[发明专利]用于测量气体的流率的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量气体的流率的方法和设备。更特别地，本发明涉及用于使用压电振荡器来测量气体流量的方法和设备。

背景技术

本文描述的方法和设备可应用于其中存在较高压力(例如大约10巴或更高)的流体的系统，诸如例如，高压缸体中的流体供应或利用高压流体的制造装置。本发明尤其涉及“清洁”气体，即，很少或没有杂质或污染物(诸如水蒸气或灰尘)的气体。

本发明尤其可应用于永久气体。永久气体是无法单独用压力液化的气体，而且例如可在缸体中以高达450巴(表压)(其中，巴(表压)是高于大气压力的压力的度量)的压力供应。示例为氩气和氮气。但是，这不应理解为限制性，而是可认为用语气体包括较广范围的气体，例如，永久气体和液化气体的蒸气两者。

液化气体的蒸气在压缩气体缸体中存在于液体之上。在被压缩以填充到缸体中时在压力下液化的气体不是永久气体，并且较精确地将它描述成加压的液化气体或液化气体蒸气。作为示例，在缸体中以液体形式供应一氧化二氮，其中，在15℃下，平衡蒸气压力为44.4巴(表压)。这样的蒸气不是永久气体或真气体，因为它们被大约为环境条件的压力或温度液化。

压缩气体缸体是设计成容纳处于高压(即，显著大于大气压力的压力)的气体的压力器皿。在广泛的市场范围中使用压缩气体缸体，从一般低成本工业市场，到医疗市场，到较高成本的应用，诸如利用高纯度有腐蚀性、有毒或自燃特性的气体的电子制造。通常，加压气体容器包括钢、铝或复合材料，并且能够存储经压缩、液化或溶解的气体，其中，对于大多数气体，最高填充压力高达450巴(表压)，而对于诸如氢和氦的气体，最高填充压力则高达900巴(表压)。

为了有效且可控制地从气体缸体或其它压力器皿中分配气体，需要阀或调整器。通常将阀或调整器组合起来形成具有一体压力调整器的阀(VIPR)。调整器能够调整气体的流量，使得气体以恒定压力或用户可变的压力分配。

对于许多应用，了解来自气体缸体的气体的流率是合乎需要的。这对于许多应用可为关键的；例如医疗应用。已经了解多种不同的质量流量量计组件。

在许多工业应用中常用的一类质量流量量计是机械质量流量量计。这样的量计包括运动或旋转以测量质量流量的机械构件。一个这种类型是惯性流量量计(或科里奥利流量量计)，其通过影响成形管上的流体来测量流体流量。科里奥利量计可以高精确性处理大范围的流率。但是，为了检测流率，需要复杂的系统，诸如促动特征、感测特征、电子特征和计算特征。

备选的机械型质量流量量计是膜片量计、旋转量计和涡轮量计。但是，这些类型的量计一般没那么精确，而且包括活动部件，活动部件可经受磨损。另外，量计(诸如旋转量计)仅可用于测量较低的流率。

一类备选的质量流量量计是电子流量量计。两个主要类型是热量计和超声量计。热流量量计测量通过经加热管的热传递，以测量流率。超声流量量计测量声音在气态介质中的速度，有时对管内的多个路径取声音的平均速度。但是，这两种类型的电子流量量计一般都需要重要的信号处理硬件，而且它们一般是高成本物品。

另一种已知类型的气体流量传感器是测量经过流中的小阻碍的流的噪声的传感器。K.S. Rabbani等人的“A Novel Gas Flow Sensor Based on Sound Generated by Turbulence(基于由紊流产生的声音的新颖气体流量传感器)”(加拿大渥太华IEEE仪器和测量技术会议，1997年5月19-21)公开了一种流量传感器，它包括置于阻碍部后面的话筒。话筒提供电输出，针对流率来调节和校准该电输出。但是，这种组件的缺点在于，外部噪声和/或振动可影响测量。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种测量沿着导管的气体的流率的方法，方法包括：a)定位延伸到导管中且接触气体的压电振荡器，所述压电振荡器包括两个平行平叉，平叉布置成响应于沿着导管的气体流而振荡；b)测量由压电振荡器的平叉在沿着导管的气体流中的振荡运动产生的电压的幅度；以及c)根据产生的电压的幅度来确定沿着所述导管的气体的流率。

根据实施例，提供一种测量沿着导管的气体的流率的方法，方法包括：a)定位延伸到导管中且接触气体的压电振荡器，所述压电振荡器包括两个平叉；b)测量由压电振荡器的平叉在沿着导管的气体流中的运动产生的电压；以及c)根据产生的电压来确定沿着所述导管的气体的流率。

在一个实施例中，步骤a)包括将压电振荡器的平叉定位成基本垂直于气体流。

在一个实施例中，步骤b)进一步包括放大由压电振荡器产生的电压。