[发明专利]用于测量气体的分子量的方法和设备

说明书

提供一种用于测量气体的分子量的仪器，仪器包括：壳体，其具有入口和用于接收待测量的所述气体的内部；传感器组件，其包括高频平面型压电晶体振荡器，高频平面型压电晶体振荡器位于所述壳体内，使得在使用中，压电晶体振荡器与所述气体接触，所述传感器组件布置成：驱动压电晶体振荡器，使得压电晶体振荡器以单个共振频率共振；测量所述压电晶体振荡器的所述单个共振频率，以确定气体的密度；以及根据气体的密度、气体的确定的或预先确定的压力，以及气体的确定的或预先确定的温度来确定气体的分子量。

本申请为2013年7月29日进入中国国家阶段的PCT申请“用于测量气体的分子量的方法和设备”（申请号：201180066240.6，申请人：气体产品与化学公司）的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于测量气体的分子量的方法和设备。更特别地，本发明涉及用于使用压电晶体振荡器来测量气体的分子量(或者在气体的混合物的情况下，平均分子量)的方法和设备。

背景技术

本文描述方法和设备可应用于其中存在处于较高压力(例如大约10巴或更高)的流体的系统，诸如例如，高压罐中的气体供应或使用高压流体的加工装置。本发明尤其涉及“清洁”气体，即，具有较少杂质或污染物(诸如水蒸气或灰尘)，或者没有杂质或污染物的气体。

本发明特别适用于永久气体。永久气体是不会单独通过压力而液化的气体，而且例如，永久气体可在高达450巴(表压)(bar g)(其中，巴(表压)是大气压力之上的压力(以巴为单位)的度量)的压力下在罐中供应。示例为氩和氮。但是，这不应理解为限制性的，用语气体而是可认为是包括较广范围的气体，例如，永久气体和液化气的蒸气两者。

液化气体的蒸气存在于压缩气体罐中的液体之上。在为了填充到罐中而压缩时受压而液化的气体不是永久气体，而是被更精确地描述成受压液化气体，或者液化气的蒸气。作为示例，在罐中以液体的形式供应一氧化二氮，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实气体，因为它们能够被环境条件附近的压力或温度液化。

压缩气体罐是设计成容纳处于高压(即，处于显著大于大气压力的压力)的气体的压力容器。压缩气体罐在广大范围的市场中使用，从低成本的一般工业市场，到医疗市场，到较高成本的应用，诸如使用高纯度的有腐蚀性、毒性或自燃特质的气体的电子制造。通常，加压气体罐包含钢、铝或复合物，并且能够存储压缩、液化或溶解气体，最大填充压力对于大多数气体来说高达450巴(表压)，以及对于诸如氢和氦的气体来说高达900巴(表压)。

在许多情况下，了解在罐的内部，或者在罐下游的点处(例如，在焊接过程期间的管中)的气体的类型是合乎需要的，而且有时是至关重要的。当已经进行吹扫时将了解这种情形的示例。

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-电荷比，以便直接确定分子量。常用组件是与渡越时间质量分析器(被称为MALDI-TOF)结合的基质辅助式激光解吸/离子化源。但是，这样的组件体积大、昂贵，而且不适合其中可能涉及轻便性和成本的许多应用。

可用来测量分子量的备选类型的仪器是振动式气体密度仪，例如在Yokogawa技术报告第29期(2000)中Suzuki等人的“GD series Vibratory Gas Density Meters(GD系列振动式气体密度仪)”中显示和描述的。这种组件包括薄壁式金属罐，其布置成使得气体能够流到罐的内部和外部。两对压电元件位于罐上，一对驱动元件和一对检测元件。通过测量两个不同的共振频率以补偿温度引起的变化来获得气体密度。所使用的共振频率非常低，而且为大约几百Hz。

以上组件复杂、较昂贵，并且相当易受振动作用的影响。这是因为所使用的共振频率与外部振动所产生的频率相当。另外，需要复杂的激励和检测组件来补偿温度效应。

发明内容