定性的参数。

有利的是，所述的稳定性使得可以假设C_B在测量的几分钟内保持恒定。

更优的是，喷嘴11以及提供的辅助气体的热力学条件被这样设置，就是在测量间隔内 被引入的辅助气体的流动速率不超过一个值，该值相当于基准气体流动速率的几个单位的百 分数，更优的是不超过3％。

有利的是，对于在限制时间内，大约几分钟，被注射入基准气体的辅助气体的限制百 分比，是为了避免基准气体本身性质的过多改变，这可能会对用户22有负面影响。

还有利的是，减少辅助气体的使用能够限制其消耗并且限制连接成本。

更优的是，测量单元6和/或探测装置9被设置在具有保护性的容器33a、33b中，可 以减少外界温度变化的影响以及太阳对于组分的辐射，这主要是考虑到本发明的测量系统是 用在现场的。

有利的是，所述的保护性容器33a、33b可以减少由于环境影响，例如温度以及太阳辐 射，带来的测量的不确定性，因此增加了可靠性以及精确度同时保证了操作参数的极大的稳 定性。

在实践中，当装置26连接到都处于关闭状态的注射旋塞5a以及电磁阀19时测量程序 开始。

然后有必要保证当针旋塞30开启时没有泄露。

正如之前已经提及的，如果辅助气体直接被注射到下游的压力调剂器18，那么可选择 使用注射装置26，同时电磁阀19良好的内部密封度可以通过已知的多种方法检测。

紧接着，提取装置连接到提取旋塞8a，并且一旦提取旋塞8a被打开，相应的提取探 针就会达到管道2内的位置，然后占据整个提取旋塞8a的直径并且提取孔会朝向气体来的方 向。

紧接着，系统更优的对浓度进行一个初步测量，为了确定基准气体中可能存在的示踪 气体。

为了这样做，提取电磁阀20要打开，这样部分基准气体流向探测装置9。

压力调节器21能够为探测装置9设置一个适当的供应压力。

基准气体需要确定的时间达到探测装置9，所述的气体需要的时间包括从提取装置7 流出，并通过探测装置9。

为了减少该时间，通气阀15、16可以暂时打开，有利于快速的排空提取管道7内的 气体并且充入基准气体。

一旦所述的浓度测量开始，注射电磁阀19就打开，这样可以开始将从供给单元3处 来的辅助气体注入。

在给定的一段短暂的时间后，在该时间内被注射气体的流动速率逐渐增加，辅助气体 在喷嘴11的咽喉部分11a处的流动变成音速，然后可以开始测量。

当通过压力传感器12在喷嘴11上游处测量的压力值与传感器14在咽喉部分11a处测 得的压力值的比例值超过上述提及的临界值时，可以证实获得了声速流。

更优的是，所述的临界值是通过实验性的测试获得，考虑到和喷嘴11上游相同的压力， 该测试检测当同一个声速喷嘴下游的压力降低，通过传感器14测得的咽喉部分的压力保持不 变。

从实验性测试中获得的临界值而不是从通常适用于理想气体的公式中获得的临界值 使得能够获得高精度，考虑到辅助气体是实际的气体，并不是严格按照理想气体的法则。

注射入后，需要等待基准气体与辅助气体的混合物到达探测装置9。

这个结果通过监控示踪气体的浓度值来探测到，逐渐增加后，达到一个恒定的水平。

一旦所有过程参数都达到了稳定条件，浓度就需要几分钟的间隔测量一次。

所有数据传输到处理单元10，通过上述公式(1`)和(2`)，计算到达注射点5的基准 气体的体积，以及对于整个测量间隙在参考条件下到达提取点8的基准气体和辅助气体混合 物的体积。

与此同时，通过流量计17计算的基准气体的体积在上述提及的同一个参考条件下进 行测量。

此时，可以将通过测量系统1测得的气体的量与流量计17计算的量进行比较，这样 可以测得后者的误差。

如果误差值在允许的范围内，测量系统1会和管道2断开，而不会对用户22和/或运 输网络23和/或分配网络24造成任何问题。

如果，恰恰相反，误差值超过了允许的范围，流量计17会重新设定条件或者被取代。

更优的是，以上描述的浓度测量是保持探测装置9在尽可能接近环境的温度与湿度下 进行的，最好是相同的温度与湿度，在那些相应的条件下，装置的校准曲线已经被测定了。

这更有利的是使得任何误差的测量都能最小化。

为此，测量系统1包括并不在此说明但其实已知的环境调节工具，其适合于保持探测 装置9暴露于预先设定的环境温度和湿度值中。

更优的是，所述环境调节部件连接到上述提及的保护性容器33b，其中还装有探测装 置9，因此很容易就可以维持期望的环境条件。

根据本发明变形的实施例，探测装置9的两个或者更多的校准曲线被测定，每一个都 对应各自的环境温度和湿度值。

有利的是，所述校准曲线使得能够进一步外推探测装置9的校准曲线，该外推的校准 曲线对应于特定的环境条件，这些环境条件与那些对应的预先测定的校准曲线是不同的。

特别的，通过在给定的时间内测量作用于探测装置9上的环境温度和湿度值，可以外 推校准曲线，该校准曲线对于现有的环境条件是特定的，在该现有的时间内浓度可被测量。

为此，系统1更优的包括并不在此说明但其实已知的传感器工具，该传感器设置是为 了探测探测装置9所处的环境条件。

特定于所述环境条件下的校准曲线是通过测量的环境温度和湿度值与每一对对应于 预先设定的校准曲线的环境温度与湿度值的差异来测量的。

更有利的是，外推针对探测装置9特定的校准曲线可以获得一个精确的测量值，而不 需要考虑探测装置9自身的环境条件。

上述内容显示了测量系统以及上面描述的测定测量误差的方法达到了所有预设的目 的。

特别的，由于本发明的测量系统不需要使用危险的示踪气体，这会比其他的已知类型 的系统更安全，例如比那些使用放射性气体的系统安全。

此外，在辅助气体供给管道中使用音速喷嘴使得能够高精度的测量后者的流动速率并 且更容易保持稳定，这使得对于基准气体的量的计算能够达到高精度。

此外，如上所述的注射装置能够保证注射示踪气体，这使得即使在不能利用管道湍流 区来获得均匀的混合结果的情况下，也能保证输入的基准气体在整个质量上能够均匀分布。

还有，如上所述的提取装置使得能够提取基准气体与辅助气体的混合物，以此来保证 被提取气体的组分与流过管道的混合物一致，因此可以减少示踪气体浓度测量值的不确定性 并且进一步增加测量精确度。

此外，利用二氧化碳作为示踪气体能够避免对于最终用户以及安装的设备的不便利， 同时能够利用系统获得极其精确的浓度测量，而该系统的成本相对较低，和光学系统差不多。

此外，使用基于“光腔衰荡光谱(cavity ring down spectroscopy)”的可调激光系统使 得测量获得的示踪气体的浓度极其精确。

本发明测量系统的高精度使得系统适合用于在安装管道内直接测定流量计的误差，因 此使得可能的流量计有瑕疵的安装而给流量计计量性能带来的影响能够被评估。

此外，测量系统可以连接到管道，在管道中基准气体可以流动而不必中断向用户和/ 或位于下游的网络提供基准气体。

本发明的系统以及方法的进一步的变形实施例，如果落入了下列权利要求的范围内， 那么即使没有描述也没有在附图中说明，也应当认为受本专利的保护。

在任何权利要求中提及的技术特征都跟有参照符号，那些参照符号存在的唯一目的是 增加权利要求的可理解性，因此这些参照符号对每一个被认定的要素的保护都不含有任何限 制效果。