用于測(cè)量氣體的壓力的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于測(cè)量氣體的壓力的壓力計(jì)。壓力計(jì)包括可連接到氣體源上且包括內(nèi)部的殼體，在使用中，內(nèi)部與所述氣體連通。壓力計(jì)進(jìn)一步包括位于所述殼體內(nèi)且包括壓電振蕩器的傳感器組件，在使用中，壓電振蕩器定位成與所述氣體接觸，所述傳感器組件布置成測(cè)量所述氣體中的所述壓電振蕩器的振蕩頻率，并且配置成根據(jù)頻率測(cè)量結(jié)果和氣體的已知溫度和已知分子量來確定氣體的壓力。通過提供這種組件，可提供耐過壓且精確的壓力計(jì)。這與傳統(tǒng)壓力計(jì)相反，傳統(tǒng)壓力計(jì)由于過壓情形會(huì)永久地受損。
【專利說明】用于測(cè)量氣體的壓力的方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于測(cè)量氣體的壓力的方法和設(shè)備。更特別地，本發(fā)明涉及用于使用壓電振蕩器來測(cè)量氣體的壓力的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]本文描述的方法和設(shè)備特別適用于其中可能存在處于較高壓力(例如大約10巴或更高)的流體的系統(tǒng)，諸如例如，來自高壓罐的氣體供應(yīng)或使用高壓氣體的加工裝置。本發(fā)明尤其涉及“清潔”氣體，即，具有較少雜質(zhì)或污染物(諸如水蒸氣或灰塵)，或者沒有雜質(zhì)或污染物的氣體。
[0003]壓縮氣體罐是設(shè)計(jì)成容納處于高壓(即，處于顯著大于大氣壓力的壓力)的氣體的壓力容器。壓縮氣體罐在廣大范圍的市場(chǎng)中使用，從低成本的一般工業(yè)市場(chǎng)，到醫(yī)療市場(chǎng)，到較高成本的應(yīng)用，諸如使用高純度的有腐蝕性、毒性或自燃特質(zhì)的氣體的電子制造。通常，加壓氣體容器包含鋼、鋁或復(fù)合物，并且能夠存儲(chǔ)壓縮、液化或溶解氣體，最大填充壓力對(duì)大多數(shù)氣體來說高達(dá)450巴(表壓)(bar g)，以及對(duì)于諸如氫和氦的氣體來說高達(dá)900巴(表壓)。
[0004]本發(fā)明特別適用于永久氣體。永久氣體是不會(huì)單獨(dú)通過壓力所液化的氣體，而且例如，永久氣體可在高達(dá)450巴(表壓)的壓力下在氣體罐中供應(yīng)。示例為氬和氮。但是，這不應(yīng)理解為限制性的，用語氣體而是可認(rèn)為是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。
[0005]液化氣體的蒸氣存在于壓縮氣體罐中的液體之上。在為了填充到罐中而壓縮時(shí)受壓而液化的氣體不是永久氣體，而是被更精確地描述成受壓液化氣體，或者液化氣的蒸氣。作為示例，在罐中以液體的形式供應(yīng)一氧化二氮，在15°C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實(shí)氣體，因?yàn)樗鼈兡軌虮画h(huán)境條件附近的壓力或溫度液化。
[0006]為了有效且可控地從氣體罐或其它壓力容器中分配氣體，需要調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器能夠調(diào)節(jié)氣體的流量，使得氣體在恒定的壓力下，或者在用戶可變的壓力下分配。
[0007]測(cè)量這樣的系統(tǒng)中的壓力在本領(lǐng)域中是眾所周知的，而且存在多種用來測(cè)量壓力的裝置。最傳統(tǒng)的類型使用配備有應(yīng)變計(jì)元件的彈性膜片。另一個(gè)常用的壓力計(jì)是波爾登(Bourdon)壓力計(jì)。這種壓力計(jì)包括平薄壁閉端管，管在空心端處連接到包含待測(cè)量的流體壓力的固定的管道上。壓力升高會(huì)使管道的閉合端形成弧。
[0008]雖然這些類型的壓力計(jì)成本較低，但它們往往在大小上較大，而且具有制作起來較復(fù)雜和昂貴的機(jī)械結(jié)構(gòu)。另外，這樣的變應(yīng)計(jì)包括易于由于環(huán)境因素(例如暴露于高壓的)而受損的精細(xì)構(gòu)件。
[0009]例如，如果暴露于顯著地較大的壓力，諸如例如200巴，則設(shè)計(jì)成在0-5巴之間的壓力下可靠地運(yùn)行的傳統(tǒng)壓力計(jì)將受到無法彌補(bǔ)的損害。如果發(fā)生這種情況，壓力計(jì)將需要更換。另外，壓力計(jì)可危險(xiǎn)地失效，并且可泄漏。這是特別嚴(yán)重的問題，如果存在易燃或可燃?xì)怏w的話。
[0010]其中這種壓力計(jì)可變得意外地暴露于非常高的壓力的情形被稱為“蠕變”。考慮其中壓力計(jì)設(shè)置在高壓氣體罐的高壓調(diào)節(jié)器的輸出上且輸出關(guān)閉的布置。在這種情況下，氣體罐可處于例如300巴的內(nèi)部壓力。當(dāng)一段時(shí)間過去時(shí),調(diào)節(jié)器的閥座上即使有少量氣體泄漏也可導(dǎo)致調(diào)節(jié)器和封閉出口之間有壓力，該壓力接近，甚至可能等于氣體罐的內(nèi)部壓力。這樣的壓力可損害傳統(tǒng)壓力計(jì)，使其無法修復(fù)。
[0011]作為另一個(gè)示例，考慮300巴的固定壓力調(diào)節(jié)器，其具有通過高壓隔離閥而連接到高壓氣體罐上的入口。調(diào)節(jié)器的出口連接到低壓壓力計(jì)上。這樣的固定壓力組件構(gòu)造成提供恒定的出口壓力，例如5巴。但是，當(dāng)高壓隔離閥先打開時(shí)，在調(diào)節(jié)器的膜片能夠適于調(diào)節(jié)壓力之前，壓力將短暫地脈沖到較高的值。這個(gè)短暫高壓脈沖可損害壓力計(jì)。
[0012]用來測(cè)量氣體的物理屬性的備選類型的裝置是壓電裝置，諸如石英晶體。石英晶體會(huì)展現(xiàn)壓電行為，即，對(duì)石英晶體施加電壓會(huì)使固體略微有擠壓或拉伸，反之亦然。
[0013]((Sensors and Actuators (傳感器和促動(dòng)器)》80 (2000) 233-236 中 Zeisel 等人的“A Precise And Robust Quartz Sensor Based On Tuning Fork Technology For (SF6)-Gas Density Control (基于(SF6)-氣體密度控制的音叉技術(shù)的精確且可靠的石英傳感器)”公開了一種組件，其中，使用石英晶體傳感器來在高電壓電力裝備和中等電壓電力裝備中測(cè)量SF6氣體的密度。測(cè)量SF6氣體的密度對(duì)于設(shè)備的安全性是至關(guān)重要的。因此，該公開不涉及壓力測(cè)量。
[0014]US 4，644，796公開一種用于使用石英晶體振蕩器來測(cè)量流體的壓力的方法和設(shè)備，石英晶體振蕩器容納在包括波紋管組件的容積可變的殼體內(nèi)。由于外部流體壓力使波紋管壓縮/膨脹，殼體的內(nèi)部容積改變。因此，殼體內(nèi)的流體的密度隨著殼體的內(nèi)部容積改變而改變?？墒褂檬⒕w振蕩器來測(cè)量殼體內(nèi)的密度。但是，石英晶體振蕩器不與經(jīng)受測(cè)量的流體接觸，而是借助于殼體的內(nèi)部容積的變化來間接地測(cè)量氣體的壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種測(cè)量氣體的壓力的方法，該方法包括:a)測(cè)量與氣體接觸的壓電振蕩器的振蕩頻率山)根據(jù)壓電振蕩器的振蕩頻率、氣體的已知溫度氣體和已知分子量來確定氣體的壓力。
[0016]通過提供這種方法，可提供耐過壓且精確的壓力計(jì)。壓電振蕩器是能夠抵抗高壓、壓力突變或其它環(huán)境因素的固態(tài)裝置。這使得能夠壓電振蕩器能夠完全浸沒在氣體中，并且不受“蠕變”或其它過壓情形的影響。這與傳統(tǒng)壓力計(jì)(諸如波爾登壓力計(jì))相反，傳統(tǒng)壓力計(jì)需要壓差來工作，并且會(huì)由于過壓情形而永久地受損。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，步驟b)包括:借助于驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)壓電振蕩器，使得壓電振蕩器以共振頻率共振；以及在預(yù)定時(shí)段里測(cè)量所述共振頻率，以確定氣體的壓力。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括:使用溫度傳感器來測(cè)量氣體的溫度。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，提供兩個(gè)壓電振蕩器，壓電振蕩器中的一個(gè)具有比另一個(gè)壓電振蕩器的靈敏度系數(shù)更大的靈敏度系數(shù)，而且方法進(jìn)一步包括，在步驟a)之前，選擇壓電振蕩器中的一個(gè)。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，所述壓電振蕩器設(shè)置在減壓裝置的下游。[0021 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述壓電振蕩器或各個(gè)壓電振蕩器包括石英晶體振蕩器。
[0022]在實(shí)施例中，石英晶體包括至少一個(gè)叉。在變型中，石英晶體包括成對(duì)的平叉。
[0023]在實(shí)施例中，石英晶體是AT切型或SC切型。
[0024]在變型中，石英晶體的表面直接暴露于氣體。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，提供包括驅(qū)動(dòng)電路的傳感器組件。在變型中，傳感器組件包括驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路包括布置成與共射放大器呈反饋構(gòu)造的復(fù)合晶體管對(duì)(Darlingtonpair)ο
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件包括功率源。在一個(gè)組件中，功率源包括鋰離子電池。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件包括處理器。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于測(cè)量氣體的壓力的壓力計(jì)，壓力計(jì)包括可連接到氣體源上且包括內(nèi)部的殼體，在使用中，內(nèi)部與所述氣體連通，壓力計(jì)進(jìn)一步包括位于所述殼體內(nèi)且包括壓電振蕩器的傳感器組件，在使用中，壓電振蕩器定位成與所述氣體接觸，所述傳感器組件布置成測(cè)量所述氣體中的所述壓電振蕩器的振蕩頻率，并且配置成根據(jù)頻率測(cè)量結(jié)果和氣體的已知溫度和已知分子量來確定氣體的壓力。
[0029]通過提供這種壓力計(jì)，可提供耐過壓且精確的壓力計(jì)。壓電振蕩器是能夠抵抗高壓、壓力突變或其它環(huán)境因素的固態(tài)裝置。這使得能夠壓電振蕩器能夠完全浸沒在氣體中，并且不受“蠕變”或其它過壓情形的影響。這與傳統(tǒng)壓力計(jì)(諸如波爾登壓力計(jì))相反，傳統(tǒng)壓力計(jì)需要壓差來工作，并且會(huì)由于過壓情形而永久地受損。
[0030]在一個(gè)組件中，傳感器組件進(jìn)一步包括用于測(cè)量所述殼體內(nèi)的氣體的溫度的溫度傳感器。
[0031]在一個(gè)組件中，傳感器組件包括用于以所述共振頻率驅(qū)動(dòng)所述壓電振蕩器的驅(qū)動(dòng)電路。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件包括下者中的一個(gè)或多個(gè):驅(qū)動(dòng)電路、處理器和功率源。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路包括布置成與共射放大器呈反饋構(gòu)造的復(fù)合晶體管對(duì)。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中，所述壓電振蕩器包括石英晶體振蕩器。
[0035]在實(shí)施例中，石英晶體包括至少一個(gè)叉。在變型中，石英晶體包括成對(duì)的平叉。
[0036]在實(shí)施例中，石英晶體是AT切型或SC切型。
[0037]在變型中，石英晶體的表面直接暴露于氣體。
[0038]在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件包括驅(qū)動(dòng)電路。在變型中，傳感器組件包括驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路包括布置成與共射放大器呈反饋構(gòu)造的復(fù)合晶體管對(duì)。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件包括功率源。在一個(gè)組件中，功率源包括鋰離子電池。
[0040]在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件包括處理器。
[0041 ] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種包括根據(jù)第二方面的壓力計(jì)的減壓裝置。
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，減壓裝置呈壓力調(diào)節(jié)器的形式。
[0043]在一個(gè)實(shí)施例中，減壓裝置呈閥或具有集成式壓力調(diào)節(jié)器的閥的形式。[0044]在一個(gè)實(shí)施例中，壓力調(diào)節(jié)器具有在O巴至5巴之間的壓力范圍。
[0045]在一個(gè)實(shí)施例中，壓力調(diào)節(jié)器是電子壓力調(diào)節(jié)器，而且壓力計(jì)可運(yùn)行來控制電子壓力調(diào)節(jié)器。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中，電子壓力調(diào)節(jié)器包括電磁閥，傳感器組件可運(yùn)行來在使用中控制電磁閥。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，壓力調(diào)節(jié)器具有在O巴至5巴之間的壓力范圍。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種能夠由可編程處理設(shè)備執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括用于執(zhí)行根據(jù)第一方面的步驟的一個(gè)或多個(gè)軟件部分。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有根據(jù)第四方面的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
圖1是氣體罐和調(diào)節(jié)器組件的示意圖；
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的氣體罐的上部部分、調(diào)節(jié)器和壓力計(jì)組件的示意圖；
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的氣體罐的上部部分、調(diào)節(jié)器和壓力計(jì)組件的示意圖；
圖4是用于本發(fā)明的實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的示意圖；
圖5是顯示用于本發(fā)明的實(shí)施例的備選驅(qū)動(dòng)電路的示意圖；
圖6顯示關(guān)于多種不同氣體的、在Y軸上的石英晶體頻率(kHz)隨密度(kg/m3)而改變的圖表
圖7顯示關(guān)于用于低壓的浸沒在ferromax 15 (包括82.5%的Ar、15%的CO2和2.5%的O2)中的石英晶體振蕩器的、在Y軸上的頻率變化(單位為kHz)隨X軸上的壓力(巴(表壓))而改變的圖表；
圖8顯示關(guān)于用于高壓的浸沒在ferromax 15 (包括82.5%的Ar、15%的CO2和2.5%的O2)中的石英晶體振蕩器的、在Y軸上的頻率變化(單位為kHz)隨X軸上的壓力(巴(表壓))而改變的圖表；
圖9是示出根據(jù)描述的實(shí)施例的方法的流程圖；
圖10顯示不同晶體類型的頻率行為的圖表；
圖11是顯示包括兩個(gè)石英晶體的備選傳感器組件的示意圖；以及 圖12是顯示包括兩個(gè)石英晶體的另一個(gè)備選傳感器組件的示意圖；以及 圖13顯示使用遠(yuǎn)程電子數(shù)據(jù)單元的備選組件。
【具體實(shí)施方式】
[0051]圖1顯示氣體罐組件10、調(diào)節(jié)器和壓力計(jì)的示意圖。氣體罐組件10包括氣體罐100，氣體罐具有氣體罐本體102和閥104。氣體罐本體102包括大體圓柱形的壓力容器，其具有平的基部102a，基部布置成使得能夠氣體罐10能夠獨(dú)立地豎立在平坦表面上。
[0052]氣體罐本體102由鋼、鋁和/或復(fù)合材料形成，并且適于和布置成經(jīng)受住高達(dá)大約900巴(表壓)的內(nèi)部壓力?？卓?106位于氣體罐本體102的與基部102a相對(duì)的近端處，并且包括適于接收閥104的螺紋(未顯示)。
[0053]氣體罐100限定具有內(nèi)部容積V的壓力容器。任何適當(dāng)?shù)牧黧w都可容納在氣體罐100內(nèi)。但是，本實(shí)施例涉及(但不獨(dú)有地限于)沒有雜質(zhì)(諸如灰塵和/或水分)的純化永久氣體。這樣的氣體的非窮盡性示例可為:氧、氮、氬、氦、氫、甲烷、三氯化氮、一氧化碳、氪或氖。
[0054]閥104包括殼體108、出口 110、閥本體112和閥座114。殼體108包括用于與氣體罐本體102的孔口 106接合的互補(bǔ)螺紋。出口 110適于且布置成使得氣體罐100能夠連接到氣體組件中的其它構(gòu)件上；例如，軟管、管道，或另外的壓力閥或調(diào)節(jié)器。可選地，閥104可包括VIPR(具有集成壓力調(diào)節(jié)器的閥)。在此情形中，可以可選地省略調(diào)節(jié)器150 (稍后描述)。
[0055]閥本體112可借助于可握持把手116的旋轉(zhuǎn)而沿軸向調(diào)節(jié)向或調(diào)節(jié)遠(yuǎn)離閥座114，以選擇性地打開或關(guān)閉出口 110。換句話說，閥本體112朝向或遠(yuǎn)離閥座112的移動(dòng)選擇性控制氣體罐本體102的內(nèi)部和出口 110之間的連通通路的面積。這又控制從氣體罐組件100的內(nèi)部到外部環(huán)境的氣體流。
[0056]調(diào)節(jié)器150位于出口 110的下游。調(diào)節(jié)器150具有入口 152和出口 154。調(diào)節(jié)器150的入口 152連接到入口管156上，入口管在氣體罐100的出口 110和調(diào)節(jié)器150之間提供連通路徑。調(diào)節(jié)器150的入口 152布置成接收來自氣體罐100的出口 110的高壓氣體。這可為任何適當(dāng)?shù)膲毫?；但是，大體上，離開出口 110的氣體的壓力將超過20巴，而且很可能在100巴-900巴的范圍內(nèi)。
[0057]出口 154連接到出口管158上。聯(lián)接件160位于出口管158的遠(yuǎn)端處，并且適于連接到需要?dú)怏w的另一個(gè)管或裝置(未顯示)上。
[0058]壓力計(jì)組件200定位成在出口 154和聯(lián)接件160之間與出口管158連通。壓力計(jì)組件200位于調(diào)節(jié)器150的下游不遠(yuǎn)處，并且布置成確定調(diào)節(jié)器150下游的氣體的壓力。
[0059]在圖2中更詳細(xì)地顯示調(diào)節(jié)器150和壓力計(jì)組件200。
[0060]在這個(gè)實(shí)施例中，調(diào)節(jié)器150包括單個(gè)膜片調(diào)節(jié)器。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到可用于本發(fā)明的變型；例如，兩個(gè)膜片調(diào)節(jié)器或其它組件。
[0061]調(diào)節(jié)器150包括與入口 152和出口 154連通的閥區(qū)域162。閥區(qū)域162包括位于閥座166附近的提升閥164。提升閥164連接到膜片168上，膜片構(gòu)造成使得提升閥164能夠平移向和平移遠(yuǎn)離閥座166，以分別關(guān)閉和打開它們之間的孔口 170。
[0062]膜片168被位于軸174周圍的彈簧172彈性地偏置。提供可握持把手176，以使得用戶能夠調(diào)節(jié)彈簧172的偏置力，從而移動(dòng)膜片168的位置，并且因此，調(diào)節(jié)提升閥164和閥座166之間的平衡間隙。這使得能夠調(diào)節(jié)來自出口 110的高壓氣體流可傳送通過其中的孔口 170的尺寸。
[0063]調(diào)節(jié)器150可運(yùn)行來接收來自出口 110的處于滿罐壓力(例如100巴)的氣體，但以基本恒定的固定低壓(例如5巴)將氣體輸送到出口 154。這由反饋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其中，在孔口 170下游的氣體的壓力可運(yùn)行來以與彈簧172的偏置力相反的方式對(duì)膜片168起作用。
[0064]因此，如果膜片168附近的區(qū)域中的氣體的壓力超過規(guī)定水平，則膜片168可運(yùn)行來向上移動(dòng)(相對(duì)于圖2)。因此，提升閥164移動(dòng)得更接近閥座166，從而減小孔口 170的大小，并且因此，限制從入口 152到出口 154的氣體流。
[0065]壓力計(jì)組件200包括殼體202和傳感器組件204。殼體202可包含任何適當(dāng)?shù)牟牧?；例如鋼、鋁或復(fù)合材料。殼體具有內(nèi)部206，內(nèi)部206通過短的饋送管208而與出口管158的內(nèi)部連通。因此，殼體202的內(nèi)部206與出口管158的內(nèi)部處于相同的壓力。在使用中，殼體202大體與外部大氣密封和隔尚開。
[0066]備選地，可提供殼體202作為出口管158的一部分。例如，出口管158的一部分可加寬，以容納傳感器組件204。備選地，僅傳感器組件204的一部分可位于管158內(nèi)，其余部分位于其外部或與其隔開。
[0067]另外，殼體202可形成調(diào)節(jié)器150的組成部分。例如，傳感器組件204可完全位于調(diào)節(jié)器150的出口 154內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的變型和
備選方案。
[0068]傳感器組件204包括連接到驅(qū)動(dòng)電路212上的石英晶體振蕩器210、溫度傳感器214和電池216。這些構(gòu)件位于殼體202內(nèi)。
[0069]將在后面參照?qǐng)D4和5來詳細(xì)描述驅(qū)動(dòng)電路212和石英晶體振蕩器210。溫度傳感器214包括熱敏電阻器?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)臒崦綦娮杵?。不需要熱敏電阻器的高精度。例如，?duì)于這個(gè)實(shí)施例，0.5°C的精度是合適的。因此，可使用廉價(jià)且小型的構(gòu)件。但是，在某些情況下，可省略溫度傳感器214。例如，在其中溫度很可能眾所周知(例如處于室溫)的情形中，或者如果溫度測(cè)量的精度對(duì)于應(yīng)用不是至關(guān)重要的話(例如可假設(shè)溫度位于特定范圍內(nèi))。
[0070]在這個(gè)實(shí)施例中，石英晶體振蕩器210定位成與來自高壓氣體源的氣體連通。換句話說，石英晶體振蕩器210與來自氣體源的氣體接觸，并且暴露于該氣體?？蓡为?dú)地提供處理器230 (在圖3中顯示)，或者提供處理器作為驅(qū)動(dòng)電路212的一部分。這將在后面描述。
[0071]在這個(gè)組件中，石英晶體振蕩器210恒定地處于壓力計(jì)組件200的殼體202內(nèi)的等靜壓力下，并且因此，不會(huì)經(jīng)受壓力梯度。換句話說，源自外部大氣和壓力計(jì)組件200的內(nèi)部構(gòu)件之間的壓差的任何機(jī)械應(yīng)力都跨過殼體202。
[0072]在圖2的實(shí)施例中，整個(gè)傳感器組件204都位于殼體202內(nèi)。因此，石英晶體振蕩器210、驅(qū)動(dòng)電路212 (和處理器230，如果提供了的話)和電池216全部都位于壓力計(jì)組件200的殼體202的內(nèi)部210內(nèi)。換句話說，傳感器組件204的所有構(gòu)件都完全浸沒在氣體中，并且處于殼體202內(nèi)的等靜氣體壓力下。
[0073]但是，不是必須這樣。例如，可僅石英晶體振蕩器210和溫度傳感器214位于殼體202內(nèi)，傳感器組件204的其余部分位于其外部。
[0074]發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，傳感器組件204的僅少數(shù)構(gòu)件對(duì)高壓敏感。特別地，諸如電池的較大的構(gòu)件可容易受高壓的影響。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池在氣體罐100內(nèi)遇到的高壓下工作特別良好。因此，電池216包括鋰離子電池。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地構(gòu)想到備選的適當(dāng)功率源。
[0075]當(dāng)配置調(diào)節(jié)器150時(shí)，傳感器組件204完全定位在殼體202內(nèi)會(huì)提供額外的靈活性。特別地，較脆弱的電子構(gòu)件完全定位在殼體202的結(jié)實(shí)的金屬壁或復(fù)合壁內(nèi)會(huì)提供相當(dāng)大的保護(hù)，以防環(huán)境或意外損害。例如，在其中包括調(diào)節(jié)器150的氣體罐100位于其它氣體罐100、重型機(jī)器或粗糙表面附近的存儲(chǔ)區(qū)域或倉庫中，這是特別重要的。
[0076]另外，傳感器組件204的內(nèi)部定位保護(hù)電子構(gòu)件不受諸如鹽、水和其它污染物的環(huán)境條件的影響。例如，這將允許使用對(duì)鹽和水損害高度敏感的高阻抗電路作為傳感器組件204的一部分。
[0077]傳感器組件204的內(nèi)部定位的好處對(duì)于諸如石英晶體振蕩器210的固態(tài)傳感器裝置是特有的。例如，無法照這樣定位諸如波爾登壓力計(jì)的傳統(tǒng)壓力傳感器。雖然基于晶體的傳感器可完全浸沒在處于恒定的壓力的氣體中運(yùn)行，但傳統(tǒng)的壓力傳感器無法測(cè)量等靜壓力，并且需要壓力梯度來工作。因此，傳統(tǒng)壓力計(jì)必須位于待測(cè)量的高壓和大氣之間。這就增加了壓力計(jì)的外部構(gòu)件受損的風(fēng)險(xiǎn)。
[0078]在圖3中顯示本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖3中顯示的第二實(shí)施例的與圖2的第一實(shí)施例相同的特征分配有相同參考標(biāo)號(hào)，并且在這里不會(huì)再次描述。
[0079]在圖3的實(shí)施例中，調(diào)節(jié)器250不同于圖2的實(shí)施例的調(diào)節(jié)器150，因?yàn)檎{(diào)節(jié)器250布置成借助于電磁閥252，對(duì)來自出口 154的氣體提供自動(dòng)控制。電磁閥252包括電樞254，電樞能夠響應(yīng)于通過電磁閥252的線圈(未顯不)的電流而移動(dòng)。電樞254能夠移動(dòng)，以打開或關(guān)閉提升閥164，并且因此，打開或關(guān)閉孔口 170。
[0080]圖3中顯示的電磁閥252處于常開狀態(tài)。換句話說，在沒有電流通過電磁閥252時(shí)，電樞254處于伸出位置,使得提升閥164打開，即，孔口 170打開。如果電流施加于電磁閥252，電樞254將縮回，而且提升閥164將關(guān)閉。
[0081]本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到可用于本發(fā)明的電磁閥的備選變型。例如，不是直接對(duì)提升閥164起作用，電樞254而是可直接對(duì)膜片起作用，諸如圖2中顯示的膜片168。備選地，電樞254可控制通過與出口 154連通的狹窄導(dǎo)管的流，以便調(diào)節(jié)膜片168的移動(dòng)。這種組件被稱為膜片引導(dǎo)閥。備選地，可消除提升閥，并且膜片可為直接控制從入口 152到出口 154的氣體流的閥部件。
[0082]第二實(shí)施例包括壓力計(jì)組件260。為了清楚，與壓力計(jì)組件200相同的壓力計(jì)組件260的構(gòu)件分配有相同的參考標(biāo)號(hào)。
[0083]壓力計(jì)組件260基本類似于第一實(shí)施例的壓力計(jì)組件200。但是，壓力計(jì)組件260進(jìn)一步包括電子式螺線管驅(qū)動(dòng)器262，其連接到電磁閥252和傳感器組件204上。螺線管驅(qū)動(dòng)器262布置成接收來自傳感器組件204的信號(hào)，以及響應(yīng)于那個(gè)信號(hào)來控制電磁閥252。因此，壓力計(jì)組件260可運(yùn)行來控制通過調(diào)節(jié)器250的氣體流。換句話說，壓力計(jì)組件260和電磁閥252形成反饋回路，反饋回路允許精確且遠(yuǎn)程地調(diào)節(jié)出口 154下游的壓力。這特別適用于其中需要對(duì)壓力流進(jìn)行遠(yuǎn)程管理的情形，例如，在諸如焊接機(jī)的自動(dòng)應(yīng)用中。
[0084]螺線管驅(qū)動(dòng)器262可包括用于控制電磁閥252的任何適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路。一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娐房蔀檫\(yùn)算放大器組件，其具有從傳感器組件204到運(yùn)算放大器的負(fù)端的輸入。因此，可變電阻器可附連到負(fù)端上?？勺冸娮杵骺刹贾贸商峁┖愣ǖ幕鶞?zhǔn)電平，并且用作比較器?；鶞?zhǔn)電平可自動(dòng)或手動(dòng)地改變。
[0085]從傳感器組件204到螺線管驅(qū)動(dòng)器262的輸入將使電磁閥252操作。例如，如果來自傳感器組件204(或者，備選地，處理器230)的輸入信號(hào)超過特定的閾值水平，則螺線管驅(qū)動(dòng)器262可激勵(lì)電磁閥252?？捎脭?shù)字(即，開或關(guān))方式控制電磁閥252，其中，DC電壓在最大值和最小值之間改變。備選地，來自螺線管驅(qū)動(dòng)器262的DC電壓可持續(xù)地改變，以精確地調(diào)節(jié)提升閥164的位置。
[0086]另外或備選地，螺線管驅(qū)動(dòng)器262可借助于DC輸出(包括AC成分)來控制電磁閥252。由于電樞254從電磁閥252的伸出大致與施加的電流成比例，所以這使電磁閥252的電樞254振蕩。這樣的振蕩會(huì)減輕電樞254的靜摩擦，即，協(xié)助防止電樞254卡住或阻塞。
[0087]備選地，可在合適的時(shí)候使用諸如FET、處理器或ASIC的其它控制組件來控制電磁閥252的操作。另外，電磁閥252可在數(shù)字(8卩，開/關(guān))或模擬(即，持續(xù)地改變)模式中運(yùn)行，以使得提升閥164能夠精確地移動(dòng)等。
[0088]在圖3中，顯示壓力計(jì)組件260的主要構(gòu)件與調(diào)節(jié)器250分開。在這種情形中，可借助于傳感器組件204和螺線管驅(qū)動(dòng)器252之間的無線通信來遠(yuǎn)程地控制調(diào)節(jié)器250。但是，這不是必要的。例如，壓力計(jì)組件260可完全結(jié)合到調(diào)節(jié)器250中，以及形成其組成部分。因此，壓力計(jì)組件260和調(diào)節(jié)器250可形成整體的自調(diào)節(jié)構(gòu)件，其可定位在氣體源的出口處，并且可遠(yuǎn)程地和自動(dòng)地控制從中流出的氣體的壓力。
[0089]現(xiàn)在將參照?qǐng)D4和5來更詳細(xì)描述傳感器組件204。石英晶體振蕩器210包括切割石英的小、薄部分。石英會(huì)展現(xiàn)壓電行為，即，在晶體上施加電壓會(huì)使晶體改變形狀，從而產(chǎn)生機(jī)械力。相反，在晶體上施加機(jī)械力會(huì)產(chǎn)生電荷。
[0090]使石英晶體振蕩器210的兩個(gè)平行表面金屬化，以便在晶體上提供電連接。當(dāng)借助于金屬觸頭在晶體上施加電壓時(shí)，晶體會(huì)改變形狀。通過對(duì)晶體施加交流電壓，可使晶體振蕩。
[0091]石英晶體的物理大小和厚度決定石英晶體的特性或共振頻率。實(shí)際上，晶體210的特性或共振頻率與兩個(gè)金屬化表面之間的物理厚度成反比。石英晶體振蕩器在本領(lǐng)域中是眾所周知的，所以在這里不進(jìn)一步描述石英晶體振蕩器210的結(jié)構(gòu)。
[0092]石英晶體的諧振頻率將取決于晶體位于其中的環(huán)境而改變。在真空中，晶體將具有特定的頻率。但是，這個(gè)頻率將在不同的環(huán)境中改變。例如，在流體中，晶體的振動(dòng)將被周圍分子阻尼，而且這將影響共振頻率和使晶體以給定振幅振蕩所需的能量。
[0093]另外，周圍物質(zhì)淀積到晶體上將影響振動(dòng)晶體的質(zhì)量，從而改變共振頻率。這會(huì)對(duì)常用的選擇性氣體分析器形成基礎(chǔ)，在選擇性氣體分析器中，吸收層形成于晶體上，并且在質(zhì)量上隨著氣體被吸收而提高。
[0094]但是，在現(xiàn)在的情況下，在石英晶體振蕩器210上沒有施加涂層。實(shí)際上，在現(xiàn)在的情況下，材料吸收或淀積到石英晶體振蕩器210上是不合需要的，因?yàn)闇y(cè)量的精度可受到影響。
[0095]本實(shí)施例的石英晶體振蕩器210為音叉形，并且包括大約5mm長的成對(duì)的叉210a (圖4)，叉210a布置成以32.768 kHz的共振頻率振蕩。叉210a形成于石英的平坦部分中。音叉的叉210a通常在它們的基本模式中振蕩，其中，它們以共振頻率同步地移動(dòng)向彼此和移動(dòng)遠(yuǎn)離彼此。
[0096]熔凝(或非晶體)石英具有非常低的依賴于溫度的膨脹系數(shù)和低的彈性系數(shù)。這會(huì)降低基本頻率對(duì)溫度的依賴性，如將顯示的那樣，溫度作用是最小的。
[0097]另外，使用AT切型或SC切型的石英是合乎需要的。換句話說，以特定的選定的角度切割石英的平坦部分，使得振蕩頻率的溫度系數(shù)可布置成在室溫附近為具有寬峰的拋物線。因此，晶體振蕩器可布置成使得在峰的頂部處的斜率正好為零。
[0098]通常可用較低的費(fèi)用獲得這樣的晶體。與大部分在真空中使用的石英晶體振蕩器相比,在本實(shí)施例中，石英晶體振蕩器210暴露于殼體202中的加壓氣體。
[0099]在圖4中顯示用于驅(qū)動(dòng)石英晶體振蕩器210的驅(qū)動(dòng)電路212。驅(qū)動(dòng)電路212必須滿足多個(gè)特定標(biāo)準(zhǔn)。首先，本發(fā)明的石英晶體振蕩器210可暴露于一定范圍的氣體壓力；潛在地，壓力可從大氣壓力(當(dāng)氣體罐100為空的時(shí))變化到大約900巴(表壓)，如果氣體罐含有諸如氫的加壓氣體的話。因而，石英晶體202需要在寬范圍的壓力下運(yùn)行(以及在非使用時(shí)期之后重新啟動(dòng))。
[0100]因此，石英晶體振蕩器210的品質(zhì)(Q)因數(shù)將在使用期間有相當(dāng)大的變化。Q因數(shù)是與振蕩器或共振器的阻尼速率有關(guān)的無量綱參數(shù)。同等地，它可表征共振器的與其中心頻率有關(guān)的帶寬。
[0101]大體上，振蕩器的Q因數(shù)越高，與振蕩器的存儲(chǔ)能量有關(guān)的能量損耗速率就越低。換句話說，在沒有外部力的情況下，高Q因數(shù)振蕩器的振蕩在幅度上減小得較慢。具有較高的Q因數(shù)的正弦驅(qū)動(dòng)式共振器在共振頻率下以較大的幅度共振，但圍繞它們共振的頻率具有較小的頻率帶寬。
[0102]驅(qū)動(dòng)電路212必須能夠驅(qū)動(dòng)石英晶體振蕩器210，而不管Q因數(shù)的變化如何。隨著氣體罐100中的壓力增大，石英晶體振蕩器210的振蕩將變得越來越被阻尼，而且Q因數(shù)將降低。降低的Q因數(shù)需要驅(qū)動(dòng)電路212中的放大器提供較高的增益。但是，如果驅(qū)動(dòng)電路212提供的放大太高，則來自石英晶體振蕩器210的響應(yīng)可變得難以區(qū)分。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)電路212可僅以不相關(guān)的頻率振蕩，或者以石英晶體振蕩器210的非基本I旲式的頻率振蕩。
[0103]作為另一個(gè)限制，驅(qū)動(dòng)電路212必須為低功率，以便在有或沒有補(bǔ)充功率(諸如光伏電池)的情況下，以低功率的小型電池長久地運(yùn)行。
[0104]現(xiàn)在將參照?qǐng)D4來描述驅(qū)動(dòng)電路212。為了驅(qū)動(dòng)石英晶體振蕩器210，驅(qū)動(dòng)電路212基本獲得來自石英晶體振蕩器210的電壓信號(hào)，將其放大，并且將那個(gè)信號(hào)饋送回石英晶體振蕩器210。石英晶體振蕩器210的基本共振頻率基本上是石英的膨脹和收縮速率的函數(shù)。這大體由晶體的切型和大小確定。
[0105]但是，外部因數(shù)也會(huì)影響共振頻率。當(dāng)產(chǎn)生的輸出頻率的能量匹配電路中的損耗時(shí)，可維持振蕩。驅(qū)動(dòng)電路212布置成檢測(cè)和保持這個(gè)振蕩頻率。頻率然后可由處理器230測(cè)量，用來計(jì)算用戶所需的氣體的合適屬性，而且如果需要的話，輸出到適當(dāng)?shù)娘@示器件(如將在后面描述的那樣)。
[0106]驅(qū)動(dòng)電路212由6V的電池216驅(qū)動(dòng)。在這個(gè)實(shí)施例中，電池216包括鋰離子電池。但是，備選功率源對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是容易顯而易見的；例如，其它電池類型(可充電和不可充電的)，以及太陽能電池組件。
[0107]驅(qū)動(dòng)電路212進(jìn)一步包括復(fù)合晶體管對(duì)共射放大器218。復(fù)合晶體管對(duì)包括由兩個(gè)雙極NPN晶體管D1和D2組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，雙極NPN晶體管配置成使得被晶體管中的第一個(gè)放大的電流進(jìn)一步被第二個(gè)晶體管放大。當(dāng)與被分開的各個(gè)晶體管相比時(shí)，此配置使得能夠獲得更高的電流增益。備選地，可使用PNP雙極晶體管。
[0108]復(fù)合晶體管對(duì)218布置成與單晶體管(T1)共射放大器220呈反饋構(gòu)造。圖5中顯示了 NPN雙極結(jié)晶體管。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可使用的備選晶體管組件；例如，雙極結(jié)PNP晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
[0109]作為變型，可在復(fù)合晶體管對(duì)218和共射放大器220之間的反饋回路中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(未顯示)。這可采取電位計(jì)、可變電阻器或定位成代替例如圖4中顯示的最右邊的22k電阻器的其它適當(dāng)?shù)臉?gòu)件的形式。
[0110]自動(dòng)增益控制使得能夠補(bǔ)償Q因子隨壓力的變化和供應(yīng)電壓的變化(例如，在電量低的電池條件下)。自動(dòng)增益控制可特別適用于低壓應(yīng)用。
[0111]驅(qū)動(dòng)電路212包括另外的NPN射隨晶體管T2，其用作緩沖放大器222。緩沖放大器222布置成用作電路和外部環(huán)境之間的緩沖器。但是，這個(gè)特征是可選的，而且可能不需要；例如，F(xiàn)ET可直接連接到驅(qū)動(dòng)電路212上。
[0112]電容器224定位成與石英晶體振蕩器210串聯(lián)。在這個(gè)示例中，電容器224具有100 pF的值，并且使得驅(qū)動(dòng)電路212能夠在晶體已經(jīng)被例如鹽或其它淀積材料污染的情況下驅(qū)動(dòng)石英晶體振蕩器210。
[0113]另外，可優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路212，以快速地啟動(dòng)石英晶體振蕩器210。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，另一個(gè)電阻器和另一個(gè)電容器可連接在晶體管D1的基極和地面之間。這些構(gòu)件可包括例如10 M Ω的電阻器和10 nF的電容器。
[0114]現(xiàn)在將參照?qǐng)D5來描述備選驅(qū)動(dòng)電路240。圖6中顯示的驅(qū)動(dòng)電路配置成類似于皮爾斯振蕩器。從數(shù)字IC時(shí)鐘振蕩器得知皮爾斯振蕩器?；旧?，驅(qū)動(dòng)電路240包括單個(gè)數(shù)字逆變器(呈晶體管的形式)T、三個(gè)電阻器Rp R2和Rs、兩個(gè)電容器Cp C2和石英晶體振蕩器210。
[0115]在這個(gè)組件中，石英晶體振蕩器210用作高選擇性濾波器元件。電阻器R1用作晶體管T的負(fù)載電阻器。電阻器R2用作反饋電阻器，從而使逆變器T在其線性運(yùn)行區(qū)域中有偏壓。這有效地使得逆變器T能夠用作高增益逆變放大器。另一個(gè)電阻器Rs在逆變器T的輸出和石英晶體振蕩器210之間用來限制增益，以及阻尼電路中的不合需要的振蕩。
[0116]石英晶體共振器210與CdP C2共同形成Pi網(wǎng)絡(luò)帶通濾波器。這使得大約在石英晶體振蕩器的共振頻率下能夠有180度相移以及從輸出到輸入的電壓增益。上面描述的驅(qū)動(dòng)電路240可靠，且制造起來廉價(jià)，因?yàn)樗ㄝ^少構(gòu)件。
[0117]驅(qū)動(dòng)電路240的增益大體低于驅(qū)動(dòng)電路212的增益。當(dāng)石英晶體振蕩器210暴露于高壓時(shí)，較低的增益可使得重新啟動(dòng)石英晶體振蕩器210更困難。但是，在本申請(qǐng)中，由于其中很可能使用壓力計(jì)組件200、260的大體低壓的環(huán)境的原因，電路240是特別有吸引力的。
[0118]如上面論述的那樣，傳感器組件204可包括接收來自石英晶體振蕩器210和驅(qū)動(dòng)電路212的輸入的處理器230。處理器230可包括任何適當(dāng)?shù)慕M件。處理器230可包括微處理器或中央處理單元(CPU)，或者可包括特定用途集成電路(ASIC)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。備選地，處理器230可只是一系列邏輯門，或配置成執(zhí)行上面描述的實(shí)施例中需要的必要計(jì)算的其它簡單的處理器。
[0119]當(dāng)與石英晶體振蕩器210—起使用時(shí)，處理器230可配置成測(cè)量來自驅(qū)動(dòng)電路212的信號(hào)的頻率f或周期。這可通過以下方式實(shí)現(xiàn):例如在固定的時(shí)間里對(duì)振蕩計(jì)數(shù)，并且使用算法或查找表將那個(gè)頻率轉(zhuǎn)換成密度值。這個(gè)值傳送到處理器230。[0120]可選地，處理器230可設(shè)計(jì)成在所有壓力計(jì)組件200中大規(guī)模生產(chǎn)成相同的，軟件和硬件的不同特征使得能夠用于不同的氣體。
[0121]另外，處理器230還可配置成通過實(shí)施待機(jī)或“睡眠”模式來最大程度地降低功率消耗，待機(jī)或“睡眠”模式可覆蓋處理器230和額外的構(gòu)件，諸如驅(qū)動(dòng)電路212和石英晶體振蕩器210。
[0122]可實(shí)施各種方案；例如，處理器230可每11秒待機(jī)10秒。另外，處理器230可控制石英晶體振蕩器210和驅(qū)動(dòng)電路212，使得這些構(gòu)件在大多數(shù)時(shí)間里是待機(jī)的，僅每30秒打開較缺乏功率的構(gòu)件'h秒。
[0123]另外，壓力計(jì)組件200可連接到天線(未顯示)上，以與例如基站進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。這將在后面進(jìn)行論述。在這種情況下，天線可借助于接線或等效連接器而位于殼體202的內(nèi)部或外部。天線本身可適于且布置成使用任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議；例如，非窮盡性列表可為RFID、藍(lán)牙、紅外(IR)，802.11無線，頻率調(diào)制(FM)發(fā)射或蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
[0124]備選地，可進(jìn)行單線通信。單線通信僅需要單個(gè)金屬導(dǎo)體來進(jìn)行通信:借助于通過通信裝置之間的空氣的電容性耦合來提供電路的“回行”路徑。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到可用于本文論述 的實(shí)施例的天線(和相關(guān)聯(lián)的發(fā)射硬件)的備選方案。
[0125]但是，遠(yuǎn)程通信在沒有明確需要外部架空線或天線的情況下也是可行的。例如，可借助于來自殼體202內(nèi)的聲學(xué)發(fā)射來實(shí)現(xiàn)通信。聲學(xué)發(fā)射可由位于殼體202內(nèi)的發(fā)射器實(shí)現(xiàn)。發(fā)射器可包括例如簡單的頻率固定的壓電共振器。
[0126]還需要互補(bǔ)的接收器，而且這個(gè)構(gòu)件可位于壓力計(jì)組件200遠(yuǎn)處，并且可包括諸如例如與話筒集成的鎖相回路音調(diào)檢測(cè)器的硬件。這種聲學(xué)組件提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，不需要饋通件(在外部天線的情況下則需要)，而且所有電子構(gòu)件都可完全位于壓力計(jì)組件200的殼體202內(nèi)。
[0127]現(xiàn)在將參照?qǐng)D6至8來描述壓力計(jì)組件200的理論和運(yùn)行。
[0128]石英晶體振蕩器210具有取決于其所處的流體的密度的共振頻率。使振蕩的音叉型晶體振蕩器暴露于氣體會(huì)使晶體的共振頻率有改變和阻尼(當(dāng)與真空中的晶體的共振頻率相比時(shí))。對(duì)此有多種原因。雖然氣體對(duì)晶體的振蕩有阻尼作用，但氣體會(huì)粘附到音叉晶體振蕩器210的振動(dòng)的叉210a上，這會(huì)增加振蕩器的質(zhì)量。這導(dǎo)致石英晶體振蕩器的共振頻率根據(jù)一側(cè)固定彈性梁的運(yùn)動(dòng)而減小:
Δω Ot ^ 3、
D — = ——(ct + c,-]
c% 2pw#
其中，$是共振角頻率的相對(duì)變化，是氣體密度，t是石英振蕩器的厚度，n是石英
%PPci
振蕩器的密度，而W是尖叉的寬度，C1和C2是取決于幾何結(jié)構(gòu)的常數(shù)，而3是氣體的表面層的厚度，其由以下限定:
2)d = I——
其中，Η是依賴于溫度的氣體粘度。
[0129]公式I)的兩部分與下者有關(guān):a)添加到石英晶體振蕩器210的叉上的氣體質(zhì)量；以及b)在振蕩期間在叉的最外層上引起的剪切力。
[0130]因而可按照頻率來改寫公式，并且將其簡化為:
3)Af = Ap ^ B^p +C
其中,a =B=以及c是偏移常數(shù)，而Α是真空中的晶體的自然共
振頻率。
[0131]發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可通過近似法來獲得適當(dāng)?shù)亓己玫慕?
4)Δ/' ~ 郝
因此，對(duì)于良好近似，頻率變化與石英晶體振蕩器所暴露于的氣體的密度變化成比例。圖6顯示了，對(duì)于多種不同的氣體/氣體混合物，石英晶體振蕩器210的共振頻率隨密度而線性地改變。
[0132]大體上，石英晶體振蕩器210的靈敏度為，例如，當(dāng)與大氣壓力相比時(shí)，在處于250巴的氧氣(具有原子質(zhì)量數(shù)32)的情況下，有5%的頻率變化。這樣的壓力和氣體密度對(duì)于用于永久氣體的存儲(chǔ)罐是典型的，對(duì)于大多數(shù)氣體，該存儲(chǔ)罐通常介于137巴(表壓)和450巴(表壓)之間，而對(duì)于氦和氫，則高達(dá)700巴(表壓)或900巴(表壓)。
[0133]另外，石英晶體振蕩器210特 別適合用作在商業(yè)上供應(yīng)的氣體的傳感器。首先，為了精確地感測(cè)氣體的密度，使氣體沒有灰塵和液滴是必要的，在商業(yè)上供應(yīng)的氣體對(duì)此有保證，但對(duì)于空氣，或者一般在壓力監(jiān)測(cè)情況下就沒有保證了。
[0134]以上示出了，對(duì)于良好近似，石英晶體振蕩器210的頻率響應(yīng)與密度成比例。但是，為了測(cè)量壓力，需要得出壓力和密度之間的關(guān)系。根據(jù)以下來確定這一點(diǎn):
5)PV=nRT
其中，P是氣體的壓力，V是氣體的體積，η是氣體的摩爾數(shù)，R是氣體常數(shù)，而T是溫度。繼續(xù):
6)P ^ —
K
以及
M
7)MW= =
η
其中，麗是氣體的分子量，而M是氣體的質(zhì)量。因此，替換公式5)中的V得到:
8)
Mlf
因此，對(duì)于氣體的已知分子量(或者在已知混合物的情況下，氣體的平均分子量)，可從氣體的密度和氣體的溫度中精確地得出氣體的壓力。
[0135]以上近似假設(shè)氣體的可壓縮性Z等于一。在傳統(tǒng)組件中，這個(gè)近似僅適用于其中直接測(cè)量壓力的低壓情況。在高壓下，可壓縮性Z不像對(duì)理想氣體所預(yù)期的那樣與氣體壓力成比例。因此，必須針對(duì)可壓縮性來校正諸如波爾登壓力計(jì)的傳統(tǒng)壓力計(jì)，以便正確地讀取處于高壓的氣體罐的含量-氣體質(zhì)量。前面顯示了在測(cè)量密度時(shí)，石英晶體振蕩器210針對(duì)可壓縮性Z而內(nèi)在地被校正。但當(dāng)在高壓力值下測(cè)量壓力時(shí)，必須針對(duì)Z來校正石英壓力計(jì)。[0136]圖7和8示出石英晶體振蕩器210的頻率響應(yīng)隨壓力而改變。圖7顯示關(guān)于0_6巴(表壓)的范圍中的壓力的、在Y軸上的石英晶體振蕩器210的頻率變化(單位為kHz)隨X軸上的壓力(巴(表壓))而改變的圖表。圖8顯示關(guān)于0-300巴(表壓)的范圍中的壓力的、在Y軸上的石英晶體振蕩器210的頻率變化(單位為kHz)隨X軸上的壓力(巴(表壓))而改變的圖表。在兩種情況下，所使用的氣體都是Ferromax 15，其包括82.5%的Ar、15% 的 CO2 和 2.5% 的 O2。
[0137]如圖7和8中示出的那樣，對(duì)于良好近似，石英晶體振蕩器210的頻率變化Λ f在兩個(gè)壓力數(shù)量級(jí)上與壓力呈線性。因此，如果氣體的溫度和分子量是已知的，則石英晶體振蕩器210可運(yùn)行來用作精確的壓力計(jì)。
[0138]如前面描述的那樣，可使用廉價(jià)且廣泛可用的構(gòu)件(諸如熱敏電阻器)來容易地測(cè)量溫度。另外，在永久氣體以封裝在氣體罐中的方式供應(yīng)給顧客的情況下，氣體的分子量(或者氣體的同質(zhì)混合物的平均分子量)大體是廣為人知的。
[0139]因此，雖然如果氣體不均勻-例如，如果氣體是不均勻的混合物，例如部分地填充有液體的罐，或者輕氣體和重氣體的新近準(zhǔn)備好的且混合不充分的混合物，上面描述的方法可能不精確，但在大多數(shù)封裝氣體應(yīng)用中不大可能出現(xiàn)這種情形。
[0140]另外，令人驚訝的是，石英晶體振蕩器210可在O到300巴(表壓)之間的壓力范圍內(nèi)運(yùn)行，但是足夠精確來可靠地測(cè)量比這個(gè)范圍的上限低兩個(gè)數(shù)量級(jí)的壓力值。這個(gè)屬性使石英晶體振蕩器210特別適合用作壓力計(jì)，作為壓力計(jì)組件200的一部分。
[0141]這是因?yàn)閴毫τ?jì)組件200能夠可靠且精確地測(cè)量典型地可在低壓應(yīng)用(例如在O巴(表壓)和大約5巴(表壓)之間)中測(cè)量的小的壓力變化，諸如在調(diào)節(jié)器150的下游不遠(yuǎn)處的那個(gè)。
[0142]上面描述的組件特別適合測(cè)量其中在使用期間有出現(xiàn)高壓的風(fēng)險(xiǎn)的低壓。由于石英晶體振蕩器210是固態(tài)構(gòu)件，并且可在高達(dá)900巴的壓力下運(yùn)行，所以如果在出口管158中出現(xiàn)初始過壓條件，則傳感器組件204將不受影響，并且將繼續(xù)如需要的那樣運(yùn)行。換句話說，發(fā)明人已經(jīng)研制出可完全耐受對(duì)高壓的暴露的精確低壓計(jì)。
[0143]相比之下，傳統(tǒng)壓力計(jì)(諸如波爾登壓力計(jì))將被永久地?fù)p害，并且在暴露于甚至高壓氣體的短暫脈沖時(shí)都可失效，諸如可發(fā)生在“蠕變”狀況期間，或者當(dāng)氣體罐首次運(yùn)行時(shí)。
[0144]另外，本發(fā)明的組件使得壓力測(cè)量能夠有非常高的精度，分辨率達(dá)百萬分之一份。與石英密度傳感器210對(duì)密度和高壓的線性響應(yīng)結(jié)合，高精度使得能夠精確地測(cè)量甚至非常輕的氣體，諸如H2和He。
[0145]另外，如果考慮到可壓縮性，則相同壓力計(jì)能夠在沒有任何修改的情況下讀取甚至更高的壓力。相比之下，傳統(tǒng)壓力計(jì)僅適于特定的壓力范圍，并且為了讀取不同的壓力范圍，必須更換壓力計(jì)。
[0146]現(xiàn)在將參照?qǐng)D9來描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法。下面描述的方法適用于上面描述的第一和第二實(shí)施例兩者。
[0147]步驟300:初始化測(cè)量
在步驟300處，初始化對(duì)出口 158下游的氣體的壓力的測(cè)量。例如，這可通過用戶按壓氣體罐100的外部的按鈕而啟動(dòng)。備選地，可借助于遠(yuǎn)程連接來啟動(dòng)測(cè)量，例如，通過無線網(wǎng)絡(luò)而發(fā)送的且由壓力計(jì)組件200通過天線而接收的信號(hào)。
[0148]作為另一個(gè)備選方案或添加方案，壓力計(jì)組件200可配置成遠(yuǎn)程地初始化，或者用定時(shí)器初始化。方法前進(jìn)到步驟302。
[0149]步驟302:驅(qū)動(dòng)石英晶體振蕩器
一旦初始化之后，驅(qū)動(dòng)電路212就用來驅(qū)動(dòng)石英晶體振蕩器210。在初始化期間，驅(qū)動(dòng)電路212在晶體210上施加隨機(jī)噪聲AC電壓。隨機(jī)電壓的至少一部分將處于適當(dāng)?shù)念l率，以使晶體210振蕩。然后晶體210將開始與那個(gè)信號(hào)同步地振蕩。
[0150]借助于壓電效應(yīng)，石英晶體振蕩器210的運(yùn)動(dòng)然后將在石英晶體振蕩器210的共振頻帶中產(chǎn)生電壓。然后驅(qū)動(dòng)電路212放大石英晶體振蕩器210所產(chǎn)生的信號(hào)，使得在石英晶體共振器202的頻帶中產(chǎn)生的信號(hào)支配驅(qū)動(dòng)電路212的輸出。石英晶體的狹窄共振帶過濾掉所有不必要的頻率，而驅(qū)動(dòng)電路212則以基本共振頻率f驅(qū)動(dòng)石英晶體振蕩器210。一旦石英晶體振蕩器210已經(jīng)在特定的共振頻率下穩(wěn)定之后，方法就前進(jìn)到步驟304。
[0151]步驟304:測(cè)量石英晶體振蕩器的共振頻率
共振頻率f取決于殼體內(nèi)的壓力條件。殼體202的內(nèi)部206中的壓力條件又表示調(diào)節(jié)器150的出口 154下游的壓力條件。
[0152]在本實(shí)施例中，對(duì)于良好近似，共振頻率變化與殼體202的內(nèi)部206中的氣體壓力的幅度成比例，并且將隨壓力升高而減小。
[0153]為了進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量石英晶體振蕩器210的頻率達(dá)大約I秒的時(shí)段。這是要使得讀數(shù)能夠穩(wěn)定，以及對(duì)足夠的振蕩計(jì)數(shù)，以便確定精確的測(cè)量。在處理器230中執(zhí)行對(duì)頻率的測(cè)量。處理器230還可記錄測(cè)量開始時(shí)的時(shí)間！\。
[0154]一旦已經(jīng)測(cè)量頻率，方法就前進(jìn)到步驟306。
[0155]步驟306:測(cè)量氣體的溫度
在步驟306處，溫度傳感器214測(cè)量殼體202內(nèi)的氣體的溫度。進(jìn)行這個(gè)測(cè)量是為了根據(jù)步驟304中測(cè)得的頻率變化來計(jì)算壓力。
[0156]溫度測(cè)量不必特別精確。例如，如果溫度傳感器214精確到0.5°C，則這對(duì)應(yīng)于為步驟308中計(jì)算壓力所需的絕對(duì)溫度值的僅大約六百分之一(假設(shè)為正常大氣溫度)的誤差。
[0157]但是，在某些情況下，可省略溫度傳感器214。例如，在其中溫度很可能眾所周知(例如處于室溫)的情形中，或者如果溫度測(cè)量的精度對(duì)于應(yīng)用不是至關(guān)重要的(例如可假設(shè)溫度位于特定范圍內(nèi))。在這種情況下，步驟306中的溫度確定可認(rèn)為處理器230所存儲(chǔ)的特定溫度值的分配，并且在后面的步驟中用于計(jì)算壓力。
[0158]步驟308:確定氣體的出口壓力
一旦已經(jīng)在步驟304中滿意地測(cè)量了石英晶體振蕩器210的頻率，以及在步驟306中測(cè)量了溫度，則處理器230計(jì)算殼體202的內(nèi)部206內(nèi)的氣體的壓力。
[0159]使用上面的公式8)來完成這一點(diǎn)，其中，可直接根據(jù)所述氣體的密度、溫度和分子量來計(jì)算氣體的壓力P。因此，已知在步驟304中測(cè)得的共振頻率，步驟306中測(cè)得的殼體202中的氣體的已知溫度T，以及氣體的已知分子量(或者氣體的混合物的平均分子量)，就可精確地測(cè)量壓力。然后方法前進(jìn)到步驟310。
[0160]步驟310:傳送和存儲(chǔ)結(jié)果可用多種方式顯示氣體的壓力。例如，附連到殼體202或調(diào)節(jié)器150上的屏幕(未顯示)可顯示調(diào)節(jié)器150的出口 154下游的氣體的壓力。在備選方案中，壓力測(cè)量可遠(yuǎn)程地傳送到基站或位于相鄰裝置上的儀表，如將在后面描述的那樣。
[0161]一旦已經(jīng)確定的氣體的壓力，壓力可記錄在與壓力計(jì)組件200的處理器230相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部存儲(chǔ)器中供今后讀取。作為又一個(gè)備選方案，在時(shí)間T1的氣體的壓力可存儲(chǔ)在所述處理器230本地的存儲(chǔ)器中，以產(chǎn)生時(shí)間日志。
[0162]然后方法前進(jìn)到步驟312。
[0163]步驟312:降低傳感器組件的功率
不必始終使壓力計(jì)組件200保持運(yùn)行。相反，通過在不使用時(shí)關(guān)閉壓力計(jì)組件200來降低功率消耗是有益的。這可延長電池216的壽命。
[0164]驅(qū)動(dòng)電路212的配置使得石英晶體振蕩器210能夠重新啟動(dòng)，而不管殼體202中的氣體壓力如何。因此，壓力計(jì)組件200可在需要時(shí)關(guān)閉，以便節(jié)省電池功率。
[0165]以上實(shí)施例的變型對(duì)本領(lǐng)域人員將是顯而易見的。硬件和軟件構(gòu)件的確切配置可有所不同，但仍然落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到可使用的備選配置。
[0166]例如，上面描述的實(shí)施例使用了具有32.768 kHz的基本頻率的石英晶體振蕩器。但是，可使用以備選頻率運(yùn)行的晶體。例如，以60 kHz和100 kHz運(yùn)行的石英晶體振蕩器可用于上面描述的實(shí)施例。在圖10 中顯示了顯示關(guān)于不同的晶體，頻率隨密度而改變的圖表。作為另一個(gè)不例，可使用以1.8 kHz的頻率運(yùn)行的晶體振蕩器。
[0167]較高的頻率運(yùn)行使得能夠更頻繁地監(jiān)測(cè)壓力，因?yàn)樾枰^短時(shí)段來對(duì)給定數(shù)量的循環(huán)取樣。
[0168]另外，較高頻率的晶體使得能夠在晶體的“睡眠”模式中使用較少工作循環(huán)。以說明的方式，在大多數(shù)情況下，晶體和驅(qū)動(dòng)電路在大部分時(shí)間將關(guān)閉，僅打開幾秒或在需要測(cè)量時(shí)打開。例如，這可一分鐘發(fā)生一次。當(dāng)使用較高頻率的晶體時(shí)，可較快速地測(cè)量壓力。因此，可減少其中晶體運(yùn)行的時(shí)間。這可降低功率消耗，以及相伴地改進(jìn)電池壽命。
[0169]參照?qǐng)D11來描述另一個(gè)變型。在圖11中顯示傳感器組件400。傳感器組件400包括第一石英晶體振蕩器402和第二石英晶體振蕩器404。第一石英晶體振蕩器402由驅(qū)動(dòng)電路408驅(qū)動(dòng)。第二石英晶體振蕩器404由驅(qū)動(dòng)電路410驅(qū)動(dòng)。
[0170]第一石英晶體振蕩器402和第二石英晶體振蕩器404在它們的靈敏度系數(shù)σ上有所不同，其中
9)σ
P
其中，Δ/是石英晶體振蕩器402、404的頻率變化，而P是被測(cè)量的氣體的壓力。第一石英晶體振蕩器402可具有大靈敏度系數(shù)σ 1;從而允許頻率隨壓力有大的變化。但是,這種晶體可能不適合高壓運(yùn)行，其中，過度阻尼(即，Q因數(shù)的損耗)會(huì)降低這種晶體的性能。因此，提供具有較低的靈敏度系數(shù)σ2(其中σ Ao2)的第二石英晶體振蕩器404，使得能夠可靠地測(cè)量高壓。
[0171]其中具有兩個(gè)晶體可為有用的另一種情形是在存在一個(gè)或兩個(gè)晶體都被永久或暫時(shí)地污染的危險(xiǎn)的情況下。這里指示了使用兩個(gè)相同的晶體。污染將影響兩個(gè)晶體，但由于它們?cè)跉怏w路徑中的不同位置處，這將幾乎始終略有不同。
[0172]在正確運(yùn)行中，它們兩者都將提供相同頻率。但是，在污染的情況下，它們兩者都將指示錯(cuò)誤頻率，但由于它們處于不同的污染水平，指示不同的錯(cuò)誤頻率:可對(duì)用戶指示這個(gè)差異，作為警告:在永久污染的情況下，傳感器組件需要清潔或更換，以及壓力指示在任何情況下可能不精確。
[0173]可提供電子開關(guān)412，其使得能夠選擇石英晶體振蕩器452、454中的一個(gè)，這取決于是進(jìn)行低壓測(cè)量還是高壓測(cè)量。對(duì)于傳統(tǒng)壓力計(jì)(諸如波爾登壓力計(jì))，無法實(shí)現(xiàn)這種自適應(yīng)性，傳統(tǒng)壓力計(jì)必須更換不同的壓力計(jì)來測(cè)量不同的壓力范圍。
[0174]另外，已經(jīng)通過測(cè)量石英晶體振蕩器的絕對(duì)頻率來描述了以上實(shí)施例。但是，在結(jié)合在與氣體罐相關(guān)聯(lián)的調(diào)節(jié)器中的自持式電子器件中，通過比較那個(gè)頻率與同一類型但密閉在真空或壓力殼體中的基準(zhǔn)晶體來測(cè)量傳感器的頻率變化可為有利的。壓力殼體可包含處于選定密度的氣體、處于大氣條件的氣體，或者可對(duì)氣體罐外部的大氣開放。
[0175]圖12中顯示適當(dāng)?shù)膫鞲衅鹘M件450。傳感器組件450包括第一石英晶體振蕩器452和第二石英晶體振蕩器454。第一石英晶體振蕩器452是位于在真空下的密封容器456內(nèi)的基準(zhǔn)晶體。第一石英晶體振蕩器452由驅(qū)動(dòng)電路458驅(qū)動(dòng)。
[0176]第二石英晶體振蕩器454是類似于前面的實(shí)施例中描述的晶體210的晶體。第二石英晶體振蕩器454暴露于殼體202內(nèi)的氣體環(huán)境。第二石英晶體振蕩器454由驅(qū)動(dòng)電路460驅(qū)動(dòng)。
[0177]可使用電子混合器電路464來執(zhí)行這個(gè)比較，電子混合器電路464結(jié)合兩個(gè)頻率信號(hào)，并且在等于兩個(gè)晶體之間的差的頻率下產(chǎn)生輸出。這個(gè)組件使得能夠消除由于例如溫度而引起的小變化。
[0178]另外，可簡化傳感器組件204中使用的電路，因?yàn)閮H需要測(cè)量頻率差。另外，這種方法特別適合用于高頻率(MHz)晶體振蕩器，其中，直接測(cè)量晶體頻率可為困難的。
[0179]另外，測(cè)量和顯示密度、質(zhì)量或質(zhì)量流量所需的所有電子器件都不必安裝在殼體202上或安裝在殼體202中。例如，電子功能可在永久地安裝在罐上的單元和安裝在顧客使用站上的或暫時(shí)安裝在罐的出口上(諸如通常用于傳統(tǒng)流量計(jì)的位置)的單元之間進(jìn)行分割。
[0180]參照?qǐng)D13來顯示這個(gè)組件的示例。該組件包括氣體罐組件50,氣體罐組件50包括氣體罐500、調(diào)節(jié)器502和壓力計(jì)組件504。氣體罐組件500、調(diào)節(jié)器502和壓力計(jì)組件504基本類似于前面基本參照之前的實(shí)施例所描述的氣體罐組件100、調(diào)節(jié)器150和壓力計(jì)組件200。
[0181]在這個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件504包括類似于前面的實(shí)施例的石英晶體振蕩器210和驅(qū)動(dòng)電路212的石英晶體振蕩器和驅(qū)動(dòng)電路(未顯示)。通過任何適當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)程通信協(xié)議來提供天線506進(jìn)行通信；例如，藍(lán)牙、紅外(IR)或RFID。備選地，可使用單線通信。
[0182]作為另一個(gè)備選方案，可使用聲學(xué)通信方法。這樣的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，在不需要外部天線506的情況下，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。
[0183]連接管508連接到氣體罐500的出口上。連接管終止于快速連接式連接件510。快速連接式連接件510使得連接管道系統(tǒng)或構(gòu)件能夠容易且快速地與氣體罐500連接和斷開。[0184]提供快速連接單元550來連接到氣體罐500上。提供互補(bǔ)的快速連接連接器512來連接到連接器510上。另外，快速連接單元550設(shè)有數(shù)據(jù)單元552。數(shù)據(jù)單元552包括顯示器554，以及用于與壓力計(jì)組件504的天線506通信的天線556。顯示器554可包括例如LCD、LED或日光下可讀的顯示器，以最大程度地降低功率消耗，以及最大程度地提高顯示器的可見度。
[0185]數(shù)據(jù)單元552可記錄氣體罐組件50的傳感器組件502所測(cè)得的各種參數(shù)。例如，數(shù)據(jù)單元552可記錄壓力與時(shí)間。這種記錄對(duì)于例如焊接承包人可為有用的，焊接承包人想要在對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行冗長的氣體焊接過程期間檢查存在足夠的壓力，或者想要對(duì)公司供應(yīng)關(guān)于特定的顧客使用的數(shù)據(jù)。
[0186]備選地，來自數(shù)據(jù)單元550的數(shù)據(jù)可輸出到計(jì)算機(jī)啟用式焊機(jī)(用于焊接應(yīng)用)或其它使用氣體的裝備，以允許計(jì)算派生參數(shù)，以及警告消息。
[0187]另外，數(shù)據(jù)單元550可布置成提供以下功能:容納和顯示關(guān)于氣體壓力的數(shù)據(jù)，即，其焊接類型、焊接金屬的類型，或者提供鏈路，使得移動(dòng)電話或計(jì)算機(jī)可獲得詳細(xì)數(shù)據(jù)；提供多模式運(yùn)行，例如供應(yīng)商/填充商模式和顧客模式；對(duì)顧客顯示與由重新填充罐的氣體公司顯示的不同的數(shù)量；允許輸入數(shù)據(jù)；提供數(shù)據(jù)，諸如可在罐上以概要的形式攜帶的罐編號(hào)、氣體類型、分析證書、顧客歷史(誰在什么日期擁有罐)、安全數(shù)據(jù)和運(yùn)行提示。
[0188]作為備選方案，所有以上示例都可以可選地處理、存儲(chǔ)，或者得自于完全位于氣體罐500上(或氣體罐500內(nèi))的系統(tǒng)，如參照壓力計(jì)組件200、502所論述的那樣。
[0189]雖然已經(jīng)參照對(duì)石英晶體振蕩器的使用來描述了以上實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到也可使用的備選壓電材料。例如，非窮盡性列表可包括包含下者的晶體振蕩器:鉭酸鋰、鈮酸鋰、硼酸鋰、塊磷鋁礦、砷化鎵、四硼酸鋰、磷酸鋁、鍺酸鉍、多晶鈦酸鋯陶瓷、高氧化鋁陶瓷、硅鋅氧化物復(fù)合物，或酒石酸二鉀。
[0190]特別參照示出的示例來描述了本發(fā)明的實(shí)施例。雖然在圖中顯示了具體示例，以及在本文中詳細(xì)描述了具體示例，但是，應(yīng)當(dāng)理解，圖和詳細(xì)描述不意于將本發(fā)明局限于公開的特定形式。將理解的是，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可對(duì)描述的示例進(jìn)行變型和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量氣體的壓力的方法，所述方法包括: a)測(cè)量與所述氣體接觸的壓電振蕩器(210)的振蕩頻率； b)根據(jù)所述壓電振蕩器的振蕩頻率、所述氣體的已知溫度和所述氣體的已知分子量來確定所述氣體的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a)包括: 借助于驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)所述壓電振蕩器，使得所述壓電振蕩器以共振頻率共振；以及 在預(yù)定時(shí)段里測(cè)量所述共振頻率，以確定氣體的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括:使用溫度傳感器來測(cè)量所述氣體的溫度。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，提供兩個(gè)壓電振蕩器，所述壓電振蕩器中的一個(gè)具有比所述壓電振蕩器中的另一個(gè)的靈敏度系數(shù)更大的靈敏度系數(shù)，并且所述方法進(jìn)一步包括，在步驟a)之前，選擇所述壓電振蕩器中的一個(gè)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述壓電振蕩器設(shè)置在減壓裝置的下游。
6.一種用于測(cè)量氣體的壓力的壓力計(jì)(200 ;260)，所述壓力計(jì)包括可連接到氣體源上且包括內(nèi)部(206)的殼體(202)，在使用中，所述內(nèi)部與所述氣體連通，所述壓力計(jì)進(jìn)一步包括位于所述殼體內(nèi)且包括壓電振蕩器(210)的傳感器組件(204)，在使用中，所述壓電振蕩器定位成與所述氣體接觸，所述傳感器組件布置成測(cè)量所述氣體中的所述壓電振蕩器的振蕩頻率，并且配置成根據(jù)頻率測(cè)量結(jié)果和所述氣體的已知溫度和已知分子量來確定所述氣體的壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓力計(jì)，其特征在于，所述傳感器組件進(jìn)一步包括用于測(cè)量所述殼體內(nèi)的氣體的溫度的溫度傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7中的任一項(xiàng)所述的壓力計(jì)，其特征在于，所述傳感器組件包括用于以所述共振頻率驅(qū)動(dòng)所述壓電振蕩器的驅(qū)動(dòng)電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓力計(jì)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路包括布置成與共射放大器呈反饋構(gòu)造的復(fù)合晶體管對(duì)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法或壓力計(jì)，其特征在于，所述壓電振蕩器包括石英晶體振蕩器。
11.一種減壓裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求6至10中的任一項(xiàng)所述的壓力計(jì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的減壓裝置，其特征在于，呈壓力調(diào)節(jié)器的形式。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的減壓裝置，其特征在于，所述壓力調(diào)節(jié)器是電子壓力調(diào)節(jié)器，并且所述壓力計(jì)能夠運(yùn)行來控制所述電子壓力調(diào)節(jié)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的減壓裝置，其特征在于，所述電子壓力調(diào)節(jié)器包括電磁閥，所述傳感器組件能夠運(yùn)行來在使用中控制所述電磁閥。
15.一種能夠由可編程處理設(shè)備執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的步驟的一個(gè)或多個(gè)軟件部分。
16.一種計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有根據(jù)權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
【文檔編號(hào)】G01L9/00GK103477198SQ201180066238
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2010年11月29日
【發(fā)明者】N·A·道尼, M·貝倫斯 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司