用于測(cè)量氣體的流率的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】提供一種用于測(cè)量沿著導(dǎo)管的氣體的流率的量計(jì)，量計(jì)包括傳感器組件，傳感器組件包括壓電晶體振蕩器，壓電晶體振蕩器包括兩個(gè)平叉，當(dāng)使用量計(jì)時(shí)，平叉接觸所述氣體流，并且延伸到所述氣體流中，所述傳感器組件布置成：測(cè)量由所述壓電振蕩器的平叉在沿著導(dǎo)管的氣體流中的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電壓；以及根據(jù)產(chǎn)生的電壓來(lái)確定沿著所述導(dǎo)管的氣體的流率。
【專利說(shuō)明】用于測(cè)量氣體的流率的方法和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于測(cè)量氣體的流率的方法和設(shè)備。更特別地，本發(fā)明涉及用于使用 壓電振蕩器來(lái)測(cè)量氣體流量的方法和設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 本文描述的方法和設(shè)備可應(yīng)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(tǒng)，諸如例如，高壓缸體中的流體供應(yīng)或利用高壓流體的制造裝置。本發(fā)明尤其涉 及"清潔"氣體，即，很少或沒(méi)有雜質(zhì)或污染物（諸如水蒸氣或灰塵）的氣體。
[0003] 本發(fā)明尤其可應(yīng)用于永久氣體。永久氣體是無(wú)法單獨(dú)用壓力液化的氣體，而且例 如可在缸體中以高達(dá)450巴（表壓）（其中，巴（表壓）是高于大氣壓力的壓力的度量）的 壓力供應(yīng)。示例為氬氣和氮?dú)?。但是，這不應(yīng)理解為限制性，而是可認(rèn)為用語(yǔ)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。
[0004] 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(shí) 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(yīng)一氧化二氮，其中，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氣體，因?yàn)樗鼈儽淮蠹s為環(huán)境條件的壓力 或溫度液化。
[0005] 壓縮氣體缸體是設(shè)計(jì)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(chǎng)范圍中使用壓縮氣體缸體，從一般低成本工業(yè)市場(chǎng)，到醫(yī)療市場(chǎng)， 到較高成本的應(yīng)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(fù)合材料，并且能夠存儲(chǔ)經(jīng)壓縮、液化或溶解的氣體，其中，對(duì)于 大多數(shù)氣體，最高填充壓力高達(dá)450巴（表壓），而對(duì)于諸如氫和氦的氣體，最高填充壓力則 聞達(dá)900巴（表壓）。
[0006] 為了有效且可控制地從氣體缸體或其它壓力器皿中分配氣體，需要閥或調(diào)整器。 通常將閥或調(diào)整器組合起來(lái)形成具有一體壓力調(diào)整器的閥（VIPR)。調(diào)整器能夠調(diào)整氣體的 流量，使得氣體以恒定壓力或用戶可變的壓力分配。
[0007] 對(duì)于許多應(yīng)用，了解來(lái)自氣體缸體的氣體的流率是合乎需要的。這對(duì)于許多應(yīng)用 可為關(guān)鍵的；例如醫(yī)療應(yīng)用。已經(jīng)了解多種不同的質(zhì)量流量量計(jì)組件。
[0008] 在許多工業(yè)應(yīng)用中常用的一類質(zhì)量流量量計(jì)是機(jī)械質(zhì)量流量量計(jì)。這樣的量計(jì)包 括運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)以測(cè)量質(zhì)量流量的機(jī)械構(gòu)件。一個(gè)這種類型是慣性流量量計(jì)（或科里奧利流 量量計(jì)），其通過(guò)影響成形管上的流體來(lái)測(cè)量流體流量?？评飱W利量計(jì)可以高精確性處理大 范圍的流率。但是，為了檢測(cè)流率，需要復(fù)雜的系統(tǒng)，諸如促動(dòng)特征、感測(cè)特征、電子特征和 計(jì)算特征。
[0009] 備選的機(jī)械型質(zhì)量流量量計(jì)是膜片量計(jì)、旋轉(zhuǎn)量計(jì)和渦輪量計(jì)。但是，這些類型的 量計(jì)一般沒(méi)那么精確，而且包括活動(dòng)部件，活動(dòng)部件可經(jīng)受磨損。另外，量計(jì)（諸如旋轉(zhuǎn)量 計(jì)）僅可用于測(cè)量較低的流率。
[0010] 一類備選的質(zhì)量流量量計(jì)是電子流量量計(jì)。兩個(gè)主要類型是熱量計(jì)和超聲量計(jì)。 熱流量量計(jì)測(cè)量通過(guò)經(jīng)加熱管的熱傳遞，以測(cè)量流率。超聲流量量計(jì)測(cè)量聲音在氣態(tài)介質(zhì) 中的速度，有時(shí)對(duì)管內(nèi)的多個(gè)路徑取聲音的平均速度。但是，這兩種類型的電子流量量計(jì)一 般都需要重要的信號(hào)處理硬件，而且它們一般是高成本物品。
[0011] 另一種已知類型的氣體流量傳感器是測(cè)量經(jīng)過(guò)流中的小阻礙的流的噪聲的傳感 器。K.S. Rabbani 等人的 "A Novel Gas Flow Sensor Based on Sound Generated by Turbulence (基于由紊流產(chǎn)生的聲音的新穎氣體流量傳感器）"（加拿大渥太華IEEE儀器 和測(cè)量技術(shù)會(huì)議，1997年5月19-21)公開(kāi)了一種流量傳感器，它包括置于阻礙部后面的話 筒。話筒提供電輸出，針對(duì)流率來(lái)調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)該電輸出。但是，這種組件的缺點(diǎn)在于，外部 噪聲和/或振動(dòng)可影響測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種測(cè)量沿著導(dǎo)管的氣體的流率的方法，方法包括： a)定位延伸到導(dǎo)管中且接觸氣體的壓電振蕩器，所述壓電振蕩器包括兩個(gè)平行平叉，平叉 布置成響應(yīng)于沿著導(dǎo)管的氣體流而振蕩；b)測(cè)量由壓電振蕩器的平叉在沿著導(dǎo)管的氣體 流中的振蕩運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電壓的幅度；以及c)根據(jù)產(chǎn)生的電壓的幅度來(lái)確定沿著所述導(dǎo)管 的氣體的流率。
[0013] 根據(jù)實(shí)施例，提供一種測(cè)量沿著導(dǎo)管的氣體的流率的方法，方法包括：a)定位延 伸到導(dǎo)管中且接觸氣體的壓電振蕩器，所述壓電振蕩器包括兩個(gè)平叉；b)測(cè)量由壓電振蕩 器的平叉在沿著導(dǎo)管的氣體流中的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電壓；以及c)根據(jù)產(chǎn)生的電壓來(lái)確定沿著 所述導(dǎo)管的氣體的流率。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，步驟a)包括將壓電振蕩器的平叉定位成基本垂直于氣體流。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，步驟b)進(jìn)一步包括放大由壓電振蕩器產(chǎn)生的電壓。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，步驟c)進(jìn)一步包括計(jì)算經(jīng)放大的電壓的立方根，以確定氣體的 流率。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述平叉布置成以大約32 kHz或更高的頻率振蕩。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，壓電振蕩器包括石英晶體振蕩器。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括以下步驟：d)根據(jù)壓電振蕩器的共振頻率，確 定氣體的密度。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，步驟d)進(jìn)一步包括e)以共振頻率驅(qū)動(dòng)壓電振蕩器。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于測(cè)量沿著導(dǎo)管的氣體的流率的量計(jì)，量計(jì) 包括傳感器組件，傳感器組件包括壓電晶體振蕩器，壓電晶體振蕩器包括兩個(gè)平行平叉，當(dāng) 使用量計(jì)時(shí)，平叉接觸所述氣體流、延伸到所述氣體流中，并且布置成響應(yīng)于所述氣體流而 振蕩，所述傳感器組件布置成：測(cè)量由壓電振蕩器的平叉在沿著導(dǎo)管的氣體流中的振蕩運(yùn) 動(dòng)產(chǎn)生的電壓的幅度；以及根據(jù)產(chǎn)生的電壓的幅度，確定沿著所述導(dǎo)管的氣體的流率。
[0022] 根據(jù)實(shí)施例，提供一種用于測(cè)量沿著導(dǎo)管的氣體的流率的量計(jì)，量計(jì)包括傳感器 組件，傳感器組件包括壓電晶體振蕩器，壓電晶體振蕩器包括兩個(gè)平叉，當(dāng)使用量計(jì)時(shí)，平 叉接觸所述氣體流，并且延伸到所述氣體流中，所述傳感器組件布置成：測(cè)量由壓電振蕩器 的平叉在沿著導(dǎo)管的氣體流中的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電壓；以及根據(jù)產(chǎn)生的電壓，確定沿著所述導(dǎo) 管的氣體的流率。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，壓電振蕩器的平叉布置成基本垂直于氣體流。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件進(jìn)一步包括用于放大由壓電振蕩器產(chǎn)生的電壓的放 大器。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件可運(yùn)行來(lái)計(jì)算經(jīng)放大的電壓的立方根，以確定氣體 的流率。
[0026] 在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件進(jìn)一步可運(yùn)行來(lái)根據(jù)壓電振蕩器在氣體流中的共振 頻率，確定氣體的密度。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施例中，量計(jì)進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)電路，其中，驅(qū)動(dòng)電路可運(yùn)行來(lái)以共振頻率 驅(qū)動(dòng)壓電振蕩器。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述平叉布置成以大約32kHz或更高的頻率振蕩。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施例中，壓電振蕩器包括石英晶體振蕩器。
[0030] 在實(shí)施例中，石英晶體經(jīng)AT切割或SC切割。
[0031] 在一個(gè)變型中，石英晶體的表面直接暴露于氣體。
[0032] 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，功率源包括鋰電池。
[0033] 在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組件包括處理器。
[0034] 在一個(gè)組件中，量計(jì)布置在壓力調(diào)整器或閥的下游。
[0035] 在另一個(gè)組件中，量計(jì)布置成響應(yīng)于測(cè)得的通過(guò)限流孔的質(zhì)量流率，以電子的方 式控制壓力調(diào)整器或閥。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，提供一種可由可編程處理設(shè)備執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn) 品，其包括用于執(zhí)行第一方面的步驟的一個(gè)或多個(gè)軟件部分。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例，提供一種計(jì)算機(jī)可用的存儲(chǔ)介質(zhì)，其具有根據(jù)第四方 面的存儲(chǔ)在其上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038] 現(xiàn)在將參照附圖來(lái)詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中： 圖1是氣體缸體和調(diào)整器組件的示意圖； 圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的調(diào)整器組件和量計(jì)的示意圖； 圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的調(diào)整器組件和量計(jì)的示意圖； 圖4是顯示根據(jù)流率（升/分鐘）改變的Y軸上的噪聲電壓（mV)的曲線圖； 圖5顯示根據(jù)流率（升/分鐘）改變的Y軸上的噪聲電壓的立方根的曲線圖； 圖6顯示根據(jù)時(shí)間（秒）改變的Y軸上的噪聲電壓（mV)的曲線圖； 圖7顯示用于測(cè)量氣體流量和密度兩者的電子放大器電路的示意圖； 圖8是示出根據(jù)描述的實(shí)施例的方法的流程圖；以及 圖9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】
[0039] 圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的氣體缸體組件10的示意圖。圖1顯示其中可使 用本發(fā)明的情形的示意圖。提供氣體缸體100、調(diào)整器150和量計(jì)200。
[0040] 氣體缸體100具有氣體缸體本體102和閥104。氣體缸體本體102包括大體圓柱 形的壓力器皿，其具有平坦基部102a，基部102a布置成使得氣體缸體組件10能夠在不受支 承的情況下直立在平坦表面上。
[0041] 氣體缸體本體102由鋼、鋁和/或復(fù)合材料形成，并且適于且布置成經(jīng)受高達(dá)大約 900巴（表壓）的內(nèi)部壓力?？卓?106位于氣體缸體本體102的與基部102a相對(duì)的近側(cè)端 處，并且包括適于接收閥104的螺紋（未顯示）。
[0042] 氣體缸體100限定具有內(nèi)部容積V的壓力器皿。任何適當(dāng)?shù)牧黧w都可容納在氣體 缸體100內(nèi)。但是，本實(shí)施例涉及（但不專門(mén)局限于）純化永久氣體，其沒(méi)有雜質(zhì)，諸如灰 塵和/或水分。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。
[0043] 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 缸體本體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缸體100能夠 連接到氣體組件中的其它構(gòu)件上；例如軟管、管，或另外的壓力閥或調(diào)整器。閥104可以可 選地包括VIPR(具有一體壓力調(diào)整器的閥）。在此情形中，可省略調(diào)整器150。
[0044] 閥本體112可借助于可抓持把手116的旋轉(zhuǎn)，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(kāi)或關(guān)閉出口 110。換句話說(shuō)，閥本體112運(yùn)動(dòng)向或運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離閥座112可選擇 性地控制氣體缸體本體102的內(nèi)部和出口 110之間的連通通路的面積。這進(jìn)而控制從氣體 缸體組件100的內(nèi)部到外部環(huán)境的氣體的流量。
[0045] 調(diào)整器150位于出口 110的下游。調(diào)整器150具有入口 152和出口 154。調(diào)整器 150的入口 152連接到入口管156上，入口管156在氣體缸體100的出口 110和調(diào)整器150 之間提供連通路徑。調(diào)整器150的入口 152布置成接收來(lái)自氣體缸體100的出口 110的處 于高壓的氣體。這可為任何適當(dāng)?shù)膲毫?；但是，大體上，離開(kāi)出口 110的氣體的壓力將超過(guò) 20巴，而且很可能在100-900巴的范圍中。
[0046] 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)側(cè)端處，并且適 于連接到需要?dú)怏w的另外的管或裝置上（未顯示）。
[0047] 量計(jì)200定位成與出口 154和聯(lián)接件160之間的出口管158處于連通。量計(jì)200 位于調(diào)整器150的下游不遠(yuǎn)處，并且布置成確定輸送到出口 160的氣體的流率。
[0048] 在圖2中更詳細(xì)地顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的調(diào)整器150和量計(jì)200。
[0049] 在這個(gè)實(shí)施例中，調(diào)整器150包括單個(gè)膜片調(diào)整器。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易 地意識(shí)到可用于本發(fā)明的變型；例如，雙膜片調(diào)整器或其它組件。
[0050] 調(diào)整器150包括與入口 152和出口 154處于連通的閥區(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168構(gòu)造成使得提升 閥164能夠朝向和遠(yuǎn)離閥座166進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)，以分別關(guān)閉和打開(kāi)它們之間的孔口 170。
[0051] 膜片168由于圍繞軸174定位的彈簧172而彈性地偏壓。
[0052] 調(diào)整器150可運(yùn)行來(lái)接收來(lái)自出口 110的處于滿缸體壓力（例如100巴）的氣 體，但將處于基本恒定的固定的低壓（例如5巴）的氣體輸送到出口 154。這由反饋機(jī)構(gòu)實(shí) 現(xiàn)，由此，在孔口 170下游的氣體的壓力可運(yùn)行來(lái)對(duì)膜片168起作用，以抵抗彈簧172的偏 壓力。
[0053] 如果在膜片168附近的區(qū)域中的氣體的壓力超過(guò)規(guī)定水平，則膜片168可運(yùn)行來(lái) 向上運(yùn)動(dòng)（相對(duì)于圖2)。因此，提升閥164運(yùn)動(dòng)得較接近閥座166,從而使孔口 170的大小 縮小，并且因此，限制從入口 152到出口 154的氣體流量。大體上，彈簧172的阻力和氣體的 壓力的競(jìng)爭(zhēng)性力將使得膜片處于平衡位置，并且因此，在出口 154處輸送恒定壓力的氣體。 [0054] 提供可抓持的把手176,以使得用戶能夠調(diào)節(jié)彈簧172的偏壓力，從而使膜片168 的位置移動(dòng)，并且因此，調(diào)節(jié)提升閥164和閥座166之間的平衡間隔。這使得能夠調(diào)節(jié)來(lái)自 出口 110的高壓氣體流可穿過(guò)的孔口 170的尺寸。
[0055] 量計(jì)200包括本體202和傳感器組件204。本體202可包括任何適當(dāng)?shù)牟牧?；?如鋼、鋁或復(fù)合材料。本體202包括導(dǎo)管206和殼體208。導(dǎo)管206與出口管158的內(nèi)部處 于連通，并且布置成連接到出口管158上。導(dǎo)管206在出口 154和聯(lián)接件160之間提供流 體連通通路（并且同時(shí)，連接到聯(lián)接件160上的用戶裝置或應(yīng)用）。
[0056] 導(dǎo)管206在這個(gè)實(shí)施例中大體為圓柱形。此外，在這個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)管206包括限 流部206a。限流部206a包括一截導(dǎo)管，它具有減小的直徑。這會(huì)增加流量，并且協(xié)助傳感 器組件204測(cè)量流率，如將在后面描述的那樣。以示例的方式，收緊管的未收緊部分的直徑 的一半就足夠了。劇烈的收緊（諸如孔）是不需要的。
[0057] 殼體208布置成容納傳感器組件204的至少一部分。殼體208的內(nèi)部可處于大氣 壓力，或者可與導(dǎo)管206的內(nèi)部處于連通，并且因此，處于與出口管158的內(nèi)部相同的壓力。 這將消除將壓力饋送通過(guò)殼體208和導(dǎo)管206的內(nèi)部之間的需要。
[0058] 備選地，可提供殼體208作為導(dǎo)管206的一部分。例如，導(dǎo)管206的一部分將加寬， 以容納傳感器組件204。這些組件是行得通的，因?yàn)榘l(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，較大的構(gòu)件（諸如電池）可易受高壓的影響。但是，已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，鋰電池在可能在導(dǎo)管206中遇到的高壓下運(yùn)行特別好。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地 構(gòu)想到適當(dāng)?shù)膫溥x功率源。
[0059] 潛在地將傳感器組件204完全定位在導(dǎo)管206內(nèi)會(huì)在構(gòu)造量計(jì)200時(shí)提供額外的 靈活性。特別地，在不需要突起（諸如殼體208)的情況下將較脆弱的電子構(gòu)件完全定位在 本體202的金屬壁或復(fù)合材料壁內(nèi)會(huì)在很大程度上保護(hù)其免受環(huán)境或意外損傷。這在例如 其中氣體缸體可位于其它氣體缸體、重型機(jī)器或粗糙表面附近的存儲(chǔ)區(qū)域或倉(cāng)庫(kù)中是特別 重要的。
[0060] 另外，傳感器組件204定位在內(nèi)部保護(hù)這些構(gòu)件免受環(huán)境條件的影響，諸如鹽、水 和其它污染物。這將允許例如對(duì)鹽和水高度敏感的高阻抗電路用作傳感器組件204的一部 分。
[0061] 量計(jì)200布置成測(cè)量沿著導(dǎo)管的氣體的流率。傳感器組件204包括連接到放大器 電路212上的石英晶體振蕩器210、電池214和微處理器216。
[0062] 在這個(gè)實(shí)施例中，石英晶體振蕩器210定位成與導(dǎo)管206的內(nèi)部處于連通，而傳感 器組件204的其余構(gòu)件則位于殼體208內(nèi)。換句話說(shuō)，石英晶體振蕩器210在孔板210上 游浸入氣體中。
[0063] 石英晶體振蕩器210包括經(jīng)切割石英的平坦區(qū)段。如圖2中顯示的那樣，本實(shí)施 例的石英晶體振蕩器210為音叉形，并且包括一對(duì)大約5_長(zhǎng)的叉210a，其布置成在真空 中以32. 768kHz的共振頻率振蕩。叉210a形成于石英的平坦區(qū)段中。音叉的叉210a通常 以它們的基本模式振蕩，其中，它們以共振頻率，同步地運(yùn)動(dòng)向彼此和運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離彼此。晶體 210以除了共振頻率之外的頻率振蕩會(huì)迅速失去幅度且漸漸止息。
[0064] 石英會(huì)展現(xiàn)壓電特性，即，在晶體上應(yīng)用電壓會(huì)使晶體改變形狀，產(chǎn)生機(jī)械力。相 反，對(duì)晶體應(yīng)用的機(jī)械力會(huì)產(chǎn)生電荷。本發(fā)明正是利用了這個(gè)屬性。
[0065] 使石英晶體振蕩器210的兩個(gè)平行表面金屬化，以便在大晶體上提供電連接。當(dāng) 借助于金屬觸頭在晶體上應(yīng)用電壓時(shí)，晶體改變形狀。通過(guò)對(duì)晶體應(yīng)用交變電壓，可使晶體 振蕩。同時(shí)，晶體210的叉210a振蕩（S卩，晶體210的形狀改變）使得在電連接上產(chǎn)生電 壓。
[0066] 石英晶體振蕩器210位于沿著導(dǎo)管206的流中。特別地，石英晶體振蕩器210位 于沿著導(dǎo)管206的限流部206a中。這會(huì)提高氣體經(jīng)過(guò)石英晶體振蕩器210的流速。
[0067] 石英晶體振蕩器210可運(yùn)行來(lái)用作阻流部和流量檢測(cè)器。因此，石英晶體振蕩器 210可運(yùn)行來(lái)延伸到沿著導(dǎo)管206的氣體流中。晶體振蕩器210的長(zhǎng)軸X基本垂直于流向， 如顯示的那樣。換句話說(shuō)，音叉型石英晶體振蕩器210的平行叉210a遠(yuǎn)離導(dǎo)管206的內(nèi) 壁而凸入導(dǎo)管206中。
[0068] 音叉型晶體210的叉210a在平面上彼此平行。石英晶體振蕩器210可在流中定 向成使得平面基本平行于流向（如圖2中顯示的那樣）。備選地，石英晶體振蕩器210可定 向成使得平面垂直于流向或與流向正交，或處于中間角。
[0069] 另外，石英晶體振蕩器210的長(zhǎng)軸X不必定向成確切地垂直于流。重要的是石英 晶體振蕩器210凸入流中，以便產(chǎn)生流擾動(dòng)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地意識(shí)到可使用 的相對(duì)于流的其它角；例如，鈍角（其中，石英晶體振蕩器210的遠(yuǎn)側(cè)端在其近側(cè)端的下游 成角度），或者銳角（其中，石英晶體振蕩器210的遠(yuǎn)側(cè)端在其近側(cè)端的上游成角度）。
[0070] 石英晶體的物理大小和厚度確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，所以不在這里進(jìn)一步描述石英晶體振蕩器210的結(jié)構(gòu)。
[0071] 另外，石英晶體的共振振動(dòng)頻率將取決于晶體所處的環(huán)境而改變。在真空中，晶體 將具有特定頻率。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 由于周圍的分子而衰減，而且這將影響共振頻率和使晶體以給定幅度振蕩所需的能量。
[0072] 另外，氣體的吸附或周圍材料淀積到晶體上將影響振蕩晶體的質(zhì)量，從而改變共 振頻率。這種吸附或材料淀積會(huì)對(duì)常用的選擇性氣體分析器形成基礎(chǔ)，其中，吸收層形成于 晶體上，并且吸收層的質(zhì)量隨著氣體被吸收而增大。但是，在當(dāng)前情況下，不對(duì)石英晶體振 蕩器210施加涂層。
[0073] 熔融（或非晶體）石英具有非常低的取決于溫度的膨脹系數(shù)和較低的彈性系數(shù)。 這會(huì)減小基本頻率對(duì)溫度的依賴性，而且如將顯示的那樣，溫度效應(yīng)是最小的。
[0074] 另外，使用經(jīng)AT切割或SC切割的石英是合乎需要的。換句話說(shuō)，以特定的角度切 割石英的平坦區(qū)段，使得振蕩頻率的溫度系數(shù)可布置成拋物線形，其在大約室溫下具有寬 峰。因此，晶體振蕩器可布置成使得在高峰頂部處的斜率正好為零。
[0075] 通?？捎幂^低的成本獲得這樣的石英晶體。與在真空中使用的大多數(shù)石英晶體振 蕩器相比，在本實(shí)施例中，石英晶體振蕩器210暴露于導(dǎo)管206中的加壓氣體。
[0076] 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) 施例相同的特征標(biāo)有相同參考標(biāo)號(hào)，并且在這里不再描述。
[0077] 在圖3的實(shí)施例中，調(diào)整器300不同于圖2的實(shí)施例的調(diào)整器150,因?yàn)檎{(diào)整器300 布置成借助于螺線管閥302,對(duì)來(lái)自出口 154的氣體提供自動(dòng)控制。螺線管閥302包括銜鐵 304,銜鐵304可響應(yīng)于通過(guò)螺線管閥302的線圈（未顯示）的電流而運(yùn)動(dòng)。銜鐵304可運(yùn) 動(dòng)成直接打開(kāi)或關(guān)閉提升閥164,并且因此打開(kāi)或關(guān)閉孔口 170。
[0078] 圖3中顯示的螺線管閥302處于常開(kāi)狀況。換句話說(shuō)，在沒(méi)有電流通過(guò)螺線管閥 302的情況下，銜鐵304處于伸出位置，使得提升閥164打開(kāi)，S卩，孔口 170打開(kāi)。如果對(duì)螺 線管閥302應(yīng)用電流，則銜鐵304將收回，并且提升閥164將關(guān)閉。
[0079] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地意識(shí)到可用于本發(fā)明的螺線管閥的備選變型。例如銜鐵 304可直接對(duì)膜片起作用，或者可控制通過(guò)與出口 154處于連通的狹窄導(dǎo)管的流量，以便調(diào) 整膜片168的運(yùn)動(dòng)。備選地，可消除提升閥，并且膜片168本身可為直接控制從入口 152到 出口 154的氣體的流量的閥部件。
[0080] 第二實(shí)施例包括流量量計(jì)350。為了清楚，與量計(jì)200相同的量計(jì)350的構(gòu)件標(biāo)有 相同的參考標(biāo)號(hào)。
[0081] 量計(jì)350基本類似于第一實(shí)施例的量計(jì)200。但是，量計(jì)350進(jìn)一步包括連接到螺 線管閥302和傳感器組件204上的電子螺線管驅(qū)動(dòng)器352。螺線管驅(qū)動(dòng)器352布置成接收 來(lái)自傳感器組件204的信號(hào)，以及響應(yīng)于那個(gè)信號(hào)來(lái)控制螺線管閥302,并且因此，控制通 過(guò)調(diào)整器300的流量。
[0082] 螺線管驅(qū)動(dòng)器352可包括適合控制螺線管閥302的任何驅(qū)動(dòng)電路。一個(gè)適當(dāng)?shù)碾?路可為運(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)極端子的輸入。因此， 可將設(shè)計(jì)成提供恒定基準(zhǔn)水平且用作比較器的電阻器附連到正極端子上。
[0083] 從傳感器組件204到螺線管驅(qū)動(dòng)器352的輸入將使螺線管閥302操作。例如，如 果來(lái)自傳感器組件204 (或者備選地，處理器216)的輸入信號(hào)超過(guò)特定閾值水平，則螺線管 驅(qū)動(dòng)器352可激勵(lì)螺線管閥302?？捎脭?shù)字方式（即，開(kāi)或關(guān)）控制螺線管閥302,其中，DC 電壓在最大值和最小值之間改變。備選地，來(lái)自螺線管驅(qū)動(dòng)器352的DC電壓可連續(xù)改變， 以用模擬方式精確地調(diào)節(jié)提升閥164的位置。
[0084] 另外或備選地，螺線管驅(qū)動(dòng)器352可借助于DC輸出（包括AC分量）來(lái)控制螺線 管閥302。由于銜鐵304從螺線管閥302的伸出量大致與應(yīng)用的電流成比例，所以這使得 螺線管閥302的銜鐵304振蕩。這樣的振蕩會(huì)減輕銜鐵304的"靜摩擦"，即，協(xié)助防止銜鐵 304被卡住或堵住。
[0085] 備選地，可按需要使用諸如FET、微處理器或ASIC的其它控制組件，以控制螺線管 閥302的操作。另外，如所論述的那樣，螺線管閥302可按數(shù)字（即，開(kāi)/關(guān)）或模擬（即， 可連續(xù)改變）模式操作，以使得提升閥164等能夠精確地運(yùn)動(dòng)。
[0086] 第一或第二實(shí)施例可另外包括顯示器（未顯示），以對(duì)用戶顯示對(duì)被檢測(cè)氣體的 測(cè)量結(jié)果。備選地，顯示器可位于量計(jì)200、350遠(yuǎn)處，并且可遠(yuǎn)程地傳送相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0087] 現(xiàn)在將描述流噪聲傳感器的理論和運(yùn)行。石英晶體振蕩器210具有取決于其所處 流體的密度的共振頻率。使振蕩的音叉型平面晶體振蕩器暴露于氣體會(huì)使得晶體的共振頻 率改變和衰減（當(dāng)與真空中的晶體的共振頻率相比時(shí)）。這有許多原因。雖然氣體對(duì)晶體 的振蕩有哀減作用，但在首叉晶體振蕩器210的振蕩的叉210a附近的氣體會(huì)提1?振蕩器的 有效質(zhì)量。這使得石英晶體振蕩器的共振頻率根據(jù)單邊固定彈性梁的運(yùn)動(dòng)而降低： /- /〇 1| M〇 其中，f是振蕩頻率，f〇是在真空中的振蕩頻率，P是氣體密度，而凡是常數(shù)。
[0088] 密度P在幾乎所有情況下都將小于Μ吏得該公式可通過(guò)線性方程來(lái)近似： 2) / =獻(xiàn)吾)。 2Μ0
[0089] 可按照相對(duì)于f。的頻率偏差Λ f來(lái)重新表達(dá)方程2)，如在方程3)中陳述的那樣： 3) 4/ = M 。 Μο
[0090] 因此，為了獲得良好的近似，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。
[0091] 大體上，石英晶體振蕩器210的靈敏度為：例如對(duì)于氧氣（具有原子質(zhì)量數(shù)32)， 當(dāng)與大氣壓力相比時(shí)，在250巴下有5%的頻率變化。
[0092] 使用石英晶體振蕩器210的優(yōu)點(diǎn)于，共振頻率被良好地限定，而且如上面陳述的 那樣，共振頻率僅隨氣體壓力緩慢地變化。另外，石英晶體振蕩器210對(duì)以除了共振頻率之 外的頻率的振動(dòng)較不敏感，而且所以較不受外部振動(dòng)和聲音的影響。
[0093] 當(dāng)沿著導(dǎo)管206存在氣體流時(shí)，氣體將在限流部206a中流經(jīng)石英晶體振蕩器210。 由于石英晶體振蕩器210在本質(zhì)上是氣體流中阻礙，所以石英晶體振蕩器210將在氣體流 上產(chǎn)生拖曳，而且將產(chǎn)生擾動(dòng)流。這會(huì)引起流噪聲。
[0094] 在石英晶體振蕩器210上的曳力以及其周圍的紊流將使叉210a運(yùn)動(dòng)，而且這又將 在石英晶體振蕩器210的電連接件上產(chǎn)生電壓。這個(gè)電壓被稱為噪聲電壓（V n)。已經(jīng)根據(jù) 經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生的噪聲電壓Vn與流率（Q)的立方成比例，如在方程4)中陳述的那樣： 4) K = πρ3 其中，κ在許多流情形中為常數(shù)，但它隨氣體密度緩慢地變化。
[0095] 因此，當(dāng)傳送通過(guò)立方根濾波器時(shí)，噪聲電壓度量可提供關(guān)于流率的指示。典 型地，當(dāng)安裝在3_的管（3升/分鐘的流率流過(guò)該管）中時(shí)，5_長(zhǎng)的石英晶體振蕩器（其 具有共振頻率為32. 768kHz的晶體）提供30mW的電壓，其被放大器電路212放大10倍。在 應(yīng)用10秒關(guān)于時(shí)間恒定的平滑數(shù)字濾波器之后，在這個(gè)信號(hào)上的典型噪聲會(huì)對(duì)流量引起 典型的+/-2%的誤差。
[0096] 圖4顯示以mV為單位的噪聲電壓Vn (在Y軸上）隨以升每分鐘為單位的流率（在 X軸上）改變的曲線圖。在此情形中的數(shù)據(jù)點(diǎn)各自按每分鐘取平均值。
[0097] 圖5顯示以mV為單位的相同的但求立方根的數(shù)據(jù)噪聲電壓Vn(在Y軸上），它隨 以升每分鐘為單位的流率（在X軸上）改變。如顯示的那樣，曲線大致為線性。
[0098] 在圖4和5的不例中，使用5mm長(zhǎng)的石央晶體振湯器，它具有共振頻率為32. 8kHz 的晶體，來(lái)自石英晶體振蕩器的信號(hào)傳送通過(guò)單級(jí)放大器（諸如標(biāo)準(zhǔn)741放大器），其電壓 增益為10倍。
[0099] 圖6顯示噪聲電壓隨時(shí)間改變的曲線圖。在100秒的時(shí)間內(nèi)以一秒的時(shí)間間隔進(jìn) 行測(cè)量。四條線表示分別在3、4. 5、6和9升/分鐘下測(cè)得的流噪聲，其中，最快流率產(chǎn)生最 高電壓。
[0100] 另外，可在主動(dòng)模式和半主動(dòng)模式中使用石英晶體振蕩器210,而非僅僅將它用作 被動(dòng)傳感器來(lái)測(cè)量流噪聲。如上面關(guān)于方程1)至3)所論述的那樣，石英晶體振蕩器210 將以與周圍氣體的密度P成比例的頻率f共振。
[0101] 因此，根據(jù)上面的方程1)至3)，可精確地測(cè)量頻率f，并且精確地估計(jì)氣體密度 P。然后這個(gè)信息可輸出給用戶，并且/或者用來(lái)調(diào)節(jié)以上方程4)的校準(zhǔn)因子K，因?yàn)橐呀?jīng) 在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)，方程4)中的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)K的值隨氣體密度緩慢地變化。
[0102] 可根據(jù)石英晶體振蕩器210的流激勵(lì)式振動(dòng)，直接推導(dǎo)出頻率f，因?yàn)槭⒕w振 蕩器210將往往在特定介質(zhì)中以其共振頻率f共振。
[0103] 備選地，驅(qū)動(dòng)電路可間歇地以及在短時(shí)間里故意激勵(lì)頻率f。這將確保測(cè)得的共振 頻率f處于良好地限定的幅度，并且可進(jìn)行更精確的測(cè)量。
[0104] 在圖7中顯示適合用于本發(fā)明的放大器電路212的示例。放大器電路212包括放 大器218、電阻器R1和R3和開(kāi)關(guān)SW1和SW2。
[0105] 放大器218以及電阻器R1和R3形成非反相放大器。R3是可變電阻器，并且R3的 值的變化可用來(lái)控制放大器的增益（即，增加 R3的值會(huì)降低增益）。這可用來(lái)設(shè)定合適的 增益水平，以保持振蕩（當(dāng)用來(lái)激勵(lì)石英晶體振蕩器210時(shí)），以及獲得可測(cè)的信號(hào)水平，當(dāng) 用來(lái)放大來(lái)自石英晶體振蕩器210 (當(dāng)它用作流噪聲檢測(cè)器時(shí)）的信號(hào)時(shí)，該可測(cè)的信號(hào)水 平足夠高且不飽和。
[0106] 開(kāi)關(guān)SW1和SW2可運(yùn)行來(lái)使電路212在放大器和振蕩器驅(qū)動(dòng)模式之間切換。它們 可包括例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET)開(kāi)關(guān)或機(jī)電繼電器。
[0107] 當(dāng)用作放大器來(lái)放大由石英晶體振蕩器210(當(dāng)用作流噪聲檢測(cè)器時(shí)）產(chǎn)生的噪 聲電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)SW1處于關(guān)閉位置（即，斷開(kāi)），而開(kāi)關(guān)SW2則處于打開(kāi)（即，接通）位置。
[0108] 在放大器模式中，輸出會(huì)反映在石英晶體振蕩器210被外部源激勵(lì)時(shí)所產(chǎn)生的電 壓。調(diào)節(jié)放大器218的增益，使得輸出信號(hào)對(duì)于精確的測(cè)量是足夠的，但不飽和。
[0109] 相反，當(dāng)用作放大器來(lái)放大由石英晶體振蕩器210 (當(dāng)用作流噪聲檢測(cè)器時(shí)）產(chǎn)生 的噪聲電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)SW1處于打開(kāi)位置（S卩，接通），而開(kāi)關(guān)SW2則處于關(guān)閉（即，斷開(kāi)）位 置。
[0110] 在振蕩器模式中，石英晶體振蕩器210被放大器218的輸出激勵(lì)，而且這將反饋回 到放大器218的輸入。如果放大器218的增益足夠大，則將保持振蕩?？墒褂眠B接到輸出 上的頻率量計(jì)來(lái)測(cè)量振蕩頻率f。
[0111] 在變型中，開(kāi)關(guān)SW1可由電阻器代替，在這種情況下，SW2將獨(dú)自控制運(yùn)行模式。
[0112] 現(xiàn)在將參照?qǐng)D8來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法。下面描述的方法可應(yīng)用于上 面描述的第一和第二實(shí)施例中的各個(gè)。
[0113] 步驟400:開(kāi)始測(cè)量 在步驟400處，開(kāi)始測(cè)量通過(guò)導(dǎo)管206的氣體的流率。例如這可由用戶按壓殼體208 的外部上的按鈕來(lái)啟動(dòng)。備選地，可借助于遠(yuǎn)程連接來(lái)開(kāi)始測(cè)量，例如，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳輸 且由量計(jì)200、350通過(guò)天線接收的信號(hào)。
[0114] 作為另一個(gè)備選方案或補(bǔ)充方案，量計(jì)200、350可構(gòu)造成遠(yuǎn)程地開(kāi)始或按定時(shí)器 開(kāi)始。方法前進(jìn)到步驟402。
[0115] 步驟402 :利用石英晶體振蕩器來(lái)產(chǎn)生電壓 一旦開(kāi)始，經(jīng)過(guò)石英晶體振蕩器210的氣體流將使石英晶體振蕩器210運(yùn)動(dòng)，以及借助 于流擾動(dòng)和曳力引起的壓電效應(yīng)產(chǎn)生電壓。如將理解的那樣，石英晶體振蕩器210本質(zhì)上 是獨(dú)立的檢測(cè)器和阻流器。
[0116] 步驟404 :放大產(chǎn)生的電壓 然后放大器電路212放大由石英晶體振蕩器210產(chǎn)生的信號(hào)。在本實(shí)施例中使用單級(jí) 放大器電路212 (包括放大器218)，但可利用多級(jí)系統(tǒng)。放大器212在這個(gè)實(shí)施例中具有為 10倍的電壓增益，但可按需要使用其它增益。
[0117] 方法前進(jìn)到步驟406。
[0118] 步驟406 :對(duì)數(shù)據(jù)求立方根 如上面陳述的那樣，噪聲電壓與流量Q的立方成比例。因此，實(shí)現(xiàn)立方根電路，以獲得 與流率Q成比例的數(shù)據(jù)值。方法前進(jìn)到步驟408。
[0119] 步驟408 :積分和平滑 為了進(jìn)行測(cè)量，在大約10秒的時(shí)段里測(cè)量求立方根的且放大的電壓值。這使得讀數(shù)能 夠穩(wěn)定，以便確定精確的測(cè)量。然后通過(guò)使用數(shù)字濾波器來(lái)使數(shù)據(jù)平滑?？稍谖⑻幚砥?16 中執(zhí)行這個(gè)步驟和前面的步驟，或者用放大器電路212上的專用電路執(zhí)行。當(dāng)測(cè)量開(kāi)始時(shí)， 微處理器216還可記錄時(shí)間1\。
[0120] 步驟410 :根據(jù)頻率得出氣體密度 步驟410是可選的，而且可在流量量計(jì)的運(yùn)行期間按需要執(zhí)行。如上面關(guān)于方程1)、2) 和3)所陳述的那樣，氣體密度大致線性地取決于石英晶體振蕩器210的共振頻率。測(cè)量這 個(gè)頻率f，并且密度信息由處理器216按需要利用。
[0121] 方法前進(jìn)到步驟412。
[0122] 步驟412 :確定氣體的流量 使用上面的方程4)來(lái)確定氣體的流量，其中，在步驟402中測(cè)量噪聲電壓，并且已經(jīng)在 前面確定了常數(shù)K的默認(rèn)值。如果已經(jīng)在步驟410中確定了密度，則可按需要根據(jù)有關(guān)密 度信息來(lái)更新常數(shù)K的值。
[0123] 然后方法前進(jìn)到步驟414。
[0124] 步驟414 :傳送和存儲(chǔ)結(jié)果 氣體的流率可按多種方式顯示。例如，附連到殼體208、本體202或調(diào)整器150、300上 的屏幕（未顯示）可顯示氣體的流率。在備選方案中，流率度量可遠(yuǎn)程地傳送到基站或位 于附近配件上的量計(jì)，如將在后面描述的那樣。
[0125] 作為又一個(gè)備選方案，在時(shí)間?\時(shí)的氣體流率可存儲(chǔ)在所述微處理器216本地的 存儲(chǔ)器中，以產(chǎn)生時(shí)間日志。
[0126] 然后方法前進(jìn)到步驟416。
[0127] 步驟416 :對(duì)傳感器組件斷電 不必使量計(jì)200、350時(shí)刻保持工作。相反，通過(guò)在不使用時(shí)關(guān)閉量計(jì)200、350來(lái)減少 功率消耗是有益的。這會(huì)延長(zhǎng)電池214的壽命。
[0128] 以上實(shí)施例的變型對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。硬件和軟件構(gòu)件的確切構(gòu) 造可有所不同，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 選構(gòu)造。
[0129] 例如，電子功能可在永久地安裝在缸體上的單元和安裝在用戶使用站上或臨時(shí)安 裝在缸體的出口上（諸如通常用于傳統(tǒng)流量量計(jì)的位置）的單元之間分開(kāi)。
[0130] 參照?qǐng)D9來(lái)顯示這個(gè)組件的示例。該組件包括氣體缸體組件50,氣體缸體組件50 包括氣體缸體500、調(diào)整器502和質(zhì)量流率量計(jì)504。氣體缸體500、調(diào)整器502和質(zhì)量流率 量計(jì)504基本類似于基本在前面參照前面的實(shí)施例所描述的氣體缸體100、調(diào)整器150和量 計(jì) 200、350。
[0131] 在這個(gè)實(shí)施例中，質(zhì)量流率量計(jì)504包括石英晶體振蕩器和放大器電路（未顯 示），它們類似于之前的實(shí)施例的石英晶體振蕩器210和放大器電路212。提供天線506,以 通過(guò)任何適當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)程通信協(xié)議來(lái)進(jìn)行通信；例如藍(lán)牙、紅外（IR)或RFID。備選地，可利用 單線通信。
[0132] 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，可在不需要 外部天線的情況下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。
[0133] 連接管508連接到氣體缸體500的出口上。連接管由快速連接連接件510終止。 快速連接連接件510使得連接管系統(tǒng)或構(gòu)件能夠輕易且快速地連接到氣體缸體500上，以 及輕易且快速地與氣體缸體500斷開(kāi)。
[0134] 提供快速連接單元550是為了連接到氣體缸體500上。提供互補(bǔ)的快速連接連接 器512是為了連接到連接器508上。另外，對(duì)快速連接單元550提供數(shù)據(jù)單元552。數(shù)據(jù) 單元552包括顯示器554和用于與氣體缸體組件50的天線504通信的天線556。顯示器 554可包括例如IXD、LED或日光下可讀的顯示器，以最大程度地減少功率消耗，以及最大程 度地提高顯示器的可見(jiàn)性。
[0135] 數(shù)據(jù)單元552可記錄由氣體缸體組件50的傳感器組件502測(cè)得的各種參數(shù)。例 如，數(shù)據(jù)單元552可記錄流率與時(shí)間的關(guān)系。這種記錄例如對(duì)于想要檢查氣體流的存在以 及在關(guān)鍵構(gòu)件上的冗長(zhǎng)的氣體焊接過(guò)程期間進(jìn)行校正的焊接承包人可為有用的，或者可用 于對(duì)公司供應(yīng)關(guān)于特定顧客的使用量的數(shù)據(jù)。
[0136] 備選地，來(lái)自數(shù)據(jù)單元550的數(shù)據(jù)可輸出到計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的焊接機(jī)（用于焊接應(yīng)用） 或其它使用氣體的裝備，以允許計(jì)算推導(dǎo)出的參數(shù)，以及警告消息。
[0137] 作為備選方案，可以可選地在完全位于氣體缸體500或殼體208上（或它們之內(nèi)） 的系統(tǒng)上處理、存儲(chǔ)或者獲得以上所有示例，如關(guān)于量計(jì)200、350所論述的那樣。
[0138] 雖然已經(jīng)參照石英晶體振蕩器的使用來(lái)描述以上實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將容 易地意識(shí)到，還可使用備選的壓電材料。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、焦硼酸鋰、正磷酸鋁、鍺酸鉍、多晶鈦酸鋯陶 瓷、高氧化鋁陶瓷、硅-鋅氧化物復(fù)合材料或酒石酸二鉀。
[0139] 已經(jīng)特別地參照示出的示例來(lái)描述了本發(fā)明的實(shí)施例。雖然在圖中顯示以及在本 文詳細(xì)描述了具體示例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，圖和詳細(xì)描述不意于使本發(fā)明局限于公開(kāi)的特 定形式。將理解的是，可對(duì)在本發(fā)明的范圍內(nèi)描述的示例作出變型和修改。
【權(quán)利要求】
1. 一種測(cè)量沿著導(dǎo)管的氣體的流率的方法，所述方法包括： a) 定位延伸到所述導(dǎo)管中且接觸所述氣體的壓電振蕩器，所述壓電振蕩器包括布置成 響應(yīng)于沿著所述導(dǎo)管的氣體流而振蕩的兩個(gè)平行平叉； b) 測(cè)量由所述壓電振蕩器的平叉在沿著所述導(dǎo)管的氣體流中的振蕩運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電壓 的幅度；以及 c) 根據(jù)所產(chǎn)生的電壓的幅度，確定沿著所述導(dǎo)管的氣體的流率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a)包括將所述壓電振蕩器的平叉定 位成基本垂直于所述氣體流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟b)進(jìn)一步包括放大由所述壓電 振蕩器產(chǎn)生的電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟c)進(jìn)一步包括計(jì)算經(jīng)放大的電壓的 立方根，以確定氣體的流率。
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，所述方法進(jìn)一步包括以下 步驟： d) 根據(jù)所述壓電振蕩器的共振頻率來(lái)確定所述氣體的密度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟d)進(jìn)一步包括 e) 以共振頻率驅(qū)動(dòng)所述壓電振蕩器。
7. -種用于測(cè)量沿著導(dǎo)管的氣體的流率的量計(jì)，所述量計(jì)包括傳感器組件，所述傳感 器組件包括壓電晶體振蕩器，所述壓電晶體振蕩器包括兩個(gè)平行平叉，在使用所述量計(jì)時(shí)， 所述平叉接觸所述氣體流，延伸到所述氣體流中，并且布置成響應(yīng)于所述氣體流而振蕩，所 述傳感器組件布置成：測(cè)量由所述壓電振蕩器的平叉在沿著所述導(dǎo)管的氣體流中的振蕩運(yùn) 動(dòng)產(chǎn)生的電壓的幅度；以及根據(jù)所產(chǎn)生的電壓的幅度，確定沿著所述導(dǎo)管的氣體的流率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的量計(jì)，其特征在于，所述壓電振蕩器的平叉布置成基本垂直 于所述氣體流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的量計(jì)，其特征在于，所述傳感器組件進(jìn)一步包括用于放大 由所述壓電振蕩器產(chǎn)生的電壓的放大器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的量計(jì)，其特征在于，所述傳感器組件可運(yùn)行來(lái)計(jì)算經(jīng)放大的 電壓的立方根，以確定氣體的流率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至10中的任一項(xiàng)所述的量計(jì)，其特征在于，所述傳感器組件進(jìn)一步 可運(yùn)行來(lái)根據(jù)所述壓電振蕩器在所述氣體流中的共振頻率，確定所述氣體的密度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的量計(jì)，其特征在于，所述量計(jì)進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)電路，其中， 所述驅(qū)動(dòng)電路可運(yùn)行來(lái)以共振頻率驅(qū)動(dòng)所述壓電振蕩器。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法或量計(jì)，其特征在于，所述平叉布置成以 大約32 kHz或更高的頻率振蕩。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法或量計(jì)，其特征在于，所述壓電振蕩器包 括石英晶體振蕩器。
15. -種可由可編程處理設(shè)備執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括用于執(zhí)行權(quán)利要求1至6中 的任一項(xiàng)所述的步驟的一個(gè)或多個(gè)軟件部分。
【文檔編號(hào)】G01F15/00GK104303024SQ201380026588
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月24日
【發(fā)明者】N.A.道尼 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司