[发明专利]用于提供气体混合物的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于提供气体混合物的方法和设备。更特别地，本发明涉及用于提供气体混合物的方法和设备，其中，使用压电晶体振荡器来确定和保持混合物中的气体的比例。

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)是高于大气压力的以巴为单位的压力的度量)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)。

在许多情况下，了解在缸体内部或者在缸体下游的点处的气体的类型是合乎需要的，而且有时是至关重要的；例如，在焊接过程期间的管中。这种情形的示例将是了解何时已经进行吹扫。

通常使用质谱仪来测量分子量。这样的组件测量气体的质量与电荷比，以便直接确定分子量。常用的组件是基质辅助式激光解析/离子化源，以及飞行时间质量分析器(被称为MALDI-TOF)。但是，这样的组件体积大、昂贵且不适合便携性和成本非常重要的许多应用。

可用来测量分子量的备选类型的量计是振动式气体密度量计，这在Suzuki等人的“GD series Vibratory Gas Density Meters (GD系列振动式气体密度量计)”(Yokogawa技术报告No 29(2000))中有显示和描述。这种组件包括薄壁式金属缸体，其布置成使得气体能够在缸体的内部和外部流动。两对压电元件位于缸体上，一对驱动元件和一对检测元件。根据用以补偿温度引起的变化的两个不同的共振频率的测量值来获得气体密度。使用的共振频率非常低，而且是大约几百Hz。

以上组件是复杂、较昂贵的，而且非常容易受振动效应的影响。这是因为使用的共振频率可与外部振动产生的频率相当。另外，需要复杂的激励和检测组件来补偿温度效应。

另外，本领域中需要提供流量受控制的气体混合物。气体流混合器典型地使用两个质量流量量计来提供经计量的流量的各个气体。但是，虽然已知各个气体的质量流量，但目前还没有测量这样产生的气体的成分或总的组合流率的可靠方法。因此，本领域中存在以下技术问题：无法使用已知组件来提供精确计量的流率或压力的两种或更多种气体的期望混合物。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种以相对比例提供气体的混合物的方法，混合物至少包括第一气体和不同于第一气体的第二气体，该方法包括：a)以第一流率从第一气体源供应第一气体；b)以第二流率从第二气体源供应第二气体；c)混合第一气体和第二气体，以形成混合气体；以及d)将混合气体供应到处于大约大气压力的出口，其中，方法进一步包括：e)测量与混合气体接触的高频率平面(planar)压电晶体振荡器的共振频率；f)测量大气压力；g)根据所述测量的共振频率来确定混合气体的密度；h)根据密度、大气压力测量值和气体的确定或预定的温度，来确定混合气体的平均分子量，以及i)响应于所述确定的平均分子量，自动地控制第一流率和第二流率中的一个，以控制所述混合气体中的第一气体和第二气体的相对比例。