用于测量气体的压力的方法和设备技术

本发明专利技术提供一种用于测量气体的压力的压力计。压力计包括可连接到气体源上且包括内部的壳体，在使用中，内部与所述气体连通。压力计进一步包括位于所述壳体内且包括压电振荡器的传感器组件，在使用中，压电振荡器定位成与所述气体接触，所述传感器组件布置成测量所述气体中的所述压电振荡器的振荡频率，并且配置成根据频率测量结果和气体的已知温度和已知分子量来确定气体的压力。通过提供这种组件，可提供耐过压且精确的压力计。这与传统压力计相反，传统压力计由于过压情形会永久地受损。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供一种用于测量气体的压力的压力计。压力计包括可连接到气体源上且包括内部的壳体，在使用中，内部与所述气体连通。压力计进一步包括位于所述壳体内且包括压电振荡器的传感器组件，在使用中，压电振荡器定位成与所述气体接触，所述传感器组件布置成测量所述气体中的所述压电振荡器的振荡频率，并且配置成根据频率测量结果和气体的已知温度和已知分子量来确定气体的压力。通过提供这种组件，可提供耐过压且精确的压力计。这与传统压力计相反，传统压力计由于过压情形会永久地受损。【专利说明】用于测量气体的压力的方法和设备
本专利技术涉及用于测量气体的压力的方法和设备。更特别地，本专利技术涉及用于使用压电振荡器来测量气体的压力的方法和设备。
技术介绍
本文描述的方法和设备特别适用于其中可能存在处于较高压力(例如大约10巴或更高)的流体的系统，诸如例如，来自高压罐的气体供应或使用高压气体的加工装置。本专利技术尤其涉及“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。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，加压气体容器包含钢、铝或复合物，并且能够存储压缩、液化或溶解气体，最大填充压力对大多数气体来说高达450巴(表压)(bar g)，以及对于诸如氢和氦的气体来说高达900巴(表压)。本专利技术特别适用于永久气体。永久气体是不会单独通过压力所液化的气体，而且例如，永久气体可在高达450巴(表压)的压力下在气体罐中供应。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，永久气体和液化气体的蒸气两者。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°C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。为了有效且可控地从气体罐或其它压力容器中分配气体，需要调节器。调节器能够调节气体的流量，使得气体在恒定的压力下，或者在用户可变的压力下分配。测量这样的系统中的压力在本领域中是众所周知的，而且存在多种用来测量压力的装置。最传统的类型使用配备有应变计元件的弹性膜片。另一个常用的压力计是波尔登(Bourdon)压力计。这种压力计包括平薄壁闭端管，管在空心端处连接到包含待测量的流体压力的固定的管道上。压力升高会使管道的闭合端形成弧。虽然这些类型的压力计成本较低，但它们往往在大小上较大，而且具有制作起来较复杂和昂贵的机械结构。另外，这样的变应计包括易于由于环境因素(例如暴露于高压的)而受损的精细构件。例如，如果暴露于显著地较大的压力，诸如例如200巴，则设计成在0-5巴之间的压力下可靠地运行的传统压力计将受到无法弥补的损害。如果发生这种情况，压力计将需要更换。另外，压力计可危险地失效，并且可泄漏。这是特别严重的问题，如果存在易燃或可燃气体的话。其中这种压力计可变得意外地暴露于非常高的压力的情形被称为“蠕变”。考虑其中压力计设置在高压气体罐的高压调节器的输出上且输出关闭的布置。在这种情况下，气体罐可处于例如300巴的内部压力。当一段时间过去时,调节器的阀座上即使有少量气体泄漏也可导致调节器和封闭出口之间有压力，该压力接近，甚至可能等于气体罐的内部压力。这样的压力可损害传统压力计，使其无法修复。作为另一个示例，考虑300巴的固定压力调节器，其具有通过高压隔离阀而连接到高压气体罐上的入口。调节器的出口连接到低压压力计上。这样的固定压力组件构造成提供恒定的出口压力，例如5巴。但是，当高压隔离阀先打开时，在调节器的膜片能够适于调节压力之前，压力将短暂地脉冲到较高的值。这个短暂高压脉冲可损害压力计。用来测量气体的物理属性的备选类型的装置是压电装置，诸如石英晶体。石英晶体会展现压电行为，即，对石英晶体施加电压会使固体略微有挤压或拉伸，反之亦然。((Sensors and Actuators (传感器和促动器)》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)-气体密度控制的音叉技术的精确且可靠的石英传感器)”公开了一种组件，其中，使用石英晶体传感器来在高电压电力装备和中等电压电力装备中测量SF6气体的密度。测量SF6气体的密度对于设备的安全性是至关重要的。因此，该公开不涉及压力测量。US 4，644，796公开一种用于使用石英晶体振荡器来测量流体的压力的方法和设备，石英晶体振荡器容纳在包括波纹管组件的容积可变的壳体内。由于外部流体压力使波纹管压缩/膨胀，壳体的内部容积改变。因此，壳体内的流体的密度随着壳体的内部容积改变而改变。可使用石英晶体振荡器来测量壳体内的密度。但是，石英晶体振荡器不与经受测量的流体接触，而是借助于壳体的内部容积的变化来间接地测量气体的压力。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种测量气体的压力的方法，该方法包括:a)测量与气体接触的压电振荡器的振荡频率山)根据压电振荡器的振荡频率、气体的已知温度气体和已知分子量来确定气体的压力。通过提供这种方法，可提供耐过压且精确的压力计。压电振荡器是能够抵抗高压、压力突变或其它环境因素的固态装置。这使得能够压电振荡器能够完全浸没在气体中，并且不受“蠕变”或其它过压情形的影响。这与传统压力计(诸如波尔登压力计)相反，传统压力计需要压差来工作，并且会由于过压情形而永久地受损。在一个实施例中，步骤b)包括:借助于驱动电路来驱动压电振荡器，使得压电振荡器以共振频率共振；以及在预定时段里测量所述共振频率，以确定气体的压力。在一个实施例中，方法进一步包括:使用温度传感器来测量气体的温度。在一个实施例中，提供两个压电振荡器，压电振荡器中的一个具有比另一个压电振荡器的灵敏度系数更大的灵敏度系数，而且方法进一步包括，在步骤a)之前，选择压电振荡器中的一个。在一个实施例中，所述压电振荡器设置在减压装置的下游。 在一个实施例中，所述压电振荡器或各个压电振荡器包括石英晶体振荡器。在实施例中，石英晶体包括至少一个叉。在变型中，石英晶体包括成对的平叉。在实施例中，石英晶体是AT切型或SC切型。在变型中，石英晶体的表面直接暴露于气体。在一个实施例中，提供包括驱动电路的传感器组件。在变型中，传感器组件包括驱动电路，驱动电路包括布置成与共射放大器呈反馈构造的复合晶体管对(Darlingtonpair)ο在一个实施例中，传感器组件包括功率源。在一个组件中，功率源包括锂离子电池。在一个实施例中，传感器组件包括处理器。根据本专利技术的第二方面，提供一种用于测量气体的压力的压力计，压力计包括可连接到气体源上且包括内部的壳体，在使用中，内部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·A·道尼，M·贝伦斯，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：
国别省市：