[發明專利]用于測量氣體的流率的方法和設備

在審

• 申請號: 201380026588.1
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN104303024A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: N.A.道尼
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司
• 主分類號: G01F1/78
• 分類號: G01F1/78;G01F15/00;G05D7/06;G01F1/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;肖日松

技術領域

本發明涉及用于測量氣體的流率的方法和設備。更特別地，本發明涉及用于使用壓電振蕩器來測量氣體流量的方法和設備。

背景技術

本文描述的方法和設備可應用于其中存在較高壓力(例如大約10巴或更高)的流體的系統，諸如例如，高壓缸體中的流體供應或利用高壓流體的制造裝置。本發明尤其涉及“清潔”氣體，即，很少或沒有雜質或污染物(諸如水蒸氣或灰塵)的氣體。

本發明尤其可應用于永久氣體。永久氣體是無法單獨用壓力液化的氣體，而且例如可在缸體中以高達450巴(表壓)(其中，巴(表壓)是高于大氣壓力的壓力的度量)的壓力供應。示例為氬氣和氮氣。但是，這不應理解為限制性，而是可認為用語氣體包括較廣范圍的氣體，例如，永久氣體和液化氣體的蒸氣兩者。

液化氣體的蒸氣在壓縮氣體缸體中存在于液體之上。在被壓縮以填充到缸體中時在壓力下液化的氣體不是永久氣體，并且較精確地將它描述成加壓的液化氣體或液化氣體蒸氣。作為示例，在缸體中以液體形式供應一氧化二氮，其中，在15℃下，平衡蒸氣壓力為44.4巴(表壓)。這樣的蒸氣不是永久氣體或真氣體，因為它們被大約為環境條件的壓力或溫度液化。

壓縮氣體缸體是設計成容納處于高壓(即，顯著大于大氣壓力的壓力)的氣體的壓力器皿。在廣泛的市場范圍中使用壓縮氣體缸體，從一般低成本工業市場，到醫療市場，到較高成本的應用，諸如利用高純度有腐蝕性、有毒或自燃特性的氣體的電子制造。通常，加壓氣體容器包括鋼、鋁或復合材料，并且能夠存儲經壓縮、液化或溶解的氣體，其中，對于大多數氣體，最高填充壓力高達450巴(表壓)，而對于諸如氫和氦的氣體，最高填充壓力則高達900巴(表壓)。

為了有效且可控制地從氣體缸體或其它壓力器皿中分配氣體，需要閥或調整器。通常將閥或調整器組合起來形成具有一體壓力調整器的閥(VIPR)。調整器能夠調整氣體的流量，使得氣體以恒定壓力或用戶可變的壓力分配。

對于許多應用，了解來自氣體缸體的氣體的流率是合乎需要的。這對于許多應用可為關鍵的；例如醫療應用。已經了解多種不同的質量流量量計組件。

在許多工業應用中常用的一類質量流量量計是機械質量流量量計。這樣的量計包括運動或旋轉以測量質量流量的機械構件。一個這種類型是慣性流量量計(或科里奧利流量量計)，其通過影響成形管上的流體來測量流體流量。科里奧利量計可以高精確性處理大范圍的流率。但是，為了檢測流率，需要復雜的系統，諸如促動特征、感測特征、電子特征和計算特征。

備選的機械型質量流量量計是膜片量計、旋轉量計和渦輪量計。但是，這些類型的量計一般沒那么精確，而且包括活動部件，活動部件可經受磨損。另外，量計(諸如旋轉量計)僅可用于測量較低的流率。

一類備選的質量流量量計是電子流量量計。兩個主要類型是熱量計和超聲量計。熱流量量計測量通過經加熱管的熱傳遞，以測量流率。超聲流量量計測量聲音在氣態介質中的速度，有時對管內的多個路徑取聲音的平均速度。但是，這兩種類型的電子流量量計一般都需要重要的信號處理硬件，而且它們一般是高成本物品。

另一種已知類型的氣體流量傳感器是測量經過流中的小阻礙的流的噪聲的傳感器。K.S.?Rabbani等人的“A?Novel?Gas?Flow?Sensor?Based?on?Sound?Generated?by?Turbulence(基于由紊流產生的聲音的新穎氣體流量傳感器)”(加拿大渥太華IEEE儀器和測量技術會議，1997年5月19-21)公開了一種流量傳感器，它包括置于阻礙部后面的話筒。話筒提供電輸出，針對流率來調節和校準該電輸出。但是，這種組件的缺點在于，外部噪聲和/或振動可影響測量。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供一種測量沿著導管的氣體的流率的方法，方法包括：a)定位延伸到導管中且接觸氣體的壓電振蕩器，所述壓電振蕩器包括兩個平行平叉，平叉布置成響應于沿著導管的氣體流而振蕩；b)測量由壓電振蕩器的平叉在沿著導管的氣體流中的振蕩運動產生的電壓的幅度；以及c)根據產生的電壓的幅度來確定沿著所述導管的氣體的流率。

根據實施例，提供一種測量沿著導管的氣體的流率的方法，方法包括：a)定位延伸到導管中且接觸氣體的壓電振蕩器，所述壓電振蕩器包括兩個平叉；b)測量由壓電振蕩器的平叉在沿著導管的氣體流中的運動產生的電壓；以及c)根據產生的電壓來確定沿著所述導管的氣體的流率。

在一個實施例中，步驟a)包括將壓電振蕩器的平叉定位成基本垂直于氣體流。

在一個實施例中，步驟b)進一步包括放大由壓電振蕩器產生的電壓。