用于测量气体的压力的方法和设备的制作方法

用于测量气体的压力的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明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
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于测量气体的压力的方法和设备。更特别地，本发明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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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)。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]((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。
[0014]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。

【发明内容】

[0015]根据本发明的第一方面，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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]在一个实施例中，所述压电振荡器设置在减压装置的下游。[0021 ] 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。
[0022]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。
[0023]在实施例中，石英晶体是AT切型或SC切型。
[0024]在变型中，石英晶体的表面直接暴露于气体。
[0025]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
[0026]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。
[0027]在一个实施例中，传感器组件包括处理器。
[0028]根据本发明的第二方面，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。
[0029]通过提供这种压力计，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。
[0030]在一个组件中，传感器组件进一步包括用于测量所述壳体内的气体的温度的温度传感器。
[0031]在一个组件中，传感器组件包括用于以所述共振频率驱动所述压电振荡器的驱动电路。
[0032]在一个实施例中，传感器组件包括下者中的一个或多个:驱动电路、处理器和功率源。
[0033]在一个实施例中，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。
[0034]在一个实施例中，所述压电振荡器包括石英晶体振荡器。
[0035]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。
[0036]在实施例中，石英晶体是AT切型或SC切型。
[0037]在变型中，石英晶体的表面直接暴露于气体。
[0038]在一个实施例中，传感器组件包括驱动电路。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。
[0039]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。
[0040]在一个实施例中，传感器组件包括处理器。
[0041 ] 根据本发明的第三方面，提供一种包括根据第二方面的压力计的减压装置。
[0042]在一个实施例中，减压装置呈压力调节器的形式。
[0043]在一个实施例中，减压装置呈阀或具有集成式压力调节器的阀的形式。[0044]在一个实施例中，压力调节器具有在O巴至5巴之间的压力范围。
[0045]在一个实施例中，压力调节器是电子压力调节器，而且压力计可运行来控制电子压力调节器。
[0046]在一个实施例中，电子压力调节器包括电磁阀，传感器组件可运行来在使用中控制电磁阀。
[0047]在一个实施例中，压力调节器具有在O巴至5巴之间的压力范围。
[0048]根据本发明的第四方面，提供一种能够由可编程处理设备执行的计算机程序产品，其包括用于执行根据第一方面的步骤的一个或多个软件部分。
[0049]根据本发明的第五方面，提供一种计算机可用存储介质，其上存储有根据第四方面的计算机程序产品。
【专利附图】

【附图说明】
[0050]现在将参照附图来详细描述本发明的实施例，其中:
图1是气体罐和调节器组件的示意图；
图2是显示根据本发明的第一实施例的气体罐的上部部分、调节器和压力计组件的示意图；
图3是显示根据本发明的第二实施例的气体罐的上部部分、调节器和压力计组件的示意图；
图4是用于本发明的实施例的驱动电路的示意图；
图5是显示用于本发明的实施例的备选驱动电路的示意图；
图6显示关于多种不同气体的、在Y轴上的石英晶体频率(kHz)随密度(kg/m3)而改变的图表
图7显示关于用于低压的浸没在ferromax 15 (包括82.5%的Ar、15%的CO2和2.5%的O2)中的石英晶体振荡器的、在Y轴上的频率变化(单位为kHz)随X轴上的压力(巴(表压))而改变的图表；
图8显示关于用于高压的浸没在ferromax 15 (包括82.5%的Ar、15%的CO2和2.5%的O2)中的石英晶体振荡器的、在Y轴上的频率变化(单位为kHz)随X轴上的压力(巴(表压))而改变的图表；
图9是示出根据描述的实施例的方法的流程图；
图10显示不同晶体类型的频率行为的图表；
图11是显示包括两个石英晶体的备选传感器组件的示意图；以及 图12是显示包括两个石英晶体的另一个备选传感器组件的示意图；以及 图13显示使用远程电子数据单元的备选组件。
【具体实施方式】
[0051]图1显示气体罐组件10、调节器和压力计的示意图。气体罐组件10包括气体罐100，气体罐具有气体罐本体102和阀104。气体罐本体102包括大体圆柱形的压力容器，其具有平的基部102a，基部布置成使得能够气体罐10能够独立地竖立在平坦表面上。
[0052]气体罐本体102由钢、铝和/或复合材料形成，并且适于和布置成经受住高达大约900巴(表压)的内部压力。孔口 106位于气体罐本体102的与基部102a相对的近端处，并且包括适于接收阀104的螺纹(未显示)。
[0053]气体罐100限定具有内部容积V的压力容器。任何适当的流体都可容纳在气体罐100内。但是，本实施例涉及(但不独有地限于)没有杂质(诸如灰尘和/或水分)的纯化永久气体。这样的气体的非穷尽性示例可为:氧、氮、氩、氦、氢、甲烷、三氯化氮、一氧化碳、氪或氖。
[0054]阀104包括壳体108、出口 110、阀本体112和阀座114。壳体108包括用于与气体罐本体102的孔口 106接合的互补螺纹。出口 110适于且布置成使得气体罐100能够连接到气体组件中的其它构件上；例如，软管、管道，或另外的压力阀或调节器。可选地，阀104可包括VIPR(具有集成压力调节器的阀)。在此情形中，可以可选地省略调节器150 (稍后描述)。
[0055]阀本体112可借助于可握持把手116的旋转而沿轴向调节向或调节远离阀座114，以选择性地打开或关闭出口 110。换句话说，阀本体112朝向或远离阀座112的移动选择性控制气体罐本体102的内部和出口 110之间的连通通路的面积。这又控制从气体罐组件100的内部到外部环境的气体流。
[0056]调节器150位于出口 110的下游。调节器150具有入口 152和出口 154。调节器150的入口 152连接到入口管156上，入口管在气体罐100的出口 110和调节器150之间提供连通路径。调节器150的入口 152布置成接收来自气体罐100的出口 110的高压气体。这可为任何适当的压力；但是，大体上，离开出口 110的气体的压力将超过20巴，而且很可能在100巴-900巴的范围内。
[0057]出口 154连接到出口管158上。联接件160位于出口管158的远端处，并且适于连接到需要气体的另一个管或装置(未显示)上。
[0058]压力计组件200定位成在出口 154和联接件160之间与出口管158连通。压力计组件200位于调节器150的下游不远处，并且布置成确定调节器150下游的气体的压力。
[0059]在图2中更详细地显示调节器150和压力计组件200。
[0060]在这个实施例中，调节器150包括单个膜片调节器。但是，本领域技术人员将容易地认识到可用于本发明的变型；例如，两个膜片调节器或其它组件。
[0061]调节器150包括与入口 152和出口 154连通的阀区域162。阀区域162包括位于阀座166附近的提升阀164。提升阀164连接到膜片168上，膜片构造成使得提升阀164能够平移向和平移远离阀座166，以分别关闭和打开它们之间的孔口 170。
[0062]膜片168被位于轴174周围的弹簧172弹性地偏置。提供可握持把手176，以使得用户能够调节弹簧172的偏置力，从而移动膜片168的位置，并且因此，调节提升阀164和阀座166之间的平衡间隙。这使得能够调节来自出口 110的高压气体流可传送通过其中的孔口 170的尺寸。
[0063]调节器150可运行来接收来自出口 110的处于满罐压力(例如100巴)的气体，但以基本恒定的固定低压(例如5巴)将气体输送到出口 154。这由反馈机构实现，其中，在孔口 170下游的气体的压力可运行来以与弹簧172的偏置力相反的方式对膜片168起作用。
[0064]因此，如果膜片168附近的区域中的气体的压力超过规定水平，则膜片168可运行来向上移动(相对于图2)。因此，提升阀164移动得更接近阀座166，从而减小孔口 170的大小，并且因此，限制从入口 152到出口 154的气体流。
[0065]压力计组件200包括壳体202和传感器组件204。壳体202可包含任何适当的材料；例如钢、铝或复合材料。壳体具有内部206，内部206通过短的馈送管208而与出口管158的内部连通。因此，壳体202的内部206与出口管158的内部处于相同的压力。在使用中，壳体202大体与外部大气密封和隔尚开。
[0066]备选地，可提供壳体202作为出口管158的一部分。例如，出口管158的一部分可加宽，以容纳传感器组件204。备选地，仅传感器组件204的一部分可位于管158内，其余部分位于其外部或与其隔开。
[0067]另外，壳体202可形成调节器150的组成部分。例如，传感器组件204可完全位于调节器150的出口 154内。本领域技术人员将容易地认识到落在本发明的范围内的变型和
备选方案。
[0068]传感器组件204包括连接到驱动电路212上的石英晶体振荡器210、温度传感器214和电池216。这些构件位于壳体202内。
[0069]将在后面参照图4和5来详细描述驱动电路212和石英晶体振荡器210。温度传感器214包括热敏电阻器。可使用任何适当的热敏电阻器。不需要热敏电阻器的高精度。例如，对于这个实施例，0.5°C的精度是合适的。因此，可使用廉价且小型的构件。但是，在某些情况下，可省略温度传感器214。例如，在其中温度很可能众所周知(例如处于室温)的情形中，或者如果温度测量的精度对于应用不是至关重要的话(例如可假设温度位于特定范围内)。
[0070]在这个实施例中，石英晶体振荡器210定位成与来自高压气体源的气体连通。换句话说，石英晶体振荡器210与来自气体源的气体接触，并且暴露于该气体。可单独地提供处理器230 (在图3中显示)，或者提供处理器作为驱动电路212的一部分。这将在后面描述。
[0071]在这个组件中，石英晶体振荡器210恒定地处于压力计组件200的壳体202内的等静压力下，并且因此，不会经受压力梯度。换句话说，源自外部大气和压力计组件200的内部构件之间的压差的任何机械应力都跨过壳体202。
[0072]在图2的实施例中，整个传感器组件204都位于壳体202内。因此，石英晶体振荡器210、驱动电路212 (和处理器230，如果提供了的话)和电池216全部都位于压力计组件200的壳体202的内部210内。换句话说，传感器组件204的所有构件都完全浸没在气体中，并且处于壳体202内的等静气体压力下。
[0073]但是，不是必须这样。例如，可仅石英晶体振荡器210和温度传感器214位于壳体202内，传感器组件204的其余部分位于其外部。
[0074]发明人已经发现，传感器组件204的仅少数构件对高压敏感。特别地，诸如电池的较大的构件可容易受高压的影响。但是，已经发现，锂离子电池在气体罐100内遇到的高压下工作特别良好。因此，电池216包括锂离子电池。但是，本领域技术人员将容易地构想到备选的适当功率源。
[0075]当配置调节器150时，传感器组件204完全定位在壳体202内会提供额外的灵活性。特别地，较脆弱的电子构件完全定位在壳体202的结实的金属壁或复合壁内会提供相当大的保护，以防环境或意外损害。例如，在其中包括调节器150的气体罐100位于其它气体罐100、重型机器或粗糙表面附近的存储区域或仓库中，这是特别重要的。
[0076]另外，传感器组件204的内部定位保护电子构件不受诸如盐、水和其它污染物的环境条件的影响。例如，这将允许使用对盐和水损害高度敏感的高阻抗电路作为传感器组件204的一部分。
[0077]传感器组件204的内部定位的好处对于诸如石英晶体振荡器210的固态传感器装置是特有的。例如，无法照这样定位诸如波尔登压力计的传统压力传感器。虽然基于晶体的传感器可完全浸没在处于恒定的压力的气体中运行，但传统的压力传感器无法测量等静压力，并且需要压力梯度来工作。因此，传统压力计必须位于待测量的高压和大气之间。这就增加了压力计的外部构件受损的风险。
[0078]在图3中显示本发明的第二实施例。图3中显示的第二实施例的与图2的第一实施例相同的特征分配有相同参考标号，并且在这里不会再次描述。
[0079]在图3的实施例中，调节器250不同于图2的实施例的调节器150，因为调节器250布置成借助于电磁阀252，对来自出口 154的气体提供自动控制。电磁阀252包括电枢254，电枢能够响应于通过电磁阀252的线圈(未显不)的电流而移动。电枢254能够移动，以打开或关闭提升阀164，并且因此，打开或关闭孔口 170。
[0080]图3中显示的电磁阀252处于常开状态。换句话说，在没有电流通过电磁阀252时，电枢254处于伸出位置,使得提升阀164打开，即，孔口 170打开。如果电流施加于电磁阀252，电枢254将缩回，而且提升阀164将关闭。
[0081]本领域技术人员将容易地认识到可用于本发明的电磁阀的备选变型。例如，不是直接对提升阀164起作用，电枢254而是可直接对膜片起作用，诸如图2中显示的膜片168。备选地，电枢254可控制通过与出口 154连通的狭窄导管的流，以便调节膜片168的移动。这种组件被称为膜片引导阀。备选地，可消除提升阀，并且膜片可为直接控制从入口 152到出口 154的气体流的阀部件。
[0082]第二实施例包括压力计组件260。为了清楚，与压力计组件200相同的压力计组件260的构件分配有相同的参考标号。
[0083]压力计组件260基本类似于第一实施例的压力计组件200。但是，压力计组件260进一步包括电子式螺线管驱动器262，其连接到电磁阀252和传感器组件204上。螺线管驱动器262布置成接收来自传感器组件204的信号，以及响应于那个信号来控制电磁阀252。因此，压力计组件260可运行来控制通过调节器250的气体流。换句话说，压力计组件260和电磁阀252形成反馈回路，反馈回路允许精确且远程地调节出口 154下游的压力。这特别适用于其中需要对压力流进行远程管理的情形，例如，在诸如焊接机的自动应用中。
[0084]螺线管驱动器262可包括用于控制电磁阀252的任何适当的驱动电路。一个适当的电路可为运算放大器组件，其具有从传感器组件204到运算放大器的负端的输入。因此，可变电阻器可附连到负端上。可变电阻器可布置成提供恒定的基准电平，并且用作比较器。基准电平可自动或手动地改变。
[0085]从传感器组件204到螺线管驱动器262的输入将使电磁阀252操作。例如，如果来自传感器组件204(或者，备选地，处理器230)的输入信号超过特定的阈值水平，则螺线管驱动器262可激励电磁阀252。可用数字(即，开或关)方式控制电磁阀252，其中，DC电压在最大值和最小值之间改变。备选地，来自螺线管驱动器262的DC电压可持续地改变，以精确地调节提升阀164的位置。
[0086]另外或备选地，螺线管驱动器262可借助于DC输出(包括AC成分)来控制电磁阀252。由于电枢254从电磁阀252的伸出大致与施加的电流成比例，所以这使电磁阀252的电枢254振荡。这样的振荡会减轻电枢254的静摩擦，即，协助防止电枢254卡住或阻塞。
[0087]备选地，可在合适的时候使用诸如FET、处理器或ASIC的其它控制组件来控制电磁阀252的操作。另外，电磁阀252可在数字(8卩，开/关)或模拟(即，持续地改变)模式中运行，以使得提升阀164能够精确地移动等。
[0088]在图3中，显示压力计组件260的主要构件与调节器250分开。在这种情形中，可借助于传感器组件204和螺线管驱动器252之间的无线通信来远程地控制调节器250。但是，这不是必要的。例如，压力计组件260可完全结合到调节器250中，以及形成其组成部分。因此，压力计组件260和调节器250可形成整体的自调节构件，其可定位在气体源的出口处，并且可远程地和自动地控制从中流出的气体的压力。
[0089]现在将参照图4和5来更详细描述传感器组件204。石英晶体振荡器210包括切割石英的小、薄部分。石英会展现压电行为，即，在晶体上施加电压会使晶体改变形状，从而产生机械力。相反，在晶体上施加机械力会产生电荷。
[0090]使石英晶体振荡器210的两个平行表面金属化，以便在晶体上提供电连接。当借助于金属触头在晶体上施加电压时，晶体会改变形状。通过对晶体施加交流电压，可使晶体振荡。
[0091]石英晶体的物理大小和厚度决定石英晶体的特性或共振频率。实际上，晶体210的特性或共振频率与两个金属化表面之间的物理厚度成反比。石英晶体振荡器在本领域中是众所周知的，所以在这里不进一步描述石英晶体振荡器210的结构。
[0092]石英晶体的谐振频率将取决于晶体位于其中的环境而改变。在真空中，晶体将具有特定的频率。但是，这个频率将在不同的环境中改变。例如，在流体中，晶体的振动将被周围分子阻尼，而且这将影响共振频率和使晶体以给定振幅振荡所需的能量。
[0093]另外，周围物质淀积到晶体上将影响振动晶体的质量，从而改变共振频率。这会对常用的选择性气体分析器形成基础，在选择性气体分析器中，吸收层形成于晶体上，并且在质量上随着气体被吸收而提高。
[0094]但是，在现在的情况下，在石英晶体振荡器210上没有施加涂层。实际上，在现在的情况下，材料吸收或淀积到石英晶体振荡器210上是不合需要的，因为测量的精度可受到影响。
[0095]本实施例的石英晶体振荡器210为音叉形，并且包括大约5mm长的成对的叉210a (图4)，叉210a布置成以32.768 kHz的共振频率振荡。叉210a形成于石英的平坦部分中。音叉的叉210a通常在它们的基本模式中振荡，其中，它们以共振频率同步地移动向彼此和移动远离彼此。
[0096]熔凝(或非晶体)石英具有非常低的依赖于温度的膨胀系数和低的弹性系数。这会降低基本频率对温度的依赖性，如将显示的那样，温度作用是最小的。
[0097]另外，使用AT切型或SC切型的石英是合乎需要的。换句话说，以特定的选定的角度切割石英的平坦部分，使得振荡频率的温度系数可布置成在室温附近为具有宽峰的抛物线。因此，晶体振荡器可布置成使得在峰的顶部处的斜率正好为零。
[0098]通常可用较低的费用获得这样的晶体。与大部分在真空中使用的石英晶体振荡器相比,在本实施例中，石英晶体振荡器210暴露于壳体202中的加压气体。
[0099]在图4中显示用于驱动石英晶体振荡器210的驱动电路212。驱动电路212必须满足多个特定标准。首先，本发明的石英晶体振荡器210可暴露于一定范围的气体压力；潜在地，压力可从大气压力(当气体罐100为空的时)变化到大约900巴(表压)，如果气体罐含有诸如氢的加压气体的话。因而，石英晶体202需要在宽范围的压力下运行(以及在非使用时期之后重新启动)。
[0100]因此，石英晶体振荡器210的品质(Q)因数将在使用期间有相当大的变化。Q因数是与振荡器或共振器的阻尼速率有关的无量纲参数。同等地，它可表征共振器的与其中心频率有关的带宽。
[0101]大体上，振荡器的Q因数越高，与振荡器的存储能量有关的能量损耗速率就越低。换句话说，在没有外部力的情况下，高Q因数振荡器的振荡在幅度上减小得较慢。具有较高的Q因数的正弦驱动式共振器在共振频率下以较大的幅度共振，但围绕它们共振的频率具有较小的频率带宽。
[0102]驱动电路212必须能够驱动石英晶体振荡器210，而不管Q因数的变化如何。随着气体罐100中的压力增大，石英晶体振荡器210的振荡将变得越来越被阻尼，而且Q因数将降低。降低的Q因数需要驱动电路212中的放大器提供较高的增益。但是，如果驱动电路212提供的放大太高，则来自石英晶体振荡器210的响应可变得难以区分。在这种情况下，驱动电路212可仅以不相关的频率振荡，或者以石英晶体振荡器210的非基本I旲式的频率振荡。
[0103]作为另一个限制，驱动电路212必须为低功率，以便在有或没有补充功率(诸如光伏电池)的情况下，以低功率的小型电池长久地运行。
[0104]现在将参照图4来描述驱动电路212。为了驱动石英晶体振荡器210，驱动电路212基本获得来自石英晶体振荡器210的电压信号，将其放大，并且将那个信号馈送回石英晶体振荡器210。石英晶体振荡器210的基本共振频率基本上是石英的膨胀和收缩速率的函数。这大体由晶体的切型和大小确定。
[0105]但是，外部因数也会影响共振频率。当产生的输出频率的能量匹配电路中的损耗时，可维持振荡。驱动电路212布置成检测和保持这个振荡频率。频率然后可由处理器230测量，用来计算用户所需的气体的合适属性，而且如果需要的话，输出到适当的显示器件(如将在后面描述的那样)。
[0106]驱动电路212由6V的电池216驱动。在这个实施例中，电池216包括锂离子电池。但是，备选功率源对本领域技术人员将是容易显而易见的；例如，其它电池类型(可充电和不可充电的)，以及太阳能电池组件。
[0107]驱动电路212进一步包括复合晶体管对共射放大器218。复合晶体管对包括由两个双极NPN晶体管D1和D2组成的复合结构，双极NPN晶体管配置成使得被晶体管中的第一个放大的电流进一步被第二个晶体管放大。当与被分开的各个晶体管相比时，此配置使得能够获得更高的电流增益。备选地，可使用PNP双极晶体管。
[0108]复合晶体管对218布置成与单晶体管(T1)共射放大器220呈反馈构造。图5中显示了 NPN双极结晶体管。但是，本领域技术人员将认识到可使用的备选晶体管组件；例如，双极结PNP晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
[0109]作为变型，可在复合晶体管对218和共射放大器220之间的反馈回路中实现自动增益控制(未显示)。这可采取电位计、可变电阻器或定位成代替例如图4中显示的最右边的22k电阻器的其它适当的构件的形式。
[0110]自动增益控制使得能够补偿Q因子随压力的变化和供应电压的变化(例如，在电量低的电池条件下)。自动增益控制可特别适用于低压应用。
[0111]驱动电路212包括另外的NPN射随晶体管T2，其用作缓冲放大器222。缓冲放大器222布置成用作电路和外部环境之间的缓冲器。但是，这个特征是可选的，而且可能不需要；例如，FET可直接连接到驱动电路212上。
[0112]电容器224定位成与石英晶体振荡器210串联。在这个示例中，电容器224具有100 pF的值，并且使得驱动电路212能够在晶体已经被例如盐或其它淀积材料污染的情况下驱动石英晶体振荡器210。
[0113]另外，可优化驱动电路212，以快速地启动石英晶体振荡器210。为了实现这一点，另一个电阻器和另一个电容器可连接在晶体管D1的基极和地面之间。这些构件可包括例如10 M Ω的电阻器和10 nF的电容器。
[0114]现在将参照图5来描述备选驱动电路240。图6中显示的驱动电路配置成类似于皮尔斯振荡器。从数字IC时钟振荡器得知皮尔斯振荡器。基本上，驱动电路240包括单个数字逆变器(呈晶体管的形式)T、三个电阻器Rp R2和Rs、两个电容器Cp C2和石英晶体振荡器210。
[0115]在这个组件中，石英晶体振荡器210用作高选择性滤波器元件。电阻器R1用作晶体管T的负载电阻器。电阻器R2用作反馈电阻器，从而使逆变器T在其线性运行区域中有偏压。这有效地使得逆变器T能够用作高增益逆变放大器。另一个电阻器Rs在逆变器T的输出和石英晶体振荡器210之间用来限制增益，以及阻尼电路中的不合需要的振荡。
[0116]石英晶体共振器210与CdP C2共同形成Pi网络带通滤波器。这使得大约在石英晶体振荡器的共振频率下能够有180度相移以及从输出到输入的电压增益。上面描述的驱动电路240可靠，且制造起来廉价，因为它包括较少构件。
[0117]驱动电路240的增益大体低于驱动电路212的增益。当石英晶体振荡器210暴露于高压时，较低的增益可使得重新启动石英晶体振荡器210更困难。但是，在本申请中，由于其中很可能使用压力计组件200、260的大体低压的环境的原因，电路240是特别有吸引力的。
[0118]如上面论述的那样，传感器组件204可包括接收来自石英晶体振荡器210和驱动电路212的输入的处理器230。处理器230可包括任何适当的组件。处理器230可包括微处理器或中央处理单元(CPU)，或者可包括特定用途集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。备选地，处理器230可只是一系列逻辑门，或配置成执行上面描述的实施例中需要的必要计算的其它简单的处理器。
[0119]当与石英晶体振荡器210—起使用时，处理器230可配置成测量来自驱动电路212的信号的频率f或周期。这可通过以下方式实现:例如在固定的时间里对振荡计数，并且使用算法或查找表将那个频率转换成密度值。这个值传送到处理器230。[0120]可选地，处理器230可设计成在所有压力计组件200中大规模生产成相同的，软件和硬件的不同特征使得能够用于不同的气体。
[0121]另外，处理器230还可配置成通过实施待机或“睡眠”模式来最大程度地降低功率消耗，待机或“睡眠”模式可覆盖处理器230和额外的构件，诸如驱动电路212和石英晶体振荡器210。
[0122]可实施各种方案；例如，处理器230可每11秒待机10秒。另外，处理器230可控制石英晶体振荡器210和驱动电路212，使得这些构件在大多数时间里是待机的，仅每30秒打开较缺乏功率的构件'h秒。
[0123]另外，压力计组件200可连接到天线(未显示)上，以与例如基站进行远程通信。这将在后面进行论述。在这种情况下，天线可借助于接线或等效连接器而位于壳体202的内部或外部。天线本身可适于且布置成使用任何适当的通信协议；例如，非穷尽性列表可为RFID、蓝牙、红外(IR)，802.11无线，频率调制(FM)发射或蜂窝网络。
[0124]备选地，可进行单线通信。单线通信仅需要单个金属导体来进行通信:借助于通过通信装置之间的空气的电容性耦合来提供电路的“回行”路径。本领域技术人员将容易地认识到可用于本文论述 的实施例的天线(和相关联的发射硬件)的备选方案。
[0125]但是，远程通信在没有明确需要外部架空线或天线的情况下也是可行的。例如，可借助于来自壳体202内的声学发射来实现通信。声学发射可由位于壳体202内的发射器实现。发射器可包括例如简单的频率固定的压电共振器。
[0126]还需要互补的接收器，而且这个构件可位于压力计组件200远处，并且可包括诸如例如与话筒集成的锁相回路音调检测器的硬件。这种声学组件提供这样的优点，即，不需要馈通件(在外部天线的情况下则需要)，而且所有电子构件都可完全位于压力计组件200的壳体202内。
[0127]现在将参照图6至8来描述压力计组件200的理论和运行。
[0128]石英晶体振荡器210具有取决于其所处的流体的密度的共振频率。使振荡的音叉型晶体振荡器暴露于气体会使晶体的共振频率有改变和阻尼(当与真空中的晶体的共振频率相比时)。对此有多种原因。虽然气体对晶体的振荡有阻尼作用，但气体会粘附到音叉晶体振荡器210的振动的叉210a上，这会增加振荡器的质量。这导致石英晶体振荡器的共振频率根据一侧固定弹性梁的运动而减小:
Δω Ot ^ 3、
D — = ——(ct + c,-]
c% 2pw#
其中，$是共振角频率的相对变化，是气体密度，t是石英振荡器的厚度，n是石英
%PPci
振荡器的密度，而W是尖叉的宽度，C1和C2是取决于几何结构的常数，而3是气体的表面层的厚度，其由以下限定:
2)d = I——
其中，Η是依赖于温度的气体粘度。
[0129]公式I)的两部分与下者有关:a)添加到石英晶体振荡器210的叉上的气体质量；以及b)在振荡期间在叉的最外层上引起的剪切力。
[0130]因而可按照频率来改写公式，并且将其简化为:
3)Af = Ap ^ B^p +C
其中,a =B=以及c是偏移常数，而Α是真空中的晶体的自然共
振频率。
[0131]发明人已经发现，可通过近似法来获得适当地良好的近似:
4)Δ/' ~ 郝
因此，对于良好近似，频率变化与石英晶体振荡器所暴露于的气体的密度变化成比例。图6显示了，对于多种不同的气体/气体混合物，石英晶体振荡器210的共振频率随密度而线性地改变。
[0132]大体上，石英晶体振荡器210的灵敏度为，例如，当与大气压力相比时，在处于250巴的氧气(具有原子质量数32)的情况下，有5%的频率变化。这样的压力和气体密度对于用于永久气体的存储罐是典型的，对于大多数气体，该存储罐通常介于137巴(表压)和450巴(表压)之间，而对于氦和氢，则高达700巴(表压)或900巴(表压)。
[0133]另外，石英晶体振荡器210特 别适合用作在商业上供应的气体的传感器。首先，为了精确地感测气体的密度，使气体没有灰尘和液滴是必要的，在商业上供应的气体对此有保证，但对于空气，或者一般在压力监测情况下就没有保证了。
[0134]以上示出了，对于良好近似，石英晶体振荡器210的频率响应与密度成比例。但是，为了测量压力，需要得出压力和密度之间的关系。根据以下来确定这一点:
5)PV=nRT
其中，P是气体的压力，V是气体的体积，η是气体的摩尔数，R是气体常数，而T是温度。继续:
6)P ^ —
K
以及
M
7)MW= =
η
其中，丽是气体的分子量，而M是气体的质量。因此，替换公式5)中的V得到:
8)
Mlf
因此，对于气体的已知分子量(或者在已知混合物的情况下，气体的平均分子量)，可从气体的密度和气体的温度中精确地得出气体的压力。
[0135]以上近似假设气体的可压缩性Z等于一。在传统组件中，这个近似仅适用于其中直接测量压力的低压情况。在高压下，可压缩性Z不像对理想气体所预期的那样与气体压力成比例。因此，必须针对可压缩性来校正诸如波尔登压力计的传统压力计，以便正确地读取处于高压的气体罐的含量-气体质量。前面显示了在测量密度时，石英晶体振荡器210针对可压缩性Z而内在地被校正。但当在高压力值下测量压力时，必须针对Z来校正石英压力计。[0136]图7和8示出石英晶体振荡器210的频率响应随压力而改变。图7显示关于0_6巴(表压)的范围中的压力的、在Y轴上的石英晶体振荡器210的频率变化(单位为kHz)随X轴上的压力(巴(表压))而改变的图表。图8显示关于0-300巴(表压)的范围中的压力的、在Y轴上的石英晶体振荡器210的频率变化(单位为kHz)随X轴上的压力(巴(表压))而改变的图表。在两种情况下，所使用的气体都是Ferromax 15，其包括82.5%的Ar、15% 的 CO2 和 2.5% 的 O2。
[0137]如图7和8中示出的那样，对于良好近似，石英晶体振荡器210的频率变化Λ f在两个压力数量级上与压力呈线性。因此，如果气体的温度和分子量是已知的，则石英晶体振荡器210可运行来用作精确的压力计。
[0138]如前面描述的那样，可使用廉价且广泛可用的构件(诸如热敏电阻器)来容易地测量温度。另外，在永久气体以封装在气体罐中的方式供应给顾客的情况下，气体的分子量(或者气体的同质混合物的平均分子量)大体是广为人知的。
[0139]因此，虽然如果气体不均匀-例如，如果气体是不均匀的混合物，例如部分地填充有液体的罐，或者轻气体和重气体的新近准备好的且混合不充分的混合物，上面描述的方法可能不精确，但在大多数封装气体应用中不大可能出现这种情形。
[0140]另外，令人惊讶的是，石英晶体振荡器210可在O到300巴(表压)之间的压力范围内运行，但是足够精确来可靠地测量比这个范围的上限低两个数量级的压力值。这个属性使石英晶体振荡器210特别适合用作压力计，作为压力计组件200的一部分。
[0141]这是因为压力计组件200能够可靠且精确地测量典型地可在低压应用(例如在O巴(表压)和大约5巴(表压)之间)中测量的小的压力变化，诸如在调节器150的下游不远处的那个。
[0142]上面描述的组件特别适合测量其中在使用期间有出现高压的风险的低压。由于石英晶体振荡器210是固态构件，并且可在高达900巴的压力下运行，所以如果在出口管158中出现初始过压条件，则传感器组件204将不受影响，并且将继续如需要的那样运行。换句话说，发明人已经研制出可完全耐受对高压的暴露的精确低压计。
[0143]相比之下，传统压力计(诸如波尔登压力计)将被永久地损害，并且在暴露于甚至高压气体的短暂脉冲时都可失效，诸如可发生在“蠕变”状况期间，或者当气体罐首次运行时。
[0144]另外，本发明的组件使得压力测量能够有非常高的精度，分辨率达百万分之一份。与石英密度传感器210对密度和高压的线性响应结合，高精度使得能够精确地测量甚至非常轻的气体，诸如H2和He。
[0145]另外，如果考虑到可压缩性，则相同压力计能够在没有任何修改的情况下读取甚至更高的压力。相比之下，传统压力计仅适于特定的压力范围，并且为了读取不同的压力范围，必须更换压力计。
[0146]现在将参照图9来描述根据本发明的实施例的方法。下面描述的方法适用于上面描述的第一和第二实施例两者。
[0147]步骤300:初始化测量
在步骤300处，初始化对出口 158下游的气体的压力的测量。例如，这可通过用户按压气体罐100的外部的按钮而启动。备选地，可借助于远程连接来启动测量，例如，通过无线网络而发送的且由压力计组件200通过天线而接收的信号。
[0148]作为另一个备选方案或添加方案，压力计组件200可配置成远程地初始化，或者用定时器初始化。方法前进到步骤302。
[0149]步骤302:驱动石英晶体振荡器
一旦初始化之后，驱动电路212就用来驱动石英晶体振荡器210。在初始化期间，驱动电路212在晶体210上施加随机噪声AC电压。随机电压的至少一部分将处于适当的频率，以使晶体210振荡。然后晶体210将开始与那个信号同步地振荡。
[0150]借助于压电效应，石英晶体振荡器210的运动然后将在石英晶体振荡器210的共振频带中产生电压。然后驱动电路212放大石英晶体振荡器210所产生的信号，使得在石英晶体共振器202的频带中产生的信号支配驱动电路212的输出。石英晶体的狭窄共振带过滤掉所有不必要的频率，而驱动电路212则以基本共振频率f驱动石英晶体振荡器210。一旦石英晶体振荡器210已经在特定的共振频率下稳定之后，方法就前进到步骤304。
[0151]步骤304:测量石英晶体振荡器的共振频率
共振频率f取决于壳体内的压力条件。壳体202的内部206中的压力条件又表示调节器150的出口 154下游的压力条件。
[0152]在本实施例中，对于良好近似，共振频率变化与壳体202的内部206中的气体压力的幅度成比例，并且将随压力升高而减小。
[0153]为了进行测量，测量石英晶体振荡器210的频率达大约I秒的时段。这是要使得读数能够稳定，以及对足够的振荡计数，以便确定精确的测量。在处理器230中执行对频率的测量。处理器230还可记录测量开始时的时间！\。
[0154]一旦已经测量频率，方法就前进到步骤306。
[0155]步骤306:测量气体的温度
在步骤306处，温度传感器214测量壳体202内的气体的温度。进行这个测量是为了根据步骤304中测得的频率变化来计算压力。
[0156]温度测量不必特别精确。例如，如果温度传感器214精确到0.5°C，则这对应于为步骤308中计算压力所需的绝对温度值的仅大约六百分之一(假设为正常大气温度)的误差。
[0157]但是，在某些情况下，可省略温度传感器214。例如，在其中温度很可能众所周知(例如处于室温)的情形中，或者如果温度测量的精度对于应用不是至关重要的(例如可假设温度位于特定范围内)。在这种情况下，步骤306中的温度确定可认为处理器230所存储的特定温度值的分配，并且在后面的步骤中用于计算压力。
[0158]步骤308:确定气体的出口压力
一旦已经在步骤304中满意地测量了石英晶体振荡器210的频率，以及在步骤306中测量了温度，则处理器230计算壳体202的内部206内的气体的压力。
[0159]使用上面的公式8)来完成这一点，其中，可直接根据所述气体的密度、温度和分子量来计算气体的压力P。因此，已知在步骤304中测得的共振频率，步骤306中测得的壳体202中的气体的已知温度T，以及气体的已知分子量(或者气体的混合物的平均分子量)，就可精确地测量压力。然后方法前进到步骤310。
[0160]步骤310:传送和存储结果可用多种方式显示气体的压力。例如，附连到壳体202或调节器150上的屏幕(未显示)可显示调节器150的出口 154下游的气体的压力。在备选方案中，压力测量可远程地传送到基站或位于相邻装置上的仪表，如将在后面描述的那样。
[0161]一旦已经确定的气体的压力，压力可记录在与压力计组件200的处理器230相关联的内部存储器中供今后读取。作为又一个备选方案，在时间T1的气体的压力可存储在所述处理器230本地的存储器中，以产生时间日志。
[0162]然后方法前进到步骤312。
[0163]步骤312:降低传感器组件的功率
不必始终使压力计组件200保持运行。相反，通过在不使用时关闭压力计组件200来降低功率消耗是有益的。这可延长电池216的寿命。
[0164]驱动电路212的配置使得石英晶体振荡器210能够重新启动，而不管壳体202中的气体压力如何。因此，压力计组件200可在需要时关闭，以便节省电池功率。
[0165]以上实施例的变型对本领域人员将是显而易见的。硬件和软件构件的确切配置可有所不同，但仍然落在本发明的范围内。本领域技术人员将容易地认识到可使用的备选配置。
[0166]例如，上面描述的实施例使用了具有32.768 kHz的基本频率的石英晶体振荡器。但是，可使用以备选频率运行的晶体。例如，以60 kHz和100 kHz运行的石英晶体振荡器可用于上面描述的实施例。在图10 中显示了显示关于不同的晶体，频率随密度而改变的图表。作为另一个不例，可使用以1.8 kHz的频率运行的晶体振荡器。
[0167]较高的频率运行使得能够更频繁地监测压力，因为需要较短时段来对给定数量的循环取样。
[0168]另外，较高频率的晶体使得能够在晶体的“睡眠”模式中使用较少工作循环。以说明的方式，在大多数情况下，晶体和驱动电路在大部分时间将关闭，仅打开几秒或在需要测量时打开。例如，这可一分钟发生一次。当使用较高频率的晶体时，可较快速地测量压力。因此，可减少其中晶体运行的时间。这可降低功率消耗，以及相伴地改进电池寿命。
[0169]参照图11来描述另一个变型。在图11中显示传感器组件400。传感器组件400包括第一石英晶体振荡器402和第二石英晶体振荡器404。第一石英晶体振荡器402由驱动电路408驱动。第二石英晶体振荡器404由驱动电路410驱动。
[0170]第一石英晶体振荡器402和第二石英晶体振荡器404在它们的灵敏度系数σ上有所不同，其中
9)σ
P
其中，Δ/是石英晶体振荡器402、404的频率变化，而P是被测量的气体的压力。第一石英晶体振荡器402可具有大灵敏度系数σ 1;从而允许频率随压力有大的变化。但是,这种晶体可能不适合高压运行，其中，过度阻尼(即，Q因数的损耗)会降低这种晶体的性能。因此，提供具有较低的灵敏度系数σ2(其中σ Ao2)的第二石英晶体振荡器404，使得能够可靠地测量高压。
[0171]其中具有两个晶体可为有用的另一种情形是在存在一个或两个晶体都被永久或暂时地污染的危险的情况下。这里指示了使用两个相同的晶体。污染将影响两个晶体，但由于它们在气体路径中的不同位置处，这将几乎始终略有不同。
[0172]在正确运行中，它们两者都将提供相同频率。但是，在污染的情况下，它们两者都将指示错误频率，但由于它们处于不同的污染水平，指示不同的错误频率:可对用户指示这个差异，作为警告:在永久污染的情况下，传感器组件需要清洁或更换，以及压力指示在任何情况下可能不精确。
[0173]可提供电子开关412，其使得能够选择石英晶体振荡器452、454中的一个，这取决于是进行低压测量还是高压测量。对于传统压力计(诸如波尔登压力计)，无法实现这种自适应性，传统压力计必须更换不同的压力计来测量不同的压力范围。
[0174]另外，已经通过测量石英晶体振荡器的绝对频率来描述了以上实施例。但是，在结合在与气体罐相关联的调节器中的自持式电子器件中，通过比较那个频率与同一类型但密闭在真空或压力壳体中的基准晶体来测量传感器的频率变化可为有利的。压力壳体可包含处于选定密度的气体、处于大气条件的气体，或者可对气体罐外部的大气开放。
[0175]图12中显示适当的传感器组件450。传感器组件450包括第一石英晶体振荡器452和第二石英晶体振荡器454。第一石英晶体振荡器452是位于在真空下的密封容器456内的基准晶体。第一石英晶体振荡器452由驱动电路458驱动。
[0176]第二石英晶体振荡器454是类似于前面的实施例中描述的晶体210的晶体。第二石英晶体振荡器454暴露于壳体202内的气体环境。第二石英晶体振荡器454由驱动电路460驱动。
[0177]可使用电子混合器电路464来执行这个比较，电子混合器电路464结合两个频率信号，并且在等于两个晶体之间的差的频率下产生输出。这个组件使得能够消除由于例如温度而引起的小变化。
[0178]另外，可简化传感器组件204中使用的电路，因为仅需要测量频率差。另外，这种方法特别适合用于高频率(MHz)晶体振荡器，其中，直接测量晶体频率可为困难的。
[0179]另外，测量和显示密度、质量或质量流量所需的所有电子器件都不必安装在壳体202上或安装在壳体202中。例如，电子功能可在永久地安装在罐上的单元和安装在顾客使用站上的或暂时安装在罐的出口上(诸如通常用于传统流量计的位置)的单元之间进行分割。
[0180]参照图13来显示这个组件的示例。该组件包括气体罐组件50,气体罐组件50包括气体罐500、调节器502和压力计组件504。气体罐组件500、调节器502和压力计组件504基本类似于前面基本参照之前的实施例所描述的气体罐组件100、调节器150和压力计组件200。
[0181]在这个实施例中，传感器组件504包括类似于前面的实施例的石英晶体振荡器210和驱动电路212的石英晶体振荡器和驱动电路(未显示)。通过任何适当的远程通信协议来提供天线506进行通信；例如，蓝牙、红外(IR)或RFID。备选地，可使用单线通信。
[0182]作为另一个备选方案，可使用声学通信方法。这样的方法的优点在于，在不需要外部天线506的情况下，可实现远程通信。
[0183]连接管508连接到气体罐500的出口上。连接管终止于快速连接式连接件510。快速连接式连接件510使得连接管道系统或构件能够容易且快速地与气体罐500连接和断开。[0184]提供快速连接单元550来连接到气体罐500上。提供互补的快速连接连接器512来连接到连接器510上。另外，快速连接单元550设有数据单元552。数据单元552包括显示器554，以及用于与压力计组件504的天线506通信的天线556。显示器554可包括例如LCD、LED或日光下可读的显示器，以最大程度地降低功率消耗，以及最大程度地提高显示器的可见度。
[0185]数据单元552可记录气体罐组件50的传感器组件502所测得的各种参数。例如，数据单元552可记录压力与时间。这种记录对于例如焊接承包人可为有用的，焊接承包人想要在对关键构件进行冗长的气体焊接过程期间检查存在足够的压力，或者想要对公司供应关于特定的顾客使用的数据。
[0186]备选地，来自数据单元550的数据可输出到计算机启用式焊机(用于焊接应用)或其它使用气体的装备，以允许计算派生参数，以及警告消息。
[0187]另外，数据单元550可布置成提供以下功能:容纳和显示关于气体压力的数据，即，其焊接类型、焊接金属的类型，或者提供链路，使得移动电话或计算机可获得详细数据；提供多模式运行，例如供应商/填充商模式和顾客模式；对顾客显示与由重新填充罐的气体公司显示的不同的数量；允许输入数据；提供数据，诸如可在罐上以概要的形式携带的罐编号、气体类型、分析证书、顾客历史(谁在什么日期拥有罐)、安全数据和运行提示。
[0188]作为备选方案，所有以上示例都可以可选地处理、存储，或者得自于完全位于气体罐500上(或气体罐500内)的系统，如参照压力计组件200、502所论述的那样。
[0189]虽然已经参照对石英晶体振荡器的使用来描述了以上实施例，但本领域技术人员将容易地认识到也可使用的备选压电材料。例如，非穷尽性列表可包括包含下者的晶体振荡器:钽酸锂、铌酸锂、硼酸锂、块磷铝矿、砷化镓、四硼酸锂、磷酸铝、锗酸铋、多晶钛酸锆陶瓷、高氧化铝陶瓷、硅锌氧化物复合物，或酒石酸二钾。
[0190]特别参照示出的示例来描述了本发明的实施例。虽然在图中显示了具体示例，以及在本文中详细描述了具体示例，但是，应当理解，图和详细描述不意于将本发明局限于公开的特定形式。将理解的是，在本发明的范围内，可对描述的示例进行变型和修改。
【权利要求】
1.一种测量气体的压力的方法，所述方法包括: a)测量与所述气体接触的压电振荡器(210)的振荡频率； b)根据所述压电振荡器的振荡频率、所述气体的已知温度和所述气体的已知分子量来确定所述气体的压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)包括: 借助于驱动电路来驱动所述压电振荡器，使得所述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。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括:使用温度传感器来测量所述气体的温度。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，提供两个压电振荡器，所述压电振荡器中的一个具有比所述压电振荡器中的另一个的灵敏度系数更大的灵敏度系数，并且所述方法进一步包括，在步骤a)之前，选择所述压电振荡器中的一个。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述压电振荡器设置在减压装置的下游。
6.一种用于测量气体的压力的压力计(200 ;260)，所述压力计包括可连接到气体源上且包括内部(206)的壳体(202)，在使用中，所述内部与所述气体连通，所述压力计进一步包括位于所述壳体内且包括压电振荡器(210)的传感器组件(204)，在使用中，所述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所述气体的已知温度和已知分子量来确定所述气体的压力。
7.根据权利要求6所述的压力计，其特征在于，所述传感器组件进一步包括用于测量所述壳体内的气体的温度的温度传感器。
8.根据权利要求6或7中的任一项所述的压力计，其特征在于，所述传感器组件包括用于以所述共振频率驱动所述压电振荡器的驱动电路。
9.根据权利要求8所述的压力计，其特征在于，所述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。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法或压力计，其特征在于，所述压电振荡器包括石英晶体振荡器。
11.一种减压装置，包括根据权利要求6至10中的任一项所述的压力计。
12.根据权利要求11所述的减压装置，其特征在于，呈压力调节器的形式。
13.根据权利要求12所述的减压装置，其特征在于，所述压力调节器是电子压力调节器，并且所述压力计能够运行来控制所述电子压力调节器。
14.根据权利要求13所述的减压装置，其特征在于，所述电子压力调节器包括电磁阀，所述传感器组件能够运行来在使用中控制所述电磁阀。
15.一种能够由可编程处理设备执行的计算机程序产品，包括用于执行根据权利要求1至5中的任一项所述的步骤的一个或多个软件部分。
16.一种计算机可用存储介质，其上存储有根据权利要求15所述的计算机程序产品。
【文档编号】G01L9/00GK103477198SQ201180066238
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2011年11月28日 优先权日:2010年11月29日
【发明者】N·A·道尼, M·贝伦斯 申请人:气体产品与化学公司