BRPI0619821A2

BRPI0619821A2 - medição de gás

Info

Publication number: BRPI0619821A2
Application number: BRPI0619821-0A
Authority: BR
Inventors: Edward Grellier Colby; Hans Joachim Steiner; Kimon Roussopoulos; Matthew Emmanuel Milton Storkey; Simon Adam Shakespeare
Original assignee: Sentec Ltd
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2011-10-18
Also published as: SI1960743T1; HUE033402T2; AU2006324451A1; US20100199781A1; DK1960743T3; CN101871802A; PT1960743T; AU2006324451B2; JP2012255805A; CN101871802B; EP2402723A2; KR20080081252A; EP1960743A1; CA2633823A1; KR101257478B1; LT1960743T; RU2008128486A; JP2009519456A; PL1960743T3; EP2402723A3

Abstract

MEDIçãO DE GáS. A presente invenção refere-se a um medidor de gás compreende um conduto (1) para passagem de um fluxo de gás A e um jonizador (2) disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto (1). Uma estrutura de eletrodo de modulação (4) a jusante do ionizador modula a distribuição deíons no fluxo de gás ionizado. Uma primeira estrutura de eletrodo de detecção (8) e uma segunda estrutura de eletrodo (9) a jusante da estrutura de eletrodo de modulação (4) detectam a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado. A estrutura de eletrodo de modulação (4) e as estruturas de eletrodos de detecção (8, 9) podem ser configuradas para gerar um campo elétrico tendo pelo menos um componente substancial paralelo à direção do fluxo de gás. A estrutura de eletrodo de modulação (4) e as estruturas de eletrodos de detecção (8, 9) podem compreender um par de eletrodos (5, 6, 10, 11), cada um tendo uma pluralidade de aberturas definidas para passagem do fluxo de gás. A estrutura de eletrodo de modulação (4) pode ser disposta para capturar íons de uma polaridade, para gerar um fluxo de gás ionizado, compreendendo uma maioria de íons da polaridade oposta, em cujo caso a estrutura de eletrodo de detecção pode compreender pelo menos um eletrodo (11) conectado a uma fonte de carga. O movimento do fluxo de gás ionizado em relação ao eletrodo causa uma redistribuição de carga no eletrodo, o que gera uma corrente indicativa da distribuição de íons entre o eletrodo (11) e a fonte de carga. As várias disposições proporcionam um medidor de gás que pode operar com uma tensão de modulação de menos do que 10 volts e é, portanto, adequada como um medidor de gás doméstico.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MEDIÇÃO DE GÁS".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se ao campo de medição volumétrica de gás. A tecnologia de medição de gás aqui descrita é particularmente ade- quada para uso em um medidor de gás de utilidade residencial.

Antecedentes da Invenção

A forma mais comum de medidor volumétrico de gás residencial é o medidor de gás de diafragma. Esse é um dispositivo mecânico que fun- ciona no princípio do deslocamento positivo, permitindo um volume fixo de gás passante por ciclo completo. Medidores mecânicos estão sujeitos ao 1,1 desgaste em operação normal, o que leva à imprecisão crescente com o tempo e à possibilidade eventual de falha completa. A prevalência crescente de leitura automática de medidor (AMR) significa que muito freqüentemente alguma forma de codificador dever formar interface com a leitura mecânica, a fim de ser capaz de ler a informação de consumo automaticamente.

É desejável proporcionar um medidor de gás que não contém partes móveis, isto é, um medidor de gás estático, em que uma medição do volume de gás consumido está disponível diretamente em uma forma eletrô- nica. Outros benefícios seguem essa implementação, incluindo a capacidade de estabelecer tarifas mais complexas com base no tempo de uso, demanda de pico ou variações locais no preço do gás ou a capacidade de compartilhar informação com outras fontes de energia residencial, tais como eletricidade, óleo ou fontes de energia renováveis.

Três tipos de medidores volumétricos estáticos de gás têm sido desenvolvidos. O primeiro é o medidor ultra-sônico de duração de trajetória, que está disponível comercialmente para aplicações de nicho que podem produzir o alto custo dessa espécie de medidor. A segunda tecnologia co- nhecida é o medidor térmico de massa- fluxo, que é uma adição relativamen- te nova ao campo e usa um método de derivação e um sensor micro- usinado. O terceiro tipo é medidor oscilador fluídico, que foi desenvolvido na década de 1950. Todas essas tecnologias de medição compartilham a des- vantagem de que eles são mais onerosos do que os medidores mecânicos e requerem energia de bateria significativa, o que também aumenta o custo.

A norte-americana 3.688.106 (Brain) descreve um medidor para medir a velocidade do gás em um duto. O medidor tem uma fonte de íons e dois coletores de íons, de modo que gás no duto é primeiro ionizado e, en- tão, passa pelos coletores. Um pulso de tensão é aplicado ao primeiro cole- tor e o intervalo entre esse pulso e o efeito resultante no número de íons co- letados no segundo coletor é medido para dar a velocidade do gás. A densi- dade do gás é medida pela determinação do número de íons coletados entre pulsos no segundo coletor e o fluxo de massa é obtido do produto de veloci- - dade e densidade. Nesse sistema, o pulso de tensão aplicado ao primeiro coletor é uma onda quadrada de 100 Hz e uma tensão de 120 volts é aplica- da através do segundo coletor. A alta tensão e a alta freqüência de modula- ção tornam esse desenho inadequado para operação acionada à bateria de baixa tensão, requerida por um medidor de gás doméstico. Outras configu- rações de medidores de gás de velocidade de ionização são descritas na norte-americana 3.842.670 e na norte-americana 2.632.326.

Seria desejável proporcionar um medidor de gás do tipo geral descrito na norte-americana 3.688.106 (Brain), que seria capaz de funcionar com uma tensão operacional de uns poucos volts, de modo que o medidor poderia ser acionado economicamente por baterias-padrão. Com a geome- tria de medição descrita por Brain, porém, é essencial que os eletrodos dos coletores estejam espaçados suficientemente para os coletores apresentem pouca ou nenhuma impedância para o fluxo de gás. Desse modo, uma ten- são de operação acima de cem volts é requerida para proporcionar um cam- po elétrico suficientemente grande nos coletores para o medidor funcionar. Para o mesmo campo elétrico ser gerado com uma tensão de operação de apenas uns poucos volts, o duto em que o medidor de Brain é montado pre- cisará ser cem vezes menor em diâmetro, o que impedirá, significativamen- te, o fluxo de um suprimento de gás doméstico.

A presente invenção, pelo menos em suas modalidades preferi- das, procura proporcionar um medidor volumétrico de gás, operando no princípio da manipulação elétrica e detecção de uma corrente de gás ioniza- do, usando o princípio subjacente de que o campo de velocidade do gás in- terage com a distribuição de ionização e altera os sinais detectados. Em modalidades particulares, o medidor de gás é especialmente adequado para medição de uso de gás de uma rede de suprimento nacional ou regional.

Sumário da Invenção

Em conseqüência, vista de um aspecto, a presente invenção proporciona um medidor de gás compreendendo um conduto para passa- gem de um fluxo de gás e um ionizador disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto, em uso, Uma estrutura de eletrodo de modulação a jusante do ionizador é disposta para modular a distribuição de íons no fluxo de gás ioni- 1,1 zado. Pelo menos uma primeira estrutura de eletrodo de detecção a jusante da estrutura de eletrodo de modulação é disposta para detectar a distribui- ção de íons no fluxo de gás ionizado. Pelo menos uma dentre a estrutura de eletrodo de modulação e a estrutura de eletrodo de detecção é configurada para gerar um campo elétrico tendo pelo menos um componente substancial paralelo à direção do fluxo de gás.

Desse modo, de acordo com a invenção, uma estrutura de ele- trodo gera um campo elétrico tendo pelo menos um componente substancial paralelo à direção do fluxo de gás. Através da disposição do campo elétrico paralelo, em lugar de perpendicular, à direção do fluxo de gás como é o caso na técnica anterior, a intensidade do campo elétrico pode ser ajustada pela mudança do espaçamento entre eletrodos da estrutura de eletrodos e essa mudança de espaçamento não precisa afetar o fluxo de gás através do con- duto. Dessa maneira, as exigências dinâmicas de fluido do medidor de gás podem ser feitas independentes das exigências elétricas e isso permite que um medidor de gás seja criado, que pode operar em tensões suficientemen- te baixas para uso como um medidor de gás doméstico.

A estrutura de eletrodo de modulação pode ser configurada para gerar um campo elétrico tendo pelo menos um componente substancial pa- ralelo à direção do fluxo de gás, por exemplo, para selecionar uma polarida- de particular de íon para o fluxo de gás ionizado a jusante. Alternativamente ou em adição, a estrutura de eletrodo de detecção pode ser configurada pa- ra gerar um campo elétrico tendo pelo menos um componente substancial paralelo à direção do fluxo de gás, por exemplo, detectar, seletivamente, uma polaridade particular de íon.

Em modalidades particulares, o campo elétrico gerado é subs- tancialmente paralelo à direção do fluxo de gás. Contudo, isso não é essen- cial. Por exemplo, o campo elétrico pode incluir um componente substanci- almente paralelo à direção do fluxo de gás, bem como um componente subs- tancialmente perpendicular à direção do fluxo de gás.

A estrutura de eletrodo de modulação e/ ou a estrutura de ele- trodo de detecção podem assumir qualquer forma e configuração. Por e- xemplo, as estruturas de eletrodos podem ser arqueadas, semicilíndricas, hemisféricas, etc. Em uma modalidade típica, porém, a estrutura de eletrodo de modulação compreende um par de eletrodos opostos, substancialmente planos, dispostos substancialmente perpendiculares à direção do fluxo de gás. Um "par" de eletrodos não implica que os eletrodos sejam idênticos, embora possam ser.

Em geral, os eletrodos são espaçados na direção do fluxo de gás. O espaçamento dos eletrodos pode ser menos do que 1 mm, de prefe- rência, menos do que 0,25 mm. Tipicamente, o campo elétrico é gerado en- tre os eletrodos, em uso.

Em uma modalidade preferida, os eletrodos têm, cada um deles, uma pluralidade de aberturas definidas para passagem do fluxo de gás atra- vés delas.

Em si, acredita-se que essa seja uma nova configuração. Desse modo, vista de um outro aspecto, a presente invenção proporciona um me- didor de gás compreendendo um conduto para passagem de um fluxo de gás, em uso, e um ionizador disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto, em uso. Uma estrutura de eletrodo de modulação a jusante do ionizador é disposta para modular a distribuição de íons no fluxo de gás ionizado. Pelo menos uma primeira estrutura de eletrodo de detecção, a jusante da estrutu- ra de eletrodo de modulação, é disposta para detectar a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado. Pelo menos uma dentre a estrutura de eletrodo de modulação e a estrutura de eletrodo de detecção compreende pelo menos um eletrodo disposto transversalmente à direção do fluxo de gás e tendo uma pluralidade de aberturas definidas para passagem do fluxo de gás através delas. O número de aberturas pode estar acima de dez.

Desse modo, de acordo com esse aspecto da invenção, o ele- trodo é configurado para permitir que o fluxo de gás passe através do eletro- do. Dessa maneira, o eletrodo pode ser posicionado para obter o efeito elé- trico ou eletromagnético desejado, sem afetar adversamente o fluxo de gás através do medidor.

O eletrodo é disposto transversalmente à direção do fluxo de 1,1 gás. Isso significa que o eletrodo não é paralelo à direção do fluxo de gás. Desse modo, o fluxo de gás bate no eletrodo até um certo ponto. Tipicamen- te, o eletrodo é disposto perpendicularmente à direção do fluxo de gás. Des- sa maneira, a modulação elétrica ou detecção do fluxo de gás ionizado ocor- re na distância mais curta possível ao longo do conduto, de modo que a re- solução espacial e, portanto, a precisão de detecção do medidor de gás é maximizada. Além disso, um eletrodo perpendicular não tende a desviar o fluxo de gás em direção às paredes do conduto.

O eletrodo pode compreender uma pluralidade de condutores, com as aberturas proporcionadas pelos espaços entre condutores adjacen- tes. Os condutores não precisam ser formados em uma unidade única, mas podem ser proporcionados por condutores distintos. Contudo, os condutores de um eletrodo são todos conectados ao mesmo potencial elétrico, em uso. Desse modo, o eletrodo pode assumir a forma de um arranjo de fios, por e- xemplo, fios paralelos. Alternativamente, o eletrodo pode assumir a forma de uma peça única, tipicamente de metal, tendo as aberturas nele formadas. As aberturas podem ser moldadas, cortadas, entalhadas, estampadas ou de outro modo definidas no metal. As aberturas podem ser furos, fendas, perfu- rações ou qualquer outra abertura adequada.

Na disposição preferida, os eletrodos estão na forma de uma malha ou grade. Tipicamente, a grade é um arranjo regular de aberturas de- tinidas entre condutores adjacentes. O arranjo pode se estender em uma dimensão, por exemplo, uma grade de tendas paralelas ou duas dimensões, por exemplo, uma grade de condutores horizontais e verticais.

O passo da malha pode ser selecionado para maximizar a eficá- cia elétrica do eletrodo. Em modalidades da invenção, o passo da malha é menor do que 5 mm, de preferência, menos do que 3 mm. O fator de enchi- mento para a malha é, desejavelmente, tão pequeno quanto possível, para assegurar fluxo de gás máximo. Em modalidades da invenção, o fator de enchimento da malha é menos de 30%, de preferência, menos de 20%. Em geral, a construção dos eletrodos para a estrutura de eletrodo de modulação e a estrutura de eletrodo de detecção é selecionada para maximizar a efici- ência de modulação ou detecção. Contudo, por razões de conveniência de fabricação, por exemplo, os eletrodos podem ser escolhidos para serem i- dênticos.

Em modalidades da invenção, o medidor de gás compreende um par de eletrodos dispostos transversalmente à direção de fluxo de gás e ten- do uma pluralidade de aberturas nele definidas para a passagem do fluxo de gás através delas. Tipicamente, os eletrodos são idênticos, mas isso não é essencial.

As aberturas em um eletrodo do par podem ser deslocadas em uma direção transversal à direção do fluxo de gás em relação às aberturas no outro eletrodo do par. Essa disposição é particularmente vantajosa, por- que o campo elétrico entre os eletrodos pode incluir um componente na dire- ção perpendicular ao plano dos eletrodos. Isso é particularmente vantajoso onde os eletrodos são os eletrodos de modulação, porque um componente do campo elétrico na direção perpendicular ao plano dos eletrodos auxilia na direção de íons para os eletrodos para captura e, portanto, aumenta a eficá- cia de modulação da estrutura de eletrodo.

O par de eletrodos pode ser espaçado na direção do fluxo de gás. Alternativamente, os eletrodos podem ser substancialmente co- planares. Por exemplo, os condutores de um eletrodo podem estar localiza- dos nos espaços (aberturas) entre os condutores do outro eletrodo. Em ou- tras palavras, os eletrodos podem ser interdigitados. Com uma disposição dessa espécie, o campo elétrico gerado pela estrutura de eletrodo pode ser inteiramente perpendicular à direção do fluxo de gás.

Em uma modalidade preferida, o deslocamento entre as abertu- ras dos respectivos eletrodos do par é substancialmente igual à metade do espaçamento entre aberturas adjacentes de um dos eletrodos. Dessa manei- ra, qualquer componente do campo elétrico na direção perpendicular ao pla- no dos eletrodos é maximizado.

A estrutura de eletrodo de modulação pode compreender um eletrodo a montante e um eletrodo a jusante. Um respectivo potencial de modulação pode ser aplicado, em uso, a cada eletrodo para modular a dis- M tribuição de íons no fluxo de gás ionizado. O potencial de modulação aplica- do ao eletrodo a jusante pode ser da polaridade oposta ao potencial de mo- dulação aplicado ao eletrodo a montante e de uma magnitude selecionada de modo que, a jusante da estrutura de eletrodo de modulação, o campo elétrico devido ao eletrodo a montante é cancelado pelo campo elétrico de- vido ao eletrodo a jusante.

Em si, acredita-se que essa seja uma nova configuração. Desse modo, vista de um outro aspecto, a presente invenção proporciona um me- didor de gás compreendendo um conduto para passagem de um fluxo de gás, em uso, e um ionizador disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto, em uso. Uma estrutura de eletrodo de modulação a jusante do ionizador é disposta para modular a distribuição de íons no fluxo de gás ionizado. Pelo menos uma primeira estrutura de eletrodo de detecção, a jusante da estrutu- ra de eletrodo de modulação, é disposta para detectar a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado. A estrutura de eletrodo de modulação compreende um eletrodo a montante e um eletrodo a jusante e um respecti- vo potencial de modulação é aplicado, em uso, a cada eletrodo para modular a distribuição de íons no fluxo de gás ionizado.

O potencial de modulação aplicado ao eletrodo a jusante é da polaridade oposta ao potencial de modulação aplicado ao eletrodo a montan- te e de uma magnitude selecionada, de modo que, a jusante da estrutura de eletrodo de modulação, o campo elétrico devido ao eletrodo a montante é cancelado pelo campo elétrico devido ao eletrodo a jusante.

Com essa disposição, os potenciais de modulação podem ser usados para assegurar que os campos elétricos associados com a estrutura de eletrodo de modulação não afetem diretamente a operação da estrutura de eletrodo de detecção.

A estrutura de eletrodo de modulação pode ser disposta para capturar, de preferência, íons de uma polaridade, pelo que gera um fluxo de gás ionizado compreendendo uma maioria de íons da polaridade oposta. Um potencial de modulação alternativo pode ser aplicadaà estrutura de eletrodo de modulação, de modo que a estrutura de eletrodo de modulação captura, seqüencialmente, íons de uma polaridade e, subseqüentemente, a polarida- de oposta, pelo que gera um fluxo de gás ionizado compreendendo uma se- qüência de regiões tendo uma maioria de íons de polaridade alternativa. Dessa maneira, o fluxo de gás é codificado com um sinal alternativo. Uma comparação do retardo entre o sinal recebido na estrutura de eletrodo de detecção e o potencial de modulação proporciona uma indicação da taxa de fluxo de gás através do conduto.

A estrutura de eletrodo de detecção pode compreender pelo menos um eletrodo conectado a uma fonte de carga, pelo que o movimento do fluxo de gás ionizado tendo uma maioria de íons de uma polaridade rela- tiva ao eletrodo causa uma redistribuição de carga no eletrodo, o que gera uma corrente indicativa da distribuição de íons entre o eletrodo e a fonte de carga.

Em si, acredita-se que essa seja uma nova configuração. Desse modo, vista de um outro aspecto, a presente invenção proporciona um me- didor de gás compreendendo um conduto para passagem de um fluxo de gás, em uso e um ionizador disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto, em uso. Uma estrutura de eletrodo de modulação a jusante do ionizador é disposto para modulação da distribuição de gás no fluxo de gás ionizado. Relo menos uma primeira estrutura de eletrodo de detecção a jusante da estrutura de eletrodo de modulação é disposta para detectar a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado. A estrutura de eletrodo de modu- lação é disposta para capturar íons de uma polaridade, pelo que gera um fluxo de gás ionizado compreendendo uma maioria de íons da polaridade oposta. A estrutura de eletrodo de detecção compreende pelo menos um eletrodo conectado a uma fonte de carga, pelo que, em uso, o movimento do fluxo de gás ionizado tendo uma maioria de íons de uma polaridade em rela- ção ao eletrodo causa a redistribuição de carga no eletrodo, o que gera uma corrente indicativa da distribuição de íons entre o eletrodo e a fonte de car- ga. Tipicamente, a fonte de carga é potencial de terra.

De acordo com esse aspecto da invenção, a estrutura de eletro- do de detecção detecta o fluxo de gás ionizado que passa, o qual pode ser de polaridade alternativa, em virtude da corrente gerada devido à redistribui- ção de carga na estrutura de eletrodo. Isso tem a vantagem significativa de que um campo elétrico não é requerido entre os eletrodos de uma estrutura de eletrodo de detecção. Além disso, a detecção é obtida sem captura de íons, de modo que uma série dessas estruturas de eletrodo de detecção po- de ser pode ser disposta ao longo do conduto.

Nessa disposição, é possível que a estrutura de eletrodo de de- tecção compreenda apenas um único eletrodo, que é responsivo ao fluxo de gás ionizado passante. Contudo, em uma modalidade particular, a estrutura de eletrodo de detecção compreende um eletrodo a montante e um eletrodo a jusante, cada um conectado a uma fonte de carga. O eletrodo a montante protege o eletrodo a jusante do fluxo de gás ionizado que se aproxima e proporciona um sinal de detecção melhor definido do eletrodo a jusante. O medidor de gás pode compreender uma segunda estrutura de eletrodo de detecção a jusante da primeira estrutura de eletrodo de detecção, cada es- trutura de eletrodo de detecção disposta para detectar a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado.

Em si, acredita-se que essa seja uma nova configuração. Desse modo, vista de um outro aspecto, a presente invenção proporciona um me- didor de gás compreendendo um conduto para passagem de um fluxo de gás, em uso e um ionizador disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto, em uso. Uma estrutura de eletrodo de modulação a jusante do ionizador é disposta para modular a distribuição de íons no fluxo de gás ionizado. Uma primeira estrutura de eletrodo de detecção a jusante da estrutura de eletrodo de modulação é disposta para detectar a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado. Uma segunda estrutura de eletrodo de detecção a jusante da estrutura de eletrodo de modulação é disposta para detectar a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado.

O fornecimento de uma segunda estrutura de eletrodo de detec- ção pode ser usado para aumentar a faixa dinâmica do medidor de gás. Desse modo, a primeira estrutura de eletrodo de detecção pode ser disposta para detectar a distribuição de íons em taxas de fluxo relativamente baixas e a segunda estrutura de eletrodo de detecção pode ser disposta para detectar a distribuição de íons em taxas de fluxo mais altas, quando a nuvem de íons se deslocará ainda mais durante o mesmo período de tempo. Em modalida- des particulares, a distância da estrutura de eletrodo de modulação para a primeira estrutura de eletrodo de detecção pode ser menos do que 10 mm. Em modalidades particulares, a distância da estrutura de eletrodo de modu- lação para a segunda estrutura de eletrodo de modulação pode ser maior do que 50 mm. Tipicamente, a distância da estrutura de eletrodo de modulação para a segunda estrutura de eletrodo de detecção é menor do que 100 mm.

A primeira estrutura de eletrodo de detecção pode ser disposta para capturar, de preferência, íons de uma polaridade e a segunda estrutura de eletrodo de detecção pode ser disposta para capturar, de preferência, íons da polaridade oposta. Nessa disposição, a primeira estrutura de eletro- do de detecção captura, seletivamente, uma polaridade de íons, enquanto a segunda estrutura de eletrodo de detecção captura, seletivamente, uma po- laridade de íons, enquanto a segunda estrutura de eletrodo de detecção cap- tura, seletivamente, a outra polaridade. Desse maneira, cada estrutura de eletrodo de detecção recebe sua própria corrente de íons independente para detecção e o sinal na segunda estrutura de eletrodo de detecção não é dimi- nuído pela operação da primeira estrutura de eletrodo de detecção. Dessa maneira, a estrutura de eletrodo de detecção pode operar sobre a mesma corrente de íons.

A primeira estrutura de eletrodo de detecção pode compreender um par de eletrodos espaçados. Um campo elétrico pode ser aplicado entre os eletrodos, em uso, para capturar íons do fluxo de gás ionizado e gerar uma corrente indicativa da distribuição de íons. Alternativamente ou em adi- ção, a segunda estrutura de eletrodo de detecção pode compreender um par de eletrodos espaçados e um campo elétrico pode ser aplicado entre os ele- trodos, em uso, para capturar íons do fluxo de gás ionizado e gerar uma cor- rente indicativa da distribuição de íons.

O medidor de gás pode compreender mais de duas estruturas de eletrodos de detecção, se desejado.

Em modalidades típicas da invenção, a tensão de modulação aplicada à estrutura de eletrodo de modulação está em uma freqüência de menos do que 10 Hz. Similarmente, a tensão de modulação aplicada à estru- tura de eletrodo de modulação é, em geral, menor do que uma CA de 10 volts. Além disso, a tensão aplicada à estrutura de eletrodo de detecção, se houver, é, em geral, menor do que uma CC de 10 volts. Com esses parâme- tros operacionais, o medidor de gás é adequado à operação acionada por bateria.

O medidor de gás de acordo com a invenção é adequado ao uso como um medidor de gás de utilidade doméstica. Isso quer dizer, um medi- dor de gás que pode ser conectado a uma rede de fornecimento de gás na- cional, regional ou internacional em uma premissa de usuário e é suficiente- mente preciso para proporcionar informação sobre o uso de gás de um usu- ário para o operador de rede para fins de faturamento. Contudo, o medidor de gás de acordo com a invenção pode ser usado em outras circunstâncias para medir volume de gás, taxa de fluxo e/ ou velocidade.

Em modalidades da invenção, o ionizador é uma fonte radioati- va. Contudo, outros ionizadores poderiam ser usados, por exemplo, ioniza- dor operando através de descarga elétrica.

O conduto é, tipicamente, um tubo, que pode ter uma seção transversal circular. Em modalidades da invenção, a largura (diâmetro) do tubo é menor do que 30 mm.

Embora a invenção tenha sido definida em termos de um medi- dor de gás, a invenção se estende a um método de medição de gás e a mei- os para medição de gás, conforme aqui descrito.

Breve Descrição dos Desenhos

Modalidades da invenção serão agora descritas à guisa de e- xemplo apenas e com referência aos desenhos anexos, em que:

a figura 1 é uma vista esquemática de um medidor de gás de acordo com uma primeira modalidade da invenção;

a figura 2 mostra um eletrodo de malha para uso em medidores de gás de acordo com a invenção;

a figura 3 é uma vista esquemática de um medidor de gás de acordo com uma segunda modalidade da invenção; e

a figura 4 é uma representação esquemática da tensão de mo- dulação aplicada à estrutura de eletrodo de modulação do medidor de gás da figura 3.

Numerais de referência correspondentes são usados para partes correspondentes nas várias modalidades da invenção.

Descrição Detalhada de Modalidades

A figura 1 mostra esquematicamente um medidor de gás de a- cordo com uma primeira modalidade da invenção. O medidor de gás com- preende um conduto 1 para passagem de um fluxo de gás, indicada pela seta A. Nesta modalidade, o conduto é um tubo cilíndrico com um diâmetro interno de 23 mm. Um ionizador 2 é disposto no lado do tubo 1 para ionizar o fluxo de gás no conduto. Nesta modalidade, o ionizador 2 é um 1μCi Ameri- cium 241, fonte radioativa presa dentro de uma folha de prata ou ouro, do tipo usado em detectores de fumaça de aparelhos domésticos. A fonte 2, tipicamente, tem uma taxa de emissão de 37.000 partículas alfa por segundo com uma faixa de 3 cm em ar. A eficiência de ionização é 200.000 pares de íons por partícula alfa, com 50% de recombinação dentro de 100 ms. A fonte de radiação 2 ioniza o gás em suas proximidades imediatas para formar uma nuvem de ionização 3, que é conduzida através do tubo 1 pelo fluxo de gás. Uma estrutura de eletrodo de modulação 4 é proporcionada no tubo 1 a jusante da fonte de radiação 2. A estrutura de eletrodo de modula- ção 4 modula a distribuição de íons no fluxo de gás ionizado, de modo que a nuvem de ionização é identificável a jusante da estrutura de eletrodo de mo- dulação 4. Nesta modalidade, a estrutura de eletrodo de modulação 4 com- preende um eletrodo a montante 5 e um eletrodo a jusante 6. Conforme mostrado na figura 2, cada eletrodo 5, 6 está na forma de uma malha (ou grade) cortada por um método adequado de metal em folha. O diâmetro dos eletrodos 5, 6 corresponde ao diâmetro interno do tubo 1 e os eletrodos são dispostos perpendicularmente ao eixo geométrico do tubo 1 e, portanto, à direção do fluxo de gás. Os eletrodos 5, 6 têm uma espessura de 0,2 mm e 1,1 um passo ρ de 1 mm ou menos. O fator de enchimento dos eletrodos (per- centagem de área do material de malha) é 20% ou menos.

Nesta modalidade, o espaçamento entre o eletrodo modulador a montante 5 e o eletrodo modulador a jusante 6 é 0,125 mm. Conforme indi- cado na figura 1, uma tensão de modulação variável é aplicada entre os ele- trodos moduladores 5, 6. A tensão de modulação é uma onda quadrada com amplitude de até 10 volts e um freqüência de 1 a 4 hertz. A tensão de modu- lação aplicada gera um campo elétrico entre os eletrodos moduladores 5, 6. Conforme mostrado na figura 1, as malhas do eletrodo modulador a montan- te 5 e o eletrodo modulador a jusante 6 são relativamente deslocadas por uma quantidade igual à metade do passo da malha, de modo que os condu- tores 7 entre os espaços de um eletrodo são alinhados com os espaços do outro eletrodo e vice-versa. Dessa maneira, o campo elétrico entre os eletro- dos moduladores 5, 6 tem um componente máximo na direção perpendicular à direção do fluxo de gás (eixo geométrico do tubo). Idealmente, os conduto- res 7 de cada eletrodo 5, 6 serão intercalados entre os condutores do outro eletrodo no mesmo plano perpendicular à direção do fluxo de gás, de modo que o campo elétrico entre os dois eletrodos 5, 6 é inteiramente perpendicu- lar à direção do fluxo de gás. Contudo, essa disposição leva a uma estrutura de eletrodo de modulação 4, que é muito complexa e, portanto, difícil e one- roso para fabricar. Através do espaçamento dos eletrodos 5, 6 na direção de fluxo de gás e deslocando as malhas, um compromisso é selado entre a faci- lidade de fabricação e a eficiência operacional.

Quando a tensão de modulação aplicada entre os eletrodos mo- duladores 5, 6 é não- zero, o campo elétrico gerado dirige os íons positivos e negativos na nuvem de íons 3 em direção aos respectivos eletrodos modu- ladores 5, 6 onde eles são capturados. O alto componente do campo elétrico na direção perpendicular à direção do fluxo de gás maximiza o desvio dos íons em direção aos respectivos eletrodos moduladores 5, 6. O efeito da tensão de modulação periódica é gerar no fluxo de gás a jusante das regiões seqüenciais estrutura de eletrodo de modulação 4 de alta e baixa densidade de íons. Essas regiões podem ser detectadas para determinar a duração de trajetória das regiões e, portanto, a taxa de fluxo do gás, como descrito abai- xo.

O medidor de gás da figura 1 compreende uma primeira estrutu- ra de eletrodo de detecção 8 e uma segunda estrutura de eletrodo de detec- ção 9 no tubo 1 a jusante da estrutura de eletrodo de modulação 4 para de- tectar a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado. A segunda estrutura de eletrodo 9 está localizada a jusante da primeira estrutura de ele- trodo de detecção 8. Nesta modalidade, as primeira e segunda estruturas de eletrodos de detecção 8, 9, compreendem, cada uma delas, um eletrodo a montante 10 e um eletrodo a jusante 11. Cada eletrodo 10, 11 tem a forma geral de um malha (ou grade) cortada por um método adequado de metal em folha, conforme mostrado na figura 2. O diâmetro dos eletrodos 10, 11 corresponde ao diâmetro interno do tubo 1 e os eletrodos 10, 11 são dispos- tos perpendicularmente ao eixo geométrico do tubo 1 e, portanto, à direção do fluxo de gás. Os eletrodos 10, 11 têm uma espessura de 0,2 mm e um passo ρ de 2 mm. O fator de enchimento dos eletrodos (percentagem de área do material de malha) é 10% ou menos.

Nesta modalidade, o espaçamento entre o eletrodo de detector a montante 10 e o eletrodo de detector a jusante 11 é 0,125 mm. Conforme mostrado na figura 1, as malhas do eletrodo de detector a montante 10 e o eletrodo de detector a jusante 11 estão alinhados. Dessa maneira, o campo elétrico entre os eletrodos de detector 10, 11 tem o componente máximo na direção paralela à direção do fluxo de gás (eixo geométrico do tubo 1). Des- sa maneira, a intensidade do campo elétrico entre os eletrodos de detectores 10, 11 pode ser variada pela variação do espaçamento dos eletrodos 10,11, sem afetar o fluxo de fluido através do conduto 1.

Conforme indicado na figura 1, uma tensão de detecção é apli- cada entre os eletrodos de detectores 10,11. Nesta modalidade, a tensão de detecção é uma tensão constante de CC de +3 volts, o que gera um campo elétrico entre os eletrodos de detectores 10, 11. Para a primeira estrutura de eletrodo de detecção 8, o eletrodo de detector a montante 10 é conectado ao potencial de terra e o eletrodo de detector a jusante 11 é conectado à C.C.

M de +3 volts. Para a segunda estrutura de eletrodo de detecção 9, o eletrodo de detector a jusante 11 é conectado ao potencial de terra e o eletrodo de detector a montante 10 é conectado à C.C. de +3 volts. Desse modo, a dire- ção do campo elétrico entre os eletrodos de detectores 10, 11 da segunda estrutura de eletrodo de detecção 9 é invertida em relação àquela da primei- ra estrutura de eletrodo de detecção 8.

Será visto que o eletrodo a jusante 11 da primeira estrutura de eletrodo de detecção 8 e o eletrodo a montante 10 da segunda estrutura de eletrodo de detecção 9 têm ambos o mesmo potencial. Em conseqüência, não há campo elétrico entre esses dois eletrodos, de modo que o transporte de íons entre esses eletrodos é devido apenas ao fluxo de gás e não aos efeitos elétricos, o que auxilia na medição precisa do fluxo de gás. Também é possível que o eletrodo a jusante 6 da estrutura de eletrodo de modulação 4 e o eletrodo a montante 10 da primeira estrutura de eletrodo de detecção 9 estejam ambos no mesmo potencial (terra), de modo que não há campo elé- trico entre esses dois eletrodos.

A primeira estrutura de eletrodo de detecção 8, de preferência, captura íons positivos, que são desacelerados pelo campo elétrico entre o eletrodo positivo a jusante 11 e o eletrodo a montante ligado à terra 10. O mesmo campo elétrico atua para acelerar íons negativos que passam atra- vés da primeira estrutura de eletrodo de detecção 8. Os íons positivos desa- celerados que alcançam o eletrodo a montante ligado à terra 10 são neutra- lizados por eletrodos arrastados como uma corrente da conexão com a terra. Essa corrente pode ser medida por um amperímetro 12 ou outro dispositivo de medição de corrente.

A segunda estrutura de eletrodo 9 captura íons negativos, que são desacelerados pelo campo elétrico entre o eletrodo positivo a montante 10 e o eletrodo a jusante ligado à terra 11. Os íons negativos desacelerados são capturados pelo eletrodo positivo a montante 10, gerando uma corrente que pode ser medida por um amperímetro 12 ou outro dispositivo de medi- ção de corrente. Dessa maneira, o medidor de gás tem, de fato, dois canais de medição independentes: íons positivos na primeira estrutura de eletrodo de detecção 8 e íons negativos na segunda estrutura de eletrodo de detec- ção 9.

A distância entre o eletrodo a jusante 6 da estrutura de eletrodo de modulação 4 e o eletrodo a montante 10 da primeira estrutura de eletrodo de detecção 8 é 8 mm. A distância entre o eletrodo a jusante 6 da estrutura de eletrodo de modulação 4 e o eletrodo a montante 10 da segunda estrutu- ra de eletrodo de detecção 9 é 70 mm. O fornecimento de duas estruturas de eletrodos de detecção espaçadas 8, 9 aumenta a faixa dinâmica do medidor de gás. Para aplicações domésticas, a faixa de medição típica de fluxo de gás, requerendo um nível definido de precisão, está entre 40 litros por hora e 6.000 litros por hora, o que representa uma faixa dinâmica de 150:1. De a- cordo com esta modalidade da invenção, a primeira estrutura de eletrodo de detecção 8 é usada para determinar baixas taxas de fluxo, onde é necessá- rio detectar a nuvem de íons modulados, antes que íons demais sejam per- didos da nuvem de íons modulados devido à recombinação e à segunda es- trutura de eletrodo de detecção 9 ser usada para determinar altas taxas de fluxo, onde é necessário detectar a nuvem de íons modulados antes que ela tenha passado através de todo o medidor. Os sinais detectados de ambas as estruturas de eletrodos de detecção 8, 9 podem ser usados para maximi- zar a precisão do medidor através de toda a faixa de medição.

A figura 3 mostra, esquematicamente, um medidor de gás de acordo com uma segunda modalidade da invenção. O medidor de gás com- preende um conduto 1 para a passagem de um fluxo de gás, indicada pela seta A. Nesta modalidade, o conduto é um tubo cilíndrico com um diâmetro interno de 23 mm. Um ionizador 2 é disposto no lado do tubo 1 para ionizar o fluxo de gás no conduto. Nesta modalidade, o ionizador 2 é uma fonte radio- ativa de 1μΟϊ Americium 241 presa dentro de folha de prata ou ouro, do tipo usado em detectores de fumaça de aparelhos domésticos. A fonte 2, tipica- mente, tem uma taxa de emissão de 37.000 partículas alfa por segundo com uma faixa de 3 cm em ar. A eficiência de ionização é 200.000 pares de íons por partícula alfa, com 50% de recombinação dentro de 100 ms. A fonte de radiação 2 ioniza o gás em suas proximidades imediatas para formar uma 1,1 nuvem de ionização 3, que é conduzida através do tubo 1 pelo fluxo de gás.

Uma estrutura de eletrodo de modulação 4 é proporcionada no tubo 1 a jusante da fonte de radiação 2. A estrutura de eletrodo de modula- ção 4 modula a distribuição de íons no fluxo de gás ionizado, de modo que a nuvem de ionização é identificável a jusante da estrutura de eletrodo de mo- dulação 4. Nesta modalidade, a estrutura de eletrodo de modulação 4 com- preende um eletrodo a montante 5 e um eletrodo a jusante 6. Conforme mostrado na figura 2, cada eletrodo 5, 6 está na forma de uma malha (ou grade) cortada por um método adequado do metal em folha.

O diâmetro dos eletrodos 5, 6 corresponde ao diâmetro interno do tubo 1 e os eletrodos são dispostos perpendicularmente ao eixo geomé- trico do tubo 1 e, portanto, a direção do fluxo de gás. Os eletrodos 5, 6 têm uma espessura de 0,2 mm e um passo ρ de 1 mm ou menos. O fator de en- chimento dos eletrodos (percentagem de área do material da malha) é 20% ou menos.

Nesta modalidade, o espaçamento entre o eletrodo de modula- ção a montante 5 e o eletrodo de modulação a jusante 6 é 0,125 mm. Con- forme mostrado na figura 3, as malhas do eletrodo de modulação a montante 5 e o eletrodo de modulação a jusante 6 estão alinhados. Dessa maneira, o campo elétrico entre os eletrodos de modulação 5, 6 tem o componente má- ximo na direção paralela à direção do fluxo de gás (eixo geométrico do tubo 1). Dessa maneira, a intensidade do campo elétrico entre os eletrodos de modulação 5, 6 pode ser variada pela variação do espaçamento dos eletro- dos 5, 6, sem afetar o fluxo de fluido através do conduto 1.

Conforme indicado na figura 3, uma tensão de modulação alter- nada é aplicada entre os eletrodos moduladores 5, 6. A tensão de modula- ção é uma onda quadrada com amplitude de até 10 volts e uma freqüência de 1 a 4 hertz. A tensão de modulação aplicada gera um campo elétrico en- tre os eletrodos moduladores 5, 6. Quando o eletrodo modulador a montante 5 é positivo em relação ao eletrodo modulador a jusante 6, o eletrodo modu- lador a montante 5 captura íons negativos da nuvem de íons 3 e acelera í- ons positivos através da estrutura de eletrodo de modulação 4. Dessa ma- neira, a nuvem de íons a jusante da estrutura de eletrodo de modulação 4 contém, predominantemente, íons positivos. Quando o eletrodo modulador a montante 5 é negativo em relação ao eletrodo modulador a jusante 6, o ele- trodo modulador a montante 5 captura íons positivos da nuvem de íons 3 e acelera íons negativos através da estrutura de eletrodo de modulação 4. Dessa maneira, a nuvem de íons a jusante da estrutura de eletrodo de mo- dulação 4 contém, predominantemente, íons negativos. O efeito da tensão de modulação alternada é gerar no fluxo de gás a jusante da estrutura de eletrodo de modulação 4 regiões seqüenciais de densidade de íons positivos e negativos. Essas regiões podem ser detectadas para determinar a duração de trajetória das regiões e, portanto, a taxa de fluxo do gás, conforme descri- to abaixo.

O medidor de gás da figura 3 compreende uma primeira estrutu- ra de eletrodo de detecção 8 e uma segunda estrutura de eletrodo 9 no tubo 1 a jusante da estrutura de eletrodo de modulação 4 para detectar a distribu- ição de íons modulada no fluxo de gás ionizado. A segunda estrutura de ele- trodo 9 está localizada a jusante da primeira estrutura de eletrodo de detec- ção 8. Nesta modalidade, as primeira e segunda estruturas de eletrodos de detecção 8, 9, compreendem, cada uma delas, um eletrodo a montante 10 e um eletrodo a jusante 11. Cada eletrodo 10, 11 tem a forma geral de uma malha (ou grade) cortada por um método adequado de metal em folha, con- forme mostrado na figura 2. O diâmetro dos eletrodos 10,11 corresponde ao diâmetro interno do tubo 1 e os eletrodos 10, 11 são dispostos perpendicu- larmente ao eixo geométrico do tubo 1 e, portanto, à direção do fluxo de gás. Os eletrodos 10, 11 têm uma espessura de 0,2 mm e um passo ρ de 2 mm. O fator de enchimento dos eletrodos (percentagem de área do material de malha) é 10% ou menos.

Nesta modalidade, o espaçamento entre o eletrodo de detector a montante 10 e o eletrodo de detector a jusante 11 é 0,125 mm. Conforme mostrado na figura 3, as malhas do eletrodo de detector a montante 10 e o eletrodo de detector a jusante 11 estão alinhados. Dessa maneira, as propri- edades elétricas relativas dos eletrodos de detector 10, 11 pode ser variada 1,1 pela variação do espaçamento dos eletrodos 10, 11, sem afetar o fluxo de fluido através do conduto 1.

Como indicado na figura 3, cada um dos eletrodos de detectores 10, 11 é conectado ao potencial de terra. À medida que as regiões seqüen- ciais de densidade de íons positivos e negativos se aproximam e passam a estrutura de eletrodo de detecção 8, 9, a carga dentro do eletrodo de detec- tor a montante 10 se redistribui a fim de manter potencial zero dentro do ele- trodo 10. Essa redistribuição de carga faz com que uma corrente circule en- tre o eletrodo 10 e potencial de terra. Similarmente, a carga dentro do eletro- do de detector a jusante 11 se redistribui a fim de manter potencial zero den- tro do eletrodo 11. Essa redistribuição de carga faz com que uma corrente circule entre o eletrodo de detector a jusante 11 e potencial de terra. Essa corrente pode ser medida por amperímetro 12 ou outro dispositivo de medi- ção de corrente e toma a forma de um sinal alternativo do qual a duração de trajetória da nuvem de íons pode ser determinada por uma comparação com tensão de modulação. O eletrodo de detector a jusante 11 é selecionado para medição da corrente de redistribuição, porque o eletrodo de detector a montante 10 protege o eletrodo de detector a jusante 11 eletromagnetica- mente da distribuição de íons que se aproximam e a transição entre distribu- ições de íons positivos e negativos é, portanto, mais pronunciada no eletrodo de detector a jusante 11 do que no eletrodo de detector a montante 10. A distância entre o eletrodo a jusante 6 da estrutura de eletrodo de modulação 4 e o eletrodo a montante 10 da primeira estrutura de eletrodo de detecção 8 é 8 mm. A distância entre o eletrodo a jusante 6 da estrutura de eletrodo de modulação 4 e o eletrodo a montante 10 da segunda estrutu- ra de eletrodo de detecção 9 é 70 mm. O fornecimento de duas estruturas de eletrodos de detecção espaçadas 8, 9 aumenta a faixa dinâmica do medidor de gás. Para aplicações domésticas, a faixa de medição típica de fluxo de gás, requerendo um nível definido de precisão está entre 40 litros por hora e 6.000 litros por hora, o que representa uma faixa dinâmica de 150:1. De a- coido com essa modalidade da invenção, a primeira estrutura de eletrodo de detecção 8 é usada para determinar baixas taxas de fluxo, onde é necessá- rio detectar a nuvem de íons modulados, antes que íons demais sejam per- didos da nuvem de íons modulados devido à recombinação e a segunda es- trutura de eletrodo de detecção 9 é usada para determinar altas taxas de fluxo, onde é necessário detectar a nuvem de íons modulados antes que ela tenha passado através de todo o medidor. Os sinais detectados de ambas as estruturas de eletrodos de detecção 8, 9 podem ser usados para maximi- zar a precisão do medidor através de toda a faixa de medição.

Em um aperfeiçoamento das modalidades descritas acima, um potencial de modulação a montante U e um potencial de modulação a jusan- te D podem ser aplicados aos eletrodos de modulação a montante e a jusan- te correspondentes 5, 6 da estrutura de eletrodo de modulação para propor- cionar a tensão de modulação entre os eletrodos 5, 6. Conforme mostrado na figura 4, o potencial de modulação a jusante D pode ser escolhido para estar em antifase com o potencial de modulação a montante U e ter amplitu- de selecionada para compensar o efeito de campo do campo elétrico asso- ciado com o eletrodo de modulação a montante 5. Em outras palavras, o efeito eletromagnético combinado dos eletrodos de modulação a montante e a jusante 5, 6 a jusante da estrutura de eletrodo de modulação 4 é cancela- do pelo potencial de modulação a jusante D. Dessa maneira, a própria estru- tura de eletrodo de modulação 4, conforme oposto à distribuição de íons re- sultante, não influencia os sinais gerados pelas primeira e segunda estrutu- ras de eletrodos de detecção 8, 9.

É possível ao medidor de gás medir fluxo de gás inverso no conduto pelo fornecimento de mais estruturas de eletrodos de modulação e de detecção no lado oposto do ionizador à estrutura de eletrodo de modula- ção e à estrutura de eletrodo de detecção descritas acima. As novas estrutu- ras de eletrodos de modulação e de detecção podem ser dispostas como imagem de espelho da estrutura de eletrodo de modulação e estrutura de eletrodo de detecção descritas acima. Contudo, em aplicações de medição doméstica, pode ser necessário apenas detectar, em lugar de medir, o fluxo inverso. Em conseqüência, pode ser necessário apenas proporcionar uma estrutura de eletrodo capaz de detectar a presença de gás ionizado a mon- M tante do ionizador (devido ao fluxo reverso). Por exemplo, a estrutura de ele- trodo pode ser disposta para medir a impedância do fluxo de gás.

Em resumo, um medidor de gás compreende um conduto 1 para passagem de um fluxo de gás A e um ionizador 2 disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto 1. Uma estrutura de eletrodo de modulação 4 a ju- sante do ionizador modula a distribuição de íons no fluxo de gás ionizado. Uma primeira estrutura de eletrodo de detecção 8 e uma segunda estrutura de eletrodo 9 a jusante da estrutura de eletrodo de modulação 4 detectam a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado. A estrutura de ele- trodo de modulação 4 e as estruturas de eletrodos de detecção 8, 9 podem ser configuradas para gerar um campo elétrico tendo pelo menos um com- ponente substancial paralelo à direção do fluxo de gás. A estrutura de ele- trodo de modulação 4 e as estruturas de eletrodos de detecção 8, 9 podem compreender um par de eletrodos 5, 6, 10, 11, cada um deles tendo uma pluralidade de aberturas definidas para passagem do fluxo de gás. A estrutu- ra de eletrodo de modulação 4 pode ser disposta para capturar íons de uma polaridade, para gerar um fluxo de gás ionizado compreendendo uma maio- ria de íons da polaridade oposta, em cujo caso a estrutura de eletrodo de detecção pode compreender pelo menos um eletrodo 11 conectado a uma fonte de carga. O movimento do fluxo de gás ionizado em relação ao eletro- do causa uma redistribuição de carga no eletrodo, o que gera uma corrente indicativa de distribuição de íons entre o eletrodo 11 e a fonte de carga.

As várias disposições proporcionam um medidor de gás que po- de operar com uma tensão de modulação de menos do que 10 volts e é, por- tanto, adequado como um medidor de gás doméstico. Isso tem vantagens significativas em relação aos métodos de medição existentes, os quais não podem ser usados diretamente para satisfazer as exigências de custo, con- sumo de energia ou desempenho para um medidor de gás volumétrico inde- pendente. As razões típicas para isso são:

(a) requerem altas tensões para polarizar eletrodos, o que usa energia, e são um perigo potencial para a segurança;

(b) não têm faixa dinâmica ou linearidade suficiente para satisfa- zer as exigências metrológicas colocadas pelos corpos padronizados nacio- nais;

(c) a atividade das fontes radioativas usadas é maior do que se- ria, em geral, aceitável em uma aplicação residencial;

(d) não são otimizados para a relação típica de medição de lar- gura de banda e sinal para ruído, necessária um medidor de gás volumétri- co.

Modalidades particulares da invenção permitem que esses pro- blemas sejam vencidos ou pelo menos reduzidas

Embora a presente invenção tenha sido descrita em relação às modalidades distintas específicas, isso não é destinado a ser limitador do escopo desta descrição. Em conseqüência, a pessoa versada apreciará que as características de uma modalidade podem ser usadas em combinação com características de uma modalidade separada, mesmo onde isso não está mencionado, explicitamente.

Claims

1. Medidor de gás compreendendo: um conduto para passagem de um fluxo de gás, em uso; um ionizador disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto, em uso; uma estrutura de eletrodo de modulação a jusante do ionizador disposta para modulação da distribuição de íons no fluxo de gás ionizado; e pelo menos uma estrutura de eletrodo de detecção a jusante da estrutura de eletrodo de modulação disposta para detectar a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado; em que pelo menos uma dentre a estrutura de eletrodo de mo- dulação e a estrutura de eletrodo de detecção é configurada para gerar um campo elétrico tendo pelo menos um componente substancial paralelo à di- reção do fluxo de gás.

2. Medidor de gás de acordo com a reivindicação 1, em que a estrutura de eletrodo de modulação é configurada para gerar um campo elé- trico tendo pelo menos um componente substancial paralelo à direção do fluxo de gás.

3. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, em que a estrutura de eletrodo de detecção é configurada para gerar um campo elétrico tendo pelo menos um componente substancial paralelo à direção do fluxo de gás.

4. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, em que o campo elétrico gerado é substancialmente pa- ralelo à direção do fluxo de gás.

5. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, em que a estrutura de eletrodo de modulação compreen- de um par de eletrodos substancialmente planos dispostos substancial e perpendicularmente à direção do fluxo de gás.

6. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, em que a estrutura de eletrodo de detecção compreende um par de eletrodos opostos, substancialmente planos, dispostos substanci- al e perpendicularmente à direção do fluxo de gás.

7. Medidor de gás de acordo com a reivindicação 5 ou 6, em que os eletrodos são espaçados na direção do fluxo de gás.

8. Medidor de gás de acordo com a reivindicação 5, 6 ou 7, em que o campo elétrico é gerado entre os eletrodos, em uso.

9. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções de 5 a 8, em que os eletrodos têm, cada um deles, uma pluralidade de aberturas nele definidas para passagem do fluxo de gás através delas.

10. Medidor de gás compreendendo: um conduto para passagem de um fluxo de gás, em uso; um ionizador disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto, em uso; uma estrutura de eletrodo de modulação a jusante do ionizador disposta para modulação da distribuição de íons no fluxo de gás ionizado; e pelo menos uma primeira estrutura de eletrodo de detecção a jusante da estrutura de eletrodo de modulação disposta para detectar a dis- tribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado; em que pelo menos uma dentre a estrutura de eletrodo de mo- dulação e a estrutura de eletrodo de detecção compreende pelo menos um eletrodo disposto transversalmente à direção do fluxo de gás e tendo uma pluralidade de aberturas nele dispostas para passagem do fluxo de gás atra- vés delas.

11. Medidor de gás de acordo com a reivindicação 9 ou 10, em que o eletrodo está na forma de uma malha.

12. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções de 9 a 11, compreendendo um par de eletrodos dispostos transversal- mente à direção do fluxo de gás e tendo uma pluralidade de aberturas defi- nidas para passagem do fluxo de gás através delas; em que as aberturas em um eletrodo do par são deslocadas em uma direção transversal à direção do fluxo de gás em relação às aberturas no outro eletrodo do par.

13. Medidor de gás de acordo com a reivindicação 12, em que o deslocamento entre as aberturas de respectivos eletrodos do par é substan- cialmente igual à metade do espaçamento entre aberturas adjacentes de um dos eletrodos.

14. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, em que a estrutura de eletrodo de modulação compreen- de um eletrodo a montante e um eletrodo a jusante e um respectivo potenci- al de modulação é aplicado, em uso, a cada eletrodo, para modular a distri- buição de íons no fluxo de gás ionizado; em que o potencial de modulação aplicado ao eletrodo a jusante é da polaridade oposta ao potencial de modulação aplicado ao eletrodo a montante e de uma magnitude selecionada de modo que, a jusante da estru- tura de eletrodo de modulação, o campo elétrico devido ao eletrodo a mon- tante é cancelado pelo campo elétrico devido ao eletrodo a jusante.

15. Medidor de gás compreendendo: um conduto para passagem de um fluxo de gás, em uso; um ionizador disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto, em uso; uma estrutura de eletrodo de modulação a jusante do ionizador disposta para modulação da distribuição de íons no fluxo de gás ionizado; e pelo menos uma primeira estrutura de eletrodo de detecção a jusante da estrutura de eletrodo de modulação disposta para detectar a dis- tribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado; em que a estrutura de eletrodo de modulação compreende um eletrodo a montante e um eletrodo a jusante e um respectivo potencial de modulação é aplicado, em uso, a cada eletrodo para modular a distribuição de íons no fluxo de gás ionizado; em que o potencial de modulação aplicado ao eletrodo a jusante é da polaridade oposta ao potencial de modulação aplicado ao eletrodo a montante e de uma magnitude selecionada de modo que, a jusante da estru- tura de eletrodo de modulação, o campo elétrico devido ao eletrodo a mon- tante é cancelado pelo campo elétrico devido ao eletrodo a montante ser cancelado pelo campo elétrico devido ao eletrodo a jusante.

16. Medidor de gás, de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, em que a estrutura de eletrodo de modulação é dispos- ta para capturar íons de uma polaridade, pelo que gera um fluxo de gás ioni- zado compreendendo uma maioria de íons da polaridade oposta.

17. Medidor de gás, de acordo com a reivindicação 16, em que a estrutura de eletrodo de detecção compreende pelo menos um eletrodo co- nectado a uma fonte de carga, pelo que o movimento do fluxo de gás ioniza- do, tendo uma maioria de íons de uma polaridade ém relação ao eletrodo, causa uma redistribuição de carga no eletrodo, o que gera uma corrente in- dicativa da distribuição de íons entre o eletrodo e a fonte de carga.

18. Medidor de gás compreendendo: um conduto para passagem de um fluxo de gás, em uso; um ionizador disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto, em uso; uma estrutura de eletrodo de modulação a jusante do ionizador disposta para modulação da distribuição de íons no fluxo de gás ionizado; e pelo menos uma primeira estrutura de eletrodo de detecção a jusante da estrutura de eletrodo de modulação disposta para detectar a dis- tribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado; em que a estrutura de eletrodo de modulação é disposta para capturar, de preferência^ íons de uma polaridade, pelo que gera um fluxo de gás ionizado, compreendendo uma maioria de íons de polaridade oposta; e a estrutura de eletrodo de detecção compreende pelo menos um eletrodo conectado a uma fonte de carga, pelo que, em uso, o movimento do fluxo de gás ionizado, tendo uma maioria de íons de uma polaridade em re- lação ao eletrodo, causa uma redistribuição de carga no eletrodo, o que gera uma corrente indicativa da distribuição de íons entre o eletrodo e a fonte de carga.

19. Medidor de gás de acordo com a reivindicação 17 ou 18, em que a fonte de carga é potencial de terra.

20. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, ainda compreendendo uma segunda estrutura de eletrodo de detecção a jusante da primeira estrutura de eletrodo de detecção, cada estrutura de eletrodo de detecção disposta para detectar a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado.

21. Medidor de gás compreendendo: um conduto para passagem de um fluxo de gás, em uso; um ionizador disposto para ionizar o fluxo de gás no conduto, em uso; uma estrutura de eletrodo de modulação a jusante do ionizador disposta para modulação da distribuição de íons no fluxo de gás ionizado; uma primeira estrutura de eletrodo de detecção a jusante da es- trutura de eletrodo de modulação disposta para detectar a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado; e uma segunda estrutura de eletrodo de detecção a jusante da estrutura de eletrodo de modulação disposta para detectar a distribuição de íons modulada no fluxo de gás ionizado.

22. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, em que a primeira estrutura de eletrodo de detecção é disposta para capturar, de preferência, íons da polaridade oposta.

23. Medidor de gás de acordo com a reivindicação 22, em que a primeira estrutura de eletrodo de detecção compreende um par de eletrodos espaçados e um campo elétrico é aplicado entre os eletrodos, em uso, para capturar íons do fluxo de gás ionizado e gerar uma corrente indicativa da distribuição de íons.

24. Medidor de gás de acordo com a reivindicação 22 ou 23, em que a segunda estrutura de eletrodo de detecção compreende um par de eletrodos espaçados e um campo elétrico é aplicado entre os eletrodos, em uso, para capturar íons do fluxo de gás ionizado e gerar uma corrente indica- tiva da distribuição de íons.

25. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, em que a tensão de modulação aplicada à estrutura de eletrodo de modulação está em uma freqüência de menos do que 10 Hz.

26. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, em que a tensão de modulação aplicada à estrutura de eletrodo de modulação tem menos do que CA de 10 volts.

27. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, em que o ionizador compreende uma fonte radioativa.

28. Medidor de gás de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, em que o medidor é acionado por bateria.