[發明專利]用于提供氣體混合物的方法和設備

有效

• 申請號: 201380026592.8
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN104303126B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: N.A.道尼;T.D.M.李
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司
• 主分類號: G05D11/13
• 分類號: G05D11/13;B01F3/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 李強,周心志

技術領域

本發明涉及用于提供氣體混合物的方法和設備。更特別地，本發明涉及用于提供氣體混合物的方法和設備，其中，使用壓電晶體振蕩器來確定和保持混合物中的氣體的比例。

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)是高于大氣壓力的以巴為單位的壓力的度量)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)。

在許多情況下，了解在缸體內部或者在缸體下游的點處的氣體的類型是合乎需要的，而且有時是至關重要的；例如，在焊接過程期間的管中。這種情形的示例將是了解何時已經進行吹掃。

通常使用質譜儀來測量分子量。這樣的組件測量氣體的質量與電荷比，以便直接確定分子量。常用的組件是基質輔助式激光解析/離子化源，以及飛行時間質量分析器(被稱為MALDI-TOF)。但是，這樣的組件體積大、昂貴且不適合便攜性和成本非常重要的許多應用。

可用來測量分子量的備選類型的量計是振動式氣體密度量計，這在Suzuki等人的“GD series Vibratory Gas Density Meters (GD系列振動式氣體密度量計)”(Yokogawa技術報告No 29(2000))中有顯示和描述。這種組件包括薄壁式金屬缸體，其布置成使得氣體能夠在缸體的內部和外部流動。兩對壓電元件位于缸體上，一對驅動元件和一對檢測元件。根據用以補償溫度引起的變化的兩個不同的共振頻率的測量值來獲得氣體密度。使用的共振頻率非常低，而且是大約幾百Hz。

以上組件是復雜、較昂貴的，而且非常容易受振動效應的影響。這是因為使用的共振頻率可與外部振動產生的頻率相當。另外，需要復雜的激勵和檢測組件來補償溫度效應。

另外，本領域中需要提供流量受控制的氣體混合物。氣體流混合器典型地使用兩個質量流量計來提供經計量的流量的各個氣體。但是，雖然已知各個氣體的質量流量，但目前還沒有測量這樣產生的氣體的成分或總的組合流率的可靠方法。因此，本領域中存在以下技術問題：無法使用已知組件來提供精確計量的流率或壓力的兩種或更多種氣體的期望混合物。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供一種氣體混合器組件，其包括：用于供應第一氣體的第一氣體源；用于供應不同于所述第一氣體的第二氣體的第二氣體源；用于調整來自第一氣體源和第二氣體源的第一氣體和第二氣體的相應的流量的第一流調整裝置和第二流調整裝置；混合器；以及出口，混合器位于第一流調整裝置和第二流調整裝置的下游，并且布置成在使用中混合第一氣體和第二氣體，以對出口提供混合氣體，其中，氣體混合器組件進一步包括量計，量計包括：第一傳感器組件，其可運行來確定混合氣體的平均分子重量且包括與混合氣體接觸的高頻率平面壓電晶體振蕩器；可運行來確定在第一流調整裝置或第二流調整裝置中的一個下游的氣體的壓力的第二傳感器組件；以及控制器，其可運行來響應于混合氣體的平均分子重量和所述氣體壓力而自動地控制所述第一流調整裝置和第二流調整裝置，以控制所述混合氣體中的第一氣體和第二氣體的相對比例和來自出口的混合氣體的壓力或質量流率。

在一個實施例中，第一和/或第二流調整裝置包括電子閥。