用于测量气体的质量流率的方法和设备的制作方法

用于测量气体的质量流率的方法和设备的制作方法
【专利摘要】提供一种用于测量气体的质量流率的量计，量计包括导管，在使用中，气体流过导管，导管具有限流孔，在使用中，通过限流孔而出现扼流，限流孔将导管分成在所述孔上游的上游部分和在所述孔下游的下游部分，量计进一步包括传感器组件，传感器组件包括：第一压电晶体振荡器，其在所述上游部分中，使得在使用量计时，所述第一压电振荡器与所述气体接触；第二压电晶体振荡器，其在所述下游部分中，使得在使用量计时，所述第二压电振荡器与所述气体接触，所述传感器组件布置成：驱动第一压电晶体振荡器和第二压电晶体振荡器，使得第一压电晶体振荡器和第二压电晶体振荡器中的各个以相应的共振频率共振；测量第一压电振荡器的共振频率和第二压电振荡器的共振频率；以及根据第一压电振荡器的共振频率和第二压电振荡器的共振频率而确定通过所述孔的气体的质量流率。
【专利说明】用于测量气体的质量流率的方法和设备

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于测量气体的质量流率的方法和设备。更特别地，本发明涉及用于 使用压电振荡器来测量通过限流孔的气体的质量流量的方法和设备。

【背景技术】
[0002] 本文描述的方法和设备可应用于其中存在较高压力（例如大约10巴或更高）的 流体的系统，诸如例如，高压缸体中的流体供应或利用高压流体的制造装置。本发明尤其涉 及"清洁"气体，即，很少或没有杂质或污染物（诸如水蒸气或灰尘）的气体。
[0003] 本发明尤其可应用于永久气体。永久气体是无法单独用压力液化的气体，而且例 如可在缸体中以高达450巴（表压）（其中，巴（表压）是高于大气压力的压力的度量）的 压力供应。示例为氩气和氮气。但是，这不应理解为限制性，而是可认为用语气体包括较广 范围的气体，例如，永久气体和液化气体的蒸气两者。
[0004] 液化气体的蒸气在压缩气体缸体中存在于液体之上。在被压缩以填充到缸体中时 在压力下液化的气体不是永久气体，并且较精确地将它描述成加压的液化气体或液化气体 蒸气。作为示例，在缸体中以液体形式供应一氧化二氮，其中，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气体，因为它们被大约为环境条件的压力 或温度液化。
[0005] 压缩气体缸体是设计成容纳处于高压（即，显著大于大气压力的压力）的气体的 压力器皿。在广泛的市场范围中使用压缩气体缸体，从一般低成本工业市场，到医疗市场， 到较高成本的应用，诸如利用高纯度有腐蚀性、有毒或自燃特性的气体的电子制造。通常， 加压气体容器包括钢、铝或复合材料，并且能够存储经压缩、液化或溶解的气体，其中，对于 大多数气体，最高填充压力高达450巴（表压），而对于诸如氢和氦的气体，最高填充压力则 闻达900巴（表压）。
[0006] 为了有效且可控制地从气体缸体或其它压力器皿中分配气体，需要阀或调整器。 通常将阀或调整器组合起来形成具有一体压力调整器的阀（VIPR)。调整器能够调整气体的 流量，使得气体以恒定压力或用户可变的压力分配。
[0007] 对于许多应用，了解来自气体缸体的气体的流率是合乎需要的。这对于许多应用 可为关键的；例如医疗应用。已经了解多种不同的质量流量量计组件。
[0008] 在许多工业应用中常用的一类质量流量量计是机械质量流量量计。这样的量计包 括运动或旋转以测量质量流量的机械构件。一个这种类型是惯性流量量计（或科里奥利流 量量计），其通过影响成形管上的流体来测量流体流量。科里奥利量计可以高精确性处理大 范围的流率。但是，为了检测流率，需要复杂的系统，诸如促动特征、感测特征、电子特征和 计算特征。
[0009] 备选的机械型质量流量量计是膜片量计、旋转量计和涡轮量计。但是，这些类型的 量计一般没那么精确，而且包括活动部件，活动部件可经受磨损。另外，量计（诸如旋转量 计）仅可用于测量较低的流率。
[0010] 一类备选的质量流量量计是电子流量量计。两个主要类型是热量计和超声量计。 热流量量计测量通过经加热管的热传递，以测量流率。超声流量量计测量声音在气态介质 中的速度，有时对管内的多个路径取声音的平均速度。但是，这两种类型的电子流量量计一 般都需要重要的信号处理硬件，而且它们一般是高成本物品。


【发明内容】

[0011] 根据本发明的第一方面，提供一种测量通过孔的气体的质量流率的方法，该方法 使用与孔上游的气体接触的第一压电振荡器和与孔下游的气体接触的第二压电振荡器，并 且包括；a)驱动第一压电晶体振荡器和第二压电晶体振荡器，使得第一压电晶体振荡器和 第二压电晶体振荡器中的各个以相应的共振频率共振；b)测量第一压电振荡器的共振频 率和第二压电振荡器的共振频率；以及c)根据第一压电振荡器的共振频率和第二压电振 荡器的共振频率来确定通过所述孔的气体的质量流率。
[0012] 通过提供这种方法，可使用稳定可靠且较廉价的压电晶体振荡器（例如，石英晶 体振荡器）来容易地确定通过限流孔的气体的质量流率。压电晶体振荡器将以共振频率振 荡，共振频率取决于振荡器所浸入的气体的密度。因为在扼流条件下，孔上游的气体的密度 与通过孔的质量流率成比例，所以可使用晶体振荡器来测量质量流率。另外，通过在孔下游 提供另一个晶体振荡器，可实现较精确的测量。
[0013] 这种振荡器用作激励源（因为它响应于被驱动电路驱动而振荡）和检测器（因为 它们具有单个共振频率，该共振频率依赖于振荡器所处的环境）。另外，晶体振荡器是稳定 可靠的，并且因此较不受环境干扰的影响。另外，运行这种振荡器所需的构件紧凑且成本 低。
[0014] 在一个实施例中，步骤c)进一步包括：d)根据第一压电振荡器的共振频率和第二 压电振荡器的共振频率，来确定孔上游的气体的密度和孔下游的气体的密度。
[0015] 在一个实施例中，步骤c)进一步包括：d)确定孔上游的气体的密度与孔下游的气 体的密度的比。
[0016] 在一个实施例中，当比为预定值或高于该预定值时，确定通过所述孔的流被扼流， 并且单独根据孔上游的气体的密度来计算质量流率。
[0017] 在一个实施例中，当比低于预定值时，根据孔上游的气体的密度和孔下游的气体 的密度来计算质量流率。
[0018] 在一个实施例中，当比低于预定值时，单独根据孔上游的气体的密度来计算质量 流率，并且方法进一步包括以下步骤：e)提供质量流率的确定可能包括误差的通知。
[0019] 在一个实施例中，气体从位于压电晶体振荡器上游的压力调整器或阀分配。
[0020] 在一个实施例中，响应于测量的通过所述孔的气体的质量流率，以电子的方式控 制压力调整器或阀。
[0021] 在一个实施例中，方法进一步包括确定孔上游的气体的温度。
[0022] 在一个组件中，气体从位于压电晶体振荡器上游的压力调整器或阀分配。
[0023] 在一个组件中，响应于测量的通过所述孔的气体的质量流率，以电子的方式控制 压力调整器。
[0024] 在一个实施例中，所述压电振荡器包括石英晶体振荡器。
[0025] 在实施例中，石英晶体包括至少一个叉。在变型中，石英晶体包括一对平叉。
[0026] 在实施例中，石英晶体经AT切割或SC切割。
[0027] 在一个变型中，石英晶体的表面直接暴露于气体。
[0028] 根据本发明的第二方面，提供一种用于测量气体的质量流率的量计，量计包括导 管，在使用中，气体流过导管，导管具有限流孔，在使用中，通过限流孔而出现扼流，限流孔 将导管分成在所述孔上游的上游部分和在所述孔下游的下游部分，量计进一步包括传感器 组件，传感器组件包括：第一压电晶体振荡器，其在所述上游部分中，使得在使用量计时，所 述第一压电振荡器与所述气体接触；第二压电晶体振荡器，其在所述下游部分中，使得在使 用量计时，所述第二压电振荡器与所述气体接触，所述传感器组件布置成：驱动第一压电晶 体振荡器和第二压电晶体振荡器，使得第一压电晶体振荡器和第二压电晶体振荡器中的各 个以相应的共振频率共振；测量第一压电振荡器的共振频率和第二压电振荡器的共振频 率；以及根据第一压电振荡器的共振频率和第二压电振荡器的共振频率，来确定通过所述 孔的气体的质量流率。
[0029] 通过提供这种组件，可使用稳定可靠且较廉价的压电晶体振荡器（例如，石英晶 体振荡器）来容易地确定通过限流孔的气体的质量流率。压电晶体振荡器将以共振频率振 荡，该共振频率依赖于振荡器所浸入的气体的密度。因为在扼流条件下，限流孔上游的气体 的密度与通过孔的质量流率成比例，所以可使用晶体振荡器来测量质量流率。另外，通过在 孔下游提供另一个晶体振荡器，可实现较精确的测量。
[0030] 这种振荡器用作激励源（因为它响应于被驱动电路驱动而振荡）和检测器（因为 它具有单个共振频率，该共振频率依赖于振荡器所处的环境）。另外，晶体振荡器稳定可靠， 并且因此较不受环境干扰的影响。另外，运行振荡器所需的构件紧凑且成本低。
[0031] 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，驱动电路包括复合晶体管对，其布置成与共射放大器处于反馈构造。
[0032] 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。
[0033] 在一个实施例中，传感器组件包括处理器。
[0034] 在一个组件中，所述压电晶体振荡器包括至少两个平叉。
[0035] 在一个实施例中，所述压电晶体振荡器具有32kHz或更高的共振频率。
[0036] 在一个组件中，量计进一步包括驱动电路、处理器和功率源中的一个或多个。
[0037] 在一个实施例中，所述压电振荡器包括石英晶体振荡器。
[0038] 在实施例中，石英晶体包括至少一个叉。在变型中，石英晶体包括一对平叉。
[0039] 在实施例中，石英晶体经AT切割或SC切割。
[0040] 在变型中，石英晶体的表面直接暴露于气体。
[0041] 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，驱动电路包括复合晶体管对，其布置成与共射放大器处于反馈构造。
[0042] 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。
[0043] 在一个实施例中，传感器组件包括处理器。
[0044] 在一个组件中，驱动电路包括布置成与共射放大器处于反馈构造的复合晶体管 对。
[0045] 在一个组件中，量计进一步包括布置成确定所述压电振荡器附近的气体的温度的 温度传感器。
[0046] 在一个组件中，量计布置在压力调整器或阀下游。
[0047] 在另一个组件中，量计布置成响应于测量的通过限流孔的质量流率，而以电子的 方式控制压力调整器或阀。
[0048] 在一个组件中，所述压电晶体振荡器包括至少两个平叉。
[0049] 在一个组件中，所述压电晶体振荡器具有32kHz或更高的共振频率。
[0050] 根据本发明的第三实施例，提供一种可由可编程处理设备执行的计算机程序产 品，其包括用于执行第一方面的步骤的一个或多个软件部分。
[0051] 根据本发明的第四实施例，提供一种计算机可使用的存储介质，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】
[0052] 现在将参照附图来详细地描述本发明的实施例，其中： 图1是气体缸体和调整器组件的示意图； 图2是显示根据本发明的第一实施例的调整器组件和量计组件的示意图； 图3针对多个不同的气体显示Y轴上的石英晶体频率（kHz)随密度（kg/m3)改变的曲 线图； 图4显示Y轴上的石英晶体频率（kHz)随通过孔的质量流率（单位为升/分钟）改变 的曲线图； 图5针对测量值和两个预测模型显示流率随密度/压力改变的曲线图； 图6针对对于预测模型和两种极端运行特性显示流率随密度/压力改变的曲线图； 图7是显示根据本发明的第二实施例的调整器组件和控制器组件的示意图； 图8是显示根据本发明的第三实施例的调整器组件和控制器组件的示意图； 图9是用于第一至第三实施例中的任一个的驱动电路的示意图； 图10是显示用于第一至第三实施例中的任一个的备选驱动电路的示意图； 图11是显示用于第一至第三实施例中的任一个的另一个备选驱动电路的示意图； 图12是显示用于第二或第三实施例的调整器驱动电路的示意图； 图13是示出第一实施例的运行方法的流程图； 图14是示出第二或第三实施例的运行方法的流程图； 图15显示不同晶体类型的频率特性的曲线图； 图16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17显示使用远程电子数据单元的备选组件。

【具体实施方式】
[0053] 图1显示根据本发明的实施例的气体缸体组件10的示意图。图1显示其中可使 用本发明的情形的示意图。提供气体缸体1〇〇、调整器150和量计组件200。
[0054] 气体缸体100具有气体缸体本体102和阀104。气体缸体本体102包括大体圆柱 形的压力器皿，其具有平坦基部102a，基部102a布置成使得气体缸体组件10能够在不受支 承的情况下直立在平坦表面上。
[0055] 气体缸体本体102由钢、铝和/或复合材料形成，并且适于且布置成经受高达大约 900巴（表压）的内部压力。孔口 106位于气体缸体本体102的与基部102a相对的近侧端 处，并且包括适于接收阀104的螺纹（未显示）。
[0056] 气体缸体100限定具有内部容积V的压力器皿。任何适当的流体都可容纳在气体 缸体100内。但是，本实施例涉及（但不专门局限于）纯化永久气体，其没有杂质，诸如灰 尘和/或水分。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、二氧化碳、氪、氖或它们的以永久气体的方式工作的混合物。
[0057] 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 缸体本体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缸体100能够 连接到气体组件中的其它构件上；例如软管、管，或另外的压力阀或调整器。阀104可以可 选地包括VIPR(具有一体压力调整器的阀）。在此情形中，可省略调整器150。
[0058] 阀本体112可借助于可抓持把手116的旋转，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运动向或运动远离阀座112可选择 性地控制气体缸体本体102的内部和出口 110之间的连通通路的面积。这进而控制从气体 缸体组件100的内部到外部环境的气体的流量。
[0059] 调整器150位于出口 110的下游。调整器150具有入口 152和出口 154。调整器 150的入口 152连接到入口管156上，入口管156在气体缸体100的出口 110和调整器150 之间提供连通路径。调整器150的入口 152布置成接收来自气体缸体100的出口 110的处 于高压的气体。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100-900巴的范围中。
[0060] 出口 154连接到出口管158上。联接件160位于出口管158的远侧端处，并且适 于连接到需要气体的另外的管或装置上（未显示）。
[0061] 量计组件200定位成与出口 154和联接件160之间的出口管158处于连通。量计 组件200位于调整器150的下游不远处，并且布置成确定输送到出口 160的气体的质量流 率。
[0062] 在图2中更详细地显示根据本发明的第一实施例的调整器150和量计组件200。
[0063] 在这个实施例中，调整器150包括单个膜片调整器。但是，本领域技术人员将容易 地意识到可用于本发明的变型；例如，双膜片调整器或其它组件。
[0064] 调整器150包括与入口 152和出口 154处于连通的阀区域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168构造成使得提升 阀164能够朝向和远离阀座166进行平移运动，以分别关闭和打开它们之间的孔口 170。
[0065] 膜片168由于围绕轴174定位的弹簧172而弹性地偏压。
[0066] 调整器150可运行来接收来自出口 110的处于满缸体压力（例如100巴）的气 体，但将处于基本恒定的固定的低压（例如5巴）的气体输送到出口 154。这由反馈机构实 现，由此，在孔口 170下游的气体的压力可运行来对膜片168起作用，以抵抗弹簧172的偏 压力。
[0067] 如果在膜片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 向上运动（相对于图2)。因此，提升阀164运动得较接近阀座166,从而使孔口 170的大小 缩小，并且因此，限制从入口 152到出口 154的气体流量。大体上，弹簧172的阻力和气体的 压力的竞争性力将使得膜片处于平衡位置，并且因此，在出口 154处输送恒定压力的气体。
[0068] 提供可抓持的把手176,以使得用户能够调节弹簧172的偏压力，从而使膜片168 的位置移动，并且因此，调节提升阀164和阀座166之间的平衡间隔。这使得能够调节来自 出口 110的高压气体流可穿过的孔口 170的尺寸。
[0069] 量计组件200包括本体202、第一传感器组件204和第二传感器组件206。本体202 可包含任何适当的材料；例如钢、铝或复合材料。本体202包括导管208、第一壳体210和 第二壳体212。导管208与出口管158的内部处于连通，并且布置成连接到出口管158上。 导管208在出口 154和联接件160 (并且同时，连接到联接件160上的用户装置或应用）之 间提供连通通路。
[0070] 孔板214位于导管208的内部内。孔板214包括界定限流孔216的壁。孔板214 在导管208内形成限流器。孔216具有横截面积A，横截面积A比导管406的横截面积更 小，使得通过孔216的流速处于扼流状况，如将在后面描述的那样。
[0071] 虽然孔板214在图2中显示为薄壁板，但不是必须如此。孔板214可采取任何适 当的壁形式，并且可具有渐缩轮廓，或者可比显示的具有更大的厚度。备选地，可使用任何 适当的限流器代替孔板214。例如，限流器可包括直径比其余部分更窄的管部分。本领域技 术人员将容易地意识到可用来提供限流孔216 (在使用中，通过它而出现扼流）的备选限流 器。
[0072] 在本实施例中，导管208具有大约几厘米的长度。孔板214界定直径范围为 0. 的孔216。这足以提供扼流条件，以及对于诸如氮或氦的气体,将介于11至40 升/分钟之间的流率的气体供应通过孔216。对于具有较低分子量的气体，孔216的直径可 缩小，以实现相似的流率。备选地，对于较大的流率，孔216可相应地扩大，只要上游压力充 分地高于下游压力，以通过孔216产生扼流条件。
[0073] 孔板214将导管208的内部分成在孔板214上游的上游区段218,以及在孔板214 下游的下游区段220。在使用中，当气体从调整器150的出口 154流到导管208的上游部 分214中时，孔板214将用作限流器，从而在导管208的上游部分218和下游部分220之间 产生压差。因此，导管208的上游部分218处于第一压力Pi和密度P i，而导管的下游部分 220则处于第二（并且在使用中，必须较低的）压力P2和密度P2。这将在后面详细描述。
[0074] 第一壳体210位于导管208的上游部分214附近，并且布置成容纳第一传感器组 件204的至少一部分。第一壳体210的内部可处于大气压力，或者可与导管208的内部处 于连通，并且因此，与出口管158的内部处于相同的压力。这将消除在壳体210和导管208 的内部之间进行压力馈送的需要。
[0075] 备选地，可提供第一壳体210作为导管208的一部分。例如，导管208的一部分可 加宽，以容纳传感器组件204。
[0076] 第二壳体212位于导管208的下游部分214附近，并且布置成容纳第二传感器组 件206的至少一部分。第二壳体212的内部可处于大气压力，或者可与导管208的内部处于 连通，并且因此，与出口管下游部分160的内部处于相同的压力。这将消除在第二壳体212 和导管208的内部之间进行压力馈送的需要。
[0077] 备选地，与第一壳体210相同，可省略第二壳体212,并且第二传感器组件206位于 导管208或联接件160的一部分中。例如，导管208的下游部分可加宽，以容纳传感器组件 206。
[0078] 这些组件是可实行的，因为发明人已经发现，第一传感器组件204和第二传感器 组件206的仅少数构件对高压敏感。特别地，较大的构件（诸如电池）可易受高压的影响。 但是，已经发现，锂电池在可能在导管208的上游部分218和下游部分220中遇到的高压下 运行特别好。但是，本领域技术人员将容易地构想到适当的备选功率源。
[0079] 当构造量计组件200时，第一传感器组件204和/或第二传感器组件206可能完 全位于导管208内会提供额外的灵活性。特别地，在不需要诸如壳体210的突起的情况下， 较脆弱的电子构件完全位于本体202的金属壁或复合材料壁内会在很大程度上保护其免 受环境或意外损伤的影响。这在例如其中气体缸体可位于其它气体缸体、重型机器或粗糙 表面附近的存储区域或仓库中是特别重要的。传感器组件204、206的大小较小使得能够容 易地实现内部定位。
[0080] 另外，第一传感器组件204和/或第二传感器组件206的内部定位保护这些构件 免受环境条件的影响，诸如盐、水和其它污染物。这将允许例如对盐和水损伤高度敏感的高 阻抗电路用作第一传感器组件204和/或第二传感器组件206的一部分。
[0081] 量计组件200布置成测量传送通过孔216的气体的质量流率。这使用第一传感器 组件204和第二传感器组件206测量，如下面描述的那样。
[0082] 可在特定条件下仅使用第一传感器组件204来精确地确定通过孔216的气体的质 量流率。这种确定的精度取决于通过孔216的扼流条件的存在，如将在下面描述的那样。 对于也许如上面描述的那样使用孔216的结构参数的许多应用，在大多数运行条件下是这 样。但是，在较低的流率下，这个条件可能无法满足，并且由第一传感器组件204确定的质 量流率可能没有那么精确。
[0083] 为了提高质量流量确定的精度，或者指示质量流量确定的有效性，提供第二传感 器组件206。第二传感器组件206可运行来确定下游密度，以提高质量流量确定的精度，以 及另外或备选地，确定扼流条件是否得到满足。因此，第二传感器组件206可运行来与第一 传感器组件204共同确认由量计组件200确定的质量流率是精确的。
[0084] 第一传感器组件204包括连接到驱动电路224上的石英晶体振荡器222、温度传感 器226和电池228。
[0085] 在这个实施例中，石英晶体振荡器222和温度传感器226定位成与导管208的上 游部分218的内部处于连通，而传感器组件204的其余构件则位于壳体210内。换句话说， 石英晶体振荡器222浸入孔板214上游的气体中。还可单独提供微处理器238,或者提供微 处理器238作为驱动电路224的一部分。
[0086] 第二传感器组件206基本类似于第一传感器组件204,但在这种情况下，不需要温 度传感器。第二传感器组件206包括石英晶体振荡器230、驱动电路232和电池234。第二 传感器组件206连接到微处理器238上。
[0087] 这个实施例，石英晶体振荡器230定位成与导管208的下游部分220的内部处于 连通，而传感器组件206的其余构件则位于壳体212内。换句话说，石英晶体振荡器230浸 入孔板214下游的气体中。
[0088] 本领域技术人员将容易地意识到上面描述的组件的变型。例如，第二传感器组件 206可简单地包括连接到第一传感器组件204的驱动电路224上的石英晶体振荡器。换句 话说，第一传感器组件204和第二传感器组件206可共用公共驱动电路和/或电池和/或 微处理器。
[0089] 将参照图6和7在后面详细地描述驱动电路224、232和石英晶体振荡器222、230。 温度传感器226包括热敏电阻。可使用任何适当的热敏电阻。热敏电阻不需要高精度。例 如，0. 5°C的精度适合这个实施例。因此，可使用廉价且小的构件。
[0090] 在此组件中，石英晶体振荡器222、230在导管208内始终处于等静压力，因此，不 会经历压力梯度。换句话说，在本体202上表现出源自外部大气和量计组件200的本体202 的内部之间的压差的任何机械应力。
[0091] 现在将参照图3和4来描述传感器组件204的理论和运行。
[0092] 石英晶体振荡器222、230各自具有取决于其所处流体的密度的共振频率。使振荡 的音叉型平面晶体振荡器暴露于气体会使得晶体的共振频率转移和衰减（当与晶体在真 空中的共振频率相比时）。这有许多原因。虽然气体对晶体的振荡有衰减作用，但在相应的 音叉晶体振荡器222、230的振动的叉222a、230a(如图7中显示的那样）附近的气体会提 高振荡器的有效质量。这使得石英晶体振荡器的共振频率根据单边固定弹性梁的运动而降 低： 1)

【权利要求】
1. 一种测量通过孔的气体的质量流率的方法，所述方法使用与所述孔上游的气体接触 的第一压电振荡器和与所述孔下游的气体接触的第二压电振荡器，并且所述方法包括； a) 驱动所述第一压电晶体振荡器和所述第二压电晶体振荡器，使得所述第一压电晶体 振荡器和所述第二压电晶体振荡器中的各个以相应的共振频率共振； b) 测量所述第一压电振荡器的共振频率和所述第二压电振荡器的共振频率；以及 c) 根据所述第一压电振荡器的共振频率和所述第二压电振荡器的共振频率而确定通 过所述孔的气体的质量流率。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)进一步包括： d) 根据所述第一压电振荡器的共振频率和第二压电振荡器的共振频率，而确定所述孔 上游的气体的密度和所述孔下游的气体的密度。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤c)进一步包括： e) 确定所述孔上游的气体的密度与所述孔下游的气体的密度的比。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述比为预定值或高于所述预定值时， 确定通过所述孔的流被扼流，并且单独根据所述孔上游的气体的密度来计算质量流率。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，当所述比低于预定值时，根据所述孔 上游的气体的密度以及根据所述孔下游的气体的密度来计算质量流率。
6. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，当所述比低于预定值时，单独根据所 述孔上游的气体的密度来计算质量流率，并且所述方法进一步包括以下步骤： f) 提供质量流率的确定可能包括误差的通知。
7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述气体从位于所述压电 晶体振荡器上游的压力调整器或阀分配。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，响应于测量的通过所述孔的气体的质量 流率，而以电子的方式控制所述压力调整器或阀。
9. 一种用于测量气体的质量流率的量计，所述量计包括导管，在使用中，所述气体流过 所述导管，所述导管具有限流孔，在使用中，通过所述限流孔而出现扼流，所述限流孔将所 述导管分成在所述孔上游的上游部分和在所述孔下游的下游部分，所述量计进一步包括传 感器组件，所述传感器组件包括：第一压电晶体振荡器，其在所述上游部分中，使得在使用 所述量计时，所述第一压电振荡器与所述气体接触；第二压电晶体振荡器，其在所述下游部 分中，使得在使用所述量计时，所述第二压电振荡器与所述气体接触，所述传感器组件布置 成：驱动所述第一压电晶体振荡器和所述第二压电晶体振荡器，使得所述第一压电晶体振 荡器和所述第二压电晶体振荡器中的各个以相应的共振频率共振；测量所述第一压电振荡 器的共振频率和所述第二压电振荡器的共振频率；以及根据所述第一压电振荡器的共振频 率和所述第二压电振荡器的共振频率而确定通过所述孔的气体的质量流率。
10. 根据权利要求9所述的量计，其特征在于，所述量计进一步包括驱动电路，所述驱 动电路包括布置成与共射放大器成反馈构造的复合晶体管对。
11. 根据权利要求9或10所述的量计，其特征在于，所述量计布置在压力调整器或阀的 下游。
12. 根据权利要求11所述的量计，其特征在于，所述量计布置成响应于测量的通过所 述限流孔的质量流率而以电子的方式控制所述压力调整器或阀。
13. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法或量计，其特征在于，所述压电振荡器包 括石英晶体振荡器。
14. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法或量计，其特征在于，所述压电晶体振荡 器包括至少两个平叉。
15. -种可由可编程处理设备执行的计算机程序产品，其包括用于执行权利要求1至8 中的任一项所述的步骤的一个或多个软件部分。
16. -种计算机可使用的存储介质，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】G01F1/36GK104303021SQ201380026668
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2012年5月24日
【发明者】N.A.道尼 申请人:气体产品与化学公司