ES2905838T3 - Método y aparato para medir el caudal másico de un gas - Google Patents

Abstract

Un método para medir el caudal másico de un gas a través de un orificio (216), el método que usa un primer oscilador de cristal piezoeléctrico (222) en contacto con el gas aguas arriba del orificio y un segundo oscilador de cristal piezoeléctrico (230) en contacto con el gas aguas abajo del orificio y que comprende; a) accionar el primer y segundo osciladores de cristal piezoeléctricos de manera que cada uno del primer y segundo osciladores de cristal piezoeléctricos resuene a las frecuencias resonantes respectivas; b) medir la frecuencia de resonancia del primer oscilador de cristal piezoeléctrico y la frecuencia de resonancia del segundo oscilador de cristal piezoeléctrico; y c) determinar, a partir de la frecuencia de resonancia del primer oscilador de cristal piezoeléctrico y la frecuencia de resonancia del segundo oscilador de cristal piezoeléctrico, la densidad del gas aguas arriba del orificio, la densidad del gas aguas abajo del orificio y la relación de la densidad del gas aguas arriba del orificio a la densidad del gas aguas abajo del orificio; d) determinar, a partir de que la relación sea mayor o igual a 2, que la condición de flujo es una condición de flujo obstruido; y e) determinar, cuando la condición de flujo es una condición de flujo obstruido, el caudal másico de gas a través de dicho orificio por medio de la densidad del gas aguas arriba del orificio únicamente.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para medir el caudal másico de un gas

La presente invención se refiere a un método y un aparato para medir el caudal másico de un gas. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método y un aparato para medir el flujo másico de un gas a través de un orificio de restricción de flujo usando un oscilador piezoeléctrico.

Los métodos y aparatos descritos en este documento se pueden aplicar a sistemas donde están presentes fluidos de presión relativamente alta (por ejemplo, alrededor de 10 bar o más), como, por ejemplo, el suministro de fluidos en cilindros de alta presión o plantas de fabricación que utilizan fluidos de alta presión. La presente invención se refiere particularmente a gases "limpios", es decir, gases con poca o ninguna impureza o contaminantes tales como vapor de agua o polvo.

La presente invención es particularmente aplicable a gases permanentes. Los gases permanentes son gases que no pueden licuarse solo con presión y, por ejemplo, pueden suministrarse en cilindros a presiones de hasta 450 bar g (donde bar g es una medida de la presión por encima de la presión atmosférica). Algunos ejemplos son el argón y el nitrógeno. Sin embargo, esto no debe tomarse como limitante y se puede considerar que el término gas abarca una gama más amplia de gases, por ejemplo, tanto un gas permanente como un vapor de un gas licuado.

Los vapores de gases licuados están presentes sobre el líquido en un cilindro de gas comprimido. Los gases que se licuan bajo presión cuando se comprimen para llenar un cilindro no son gases permanentes y se describen con más precisión como gases licuados bajo presión o como vapores de gases licuados. Como ejemplo, el óxido nitroso se suministra en un cilindro en forma líquida, con una presión de vapor de equilibrio de 44,4 bar g a 15 °C. Dichos vapores no son gases verdaderos o permanentes, ya que son licuables por presión o temperatura en condiciones ambientales.

Un cilindro de gas comprimido es un recipiente a presión diseñado para contener gases a altas presiones, es decir, a presiones significativamente mayores que la presión atmosférica. Los cilindros de gas comprimido se utilizan en una amplia gama de mercados, desde el mercado industrial general de bajo coste, pasando por el mercado médico, hasta aplicaciones de mayor coste, como la fabricación de productos electrónicos que utilizan gases especiales pirofóricos, tóxicos o corrosivos de alta pureza. Por lo general, los contenedores de gas a presión son de acero, aluminio o materiales compuestos y pueden almacenar gases comprimidos, licuados o disueltos con una presión de llenado máxima de hasta 450 bar g para la mayoría de los gases y de hasta 900 bar g para gases como el hidrógeno y el helio.

Para dispensar gases de forma eficaz y controlada desde un cilindro de gas u otro recipiente a presión, se requiere una válvula o un regulador. A menudo, los dos se combinan para formar una válvula con regulador de presión integrado (VIPR). El regulador es capaz de regular el flujo del gas de manera que el gas se dispensa a una presión constante o variable por el usuario.

Para muchas aplicaciones, es deseable conocer el caudal de gas de un cilindro de gas. Esto puede ser crítico para muchas aplicaciones; por ejemplo, aplicaciones médicas. Se conocen varias disposiciones diferentes de contadores de flujo másico.

Una clase de contadores de flujo másico que se usan comúnmente en muchas aplicaciones industriales son los contadores de flujo másico mecánicos. Dichos contadores incluyen componentes mecánicos que se mueven o giran para medir el flujo másico. Uno de estos tipos es el contador de flujo inercial (o contador de flujo Coriolis) que mide el flujo de fluido a través del efecto del fluido en los tubos con forma. Los contadores Coriolis pueden manejar una amplia gama de caudales con alta precisión. Sin embargo, para detectar el caudal, se requieren sistemas complejos tales como funciones de actuación, detección, electrónicas y computacionales.

Los contadores de flujo másico de tipo mecánico alternativos son los contadores de diafragma, los contadores rotativos y los contadores de turbina. Sin embargo, estos tipos de contadores son generalmente menos precisos e involucran partes móviles que pueden estar sujetas a desgaste. Además, los contadores como los rotatorios solo son útiles para medir caudales relativamente bajos.

Una clase alternativa de contadores de flujo másico son los contadores de flujo electrónicos. Dos tipos principales son los contadores térmicos y los contadores ultrasónicos. Los contadores de flujo térmico miden la transferencia de calor a través de un tubo calentado para medir el caudal. Los contadores de flujo ultrasónicos miden la velocidad del sonido en un medio gaseoso, a veces promediando la velocidad del sonido en múltiples caminos dentro de la tubería. Sin embargo, ambos tipos de contadores de flujo electrónicos generalmente requieren un hardware de procesamiento de señal significativo y generalmente son artículos de alto coste. El documento US 2010/132471 divulga un contador de flujo másico de presión diferencial con dos osciladores de cristal piezoeléctrico colocados a través de un orificio en una tubería, mediante el cual se controla la frecuencia de resonancia de los osciladores para proporcionar información de la densidad del fluido en el cuerpo del sensor, es decir, para proporcionar una medición de presión. El documento WO 2011/138147 A1 también divulga un dispositivo similar.

La presente invención se define en las reivindicaciones independientes. Las realizaciones preferidas están definidas por las reivindicaciones dependientes.

Proporcionando dicho método, el caudal másico de un gas a través de un orificio restrictivo puede determinarse fácilmente utilizando un oscilador de cristal piezoeléctrico robusto y relativamente económico, por ejemplo, un oscilador de cristal de cuarzo. El oscilador de cristal piezoeléctrico oscilará a una frecuencia resonante que depende de la densidad del gas en el que se sumerge el oscilador. Dado que, en condiciones de flujo obstruido, la densidad del gas aguas arriba del orificio es proporcional al caudal másico a través del orificio, se puede utilizar un oscilador de cristal para medir el caudal másico. Además, proporcionando un oscilador de cristal adicional aguas abajo del orificio, se puede lograr una medición más precisa.

Dicho oscilador funciona tanto como fuente de accionamiento (al oscilar en respuesta a ser accionado por un circuito impulsor) como detector (al tener una única frecuencia resonante que depende del entorno en el que se encuentra el oscilador). Además, un oscilador de cristal es robusto y, como resultado, no se ve afectado por las perturbaciones ambientales. Además, los componentes que se requieren para operar tal oscilador son compactos y de bajo coste. En una realización, dicho oscilador piezoeléctrico comprende un oscilador de cristal de cuarzo.

En una realización, el cristal de cuarzo comprende al menos un par de dientes planos.

En una realización, el cristal de cuarzo es de corte AT o de corte SC.

En una variante, la superficie del cristal de cuarzo se expone directamente al gas.

En una realización no según la invención, el conjunto de sensor comprende un circuito de accionamiento. En una variante, el conjunto de sensor comprende un circuito de accionamiento que comprende un par Darlington dispuesto en una configuración de realimentación desde un amplificador de emisor común.

En una realización no según la invención, el conjunto de sensor comprende una fuente de alimentación. En una disposición, la fuente de energía comprende una batería de iones de litio.

En una realización, el conjunto de sensor comprende un procesador.

En una disposición, dicho oscilador de cristal piezoeléctrico comprende al menos dos dientes planos.

En una realización no según la invención, dicho oscilador de cristal piezoeléctrico tiene una frecuencia de resonancia de 32 kHz o superior.

En una disposición, el contador comprende además uno o más de un circuito de accionamiento, un procesador y una fuente de energía.

En una realización, dicho oscilador piezoeléctrico comprende un oscilador de cristal de cuarzo.

En una realización, el cristal de cuarzo comprende al menos un par de dientes planos.

En una realización, el cristal de cuarzo es de corte AT o de corte SC.

En una variante, la superficie del cristal de cuarzo se expone directamente al gas.

En una realización, el conjunto de sensor comprende un circuito de accionamiento. En una variante, el conjunto de sensor comprende un circuito de accionamiento que comprende un par Darlington dispuesto en una configuración de realimentación desde un amplificador de emisor común.

En una realización, el conjunto de sensor comprende una fuente de energía. En una disposición, la fuente de energía comprende una batería de iones de litio.

En una realización, el conjunto de sensor comprende un procesador.

En una disposición, el circuito de accionamiento comprende un par Darlington dispuesto en una configuración de retroalimentación desde un amplificador de emisor común.

En una disposición, el contador comprende además un sensor de temperatura dispuesto para determinar la temperatura del gas adyacente a dicho oscilador piezoeléctrico.

En una disposición, el contador está dispuesto aguas abajo de un regulador o válvula de presión.

En otra disposición, el contador está dispuesto para controlar electrónicamente la válvula o regulador de presión en respuesta al caudal másico medido a través del orificio de restricción de caudal.

En una disposición, dicho oscilador de cristal piezoeléctrico comprende al menos dos dientes planos.

En una disposición, dicho oscilador de cristal piezoeléctrico tiene una frecuencia de resonancia de 32 kHz o mayor.

De acuerdo con una realización de la presente invención, se proporciona un producto de programa informático ejecutable por un aparato de procesamiento programable, que comprende una o más porciones de software para realizar las etapas del método reivindicado.

De acuerdo con una realización de la presente invención, se proporciona un medio de almacenamiento utilizable por ordenador que tiene este producto de programa informático almacenado en el mismo.

Ahora se describirán en detalle realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es un diagrama esquemático de un conjunto de cilindro y regulador de gas;

La figura 2 es un diagrama esquemático que muestra un conjunto de regulador y un conjunto de contador de acuerdo con una primera realización de la invención;

La figura 3 muestra un gráfico de la frecuencia del cristal de cuarzo (kHz) en el eje Y en función de la densidad (kg/m3) para varios gases diferentes;

La figura 4 muestra un gráfico de la frecuencia del cristal de cuarzo (kHz) en el eje Y en función del caudal másico (en litros/min) a través de un orificio;

La figura 5 muestra un gráfico del caudal en función de la densidad/presión para valores medidos y para dos modelos predictivos;

La figura 6 muestra un gráfico del caudal en función de la densidad/presión para un modelo predicho y dos extremos de comportamiento operativo;

La figura 7 es un diagrama esquemático que muestra un conjunto regulador y un conjunto controlador según una realización no según la invención;

La figura 8 es un diagrama esquemático que muestra un conjunto regulador y un conjunto controlador según una segunda realización de la invención;

La figura 9 es un diagrama esquemático de un circuito de accionamiento para usar con cualquiera de las realizaciones primera a tercera;

La figura 10 es un diagrama esquemático que muestra un circuito de accionamiento alternativo para usar con cualquiera de las realizaciones;

La figura 11 es un diagrama esquemático que muestra otra alternativa del circuito de accionamiento para usar con cualquiera de las realizaciones;

La figura 12 es un diagrama esquemático que muestra un circuito de accionamiento del regulador para usar con cualquiera de las realizaciones de las figuras 7 u 8;

La figura 13 es un diagrama de flujo que ilustra un método de funcionamiento de la primera realización;

La figura 14 es un diagrama de flujo que ilustra un método de funcionamiento de las realizaciones de las figuras 7 u 8;

La figura 15 muestra un gráfico del comportamiento de frecuencia de diferentes tipos de cristales;

La figura 16 es un diagrama esquemático que muestra un conjunto de sensor alternativo que no está de acuerdo con la invención que comprende dos cristales de cuarzo; y

La figura 17 muestra una disposición alternativa que utiliza una unidad de datos electrónica remota.

La figura 1 muestra una vista esquemática de un conjunto de cilindro de gas 10 según una realización de la invención. La figura 1 muestra una vista esquemática de una situación en la que se puede utilizar la presente invención. Se proporcionan un cilindro de gas 100, un regulador 150 y un conjunto de contador 200.

El cilindro de gas 100 tiene un cuerpo de cilindro de gas 102 y una válvula 104. El cuerpo del cilindro de gas 102 comprende un recipiente a presión generalmente cilíndrico que tiene una base plana 102a dispuesta para permitir que el conjunto del cilindro de gas 10 permanezca sin soporte sobre una superficie plana.

El cuerpo del cilindro de gas 102 está hecho de acero, aluminio y/o material compuesto y está adaptado y dispuesto para soportar presiones internas de hasta aproximadamente 900 bar g. Una abertura 106 está ubicada en un extremo proximal del cuerpo del cilindro de gas 102 opuesto a la base 102a y comprende una rosca de tornillo (no mostrada) adaptada para recibir la válvula 104.

El cilindro de gas 100 define un recipiente a presión que tiene un volumen interno V. Cualquier fluido adecuado puede estar contenido dentro del cilindro de gas 100. Sin embargo, la presente realización se refiere, pero no se limita exclusivamente a, gases permanentes purificados que están libres de impurezas tales como polvo y/o humedad. Ejemplos no exhaustivos de tales gases pueden ser: Oxígeno, Nitrógeno, Argón, Helio, Hidrógeno, Metano, Trifluoruro de Nitrógeno, Monóxido de Carbono, Dióxido de Carbono, Kriptón, Neón o mezclas de estos que se comportan como gases permanentes.

La válvula 104 comprende una carcasa 108, una salida 110, un cuerpo de válvula 112 y un asiento de válvula 114. La carcasa 108 comprende una rosca de tornillo complementaria para encajar con la abertura 106 del cuerpo del cilindro de gas 102. La salida 110 está adaptada y dispuesta para permitir que el cilindro de gas 100 se conecte a otros componentes en un conjunto de gas; por ejemplo, mangueras, tuberías u otras válvulas o reguladores de presión. La válvula 104 puede, opcionalmente, comprender una VIPR (Válvula con Reducción de Presión Integrada). En esta situación, se puede omitir el regulador 150.

El cuerpo de la válvula 112 se puede ajustar axialmente hacia el asiento de la válvula 114 o alejándolo del mismo por medio de la rotación de un mango 116 que se puede sujetar selectivamente para abrir o cerrar la salida 110. En otras palabras, el movimiento del cuerpo de la válvula 112 hacia o desde el asiento de la válvula 112 controla selectivamente el área del pasaje de comunicación entre el interior del cuerpo del cilindro de gas 102 y la salida 110. Esto, a su vez, controla el flujo de gas desde el interior del conjunto de cilindro de gas 100 hacia el entorno externo.

Un regulador 150 está ubicado aguas abajo de la salida 110. El regulador 150 tiene una entrada 152 y una salida 154. La entrada 152 del regulador 150 está conectada a un tubo de entrada 156 que proporciona una ruta de comunicación entre la salida 110 del cilindro de gas 100 y el regulador 150. La entrada 152 del regulador 150 está dispuesta para recibir gas a alta presión desde la salida 110 del cilindro de gas 100. Esta puede ser cualquier presión adecuada; sin embargo, generalmente, la presión del gas que sale de la salida 110 será superior a 20 bar y es más probable que esté en la región de 100 - 900 bar.

La salida 154 está conectada a un tubo de salida 158. Un acoplamiento 160 está ubicado en el extremo distal del tubo de salida 158 y está adaptado para conectarse a otros tubos o dispositivos (no mostrados) para los que se requiere el gas.

Un conjunto de contador 200 está ubicado en comunicación con la tubería de salida 158 entre la salida 154 y el acoplamiento 160. El conjunto de contador 200 está ubicado inmediatamente aguas abajo del regulador 150 y está dispuesto para determinar el caudal másico del gas entregado a la salida 160.

El regulador 150 y el conjunto de contador 200 según una primera realización de la presente invención se muestran con mayor detalle en la figura 2.

En esta realización, el regulador 150 comprende un solo regulador de diafragma. Sin embargo, el experto en la materia conocerá fácilmente las variaciones que podrían utilizarse con la presente invención; por ejemplo, un regulador de dos diafragmas u otra disposición.

El regulador 150 comprende una región de válvula 162 en comunicación con la entrada 152 y la salida 154. La región de la válvula 162 comprende una válvula de resorte 164 ubicada junto a un asiento de válvula 166. La válvula de resorte 164 está conectada a un diafragma 168 que está configurado para permitir el movimiento de traslación de la válvula de resorte 164 hacia y desde el asiento de válvula 166 para cerrar y abrir respectivamente una abertura 170 entre ellos. El diafragma 168 está forzado elásticamente por un resorte 172 ubicado alrededor de un árbol 174.

El regulador 150 funciona para recibir gas de la salida 110 a la presión máxima del cilindro (por ejemplo, 100 bar), pero para entregar gas a una presión baja fija sustancialmente constante (por ejemplo, 5 bar) a la salida 154. Esto se logra mediante un mecanismo de retroalimentación mediante el cual la presión del gas aguas abajo de la abertura 170 puede operar para actuar sobre el diafragma 168 en oposición a la fuerza de empuje del resorte 172.

Si la presión del gas en la región adyacente al diafragma 168 supera el nivel especificado, el diafragma 168 se puede operar para moverse hacia arriba (en relación con la figura 2). Como resultado, la válvula de resorte 164 se acerca al asiento de la válvula 166, lo que reduce el tamaño de la abertura 170 y, en consecuencia, restringe el flujo de gas desde la entrada 152 a la salida 154. En general, las fuerzas en competencia de la resistencia del resorte 172 y la presión del gas darán como resultado una posición de equilibrio del diafragma y, en consecuencia, la entrega de una presión constante de gas en la salida 154.

Se proporciona un mango agarrable 176 para permitir que un usuario ajuste la fuerza de empuje del resorte 172, moviendo así la posición del diafragma 168 y, como resultado, ajustando el espacio de equilibrio entre la válvula de resorte 164 y el asiento de la válvula 166. Esto permite el ajuste de las dimensiones de la abertura 170 a través de la cual puede pasar el flujo de gas a alta presión procedente de la salida 110.

El conjunto de contador 200 comprende un cuerpo 202, un primer conjunto de sensor 204 y un segundo conjunto de sensor 206. El cuerpo 202 puede comprender cualquier material adecuado; por ejemplo, acero, aluminio o compuestos. El cuerpo 202 comprende un conducto 208, una primera carcasa 210 y una segunda carcasa 212. El conducto 208 está en comunicación con el interior del tubo de salida 158 y está dispuesto para conectarse al mismo. El conducto 208 proporciona una vía de comunicación entre la salida 154 y el acoplamiento 160 (y, concomitantemente, los dispositivos o aplicaciones del usuario conectados al acoplamiento 160).

Una placa de orificio 214 está ubicada dentro del interior del conducto 208. La placa de orificio 214 comprende una pared que delimita un orificio restringido 216. La placa de orificio 214 forma una restricción de flujo dentro del conducto 208. El orificio 216 tiene un área de sección transversal A que es pequeña en relación con el área de sección transversal del conducto 406, de modo que la velocidad del flujo a través del orificio 216 se encuentra en una condición obstruida, como se describirá más adelante.

Aunque la placa de orificios 214 se muestra como una placa de paredes delgadas en la figura 2, esto no tiene por qué ser así. La placa de orificios 214 puede tener cualquier forma de pared adecuada y puede tener un perfil que se estrecha o puede tener un grosor mayor que el que se muestra. Alternativamente, se puede usar cualquier restricción de flujo adecuada en lugar de la placa de orificio 214. Por ejemplo, la restricción de flujo puede comprender una porción de un tubo de diámetro más estrecho que el resto de este. El experto en la materia conocerá fácilmente las restricciones de flujo alternativas que se pueden usar para proporcionar un orificio de restricción de flujo 216 a través del cual, en uso, se produce un flujo obstruido.

En la presente realización, el conducto 208 tiene una longitud del orden de unos pocos centímetros. La placa de orificios 214 delimita un orificio 216 que tiene un diámetro en el intervalo de 0,1 mm - 4 mm. Esto es suficiente para proporcionar una condición de flujo obstruido y para suministrar un caudal de gas a través del orificio 216 de entre 1 l y 40 litros/minuto para gases tales como nitrógeno o argón. Para un gas que tenga un peso molecular más bajo, el diámetro del orificio 216 se puede reducir para lograr un caudal similar. Alternativamente, para caudales más grandes, el orificio 216 se puede ampliar en consecuencia, siempre que la presión aguas arriba sea lo suficientemente mayor que la presión aguas abajo para crear condiciones de flujo obstruido a través del orificio 216.

La placa de orificio 214 divide el interior del conducto 208 en una sección aguas arriba 218 aguas arriba de la placa de orificios 214 y una sección aguas abajo 220 aguas abajo de la placa de orificios 214. En uso, cuando el gas fluye desde la salida 154 del regulador 150 hacia la parte de aguas arriba 214 del conducto 208, la placa de orificio 214 actuará como una restricción de flujo, lo que resultará en un diferencial de presión entre las porciones de aguas arriba 218 y aguas abajo 220 del conducto 208. En consecuencia, la porción de aguas arriba 218 del conducto 208 está a una primera presión P¹ y densidad P¹ y la porción de aguas abajo 220 del conducto está a una segunda (y, en uso, necesariamente más baja) presión P² y densidad P². Esto se describirá en detalle más adelante.

La primera carcasa 210 está ubicada junto a la porción de aguas arriba 214 del conducto 208 y está dispuesta para contener al menos una parte del primer conjunto de sensor 204. El interior de la primera carcasa 210 puede estar a presión atmosférica o puede estar en comunicación con el interior del conducto 208 y, en consecuencia, a la misma presión que el interior del tubo de salida 158. Esto eliminaría el requisito de un paso de presión entre la carcasa 210 y el interior del conducto 208.

Alternativamente, la primera carcasa 210 podría proporcionarse como parte del conducto 208. Por ejemplo, una parte del conducto 208 podría ensancharse para acomodar el conjunto de sensor 204.

La segunda carcasa 212 está ubicada junto a la porción de aguas abajo 214 del conducto 208 y está dispuesta para contener al menos una parte del segundo conjunto de sensor 206. El interior de la segunda carcasa 212 puede estar a presión atmosférica o puede estar en comunicación con el interior del conducto 208 y, en consecuencia, a la misma presión que el interior de la porción de aguas abajo del tubo de salida 160. Esto eliminaría el requisito de un paso de presión entre la segunda carcasa 212 y el interior del conducto 208.

Alternativamente, en común con la primera carcasa 210, la segunda carcasa 212 podría omitirse y el segundo conjunto de sensor 206 ubicarse en una parte del conducto 208 o el acoplamiento 160. Por ejemplo, la parte de aguas abajo del conducto 208 podría ensancharse para acomodar el conjunto de sensor 206.

Estas disposiciones son practicables porque los inventores han descubierto que solo unos pocos componentes del primer y segundo conjunto de sensor 204, 206 son sensibles a la alta presión. En particular, los componentes más grandes, como las baterías, pueden ser susceptibles a altas presiones. Sin embargo, se ha encontrado que las baterías de litio funcionan particularmente bien bajo las altas presiones que se encuentran dentro de las porciones aguas arriba y aguas abajo 218, 220 del conducto 208. Sin embargo, el experto en la materia contemplaría fácilmente fuentes de energía alternativas adecuadas.

La ubicación potencial del primer y/o segundo conjuntos de sensor 204, 206 completamente dentro del conducto 208 proporciona flexibilidad adicional al configurar el conjunto de contador 200. En particular, la ubicación de componentes electrónicos relativamente frágiles completamente dentro de las paredes metálicas o compuestas del cuerpo 202 sin el requisito de una protuberancia como la carcasa 210 proporciona una protección considerable contra daños ambientales o accidentales. Esto es particularmente importante, por ejemplo, en áreas de almacenamiento o depósitos, donde los cilindros de gas pueden estar ubicados junto a otros cilindros de gas, maquinaria pesada o superficies rugosas. El tamaño relativamente pequeño de los conjuntos de sensores 204, 206 permite lograr fácilmente la ubicación interna.

Además, la ubicación interna del primer y/o segundo conjuntos de sensor 204, 206 protege estos componentes de condiciones ambientales tales como sal, agua y otros contaminantes. Esto permitiría, por ejemplo, utilizar un circuito de alta impedancia que es muy sensible a los daños causados por la sal y el agua como parte del primer y/o segundo conjuntos de sensor 204, 206.

El conjunto de contador 200 está dispuesto para medir el caudal másico del gas que pasa a través del orificio 216. Esto se mide utilizando el primer y/o segundo conjuntos de sensor 204, 206 como se describe a continuación.

La tasa de flujo másico de gas a través del orificio 216 se puede determinar con precisión usando solo el primer conjunto de sensor 204 en condiciones particulares. La precisión de tal determinación depende de la existencia de una condición de flujo obstruido a través del orificio 216 como se describirá a continuación. Para muchas aplicaciones, quizás utilizando los parámetros estructurales del orificio 216 como se describió anteriormente, este será el caso en la mayoría de las condiciones operativas. Sin embargo, a caudales más bajos, esta condición puede no cumplirse y el caudal másico determinado por el primer conjunto de sensor 204 puede ser menos preciso.

Para mejorar la precisión de, o para indicar la validez, de la determinación del caudal másico, se proporciona el segundo conjunto de sensor 206. El segundo conjunto de sensor 206 es operativo para determinar la densidad aguas abajo para mejorar la precisión de la determinación del flujo másico y, adicional o alternativamente, para determinar si se cumple la condición de flujo obstruido. Por lo tanto, el segundo conjunto de sensor 206 puede funcionar para proporcionar, junto con el primer conjunto de sensor 204, la confirmación de que el caudal másico determinado por el conjunto de contador 200 es exacto.

El primer conjunto de sensor 204 comprende un oscilador de cristal de cuarzo 222 conectado a un circuito de accionamiento 224, un sensor de temperatura 226 y una batería 228.

En esta realización, el oscilador de cristal de cuarzo 222 y el sensor de temperatura 226 están ubicados en comunicación con el interior de la porción aguas arriba 218 del conducto 208, mientras que los componentes restantes del conjunto del sensor 204 están ubicados dentro de la carcasa 210. En otras palabras, el oscilador de cristal de cuarzo 222 está sumergido en el gas aguas arriba de la placa de orificio 214. También se puede proporcionar un microprocesador 238, ya sea por separado o como parte del circuito de control 224.

El segundo conjunto de sensor 206 es sustancialmente similar al primer conjunto de sensor 204 aunque, en este caso, no se requiere un sensor de temperatura. El segundo conjunto de sensor 206 comprende un oscilador de cristal de cuarzo 230, un circuito de accionamiento 232 y una batería 234. El segundo conjunto de sensor 206 está conectado al microprocesador 238.

En esta realización, el oscilador de cristal de cuarzo 230 está ubicado en comunicación con el interior de la porción de aguas abajo 220 del conducto 208, mientras que los componentes restantes del conjunto de sensor 206 están ubicados dentro de la carcasa 212. En otras palabras, el oscilador de cristal de cuarzo 230 está sumergido en el gas aguas abajo de la placa de orificio 214.

El experto en la materia se dará cuenta fácilmente de las variaciones de la disposición descrita anteriormente. Por ejemplo, el segundo conjunto de sensor 206 puede comprender simplemente un oscilador de cristal de cuarzo conectado al circuito de accionamiento 224 del primer conjunto de sensor 204. En otras palabras, el primer y segundo conjuntos de sensor 204, 206 pueden compartir un circuito de accionamiento y/o una batería y/o un microprocesador comunes.

Los circuitos de activación 224, 232 y los osciladores de cristal de cuarzo 222, 230 se describirán en detalle más adelante con referencia a las figuras 6 y 7. El sensor de temperatura 226 comprende un termistor. Puede usarse cualquier termistor adecuado. No se requiere una alta precisión del termistor. Por ejemplo, una precisión de 0,5 °C es adecuada para esta realización. En consecuencia, se pueden utilizar componentes pequeños y baratos.

En esta disposición, los osciladores de cristal de cuarzo 222, 230 están constantemente bajo presión isostática dentro del conducto 208 y, en consecuencia, no experimentan un gradiente de presión. En otras palabras, cualquier tensión mecánica que se origine de la diferencia de presión entre la atmósfera externa y el interior del cuerpo 202 del conjunto de contador 200 se expresa a través del cuerpo 202.

La teoría y el funcionamiento del conjunto de sensor 204 se describirán ahora con referencia a las figuras 3 y 4.

Cada uno de los osciladores de cristal de cuarzo 222, 230 tiene una frecuencia de resonancia que depende de la densidad del fluido en el que se encuentra. La exposición de un oscilador de cristal plano tipo diapasón oscilante a un gas conduce a un cambio y amortiguación de la frecuencia resonante del cristal (en comparación con la frecuencia resonante del cristal en el vacío). Hay un número de razones para esto. Si bien hay un efecto de amortiguación del gas sobre las oscilaciones del cristal, el gas adyacente a los dientes vibratorios 222a, 230a (como se muestra en la figura 8) del respectivo oscilador de cristal de diapasón 222, 230 aumenta la masa efectiva del oscilador. Esto conduce a una reducción en la frecuencia de resonancia del oscilador de cristal de cuarzo de acuerdo con el movimiento de un haz elástico fijo de un solo lado:

Donde f es la frecuencia de oscilación, f⁰ es la frecuencia de oscilación en el vacío, p es la densidad del gas y M⁰ es una constante

La densidad p será en casi todos los casos pequeña en comparación con M⁰ , por lo que la fórmula se puede aproximar mediante la ecuación lineal:

que puede volver a expresarse en términos de la desviación de frecuencia Af de f⁰ como se establece en la ecuación 3):

3) a/ = y2(J ± - )p

En consecuencia, en una buena aproximación, el cambio de frecuencia es proporcional al cambio de densidad del gas al que está expuesto el oscilador de cristal de cuarzo. La figura 10 muestra, para varios gases/mezclas de gases diferentes, que la frecuencia de resonancia del oscilador de cristal de cuarzo 222, 230 varía linealmente en función de la densidad.

En general, la sensibilidad del oscilador de cristal de cuarzo 222, 230 es que se ve un cambio del 5 % en la frecuencia, por ejemplo, con oxígeno gaseoso (que tiene un peso molecular de 32 AMU) a 250 bar en comparación con la presión atmosférica. Tales presiones y densidades de gas son típicas de los cilindros de almacenamiento utilizados para gases permanentes, que normalmente están entre 137 y 450 bar g para la mayoría de los gases, y hasta 700 o 900 bar g para helio e hidrógeno.

El oscilador de cristal de cuarzo 222 es particularmente adecuado para su uso como sensor de densidad que forma parte de un contador de flujo másico para gases suministrados comercialmente. Para detectar correctamente la densidad de un gas, es necesario que el gas esté libre de polvo y gotas de líquido, lo cual está garantizado con los gases suministrados comercialmente, pero no con el aire o en la generalidad de las situaciones de control de presión. Una vez que se obtiene el valor de densidad del oscilador de cristal de cuarzo 222, se puede determinar el caudal másico de gas a través del orificio 216. El caudal másico, Q, a través de un orificio se define como:

4) Q = kvpxA

Donde k es una constante, v es la velocidad del gas, p¹ es la densidad aguas arriba del gas y A es el área de la sección transversal del orificio A. Sin embargo, a partir de la ecuación 5 de Bernoulli):

„ 1 2 „ 1 2

5) P¹ + - P ¹V¹ = P 2 - P i V 2

A medida que disminuye el área de la sección transversal de un orificio, la velocidad del gas aumentará y la presión del gas se reducirá.

La determinación del caudal másico a través del orificio 216 usando solo un único oscilador de cristal de cuarzo aguas arriba 222 depende de una condición conocida como flujo "obstruido" o "crítico". Tal situación surge cuando la velocidad del gas alcanza condiciones sónicas, es decir, cuando la restricción del flujo provocada por la placa perforada 214 es tal que la velocidad del gas que fluye a través del orificio 216 alcanza la velocidad del sonido. Esto ocurre cuando la relación de presión a través del orificio 216 (es decir, P¹/P²) es aproximadamente 2 o más. Como medida alternativa, esta condición es generalmente aplicable cuando la presión absoluta aguas arriba P¹ es al menos 1 bar manométrica superior a la presión absoluta aguas abajo P², donde esa presión es la atmosférica.

Una vez que se cumple esta condición, hay muy poco aumento adicional en la velocidad del aire a través del orificio 216. Por lo tanto, en la condición de flujo obstruido donde v = c (la velocidad del sonido en el gas en cuestión), la ecuación 4) se convierte en:

6) Q = kcpXA

En consecuencia, para un orificio que tiene un área A de sección transversal fija, el flujo másico a través del orificio 216 depende únicamente de la densidad aguas arriba. Este es el parámetro que el oscilador de cristal de cuarzo 222 está dispuesto para medir.

Además, la velocidad del sonido c es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta, VT. Sin embargo, como se describió anteriormente, en esta realización el sensor de temperatura 226 no necesita ser particularmente preciso. Por ejemplo, si el error en la temperatura es de 0,5 K a 300 K, esto se traduce en un error de solo 1:1200 en la velocidad del sonido calculada. Por lo tanto, para muchas aplicaciones, el sensor de temperatura 226 no es necesariamente necesario.

La figura 4 ilustra los datos experimentales de la medición del caudal másico. La figura 4 es un gráfico de la frecuencia de resonancia (en kHz) en el eje Y en función del caudal de gas (en litros/minuto) en el eje X para gas nitrógeno. Como se muestra, el gráfico es muy lineal y muestra que el caudal másico se puede medir con precisión usando el oscilador de cristal de cuarzo 222.

Además, la alta precisión del oscilador de cristal de cuarzo 222 permite medir con una precisión muy alta con una resolución de partes por millón. Junto con la respuesta lineal del sensor de densidad de cuarzo 222 a altas densidades y presiones, la alta precisión permite medir el caudal másico de gases muy ligeros como H² y He para ser medido con precisión.

Sin embargo, como se describió anteriormente, la medición del flujo másico utilizando el oscilador de cristal de cuarzo 222 solo será precisa en condiciones de flujo obstruido, es decir, cuando la velocidad del flujo a través del orificio 216 es cercana o igual a la velocidad del sonido en el gas. En la práctica, esto requerirá que el usuario mantenga un flujo de gas mínimo particular en el contador 200 para proporcionar una medición precisa.

Como resultado, un solo oscilador de cristal de cuarzo aguas arriba 222 que funciona solo no puede proporcionar una indicación de si está presente una condición de flujo obstruido en el orificio 216. Por lo tanto, se proporciona el segundo oscilador de cristal de cuarzo 230 (que forma al menos una parte del segundo conjunto de sensor 206). El uso de sensores piezoeléctricos tanto aguas arriba como aguas abajo del orificio 216 permite lograr una medición precisa del flujo.

Como se indicó anteriormente en relación con la ecuación 6), el caudal másico q es proporcional a la densidad aguas arriba P¹ si la velocidad del flujo de fluido a través del orificio 216 es sónica o cercana a sónica. Como se indicó anteriormente, esta condición en general se cumple si la relación entre la presión aguas arriba y la presión aguas abajo (es decir, P¹/P²) es aproximadamente 2 o mayor.

Sin embargo, en la práctica, la relación de presiones puede ser insuficiente. La aplicación de la ecuación de Bernoulli y la teoría establecida del flujo obstruido y la velocidad del sonido conducen a la ecuación 7)

donde k es una constante adimensional, A es el área del orificio, p¹ es la densidad aguas arriba y P² es la densidad aguas abajo.

Claramente, si p1/p2 > 2, entonces la ecuación 7) puede aproximarse mediante la ecuación 6) anterior porque se considera que está presente una condición de flujo obstruido a través del orificio 216. Por lo tanto, en este caso, la medición del primer conjunto de sensor 204 se puede utilizar para proporcionar una indicación precisa del caudal másico en situaciones en las que P¹/P² > 2.

Sin embargo, si la relación es menor que esto, entonces la ecuación 7) se puede utilizar para calcular el caudal másico usando los primer y segundo conjuntos de sensor 204, 206 para medir la densidad aguas arriba p¹ y la densidad aguas abajo P² respectivamente y para determinar el caudal másico a caudales a través del orificio 216 por debajo de las condiciones de flujo obstruido.

Alternativamente, el contador 200 puede simplemente proporcionar una lectura del primer conjunto de sensor 204 (es decir, un caudal másico basado únicamente en una medición de la densidad aguas arriba) y el segundo conjunto de sensor 206 (incluido el oscilador de cristal de cuarzo 230) puede implementarse para proporcionar una indicación de que la medición del caudal másico está funcionando fuera de un régimen de funcionamiento preciso.

La figura 5 muestra datos experimentales (rombos) que comprenden el caudal de gas helio en litros/min a través de un orificio de 0,5 mm. La línea recta muestra una relación lineal entre la densidad aguas arriba P¹ y el caudal para una relación de densidad aguas arriba/aguas abajo de más de 2:1 se ajusta a los datos (ecuación 6)). La curva muestra cómo se puede predecir con buena precisión el flujo a relaciones de densidad más bajas utilizando la ecuación 7), que tiene en cuenta la densidad aguas abajo p². Esta curva se obtiene cambiando gradualmente de la ecuación 7) a la ecuación 6), en un intervalo de 1 bar g alrededor de la densidad en la relación crítica de 2:1 a medida que aumenta el caudal.

Por lo tanto, la provisión de un segundo conjunto de sensor tiene una ventaja cuando la salida del contador está casi o completamente bloqueada. En este caso, el segundo sensor obligaría al contador a adoptar la ecuación 7) (relación baja) e indicar correctamente caudal bajo o nulo. Sin el segundo sensor, el contador indicaría erróneamente el flujo como si no se hubiera producido ningún bloqueo.

La figura 6 muestra la ventaja de precisión que da tener en cuenta la densidad aguas abajo. La figura 6 muestra la línea de ajuste de la figura 5. Además, la curva superior muestra la relación que se predeciría a partir de un sensor aguas arriba solo si la densidad aguas abajo fuera atmosférica (esta línea se muestra entre guiones cortos). La desviación del valor correcto es tan pequeña que puede despreciarse con flujos altos, pero es significativa con flujos bajos. La línea inferior (guiones largos) muestra la curva que se predeciría si la presión aguas abajo en relación con la atmósfera fuera el doble de la medida experimental. Nuevamente, la desviación es pequeña excepto en flujos bajos.

En la figura 7 se muestra una realización que no está de acuerdo con la invención. A las características de la realización mostrada en la figura 7 que son comunes con la primera realización de la figura 2 se les asignan los mismos números de referencia y no se volverán a describir aquí.

En la realización de la figura 7, el regulador 300 se diferencia del regulador 150 de la realización de la figura 2 en que el regulador 300 está dispuesto para proporcionar un control automático del gas desde la salida 154 por medio de una válvula solenoide 302. Además, solo se proporciona un conjunto de sensor único 204, en contraste con la primera realización. En otras palabras, el segundo conjunto de sensor se omite en esta realización. La válvula solenoide 302 comprende una armadura 304 que se mueve en respuesta a una corriente eléctrica a través de las bobinas (no mostradas) de la válvula solenoide 302. La armadura 304 se puede mover para abrir o cerrar directamente la válvula de resorte 164 y, en consecuencia, la abertura 170. La válvula solenoide 302 es, en esta realización, continuamente variable (conocida como "aproximadamente proporcional") para regular el flujo de gas a través del regulador 300.

La válvula de solenoide 302 que se muestra en la figura 5 está en la condición normalmente abierta. En otras palabras, en ausencia de corriente eléctrica a través de la válvula de solenoide 302, la armadura 304 está en una posición extendida de manera que la válvula de resorte 164 está abierta, es decir, la abertura 170 está abierta. Si se aplica corriente a la válvula de solenoide 302, la armadura 304 se retraerá y la válvula de resorte 164 se cerrará.

El experto en la materia conocerá fácilmente las variaciones alternativas de la válvula de solenoide que podrían usarse con la presente invención. Por ejemplo, la válvula de solenoide puede ser una respuesta digital (es decir, encendido/apagado o abierto/cerrado). También se pueden implementar estructuras alternativas; por ejemplo, la armadura 304 puede actuar directamente sobre el diafragma, o puede controlar el flujo a través de un conducto estrecho en comunicación con la salida 154 para regular el movimiento del diafragma 168. Alternativamente, la válvula de resorte podría eliminarse y el propio diafragma 168 podría ser el miembro de la válvula que controla directamente el flujo de gas desde la entrada 152 a la salida 154.

Esta realización comprende un controlador 350. A los componentes del controlador 350 en común con el conjunto de contador 200 se les asignan los mismos números de referencia para mayor claridad.

El controlador 350, en la forma de realización de la figura 7, comprende únicamente un único conjunto de sensor 204 situado aguas arriba del orificio 216 y se omite el segundo conjunto de sensor de la primera forma de realización.

El controlador 350 comprende además un accionamiento de solenoide electrónico 352 conectado a la válvula de solenoide 302 y al conjunto de sensor 204. El impulsor de solenoide 352 está dispuesto para recibir una señal del conjunto de sensor 204 y controlar la válvula de solenoide 302 en respuesta a esa señal y, en consecuencia, controlar el flujo a través del regulador 300.

El accionamiento de solenoide 352 puede comprender cualquier circuito de accionamiento adecuado para controlar la válvula de solenoide 302. Un circuito adecuado puede ser una disposición de amplificador operacional que tenga una entrada desde el conjunto de sensor 204 al terminal negativo del amplificador operacional. En consecuencia, al terminal positivo se le podría conectar una resistencia variable diseñada para proporcionar un nivel de referencia constante y actuar como comparador.

Una entrada del conjunto de sensor 204 al accionamiento de solenoide 352 hará que la válvula de solenoide 302 funcione. Por ejemplo, si la señal de entrada del conjunto de sensor 204 (o, alternativamente, el procesador 240) excede un nivel de umbral particular, la unidad de solenoide 352 puede energizar la válvula de solenoide 302. Esto se describirá en detalle a continuación. La válvula de solenoide 302 puede controlarse de manera digital (es decir, encendida o apagada) cuando se varía una tensión de CC entre un valor máximo y un valor mínimo. Esto se conoce como modulación de ancho de pulso (PWM). Alternativamente, la tensión de CC del accionamiento de solenoide 352 puede ser continuamente variable (por ejemplo, proporcional) para ajustar la posición de la válvula de resorte 164 con precisión de manera analógica.

Adicional o alternativamente, el accionamiento de solenoide 352 puede controlar la válvula de solenoide 302 por medio de una salida de CC que comprende un componente de CA. Dado que la extensión de la armadura 304 desde la válvula de solenoide 302 es aproximadamente proporcional a la corriente aplicada, esto hace que la armadura 304 de la válvula de solenoide 302 oscile. Tales oscilaciones mitigan la "estática estática" de la armadura 304, es decir, ayudan a evitar que la armadura 304 se atasque o se atore.

Alternativamente, se pueden usar otras disposiciones de control, como FET, microprocesadores o ASIC, según corresponda, para controlar el funcionamiento de la válvula de solenoide 302. Además, como se ha comentado, la válvula de solenoide 302 puede funcionar en modo digital (es decir, encendido/apagado) o analógico (es decir, continuamente variable) para permitir un movimiento preciso de la válvula de resorte 164 o similar.

A continuación, se describirá el funcionamiento del controlador 350. Como se describió anteriormente, el conjunto de sensor 204 (que incluye el oscilador de cristal de cuarzo 222) puede usarse como parte de un circuito de retroalimentación para controlar la presión electrónicamente.

La salida del conjunto de sensor 204 está conectada a la válvula solenoide 302 en un circuito de retroalimentación. Como se demostró anteriormente, la frecuencia de resonancia del oscilador de cristal de cuarzo 222 es proporcional a la densidad del gas aguas arriba del orificio 216, y que, en condiciones de flujo obstruido, la densidad del gas aguas arriba del orificio 216 es proporcional al caudal másico Q a través del orificio

Por lo tanto, una frecuencia resonante particular del oscilador de cristal de cuarzo 222 corresponderá a una densidad particular de gas aguas arriba del orificio y, en condiciones de flujo obstruido, una tasa de flujo másico particular a través del orificio 216. En consecuencia, se puede implementar un circuito de retroalimentación en el controlador 350 que es operable para mantener la frecuencia resonante del oscilador de cristal de cuarzo 222 a una frecuencia establecida particular y, concomitantemente, mantener el flujo de gas a través del orificio 216 a una tasa de flujo de masa constante.

El principio general de funcionamiento es así: el oscilador de cristal de cuarzo 222 se ajusta a una frecuencia particular. Si la densidad aguas arriba cae, entonces la frecuencia de resonancia del oscilador de cristal de cuarzo 222 aumentará. El controlador 350 luego abrirá la válvula solenoide 302 para aumentar la presión del gas aguas abajo de la válvula solenoide 302. Esto aumentará la presión y, concomitantemente, la densidad del gas aguas arriba del orificio 216. Esto entonces disminuirá la frecuencia resonante del oscilador de cristal de cuarzo 222 hasta que se restablezca la frecuencia del punto de ajuste, que corresponde a una tasa de flujo de masa de gas deseada a través del orificio 216. En otras palabras, el controlador 350 implementa un bucle de retroalimentación para minimizar la diferencia entre el caudal másico de punto de referencia y el caudal másico real.

El controlador 350 también controla la válvula de solenoide 302 en función de la temperatura. Allí, el bucle de retroalimentación está dispuesto para mantener la presión no igual a una constante, sino igual a una constante dividida por la raíz cuadrada de la temperatura absoluta, 1/VT, medida en Kelvin.

El controlador electrónico de presión de gas fabricado de esta manera se puede conectar a un orificio aguas abajo y ofrecerá un flujo másico de gas constante. La relación de presión (aguas arriba/aguas abajo) a través del orificio debe ser suficiente, alrededor de 2 o más, para mantener el orificio en un flujo crítico, por lo que sabemos que en el punto más estrecho el flujo de gas tiene una velocidad aproximadamente sónica. Esto se puede ver en la ecuación 7).

En la ecuación 6), la velocidad del sonido en el gas, c puede expresarse como se establece en la ecuación 8):

donde y es la relación de calores específicos Cp/Cv, R es la constante de los gases, T es la temperatura y M es el peso molecular. Por lo tanto, sustituyendo la expresión por c) en la ecuación 6) da:

9)

donde p¹ es la densidad aguas arriba medida por el oscilador de cristal de cuarzo 222.

En general, solo la densidad y la temperatura son variables en las aplicaciones relevantes para la presente invención. Por lo tanto, una cantidad p se puede definir como se establece en la ecuación 10):

10)

Sustituyendo esta expresión en la ecuación 9) se obtiene:

yR

Por lo tanto, dado que ^ ^ es una constante para gases envasados, k es una constante para cualquier gas en particular y el área A del orificio es una constante, el flujo de masa se puede determinar a partir de p. En consecuencia, el flujo másico se puede controlar en función de la densidad dividida por la raíz cuadrada de la temperatura o, en la práctica, la frecuencia resonante del oscilador de cristal de cuarzo 222 dividida por la raíz cuadrada de la temperatura medida por el sensor de temperatura 226.

Por lo tanto, si el montaje del sensor 204 es operable para controlar la válvula solenoide 302 para mantener p sustancialmente constante, el caudal másico a través del orificio 216 se mantendrá constante. En otras palabras, la válvula de solenoide 302 se puede controlar basándose tanto en la frecuencia resonante medida del oscilador de cristal de cuarzo 222 como en la temperatura medida.

Las realizaciones pueden comprender adicionalmente una pantalla (no mostrada) para mostrar al usuario los resultados de las mediciones realizadas en el gas detectado. Alternativamente, la pantalla se puede ubicar lejos de los conjuntos de contadores 200, 350 y los datos relevantes se pueden comunicar de forma remota.

Para que el oscilador de cristal de cuarzo 222 proporcione una medición precisa, el oscilador de cristal de cuarzo 222 debe mantenerse libre de suciedad, humedad y otra contaminación. Si bien esto no es un problema para los gases envasados suministrados comercialmente (que son extremadamente limpios), el controlador 350 puede usarse en situaciones en las que la contaminación ambiental puede ser un problema importante.

En consecuencia, el conjunto de contador 200, 350 está provisto de un filtro 354 ubicado entre el oscilador de cristal de cuarzo 222 y el flujo principal de gas. El filtro 354 puede tener cualquier tamaño de poro adecuado. Los tamaños de poro están en el intervalo de 5 - 10 pm y son particularmente adecuados para esta aplicación. El filtro 354 (o un filtro similar) se puede aplicar a la primera realización descrita anteriormente.

Alternativamente, el filtro 354 puede omitirse si el oscilador de cristal de cuarzo 222 está ubicado detrás de una abertura que es lo suficientemente pequeña para evitar la entrada de suciedad u otros contaminantes. Por ejemplo, un tamaño de apertura de 0,25 mm sería adecuado para usar sin filtro, siempre que la presión total del gas aguas arriba se pueda medir de esta manera.

En la figura 8 se muestra una segunda realización de la presente invención. La tercera realización comprende un controlador 450. A los componentes del controlador 450 en común con el conjunto de contador 200 y el controlador 350 se les asignan los mismos números de referencia para mayor claridad.

El controlador 450, en la forma de realización de la figura 8, comprende un primer conjunto de sensor 204 situado aguas arriba del orificio 216 y un segundo conjunto de sensor 206 en común con la primera forma de realización. Por lo tanto, la segunda realización es una combinación de las características de las realizaciones anteriores.

El controlador 450 comprende además un accionamiento de solenoide electrónico 452 conectado a la válvula de solenoide 402 y a los conjuntos de sensores 204, 206. El impulsor de solenoide 452 está dispuesto para recibir una señal de los conjuntos de sensores 204, 206 y para controlar la válvula de solenoide 402 en respuesta a esa señal y, en consecuencia, controlar el flujo a través del regulador 400.

El accionamiento de solenoide 452 puede tomar la forma del accionamiento de solenoide 352 y cualquier variación de este y no se describirá más aquí. Una entrada de los conjuntos de sensores 204, 206 al accionamiento de solenoide 452 hará que la válvula de solenoide 402 funcione. Por ejemplo, si la señal de entrada del conjunto de sensor 204 (o, alternativamente, el procesador 240) excede un nivel de umbral particular, la unidad de solenoide 352 puede energizar la válvula de solenoide 302. Esto se describirá en detalle a continuación. La válvula de solenoide 302 puede controlarse de manera digital (es decir, encendida o apagada) cuando se varía una tensión de CC entre un valor máximo y un valor mínimo. Alternativamente, la tensión de CC del accionamiento de solenoide 352 puede ser continuamente variable (por ejemplo, proporcional) para ajustar la posición de la válvula de resorte 164 con precisión de manera analógica.

Adicional o alternativamente, el accionamiento de solenoide 452 puede controlar la válvula de solenoide 302 por medio de una salida de CC que comprende un componente de CA. Dado que la extensión de la armadura 304 desde la válvula de solenoide 302 es aproximadamente proporcional a la corriente aplicada, esto hace que la armadura 304 de la válvula de solenoide 302 oscile. Tales oscilaciones mitigan la "estática estática" de la armadura 304, es decir, ayudan a evitar que la armadura 304 se atasque o se atore.

Alternativamente, se pueden usar otras disposiciones de control, como FET, microprocesadores o ASIC, según corresponda, para controlar el funcionamiento de la válvula de solenoide 302. Además, como se ha comentado, la válvula de solenoide 302 puede funcionar en modo digital (es decir, encendido/apagado) o analógico (es decir, continuamente variable) para permitir un movimiento preciso de la válvula de resorte 164 o similar.

A continuación, se describirá el funcionamiento del controlador 450. Como se describió anteriormente, el conjunto de sensor 204 (incluido el oscilador de cristal de cuarzo 222) y el conjunto de sensor 206 (incluido el oscilador de cristal de cuarzo 230) se pueden usar como parte de un circuito de retroalimentación para controlar la presión electrónicamente. La salida del primer conjunto de sensor 204 y el segundo conjunto de sensor 206 está conectada a la válvula de solenoide 302 en un circuito de retroalimentación. Como se demostró anteriormente, la frecuencia de resonancia del oscilador de cristal de cuarzo 222 es proporcional a la densidad del gas aguas arriba del orificio 216, y que, en condiciones de flujo obstruido, la densidad del gas aguas arriba del orificio 216 es proporcional al caudal másico Q a través del orificio.

Por lo tanto, una frecuencia resonante particular del oscilador de cristal de cuarzo 222 corresponderá a una densidad particular de gas aguas arriba del orificio y, en condiciones de flujo obstruido, una tasa de flujo másico particular a través del orificio 216. En consecuencia, se puede implementar un circuito de retroalimentación en el controlador 450 que es operable para mantener la frecuencia resonante del oscilador de cristal de cuarzo 222 a una frecuencia establecida particular y, concomitantemente, mantener el flujo de gas a través del orificio 216 a una tasa de flujo de masa constante.

El controlador 350 también controla la válvula de solenoide 302 en función de la temperatura. Allí, el bucle de retroalimentación está dispuesto para mantener la presión no igual a una constante, sino igual a una constante dividida por la raíz cuadrada de la temperatura, 1/VT.

El controlador electrónico de presión de gas fabricado de esta manera se puede conectar a un orificio aguas abajo y ofrecerá un flujo másico constante de gas. La relación de presión (aguas arriba/aguas abajo) a través del orificio debe ser suficiente, alrededor de 2 o más, para mantener el orificio en un flujo crítico, lo que significa que en el punto más estrecho el flujo de gas tiene una velocidad aproximadamente sónica. Esto se puede ver en la ecuación 6).

En la ecuación 8) anterior, se expresa la velocidad del sonido en el gas, c. Por lo tanto, al sustituir la expresión de c en la ecuación 7) se obtiene la ecuación:

donde p¹ es la densidad aguas arriba medida por el oscilador de cristal de cuarzo 222, y p² es la densidad aguas abajo medida por el oscilador de cristal de cuarzo 230.

En general, como se establece anteriormente, solo las densidades aguas arriba y aguas abajo y la temperatura son variables en las aplicaciones relevantes para la presente invención. Por lo tanto, en cuanto a la segunda realización, se puede definir una cantidad p" como se establece en la ecuación 13):

Sustituyendo esta expresión en la ecuación 9) se obtiene:

Por lo tanto, dado que K ^ es una constante para gases envasados, k es una constante y el área A del orificio es una constante, el caudal másico puede determinarse únicamente a partir de p". Por lo tanto, los conjuntos sensores 204 y 206 pueden operar para controlar la válvula solenoide 402 para mantener p" sustancialmente constante. En otras palabras, la válvula de solenoide 302 se puede controlar en función de la frecuencia de resonancia del primer oscilador de cristal de cuarzo 222, la frecuencia de resonancia del segundo oscilador de cristal de cuarzo 230 y la raíz cuadrada de la temperatura medida por el sensor de temperatura 226.

Las realizaciones pueden comprender adicionalmente una pantalla (no mostrada) para mostrar al usuario los resultados de las mediciones realizadas en el gas detectado. Alternativamente, la pantalla se puede ubicar lejos del conjunto de contador 200 y los controladores 350, 450 y los datos relevantes se pueden comunicar de forma remota.

Por ejemplo, las realizaciones pueden comprender además una antena (no mostrada) para comunicación remota con, por ejemplo, una estación base. Esto se discutirá más adelante. En este caso, la antena puede estar ubicada fuera del cuerpo 202 y conectada al conjunto de sensor 204 por medio de un cable o conector equivalente.

La propia antena puede adaptarse y disponerse para utilizar cualquier protocolo de comunicación adecuado; por ejemplo, una lista no exhaustiva puede ser RFID, Bluetooth, infrarrojos (IR), inalámbrico 802.11, transmisión de modulación de frecuencia (FM) o una red celular.

Alternativamente, se puede implementar la comunicación de un hilo. La comunicación de un solo cable necesita solo un conductor metálico para comunicarse: la ruta de "retorno" del circuito se proporciona mediante un acoplamiento capacitivo a través del aire entre los dispositivos de comunicación. El experto conocerá fácilmente las alternativas de la antena (y el hardware de transmisión asociado) que podrían usarse con las realizaciones discutidas en este documento.

Por ejemplo, la comunicación puede efectuarse por medio de transmisión acústica desde el interior de la carcasa 210. Un transmisor ubicado dentro de la carcasa 210 puede efectuar la transmisión acústica. El transmisor puede comprender, por ejemplo, un simple resonador piezoeléctrico de frecuencia fija.

También se requiere un receptor complementario y este componente puede ubicarse lejos del conjunto de contador 200 o del controlador 350, 450 y puede comprender hardware como, por ejemplo, un detector de tono de bucle de enganche de fase integrado con un micrófono.

El montaje del sensor 204 se describirá ahora con más detalle con referencia a las figuras 9, 10 y 11. Si bien la siguiente descripción se refiere al conjunto de sensor 204, debe entenderse que esto también se aplica al conjunto de sensor 206 que puede tener una configuración estructural y electrónicamente similar.

El oscilador de cristal de cuarzo 222 comprende una sección plana de cuarzo cortado. El cuarzo demuestra un comportamiento piezoeléctrico, es decir, la aplicación de una tensión a través del cristal hace que el cristal cambie de forma, generando una fuerza mecánica. Por el contrario, una fuerza mecánica aplicada al cristal produce una carga eléctrica.

Dos superficies paralelas del oscilador de cristal de cuarzo 222 están metalizadas para proporcionar conexiones eléctricas a través del cristal a granel. Cuando se aplica una tensión a través del cristal por medio de los contactos metálicos, el cristal cambia de forma. Mediante la aplicación de una tensión alterna al cristal, se puede hacer que el cristal oscile.

El tamaño físico y el grosor del cristal de cuarzo determinan la frecuencia característica o resonante del cristal de cuarzo. De hecho, la frecuencia característica o resonante del cristal 222 es inversamente proporcional al espesor físico entre las dos superficies metalizadas. Los osciladores de cristal de cuarzo son bien conocidos en la técnica y, por lo tanto, la estructura del oscilador de cristal de cuarzo 222 no se describirá más aquí.

Además, la frecuencia de vibración resonante de un cristal de cuarzo variará según el entorno en el que se encuentre el cristal. En el vacío, el cristal tendrá una frecuencia particular. Sin embargo, esta frecuencia cambiará en diferentes entornos. Por ejemplo, en un fluido, la vibración del cristal será amortiguada por las moléculas circundantes y esto afectará la frecuencia de resonancia y la energía requerida para hacer oscilar el cristal en una amplitud dada.

Además, la adsorción de gas o la deposición de materiales circundantes sobre el cristal afectará a la masa del cristal en vibración, alterando la frecuencia de resonancia. Tal adsorción o deposición de material constituye la base de los analizadores de gas selectivos de uso común en los que se forma una capa absorbente sobre el cristal y aumenta de masa a medida que se absorbe el gas.

Sin embargo, en el presente caso, no se aplica ningún recubrimiento al oscilador de cristal de cuarzo 222. De hecho, la deposición de material sobre el oscilador de cristal de cuarzo 222 no es deseable en el presente caso ya que la precisión de la medición puede verse afectada.

Como se muestra en la figura 9, el oscilador de cristal de cuarzo 222 de la presente realización tiene forma de diapasón y comprende un par de dientes 222a de aproximadamente 5 mm de largo dispuestos para oscilar a una frecuencia resonante de 32,768 kHz. Los dientes 222a están formados en la sección plana de cuarzo. Los dientes 222a del diapasón oscilan normalmente en su modo fundamental, en el que se mueven sincrónicamente acercándose y alejándose entre sí a la frecuencia resonante.

El cuarzo fundido (o no cristalino) tiene un coeficiente de expansión dependiente de la temperatura muy bajo y un coeficiente de elasticidad bajo. Esto reduce la dependencia de la frecuencia fundamental de la temperatura y, como se verá, los efectos de la temperatura son mínimos.

Además, es deseable utilizar cuarzo de corte AT o de corte SC. En otras palabras, la sección plana del cuarzo se corta en ángulos particulares, de modo que el coeficiente de temperatura de la frecuencia de oscilación se puede configurar para que sea parabólico con un pico amplio alrededor de la temperatura ambiente. Por lo tanto, el oscilador de cristal puede disponerse de modo que la pendiente en la parte superior del pico sea exactamente cero.

Dichos cristales de cuarzo están comúnmente disponibles a un coste relativamente bajo. A diferencia de la mayoría de los osciladores de cristal de cuarzo que se utilizan al vacío, en la presente realización, el oscilador de cristal de cuarzo 222 está expuesto al gas bajo presión en el conducto 208.

El circuito de accionamiento 224 para excitar el oscilador de cristal de cuarzo 222 se muestra en la figura 9. El circuito de accionamiento 224 debe cumplir una serie de criterios específicos. En primer lugar, el oscilador de cristal de cuarzo 222 de la presente invención puede exponerse a una gama de presiones de gas; potencialmente, las presiones pueden variar desde la presión atmosférica (cuando el cilindro de gas 100 está vacío) hasta alrededor de 900 bar g si el cilindro de gas contiene un gas presurizado tal como hidrógeno. Por lo tanto, se requiere que el oscilador de cristal de cuarzo 222 funcione (y se reinicie después de un período sin uso) bajo una amplia gama de presiones.

En consecuencia, el factor de calidad (Q) del oscilador de cristal de cuarzo 222 variará considerablemente durante el uso. El factor Q es un parámetro adimensional relacionado con la tasa de amortiguamiento de un oscilador o resonador. De manera equivalente, puede caracterizar el ancho de banda de un resonador en relación con su frecuencia central.

En general, cuanto mayor sea el factor Q de un oscilador, menor será la tasa de pérdida de energía en relación con la energía almacenada del oscilador. En otras palabras, las oscilaciones de un oscilador de alto factor Q reducen su amplitud más lentamente en ausencia de una fuerza externa. Los resonadores impulsados sinusoidalmente que tienen factores Q más altos resuenan con mayores amplitudes en la frecuencia resonante, pero tienen un ancho de banda de frecuencias más pequeño alrededor de esa frecuencia para la que resuenan.

El circuito de accionamiento 224 debe ser capaz de excitar el oscilador de cristal de cuarzo 222 a pesar del factor Q cambiante. A medida que aumenta la presión en el cilindro de gas 100, la oscilación del oscilador de cristal de cuarzo 222 se amortiguará cada vez más y el factor Q disminuirá. El factor Q decreciente requiere que un amplificador en el circuito de accionamiento 224 proporcione una mayor ganancia. Sin embargo, si se proporciona una amplificación demasiado alta, el circuito de accionamiento 224, la respuesta del oscilador de cristal de cuarzo 222 puede volverse difícil de distinguir. En este caso, el circuito de accionamiento 224 puede simplemente oscilar a una frecuencia no relacionada, o a la frecuencia de un modo no fundamental del oscilador de cristal de cuarzo 222.

Como limitación adicional, el circuito de accionamiento 224 debe ser de baja potencia para funcionar con baterías pequeñas de baja potencia durante mucho tiempo con o sin energía suplementaria, como células fotovoltaicas.

El circuito de accionamiento 224 se describirá ahora con referencia a la figura 9. Para impulsar el oscilador de cristal de cuarzo 222, el circuito de accionamiento 224 esencialmente toma una señal de tensión del oscilador de cristal de cuarzo 222, la amplifica y envía esa señal al oscilador de cristal de cuarzo 222. La frecuencia de resonancia fundamental del oscilador de cristal de cuarzo 222 es, en esencia, una función de la tasa de expansión y contracción del cuarzo. Esto está determinado en general por el corte y el tamaño del cristal.

Sin embargo, los factores externos también afectan la frecuencia de resonancia. Cuando la energía de las frecuencias de salida generadas coincide con las pérdidas en el circuito, se puede sostener una oscilación. El circuito de accionamiento 224 está dispuesto para detectar y mantener esta frecuencia de oscilación. La frecuencia puede ser entonces medida por el microprocesador 238, usado para calcular la propiedad apropiada del gas requerida por el usuario y, si es necesario, salida a un medio de visualización adecuado (como se describirá más adelante).

El circuito de accionamiento 224 está alimentado por una batería de 6 V 228. La batería 228, en esta realización, comprende una batería de litio. Sin embargo, las fuentes de energía alternativas serán fácilmente evidentes para el experto en la materia; por ejemplo, otros tipos de baterías, tanto recargables como no recargables, y una disposición de células solares.

El circuito de accionamiento 224 comprende además un amplificador emisor común de par Darlington 250. Un par Darlington comprende una estructura compuesta que consta de dos transistores NPN bipolares configurados de tal manera que la corriente amplificada por el primero del transistor es amplificada aún más por el segundo. Esta configuración permite obtener una mayor ganancia de corriente en comparación con cada transistor tomado por separado. Alternativamente, se pueden usar transistores bipolares PNP.

El par Darlington 250 está dispuesto en una configuración de retroalimentación de un solo transistor (T¹) amplificador emisor común 252. En la figura 7 se muestra un transistor de unión bipolar NPN. Sin embargo, el experto en la materia conocerá disposiciones de transistores alternativas que pueden utilizarse; por ejemplo, un transistor PNP de unión bipolar o transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido metálico (MOSFET).

El circuito de accionamiento 224 comprende otro transistor seguidor de emisor NPN T² que actúa como un amplificador de memoria intermedia 254. El amplificador de memoria intermedia 230 está dispuesto para funcionar como una memoria intermedia entre el circuito y el entorno externo. Sin embargo, esta función es opcional y es posible que no sea necesaria; por ejemplo, un FET podría conectarse directamente para controlar el circuito 220.

Un condensador 256 está ubicado en serie con el oscilador de cristal de cuarzo 222. El condensador 232, en este ejemplo, tiene un valor de 100 pF y permite que el circuito de accionamiento 224 active el oscilador de cristal de cuarzo 222 en situaciones en las que el cristal se ha contaminado, por ejemplo, con sales u otros materiales depositados.

Además, el circuito de accionamiento 224 puede optimizarse para un arranque rápido del oscilador de cristal de cuarzo 222. Para lograr esto, se pueden conectar una resistencia adicional y un capacitor adicional entre la base del transistor D¹ y tierra. Estos componentes pueden comprender, por ejemplo, una resistencia de 10 MQ y un condensador de 10 nF.

Ahora se describirá un circuito de accionamiento alternativo 240 con referencia a la figura 10. El circuito de accionamiento 240 se puede utilizar en lugar del circuito de accionamiento 204 descrito anteriormente. En contraste con el circuito de accionamiento 204 descrito anteriormente, el circuito de accionamiento 240 incluye un amplificador 242 de transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido de metal (MOSFET) de drenaje común en lugar del par Darlington del circuito de la figura 9. El MOSFET 242 funciona como una entrada de alta impedancia que permite que la impedancia de entrada de la etapa del amplificador coincida con la alta impedancia del oscilador de cristal de cuarzo 202. En otras palabras, el MOSFET 242 proporciona una ganancia unitaria con una alta impedancia de entrada para reducir la carga eléctrica en el oscilador de cristal de cuarzo 202.

La salida del amplificador MOSFET de drenaje común 242 se alimenta a dos amplificadores de emisor común 244 sucesivos de un solo transistor (Q2, Q3). Las resistencias R6 y R8 proporcionan retroalimentación negativa y corriente de polarización para los transistores. Los amplificadores emisores comunes 244 proporcionan una alta ganancia para amplificar las oscilaciones del oscilador de cristal de cuarzo 202 y, en esta realización, comprenden transistores de unión bipolar NPN. Sin embargo, el experto en la materia conocerá disposiciones de transistores alternativas que pueden utilizarse; por ejemplo, un transistor PNP de unión bipolar o MOSFET.

Un condensador 246 está conectado entre el oscilador de cristal de cuarzo 202 y tierra. El condensador 246, en esta realización, se puede operar para aumentar la excitación del oscilador de cristal de cuarzo 202.

Una resistencia 248 está conectada en serie con el oscilador de cristal de cuarzo 202. La resistencia 248, en esta realización, tiene un valor de 56 kQ y amortigua las oscilaciones del oscilador de cristal de cuarzo 202 para permitir que el circuito oscile en una amplia gama de presiones con solo cambios graduales en la forma de onda.

El circuito de accionamiento 240 está alimentado por una batería de 3 V 249. La batería 249, en esta realización, comprende una batería de litio. Sin embargo, las fuentes de energía alternativas serán fácilmente evidentes para el experto en la materia; por ejemplo, otros tipos de baterías, tanto recargables como no recargables, y una disposición de células solares. Alternativamente, se puede utilizar una disposición de suministro de red después de la rectificación de CC y la reducción de tensión adecuada.

Ahora se describirá un circuito de accionamiento alternativo 260 con referencia a la figura 11. El circuito de accionamiento que se muestra en la figura 8 está configurado de manera similar a un oscilador Pierce. Los osciladores Pierce se conocen a partir de osciladores de reloj IC digitales. En esencia, el circuito de accionamiento 260 comprende un único inversor digital (en forma de transistor) T, tres resistencias R¹, R² y Rs, dos condensadores C¹, C² , y el oscilador de cristal de cuarzo 222 (u oscilador 230).

En esta disposición, el oscilador de cristal de cuarzo 222 funciona como un elemento de filtro altamente selectivo. La resistencia R¹ actúa como una resistencia de carga para el transistor T. La resistencia R² actúa como una resistencia de retroalimentación, polarizando el inversor T en su región lineal de operación. Esto permite efectivamente que el inversor T funcione como un amplificador inversor de alta ganancia. Otra resistencia Rs se utiliza entre la salida del inversor T y el oscilador de cristal de cuarzo 222 para limitar la ganancia y amortiguar las oscilaciones no deseadas en el circuito.

El oscilador de cristal de cuarzo 222, en combinación con C¹ y C² forma un filtro de paso de banda de red Pi. Esto permite un cambio de fase de 180 grados y una ganancia de tensión de la salida a la entrada a aproximadamente la frecuencia resonante del oscilador de cristal de cuarzo 222. El circuito de accionamiento 260 descrito anteriormente es fiable y barato de fabricar, ya que comprende relativamente pocos componentes. Este circuito también es particularmente aplicable a aplicaciones de baja presión.

Como se discutió anteriormente, el conjunto de sensor 204 puede incluir un microprocesador 238 que recibe entradas del oscilador de cristal de cuarzo 222 y el circuito de control 224. El microprocesador 238 puede comprender una disposición adecuada, como un ASIC o FPGA. El microprocesador 238 está programado para calcular y, si se requiere, mostrar y comunicar una determinación del caudal másico del gas a través del orificio 216.

Cuando se usa con el oscilador de cristal de cuarzo 222, el microprocesador 238 puede configurarse para medir la frecuencia f o período de la señal del circuito de accionamiento 224. Esto se puede lograr, por ejemplo, contando las oscilaciones durante un tiempo fijo y convirtiendo esa frecuencia en un valor de densidad utilizando un algoritmo o una tabla de consulta. Este valor se pasa al microprocesador 238.

El microprocesador 238 también recibe la temperatura medida T del sensor de temperatura 226. El microprocesador 238 está dispuesto para realizar, en base a las entradas suministradas, un cálculo para determinar el caudal másico del gas a través del orificio 216.

Una vez que se ha determinado el caudal másico, estos datos se pueden almacenar en una memoria local, se pueden mostrar en una pantalla o se pueden transmitir a una estación remota.

El microprocesador 238 puede, opcionalmente, diseñarse para que la producción en masa sea idéntica en todo el conjunto de contador 200, con diferentes características en el software y hardware habilitados para diferentes gases. Además, el microprocesador 238 también puede configurarse para minimizar el consumo de energía mediante la implementación de modos de espera o "reposo" que pueden cubrir el microprocesador 238 y componentes adicionales como el circuito de control 224 y el oscilador de cristal de cuarzo 222.

Se pueden implementar varios esquemas; por ejemplo, el microprocesador 238 puede estar en espera durante 10 segundos de cada 11 segundos. Además, el microprocesador 238 puede controlar el oscilador de cristal de cuarzo 222 y el circuito impulsor 224 de modo que estos componentes se pongan en modo de espera la mayor parte del tiempo, solo encendiendo los componentes que consumen más energía durante / segundo cada 30 segundos.

La figura 12 muestra un circuito de accionamiento del regulador 270 adecuado para usar con las realizaciones de las figuras 7 y 8.

El circuito de accionamiento del regulador 270 puede funcionar para recibir una frecuencia de entrada desde el oscilador de cristal de cuarzo 222 (y el oscilador de cristal de cuarzo 230 en el caso de la segunda realización) en una puerta NAND cuádruple. La puerta NAND también recibe una frecuencia de punto de ajuste de un oscilador conectado a un regulador de tensión. La puerta NAND cuádruple funciona como una puerta XOR.

Luego, la diferencia entre estas frecuencias se ingresa en un convertidor de frecuencia-tensión para convertir esto en una salida de tensión. Luego, la salida de tensión se amplifica mediante un amplificador 741 y se utiliza para controlar la posición de la válvula solenoide 302 para mantener la entrada de frecuencia del (de los) oscilador(es) de cristal de cuarzo 222, 230 en la frecuencia de punto de ajuste establecida por la tensión en el potenciómetro de 10K que se muestra en la figura 12.

A continuación, se describirá un método de funcionamiento de la primera realización de la presente invención con referencia a la figura 13. El método descrito a continuación es aplicable solo a la primera realización.

Etapa 500: Inicializar la medición

En la etapa 500, se inicia la medición del caudal másico de gas a través del orificio 216. Esto puede activarse, por ejemplo, cuando un usuario presiona un botón en el exterior de la carcasa 210. Alternativamente, la medición puede iniciarse por medio de una conexión remota, por ejemplo, una señal transmitida a través de una red inalámbrica y recibida por el conjunto de contador 200 a través de una antena.

Como alternativa o adición adicional, el conjunto de contador 200 puede configurarse para inicializarse de forma remota o con un temporizador. El método procede a la etapa 502.

Etapa 502: Accionar los osciladores de cristal de cuarzo

Una vez inicializados, los circuitos de accionamiento 224, 232 se usan para excitar los respectivos osciladores de cristal de cuarzo 222, 230. Durante la inicialización, cada circuito de accionamiento 224, 232 aplica una tensión de CA de ruido aleatorio a través del respectivo oscilador de cristal de cuarzo 222, 230. Al menos una porción de esa tensión aleatoria estará a una frecuencia adecuada para hacer que el respectivo oscilador de cristal de cuarzo 222, 230 oscile. Cada oscilador de cristal de cuarzo 222, 230 comenzará entonces a oscilar en sincronía con esa señal respectiva.

Como se apreciará, los osciladores de cristal de cuarzo 222, 230 son, en esencia, detectores y controladores autónomos, ya que la frecuencia resonante de cada cristal es en sí misma lo que se mide.

Por medio del efecto piezoeléctrico, el movimiento de los osciladores de cristal de cuarzo 222, 230 generará entonces una tensión en la banda de frecuencia resonante del respectivo oscilador de cristal de cuarzo 222, 230. El respectivo circuito de accionamiento 224, 232 luego amplifica la señal generada por el oscilador de cristal de cuarzo 222, 230, de modo que las señales generadas en la banda de frecuencia del resonador de cristal de cuarzo 222, 230 dominan la salida del circuito de accionamiento 224, 232. La estrecha banda de resonancia del cristal de cuarzo filtra todas las frecuencias no deseadas y el circuito de accionamiento 224, 230 acciona el respectivo oscilador de cristal de cuarzo 222, 230 a la frecuencia de resonancia fundamental / . Una vez que el respectivo oscilador de cristal de cuarzo 222, 230 se ha estabilizado en una frecuencia resonante particular, el método avanza a la etapa 504.

Etapa 504: Medir la frecuencia resonante del oscilador de cristal de cuarzo

La frecuencia de resonancia / depende de las condiciones ambientales dentro de la porción aguas arriba 214 del conducto 208. En la presente realización, el cambio en la frecuencia de resonancia A / es, en una buena aproximación, proporcional en magnitud al cambio de densidad del gas en la porción aguas arriba 214 del conducto 208 y disminuirá al aumentar la densidad.

Para realizar una medición, se mide la frecuencia del oscilador de cristal de cuarzo 222 durante un período de aproximadamente 1 s. Esto es para permitir que la lectura se estabilice y que se cuenten suficientes oscilaciones para determinar una medición precisa. La medida de frecuencia se realiza en el microprocesador 238. El microprocesador 238 también puede registrar el tiempo, T¹, cuando se inició la medición.

Una vez que se ha medido la frecuencia, el método pasa a la etapa 506.

Etapa 506: Medir la temperatura del gas

En la etapa 506, el sensor de temperatura 226 mide la temperatura del gas dentro de la porción aguas arriba 214 del conducto 208. Esta medida es necesaria para determinar con precisión la velocidad del sonido en el flujo de gas.

Como se describió anteriormente, la medición de la temperatura no necesita ser particularmente precisa. Por ejemplo, si el sensor de temperatura 226 tiene una precisión de 0,5 °C, entonces esto corresponde a un error de solo aproximadamente una parte en mil doscientos en el valor de temperatura absoluto requerido para el cálculo de la velocidad del sonido.

Como alternativa, esta etapa puede implicar simplemente que se introduzca un valor de temperatura fijo en el microprocesador 238. Esto puede ocurrir, por ejemplo, en situaciones en las que se utiliza un entorno de temperatura conocida o en las que no se requiere un alto grado de precisión. En este caso, no se requiere el sensor de temperatura 226.

Etapa 508: Determinar el flujo másico del gas

Esto se hace usando la ecuación 8) anterior donde la densidad P¹ del gas aguas arriba del orificio 216, la densidad P² del gas aguas abajo del orificio 216 y, opcionalmente, se conoce la temperatura T del gas. Por lo tanto, conociendo las frecuencias resonantes medidas en la etapa 504, la temperatura T conocida (opcional) del gas medida en la etapa 406, se puede realizar una medición precisa del caudal másico a través del orificio 216. Esto se aplica incluso si no se cumple la condición de flujo obstruido (establecida en la ecuación 7) porque se pueden utilizar las densidades aguas arriba y aguas abajo. A continuación, el método pasa a la etapa 510.

Alternativamente, la medición del flujo másico se puede realizar usando la ecuación 7) para condiciones de flujo obstruido donde la densidad P¹ del gas aguas arriba del orificio 216 y, opcionalmente, se conoce la temperatura T del gas. Por lo tanto, conociendo la frecuencia resonante del oscilador de cristal de cuarzo 222 medida en la etapa 504, la temperatura conocida (opcional) T del gas medida en la etapa 406, se puede realizar una medición del caudal másico Q a través del orificio 216. Además, la medida de la densidad p² del gas aguas abajo del orificio 216 por el oscilador de cristal de cuarzo 230 también se puede utilizar para proporcionar una indicación de la precisión de la medición realizada por el oscilador de cristal de cuarzo 222. A continuación, el método pasa a la etapa 510.

Etapa 510: Comunicar y almacenar los resultados

El caudal másico del gas se puede mostrar de varias maneras. Por ejemplo, una pantalla (no mostrada) unida a la carcasa 210, al cuerpo 202 o al regulador 150, 300 podría mostrar el caudal másico del gas a través del orificio 216 (y como consecuencia, el caudal másico del gas que sale del acoplamiento 160). Como alternativa, la medición del caudal másico podría comunicarse de forma remota a una estación base o a un contador ubicado en un accesorio adyacente, como se describirá más adelante.

Como otra alternativa, el caudal másico de gas en el tiempo Ti podría almacenarse en una memoria local de dicho microprocesador 238 para generar un registro de tiempo.

Como se estableció anteriormente, en la realización alternativa, se puede mostrar un mensaje de advertencia al usuario para indicar que la tasa de flujo másico medida puede ser inexacta porque la tasa de flujo es demasiado baja para que exista una condición de flujo obstruido a través del orificio 216.

A continuación, el método pasa a la etapa 512.

Etapa 512: Apagar el conjunto de sensor

No es necesario mantener el conjunto de contador 200 operativo en todo momento. Por el contrario, es beneficioso reducir el consumo de energía apagando el conjunto de contador 200, 350 cuando no está en uso. Esto prolonga la vida de la batería 228.

La configuración del circuito de accionamiento 224 permite que el oscilador de cristal de cuarzo 222 se reinicie independientemente de la presión en la porción aguas arriba 214 del conducto 208. Por lo tanto, el conjunto de contador 200, 350 se puede apagar cuando sea necesario para ahorrar energía de la batería.

A continuación, se describirá un método de funcionamiento de las realizaciones de las figuras 7 y 8 con referencia a la figura 14. El método descrito a continuación es aplicable solo a estas realizaciones.

Etapa 600: Inicializar la medición

En la etapa 600, se inicia la medición del caudal másico de gas a través del orificio 216. Esto puede activarse, por ejemplo, cuando un usuario presiona un botón en el exterior de la carcasa 210. Alternativamente, la medición puede iniciarse por medio de una conexión remota, por ejemplo, una señal transmitida a través de una red inalámbrica y recibida por el controlador 350, 450 a través de una antena.

En este punto, el usuario introduce un caudal de masa de gas particular deseado. Luego, esto es almacenado por el controlador 350, 450 y el circuito de accionamiento del regulador 270 adecuadamente programado para alcanzar una frecuencia de punto de ajuste especificada del oscilador de cristal de cuarzo 222 (y el oscilador de cristal de cuarzo 230 en el caso de la segunda realización) y para mantener el oscilador de cristal de cuarzo 222 a esa frecuencia particular para mantener un flujo de gas particular.

Como alternativa o adición adicional, los controladores 350, 450 pueden configurarse para inicializarse de forma remota o con un temporizador. El método procede a la etapa 602.

Etapa 602: Accionar los osciladores de cristal de cuarzo

Una vez inicializado, el circuito de accionamiento 224 se usa para excitar el oscilador de cristal de cuarzo 222. En el caso de la segunda realización, el circuito de accionamiento 232 también se usa para excitar el oscilador de cristal de cuarzo 230. Durante la inicialización, el o cada circuito de accionamiento 224, 232 aplica una tensión de CA de ruido aleatoria a través del respectivo oscilador de cristal de cuarzo 222, 230. Al menos una porción de esa tensión aleatoria estará a una frecuencia adecuada para hacer que el respectivo oscilador de cristal de cuarzo 222, 230 oscile. Cada oscilador de cristal de cuarzo 222, 230 comenzará entonces a oscilar en sincronía con esa señal respectiva.

Como se apreciará, los osciladores de cristal de cuarzo 222, 230 son, en esencia, detectores y controladores autónomos ya que la frecuencia resonante de cada cristal es en sí misma lo que se mide.

Por medio del efecto piezoeléctrico, el movimiento de los osciladores de cristal de cuarzo 222, 230 generará entonces una tensión en la banda de frecuencia resonante del respectivo oscilador de cristal de cuarzo 222, 230. El o el respectivo circuito de accionamiento 224, 232 luego amplifica la señal generada por el oscilador de cristal de cuarzo 222, 230, de modo que las señales generadas en la banda de frecuencia del resonador de cristal de cuarzo 222, 230 dominan la salida del circuito de accionamiento 224, 232. La estrecha banda de resonancia del cristal de cuarzo filtra todas las frecuencias no deseadas y el circuito de accionamiento 224, 230 acciona el respectivo oscilador de cristal de cuarzo 222, 230 a la frecuencia de resonancia fundamental / . Una vez que el respectivo oscilador de cristal de cuarzo 222, 230 se ha estabilizado en una frecuencia resonante particular, el método avanza a la etapa 604.

Etapa 604: Medir la frecuencia resonante del (de los) oscilador(es) de cristal de cuarzo

La frecuencia de resonancia / depende de las condiciones ambientales dentro de la porción aguas arriba 214 del conducto 208. En la presente realización, el cambio en la frecuencia de resonancia A / es, en una buena aproximación, proporcional en magnitud al cambio de densidad del gas en la porción aguas arriba 218 del conducto 208 (para el oscilador de cristal de cuarzo 222) y disminuirá con el aumento de la densidad. Lo mismo se aplica al oscilador de cristal de cuarzo 230 en el caso de la segunda realización.

Para realizar una medición, se mide la frecuencia del o de cada oscilador de cristal de cuarzo 222, 230 durante un período de aproximadamente 1 s. Esto es para permitir que la lectura se estabilice y que se cuenten suficientes oscilaciones para determinar una medición precisa. La medida de frecuencia se realiza en el microprocesador 238. El microprocesador 238 también puede registrar el tiempo, T¹, cuando se inició la medición.

Una vez que se ha medido la frecuencia, el método pasa a la etapa 606.

Etapa 606: Medir la temperatura del gas

En la etapa 606, el sensor de temperatura 226 mide la temperatura del gas dentro de la porción aguas arriba 218 del conducto 208. Esta medida es necesaria para determinar con precisión la velocidad del sonido en el flujo de gas.

Etapa 608: Mantener el ciclo de retroalimentación

El controlador 350, 450 puede funcionar para mantener un bucle de retroalimentación de acuerdo con la ecuación 11) anterior; es decir, utilizando la frecuencia de oscilación del oscilador de cristal de cuarzo 222 (o la ecuación 13) si se utiliza la segunda realización incluyendo el oscilador 230 si se desea) para lograr un caudal másico particular.

En otras palabras, la relación de la densidad P¹ del gas aguas arriba del orificio 216 dividido por la raíz cuadrada de la temperatura T (en la realización de la figura 7), o una función de la densidad P¹ del gas aguas arriba del orificio 216 y la densidad p² del gas aguas abajo del orificio 216 dividido por la raíz cuadrada de la temperatura T (en la segunda realización) se utiliza para permitir que se genere un flujo de gas proporcional.

Por lo tanto, la frecuencia resonante del oscilador de cristal de cuarzo 222 (o una función tanto del oscilador 222 como del oscilador 230 en la segunda realización) dividida por la raíz cuadrada de una señal proporcional a la temperatura puede mantenerse en un valor predeterminado mediante apertura/cierre proporcional de la válvula solenoide 302 para mantener un flujo de gas constante a través del orificio 216.

Etapa 610: Comunicar y almacenar los resultados

Un usuario puede especificar un caudal másico particular del gas. Por lo tanto, siempre que se cumpla esta condición, no se requiere más visualización. Sin embargo, opcionalmente, el caudal másico real del gas se puede mostrar de varias maneras. Por ejemplo, una pantalla (no mostrada) unida a la carcasa 210, al cuerpo 202 o al regulador 150, 300 podría mostrar el caudal másico del gas a través del orificio 216 (y como consecuencia, el caudal másico del gas que sale del acoplamiento 160). Como alternativa, la medición del caudal másico podría comunicarse de forma remota a una estación base o a un contador ubicado en un accesorio adyacente, como se describirá más adelante.

Como otra alternativa, el caudal másico de gas en el tiempo T¹ podría almacenarse en una memoria local de dicho microprocesador 238 para generar un registro de tiempo.

Como se estableció anteriormente, en la realización alternativa, se puede mostrar un mensaje de advertencia al usuario para indicar que la tasa de flujo másico medida puede ser inexacta porque la tasa de flujo es demasiado baja para que exista una condición de flujo obstruido a través del orificio 216.

Las variaciones de las realizaciones anteriores serán evidentes para el experto en la materia. La configuración precisa de los componentes de hardware y software puede diferir y seguir estando dentro del alcance de la presente invención. El experto en la materia conocerá fácilmente las configuraciones alternativas que podrían utilizarse.

Por ejemplo, las realizaciones descritas anteriormente han utilizado un oscilador de cristal de cuarzo que tiene una frecuencia fundamental de 32,768 kHz. Sin embargo, pueden usarse cristales que operen a frecuencias alternativas. Por ejemplo, pueden usarse osciladores de cristal de cuarzo que funcionan a 60 kHz y 100 kHz con las realizaciones descritas anteriormente. En la figura 15 se muestra un gráfico que muestra el cambio de frecuencia con la densidad para diferentes cristales. Como otro ejemplo, podría usarse un oscilador de cristal que funcione a una frecuencia de 1,8 MHz.

La operación de mayor frecuencia permite monitorear la presión con mayor frecuencia porque se requiere un período de tiempo más corto para muestrear una cantidad determinada de ciclos. Además, los cristales de mayor frecuencia permiten utilizar un ciclo de trabajo más pequeño en un modo de "reposo" de un cristal. A modo de explicación, en la mayoría de los casos, el cristal y el circuito de control permanecerán apagados la mayor parte del tiempo, y solo se encenderán durante un segundo más o menos cuando se necesite una medición. Esto puede ocurrir, por ejemplo, una vez por minuto. Cuando se usa un cristal de mayor frecuencia, la presión se puede medir más rápido. Por tanto, se puede reducir el tiempo en el que el cristal está operativo. Esto puede reducir el consumo de energía y, al mismo tiempo, mejorar la duración de la batería.

Además, las realizaciones anteriores se han descrito midiendo la frecuencia absoluta de un oscilador de cristal de cuarzo. Sin embargo, en la electrónica autónoma incorporada en un regulador asociado a un cilindro de gas, puede ser ventajoso medir el cambio de frecuencia del sensor comparando esa frecuencia con un cristal de referencia de tipo idéntico pero encerrado en un paquete de vacío o presión. El paquete a presión puede contener gas a una densidad seleccionada, gas en condiciones atmosféricas o puede estar abierto a la atmósfera externa al cilindro de gas.

En la figura 16 se muestra un conjunto de sensor adecuado 700. El conjunto de sensor 700 comprende un primer oscilador de cristal de cuarzo 702 y un segundo oscilador de cristal de cuarzo 704. El primer oscilador de cristal de cuarzo 702 es un cristal de referencia que está ubicado dentro de un recipiente sellado 706 al vacío. El primer oscilador de cristal de cuarzo 702 es accionado por un circuito de accionamiento 708.

El segundo oscilador de cristal de cuarzo 704 es un cristal similar al cristal 222 descrito en las realizaciones anteriores. El segundo oscilador de cristal de cuarzo 704 está expuesto al entorno gaseoso dentro de la carcasa 210. El segundo oscilador de cristal de cuarzo 704 es accionado por un circuito de accionamiento 710.

Esta comparación se puede realizar utilizando un circuito mezclador electrónico 712 que combina las dos señales de frecuencia y produce una salida a una frecuencia igual a la diferencia entre los dos cristales. Esta disposición permite negar pequeños cambios debidos, por ejemplo, a la temperatura.

Además, el circuito utilizado en el conjunto de sensor 204 se puede simplificar porque solo se requiere medir la diferencia de frecuencia. Además, este enfoque es particularmente adecuado para su uso con un oscilador de cristal de alta frecuencia (MHz), donde puede ser difícil medir la frecuencia del cristal directamente.

Además, no es necesario montar todos los componentes electrónicos necesarios para medir y mostrar la densidad, la masa o el caudal másico sobre o dentro del cilindro de gas. Por ejemplo, las funciones electrónicas podrían dividirse entre unidades montadas en el cilindro de forma permanente y unidades montadas en la estación de uso de un cliente o montadas temporalmente en la salida del cilindro, como la posición normalmente utilizada para un contador de flujo convencional.

Un ejemplo de esta disposición se muestra con referencia a la figura 17. La disposición comprende un conjunto de cilindro de gas 80 que comprende un cilindro de gas 800, un regulador 802 y un contador de caudal másico 804. El cilindro de gas 800, el regulador 802 y el contador de caudal másico 804 son sustancialmente similares al cilindro de gas 100, el regulador 150 y el conjunto de contador 200 o controlador 350, 450 sustancialmente como se describió anteriormente con referencia a realizaciones anteriores.

En esta realización no según la invención, el contador de caudal másico 804 comprende un oscilador de cristal de cuarzo y un circuito de accionamiento (no mostrado) similar al oscilador de cristal de cuarzo 222 y al circuito de accionamiento 224 de realizaciones anteriores. Se proporciona una antena 806 para la comunicación a través de cualquier protocolo de comunicación remota adecuado; por ejemplo, Bluetooth, infrarrojos (IR) o RFID. Alternativamente, se puede utilizar la comunicación de un solo cable.

Como alternativa adicional, se pueden utilizar métodos de comunicación acústica. La ventaja de tales métodos es que la comunicación remota puede efectuarse sin necesidad de una antena externa.

Un tubo de conexión 808 está conectado a la salida del cilindro de gas 800. La tubería de conexión termina con una conexión de conexión rápida 810. La conexión de conexión rápida 810 permite que las tuberías de conexión o los componentes se conecten y desconecten fácil y rápidamente del cilindro de gas 800.

Se proporciona una unidad de conexión rápida 850 para la conexión al cilindro de gas 800. Se proporciona un conector de conexión rápida complementario 812 para la conexión al conector 808. Además, la unidad de conexión rápida 850 está provista de una unidad de datos 852. La unidad de datos 852 comprende una pantalla 854 y una antena 856 para comunicarse con la antena 804 del conjunto de cilindro de gas 80. La pantalla 854 puede comprender, por ejemplo, una pantalla LCD, LED o legible a la luz del día para minimizar el consumo de energía y maximizar la visibilidad de la pantalla.

La unidad de datos 852 puede registrar varios parámetros medidos por el conjunto de sensor 802 del conjunto de cilindro de gas 80. Por ejemplo, la unidad de datos 852 podría registrar el caudal másico frente al tiempo. Dicho registro podría ser útil, por ejemplo, para contratistas de soldadura que deseen verificar que el flujo de gas esté presente y sea correcto durante largos procedimientos de soldadura con gas en componentes críticos, o para proporcionar datos de una empresa sobre el uso de un cliente en particular.

Alternativamente, los datos de la unidad de datos 850 pueden enviarse a una máquina de soldar habilitada por ordenador (para aplicaciones de soldadura) u otro equipo que use gas, para permitir el cálculo de parámetros derivados, junto con mensajes de advertencia.

Además, la unidad de datos 850 puede disponerse para proporcionar las siguientes funciones: para proporcionar una alarma audible o visible si cambia el tipo de gas; para contener y mostrar datos sobre el uso de gas; proporcionar operación multimodo, por ejemplo, un modo de proveedor/llenador y un modo de cliente; para permitir la entrada de datos; para proporcionar datos como el número de cilindro, el tipo de gas, un certificado de análisis, un historial de clientes (quién tuvo el cilindro durante qué fechas), datos de seguridad y consejos operativos se pueden llevar de forma resumida en el cilindro.

Como alternativa, todos los ejemplos anteriores pueden, opcionalmente, procesarse, almacenarse u obtenerse de un sistema ubicado completamente en (o dentro) del cilindro de gas 800 o la carcasa 210 como se describe en términos del conjunto de contador 200 o los controladores 350, 450.

Si bien las realizaciones anteriores se han descrito con referencia al uso de un oscilador de cristal de cuarzo, el experto en la materia conocerá fácilmente materiales piezoeléctricos alternativos que también podrían usarse. Por ejemplo, una lista no exhaustiva puede incluir osciladores de cristal que comprenden: tantalato de litio, niobato de litio, borato de litio, berlinita, arseniuro de galio, tetraborato de litio, fosfato de aluminio, óxido de germanio y bismuto, cerámica policristalina de titanato de circonio, cerámica con alto contenido de alúmina, compuesto de óxido de zinc o tartrato dipotásico.

Se han descrito realizaciones de la presente invención con particular referencia a los ejemplos ilustrados. Aunque los ejemplos específicos se muestran en los dibujos y se describen aquí en detalle, debe entenderse, sin embargo, que los dibujos y la descripción detallada no pretenden limitar la invención a la forma particular descrita. Se apreciará que se pueden realizar variaciones y modificaciones a los ejemplos descritos dentro del ámbito de la presente invención.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un método para medir el caudal másico de un gas a través de un orificio (216), el método que usa un primer oscilador de cristal piezoeléctrico (222) en contacto con el gas aguas arriba del orificio y un segundo oscilador de cristal piezoeléctrico (230) en contacto con el gas aguas abajo del orificio y que comprende;

a) accionar el primer y segundo osciladores de cristal piezoeléctricos de manera que cada uno del primer y segundo osciladores de cristal piezoeléctricos resuene a las frecuencias resonantes respectivas;

b) medir la frecuencia de resonancia del primer oscilador de cristal piezoeléctrico y la frecuencia de resonancia del segundo oscilador de cristal piezoeléctrico; y

c) determinar, a partir de la frecuencia de resonancia del primer oscilador de cristal piezoeléctrico y la frecuencia de resonancia del segundo oscilador de cristal piezoeléctrico, la densidad del gas aguas arriba del orificio, la densidad del gas aguas abajo del orificio y la relación de la densidad del gas aguas arriba del orificio a la densidad del gas aguas abajo del orificio;

d) determinar, a partir de que la relación sea mayor o igual a 2, que la condición de flujo es una condición de flujo obstruido; y

e) determinar, cuando la condición de flujo es una condición de flujo obstruido, el caudal másico de gas a través de dicho orificio por medio de la densidad del gas aguas arriba del orificio únicamente.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cuando la relación es inferior a 2, el caudal másico se calcula solo a partir de la densidad del gas aguas arriba del orificio y el método comprende además la etapa de: f) proporcionar una notificación de que la determinación del caudal másico puede contener errores.

3. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el gas se dispensa desde un regulador de presión o válvula situada aguas arriba de los osciladores de cristal piezoeléctricos.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el regulador de presión o válvula se controla electrónicamente en respuesta al caudal másico de gas medido a través de dicho orificio.

5. Un contador (200; 450) para medir el caudal másico de un gas, el contador comprendiendo un conducto (208) a través del cual fluye el gas en uso, el conducto tiene un orificio de restricción de flujo (216), el orificio de restricción de flujo divide el conducto en una porción aguas arriba (218) aguas arriba de dicho orificio y una porción aguas abajo (220) aguas abajo de dicho orificio, comprendiendo el contador además un conjunto de sensor (204, 206) que incluye un primer oscilador de cristal piezoeléctrico (222) en dicha porción aguas arriba tal que dicho primer oscilador de cristal piezoeléctrico está en contacto con dicho gas cuando el contador está en uso, un segundo oscilador de cristal piezoeléctrico (230) en dicha porción aguas abajo de manera que dicho segundo oscilador de cristal piezoeléctrico está en contacto con dicho gas cuando el contador está en uso, dicho conjunto de sensor estando dispuesto para implementar el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Un contador de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el contador comprende además un circuito de accionamiento que comprende un par Darlington dispuesto en una configuración de realimentación desde un amplificador de emisor común.

7. Un contador de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, dispuesto aguas abajo de una válvula o regulador de presión.

8. Un contador de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el contador está dispuesto para controlar electrónicamente la válvula o regulador de presión en respuesta al caudal másico medido a través del orificio de restricción de flujo.

9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dichos osciladores de cristal piezoeléctrico comprenden osciladores de cristal de cuarzo.

10. Un contador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en el que dichos osciladores de cristal piezoeléctrico comprenden un oscilador de cristal de cuarzo.

11. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dichos osciladores de cristal piezoeléctricos comprenden cada uno al menos dos dientes planos.

12. Un contador según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en el que dichos osciladores de cristal piezoeléctricos comprenden cada uno al menos dos dientes planos.

13. Un producto de programa de ordenador ejecutable por un aparato de procesamiento programable, que comprende una o más porciones de software para realizar las etapas del método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 o 9 u 11 cuando se ejecuta en el contador de cualquiera de las reivindicaciones 5-8 o 10 o 12

14. Un medio de almacenamiento utilizable por ordenador que tiene un producto de programa informático de acuerdo con la reivindicación 13 almacenado en el mismo.