PT2458357E

PT2458357E - Método e aparelho para medir a pressão de um gás

Info

Publication number: PT2458357E
Application number: PT101929669T
Authority: PT
Inventors: Neil Alexander Downie; Marcel Behrens
Original assignee: Air Prod & Chem
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2014-06-11
Also published as: CN103477198A; US9239271B2; KR101486831B1; EP2458357B1; EP2458357B2; BR112013013327B1; PL2458357T5; CA2817793C; TW201229480A; ES2467697T3; CN103477198B; TWI454676B; CA2817793A1; EP2458357A1; WO2012072590A1; BR112013013327A2; MX2013005951A; PL2458357T3; ES2467697T5; KR20130100789A

Description

ΕΡ 2 458 357/ΡΤ DESCRIÇÃO "Método e aparelho para medir a pressão de um gás" 0 presente invento refere-se a um método e aparelho para medir a pressão de um gás. Mais em particular, o presente invento refere-se a um método e aparelho para medir a pressão de um gás ao utilizar um oscilador piezoeléctrico.

Os métodos e aparelhos aqui descritos podem aplicar-se em particular a sistemas onde os fluidos sob pressão relativamente elevada (por exemplo, cerca de 10 bar ou mais alta) podem estar presentes, tal como por exemplo, o abastecimento de gás a partir de cilindros de alta pressão ou instalações de fabrico que utilizam gases de alta pressão. O presente invento refere-se em particular a gases "limpos", isto é, gases com poucas ou nenhumas impurezas ou contaminantes tais como vapor de água ou pó.

Um cilindro de gás comprimido é um vaso de pressão concebido para conter gases a pressões elevadas, isto é, a pressões significativamente maiores do que a pressão atmosférica. Os cilindros de gás comprimido são utilizados numa ampla gama de mercados, desde o mercado industrial geral de baixo custo, passando pelo mercado médico, até às aplicações de custo mais elevado, tal como o fabrico de componentes electrónicos que utilizem gases de especialidade corrosivos, tóxicos ou pirofóricos de alta pureza. De modo comum, os recipientes de gás pressurizados compreendem aço, alumínio ou compósitos e são capazes de armazenar gases comprimidos, liquefeitos ou dissolvidos com uma pressão de enchimento máxima até 450 bar g para a maioria dos gases, e até 900 bar g para gases tais como o hidrogénio e o hélio. O presente invento pode aplicar-se em particular aos gases permanentes. Os gases permanentes são gases os quais não podem ser liquefeitos só pela pressão e, por exemplo, podem ser fornecidos em cilindros de gás a pressões até 450 bar g. Os exemplos são o Árgon e o Azoto. No entanto, isto não é para ser tomado como uma limitação e o termo gás pode ser considerado como envolvendo uma gama mais ampla de gases, 2 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ por exemplo, quer um gás permanente quer um vapor de um gás liquefeito.

Os vapores de gases liquefeitos estão presentes acima do liquido num cilindro de gás comprimido. Os gases, os quais se tornam líquidos sob pressão à medida que são comprimidos para enchimento dentro de um cilindro, não são gases permanentes e são descritos de modo mais preciso como gases liquefeitos sob pressão ou como vapores de gases liquefeitos. Como um exemplo, é fornecido óxido nitroso num cilindro em forma liquida, com uma pressão de vapor de equilíbrio de 44,4 bar g a 15°C. Tais vapores não são gases permanentes ou verdadeiros dado que podem tornar-se líquidos por pressão ou temperatura em condições ambientais.

De modo a distribuir gases com eficácia e de modo controlado a partir de um cilindro de gás ou outro vaso de pressão, é necessário um regulador. 0 regulador tem capacidade para regular o escoamento do gás, de tal modo que o gás é distribuído a uma pressão constante ou variável segundo o utilizador. A medição da pressão em tais sistemas é bem conhecida na arte e existe uma variedade de dispositivos que funcionam para medir a pressão. 0 tipo mais convencional utiliza um diafragma elástico equipado com elementos de medir tensão. Outro medidor de pressão utilizado de modo comum é um medidor Bourdon. Um tal medidor compreende um tudo achatado de paredes finas fechado nas extremidades, o qual está ligado na extremidade oca a um tubo fixo que contém a pressão de fluido a ser medida. Um aumento na pressão faz com que a extremidade fechada do tubo descreva um arco.

Embora estes tipos de medidores de pressão sejam de custo relativamente baixo, os mesmos tendem a ser relativamente grandes em tamanho, e têm uma estrutura mecânica a qual é relativamente complexa e dispendiosa de produzir. De modo adicional, tais medidores compreendem componentes delicados, o que os torna vulneráveis a danos a partir de factores ambientais tais como a exposição a pressões elevadas. 3 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

Por exemplo, um medidor de pressão convencional concebido para operar de modo fiável à pressão entre 0-5 bar será irreparavelmente danificado se for exposto a pressões significativamente maiores tais como, por exemplo, 200 bar. Se isto ocorrer, o medidor irá precisar de ser substituído. Além disso, o medidor pode falhar perigosamente e pode derramar. Isto é uma questão particular se estiverem presentes gases inflamáveis ou combustíveis.

Uma situação na qual um tal medidor pode ficar inadvertidamente exposto a pressões excessivamente elevadas é conhecido como "arrastamento". Considere uma disposição pela qual um medidor de pressão é proporcionado na saída de um regulador de alta pressão de um cilindro de gás de alta pressão, e a saída está desligada. Neste caso, o cilindro de gás pode estar, por exemplo, a uma pressão interna de 300 bar. Quando deixado por um período de tempo, mesmo uma pequena fuga de gás através da sede de válvula do regulador pode conduzir a pressões entre o regulador e a saída fechada que está perto e, possivelmente, até mesmo igual à pressão interna do cilindro de gás. Tais pressões podem danificar um medidor de pressão convencional para lá da reparação.

Como outro exemplo, consideremos um regulador de pressão fixa de 300 bar que tem uma entrada ligada, através de uma válvula de isolamento de alta pressão, a um cilindro de gás de alta pressão. A saída do regulador está ligada a um medidor de baixa pressão. Tais disposições de pressão fixa estão configuradas para proporcionar uma pressão de saída constante, por exemplo, de 5 bar. No entanto, quando a válvula de isolamento de alta pressão é aberta pela primeira vez, a pressão irá pulsar brevemente num valor muito mais elevado antes do diafragma do regulador ser capaz de ajustar-se para regular a pressão. Este breve impulso de alta pressão pode danificar o medidor de pressão.

Um tipo alternativo do dispositivo utilizado para medir as propriedades físicas dos gases é um dispositivo piezoeléctrico tal como um cristal de quartzo. Os cristais de quartzo dão mostras de um comportamento piezoeléctrico, isto é, a aplicação de tensão aos mesmos resulta num ligeiro aperto ou esticamento do sólido e vice-versa. 4 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ "A Precise And Robust Quartzo Sensor Based On Tuning Fork Technology For (SF6) - Gas Density Control" Zeisel et al, Sensores e Actuadores 80 (2000) 233-236, descreve uma disposição pela qual um sensor de cristal de quartzo é utilizado para medir a densidade do gás SF6 em equipamento eléctrico de alta e média tensão. A medição da densidade do gás SF6 é critica para a segurança do aparelho. Por conseguinte, esta descrição não está relacionada com a medição da pressão. A US 4 644 796 descreve um método e aparelho para medir a pressão de um fluido que utiliza um oscilador de cristal de quartzo alojado dentro de um alojamento de volume variável que compreende uma disposição de foles. O volume interno do alojamento varia devido à compressão/expansão dos foles pela pressão de fluido externa. Consequentemente, a densidade do fluido dentro do alojamento varia assim que o volume interno do alojamento variar. A densidade dentro do alojamento pode ser medida ao utilizar um oscilador de cristal de quartzo. No entanto, o oscilador de cristal de quartzo não está em contacto com o fluido a ser medido e, em vez disso, mede indirectamente a pressão do gás por mudanças no volume interno do alojamento. A US-A-4 734 609 descreve um transdutor de densidade de gás que compara a frequência de ressonância de um oscilador de cristal de garfo de sintonia de referência fechado com a frequência de ressonância de um oscilador de cristal de garfo de sintonia detector exposto ao gás envolvente. A frequência de oscilação do oscilador de cristal detector exposto varia em conformidade com a densidade do gás. A frequência do oscilador detector é comparada com a frequência do oscilador de referência para determinar a densidade do gás. A US-A-5 471 882 descreve um conjunto transdutor de pressão para medir a pressão de fluido. O conjunto transdutor inclui um sensor de pressão de ressonância de modo de espessura-corte e um sensor de temperatura de ressonância de modo de espessura-corte para compensação de temperatura do sensor de pressão. A EP-A-0273649 descreve uns meios de detecção de pressão de modo de espessura-corte e um sensor de 5 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ temperatura. Ο aparelho pode ser operado para compensar os gradientes de temperatura.

De acordo com um primeiro aspecto do presente invento é proporcionado um método de medição da pressão de um gás, compreendendo o método: a) medir a frequência de oscilação de um oscilador piezoeléctrico em contacto com o gás; b) determinar a pressão do gás a partir da frequência de oscilação do oscilador piezoeléctrico, a temperatura conhecida do gás e o peso molecular conhecido do gás.

Ao proporcionar um tal método, pode ser proporcionado um medidor de pressão preciso contudo à prova de pressão excessiva. 0 oscilador piezoeléctrico é um dispositivo em estado sólido que é resistente a pressões elevadas, mudanças repentinas na pressão ou outros factores ambientais. Isto permite que o oscilador piezoeléctrico seja totalmente imerso no gás e que seja invulnerável ao "arrastamento" ou outras situações de pressão excessiva. Isto vem em contraste com os medidores convencionais (tal como um medidor Bourdon) que precisa de um diferencial de pressão de modo a funcionar, e que se danificam permanentemente por situações de pressão excessiva.

Numa concretização, o passo b) compreende: accionar, por meio de um circuito de accionamento, o oscilador piezoeléctrico, de tal modo que o oscilador piezoeléctrico entre em ressonância a uma frequência de ressonância; e medir a referida frequência de ressonância ao longo de um período de tempo predeterminado para determinar a pressão do gás.

Numa concretização, o método compreende ainda: medir a temperatura do gás ao utilizar um sensor de temperatura.

Numa concretização, são proporcionados dois osciladores piezoeléctricos, tendo um dos osciladores piezoeléctricos um coeficiente de sensibilidade maior do que aquele do outro dos osciladores piezoeléctricos, e compreendendo ainda o método, antes do passo a) , seleccionar um dos osciladores piezoeléctricos. 6 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

Numa concretização, ο referido oscilador piezoeléctrico é proporcionado a jusante de um dispositivo de redução de pressão.

Numa concretização, o ou cada oscilador piezoeléctrico compreende um oscilador de cristal de quartzo.

Numa concretização, o cristal de quartzo compreende pelo menos um dente. Numa variação, o cristal de quartzo compreende um par de dentes planos.

Numa concretização, o cristal de quartzo é cortado em AT ou cortado em SC.

Numa variação, a superfície do cristal de quartzo está directamente exposta ao gás.

Numa concretização, é proporcionada uma montagem de sensor que compreende um circuito de accionamento. Numa variação, a montagem de sensor compreende um circuito de accionamento que compreende um par Darlington disposto numa configuração de retorno a partir de um amplificador emissor comum.

Numa concretização, a montagem de sensor compreende uma fonte de alimentação. Numa disposição, a fonte de alimentação compreende uma bateria de iões de lítio.

Numa concretização, a montagem de sensor compreende um processador.

De acordo com um segundo aspecto do presente invento, é proporcionado um medidor de pressão para medir a pressão de um gás, compreendendo o medidor de pressão um alojamento que se pode ligar à fonte de gás e compreendendo um interior que está, em utilização, em comunicação com o referido gás, compreendendo ainda o medidor de pressão uma montagem de sensor localizada dentro do referido alojamento e incluindo um processador e um oscilador piezoeléctrico o qual, em utilização, está localizado em contacto com o referido gás, estando a referida montagem de sensor disposta para medir a frequência de oscilação do referido oscilador piezoeléctrico 7 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ no referido gás, e estando o referido processador configurado para determinar, a partir da medição de frequência e da temperatura conhecida e do peso molecular conhecido do gás, a pressão do gás.

Ao proporcionar um tal medidor de pressão, pode ser proporcionado um medidor de pressão preciso contudo à prova de pressão excessiva. 0 oscilador piezoeléctrico é um dispositivo em estado sólido o qual é resistente a pressões elevadas, mudanças repentinas na pressão ou outros factores ambientais. Isto permite que o oscilador piezoeléctrico seja totalmente imerso no gás e para ser invulnerável ao "arrastamento" ou outras situações de pressão excessiva. Isto está em contraste com os medidores convencionais (tal como um medidor Bourdon) o qual precisa de um diferencial de pressão de modo a funcionar, e os quais são danificados permanentemente por situações de pressão excessiva.

Numa disposição, a montagem de sensor compreende ainda um sensor de temperatura para medir a temperatura do gás dentro do referido alojamento.

Numa disposição, a montagem de sensor compreende um circuito de accionamento para accionar o referido oscilador piezoeléctrico na referida frequência de ressonância.

Numa concretização, a montagem de sensor compreende um ou mais de: um circuito de accionamento, um processador e uma fonte de alimentação.

Numa concretização, o circuito de accionamento compreende um par Darlington disposto numa configuração de retorno a partir de um amplificador emissor comum.

Numa concretização, o referido oscilador piezoeléctrico compreende um oscilador de cristal de quartzo.

Numa concretização, o cristal de quartzo compreende pelo menos um dente. Numa variação, o cristal de quartzo compreende um par de dentes planos. 8 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

Numa concretização, ο cristal de quartzo é cortado em AT ou cortado em SC.

Numa concretização, a montagem de sensor compreende um circuito de accionamento. Numa variação, a montagem de sensor compreende um circuito de accionamento que compreende um par Darlington disposto numa configuração de retorno a partir de um amplificador emissor comum.

Numa concretização, a montagem de sensor compreende uma fonte de alimentação. Numa disposição, a fonte de alimentação compreende uma bateria de iões de litio.

Numa concretização, a montagem de sensor compreende um processador.

De acordo com um terceiro aspecto do presente invento, é proporcionado um dispositivo de redução de pressão que compreende o medidor de pressão do segundo aspecto.

Numa concretização, o dispositivo de redução de pressão encontra-se na forma de um regulador de pressão.

Numa concretização, o dispositivo de redução de pressão encontra-se na forma de uma válvula ou válvula com regulador de pressão integrado.

Numa concretização, o regulador de pressão tem uma gama de pressão de entre 0 a 5 bar.

Numa concretização, o regulador de pressão é um regulador de pressão electrónico e o medidor de pressão pode ser operado para controlar o regulador de pressão electrónico.

Numa concretização, o regulador de pressão electrónico compreende uma válvula de solenoide, sendo a montagem de sensor operável para controlar, em utilização, a válvula de solenoide. 9 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

Numa concretização, ο regulador de pressão tem uma gama de pressão de entre 0 a 5 bar.

De acordo com um quarto aspecto do presente invento, é proporcionado um produto de programa de computador que pode ser executado por um aparelho de processamento programável, que compreende uma ou mais porções de suporte lógico para realizar os passos do primeiro aspecto.

De acordo com um quinto aspecto do presente invento, é proporcionado um meio de armazenagem utilizável por computador que tem um produto de programa de computador de acordo com o quarto aspecto armazenado no mesmo. Vão agora ser descritas em detalhe concretizações do presente invento com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 é um diagrama esquemático de um conjunto de cilindro de gás e regulador; a Figura 2 é um diagrama esquemático que mostra uma parte superior do cilindro de gás, um regulador e uma disposição de medidor de pressão de acordo com uma primeira concretização do invento; a Figura 3 é um diagrama esquemático que mostra uma parte superior do cilindro de gás, um regulador e uma disposição de medidor de pressão de acordo com uma segunda concretização do invento; a Figura 4 é um diagrama esquemático de um circuito de accionamento para utilizar com uma concretização do presente invento; a Figura 5 é um diagrama esquemático que mostra uma alternativa ao circuito de accionamento para utilizar com uma concretização do presente invento; 10 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ a Figura 6 mostra um gráfico da frequência de cristal de quartzo (kHz) segundo o eixo Y, como uma função da densidade (kg/m3) para um número de gases diferentes; a Figura 7 mostra um gráfico de mudança de frequência (em kHz) segundo o eixo Y, como uma função da pressão (bar g) segundo o eixo X, para um oscilador de cristal de quartzo imerso em Ferromax 15 (que compreende 82,5% de Ar, 15% de CO2 e 2,5% de 02) para baixas pressões; a Figura 8 mostra um gráfico da mudança de frequência (em kHz) segundo o eixo Y, como uma função da pressão (bar g) segundo o eixo X para um oscilador de cristal de quartzo imerso em Ferromax 15 (que compreende 82,5% de Ar, 15% de C02 e 2,5% de 02) para pressões elevadas; a Figura 9 é um fluxograma que ilustra um método de acordo com uma concretização descrita; a Figura 10 mostra um gráfico do comportamento da frequência dos diferentes tipos de cristal; a Figura 11 é um diagrama esquemático que mostra uma montagem de sensor alternativa que compreende dois cristais de quartzo; e a Figura 12 é um diagrama esquemático que mostra uma outra montagem de sensor alternativa que compreende dois cristais de quartzo; e a Figura 13 mostra uma disposição alternativa que utiliza uma unidade de dados electrónica distante. A Figura 1 mostra uma vista esquemática de um conjunto de cilindro de gás 10, regulador e medidor de pressão. O conjunto de cilindro de gás 10 compreende um cilindro de gás 100 que tem um corpo de cilindro de gás 102 e uma válvula 104. O corpo de cilindro de gás 102 compreende um vaso de pressão geralmente cilíndrico que tem uma base plana 102a disposta para permitir que o conjunto de cilindro de gás 10 fique sem suporte numa superfície plana. 11 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ Ο corpo de cilindro de gás 102 é formado a partir de aço, alumínio e/ou materiais compósitos e está adaptado e disposto para suportar pressões internas até aproximadamente 900 bar g. Uma abertura 106 está localizada numa extremidade proximal do corpo de cilindro de gás 102 oposta à base 102a e compreende uma rosca de parafuso (não mostrada) adaptada para receber a válvula 104. O cilindro de gás 100 define um vaso de pressão que tem um volume interno V. Qualquer fluido adequado pode estar contido dentro do cilindro de gás 100. No entanto, a presente concretização refere-se, mas não está exclusivamente limitada a gases permanentes purificados, os quais estão livres de impurezas, tais como pó e/ou humidade. Exemplos não exaustivos de tais gases podem ser: Oxigénio, Azoto, Árgon, Hélio, Hidrogénio, Metano, Trifluoreto de Azoto, Monóxido de Carbono, Crípton ou Néon. A válvula 104 compreende um alojamento 108, uma saída 110, um corpo de válvula 112 e uma sede de válvula 114. O alojamento 108 compreende uma rosca de parafuso complementar para engate com a abertura 106 do corpo de cilindro de gás 102. A saída 110 está adaptada e disposta para permitir que o cilindro de gás 100 seja ligado a outros componentes numa montagem de gás; por exemplo, mangueiras, tubos ou outras válvulas ou reguladores de pressão. A válvula 104 pode, opcionalmente, compreender uma VIPR (Válvula com Regulador de Pressão Integrado). Nesta situação, o regulador 150 (descrito mais tarde) pode estar opcionalmente omitido. O corpo de válvula 112 pode ser ajustado axialmente na direcção ou afastando-se da sede de válvula 114 por meio da rotação de uma pega que se pode agarrar 116 para selectivamente abrir ou para fechar a saída 110. Por outras palavras, o movimento do corpo de válvula 112 para ou afastando-se da sede de válvula 112 controla de modo selectivo a área da passagem de comunicação entre o interior do corpo de cilindro de gás 102 e a saída 110. Isto, por sua vez, controla o escoamento do gás desde o interior do conjunto de cilindro de gás 100 até ao ambiente externo. 12 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

Um regulador 150 está localizado a jusante da saída 110. O regulador 150 tem uma entrada 152 e uma saída 154. A entrada 152 do regulador 150 está ligada a um tubo de entrada 156 que proporciona um percurso de comunicação entre a saída 110 do cilindro de gás 100 e o regulador 150. A entrada 152 do regulador 150 está disposta para receber gás a uma pressão elevada a partir da saída 110 do cilindro de gás 100. Esta pode ser qualquer pressão adequada; no entanto, em geral, a pressão do gás que sai da saída 110 estará em excesso de 20 bar e, mais provavelmente, estará na região dos 100 - 900 bar. A saída 154 está ligada a um tubo de saída 158. Um acoplamento 160 está localizado na extremidade distai do tubo de saída 158 e está adaptado para ligação a outros tubos ou dispositivos (não mostrados) para os quais o gás é necessário.

Uma disposição de medidor de pressão 200 está localizada em comunicação com o tubo de saída 158 entre a saída 154 e o acoplamento 160. A disposição de medidor de pressão 200 está localizada imediatamente a jusante do regulador 150 e está disposta para determinar a pressão do gás a jusante do regulador 150. O regulador 150 e a disposição de medidor de pressão 200 são mostrados em maior detalhe na Figura 2.

Nesta concretização, o regulador 150 compreende um regulador de um único diafragma. No entanto, o especialista irá ficar prontamente ciente das variações que podem ser utilizadas com o presente invento; por exemplo, um regulador de dois diafragmas ou outra disposição. O regulador 150 compreende uma região de válvula 162 em comunicação com a entrada 152 e a saída 154. A região de válvula 162 compreende uma válvula de haste e prato 164 localizada adjacente a uma sede de válvula 166. A válvula de haste e prato 164 está ligada a um diafragma 168 que está configurado para permitir o movimento de translação da válvula de haste e prato 164 para e afastando-se da sede de 13 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ válvula 166 para fechar e abrir respectivamente uma abertura 170 entre as mesmas. O diafragma 168 é pressionado de modo resiliente por uma mola 172 localizada em torno de um veio 174. É proporcionada uma pega que se pode agarrar 176 para permitir que um utilizador ajuste a força de pressão da mola 172, movendo deste modo a posição do diafragma 168 e, em resultado disto, ajustando o espaçamento de equilíbrio entre a válvula de haste e prato 164 e a sede de válvula 166. Isto permite o ajustamento das dimensões da abertura 170 através da qual o escoamento de gás de alta pressão a partir da saída 110 pode passar. O regulador 150 pode operar para receber gás a partir da saída 110 a toda a pressão do cilindro (por exemplo, 100 bar), mas para distribuir gás a uma pressão baixa fixa substancialmente constante (por exemplo, 5 bar) para a saída 154. Isto é conseguido através de um mecanismo de retorno, pelo que a pressão do gás a jusante da abertura 170 pode ser operada para actuar no diafragma 168 em oposição à força de pressão da mola 172.

Por conseguinte, caso a pressão do gás na região adjacente ao diafragma 168 exceda o nível especificado, o diafragma 168 pode ser operado para se mover para cima (em relação à Figura 2). Em resultado disto, a válvula de haste e prato 164 é movida para mais perto da sede de válvula 166, reduzindo o tamanho da abertura 170 e, consequentemente, restringindo o escoamento de gás desde a entrada 152 até à saída 154. A disposição de medidor de pressão 200 compreende um alojamento 202 e uma montagem de sensor 204. O alojamento 202 pode compreender qualquer material adequado; por exemplo, aço, alumínio ou compósitos. O alojamento tem um interior 206 o qual está em comunicação com o interior do tubo de saída 158 através de um tubo de alimentação curto 208 . Consequentemente, o interior 206 do alojamento 202 encontra-se à mesma pressão que o interior do tubo de saída 158. Em utilização, o alojamento 202 está em geral selado e isolado da atmosfera externa. 14 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

De modo alternativo, o alojamento 202 pode ser proporcionado como parte do tubo de saída 158. Por exemplo, uma parte do tubo de saída 158 pode ser alargada para acomodar a montagem de sensor 204. De modo alternativo, apenas parte da montagem de sensor 204 pode estar localizada dentro do tubo 158, estando o resto localizado fora ou afastado dali.

De modo adicional, o alojamento 202 pode formar uma parte integral do regulador 150. Por exemplo, a montagem de sensor 204 pode estar localizada inteiramente dentro da saída 154 do regulador 150. O especialista ira aperceber-se prontamente das variações e alternativas que caem dentro do âmbito do presente invento. A montagem de sensor 204 compreende um oscilador de cristal de quartzo 210 ligado a um circuito de accionamento 212, um sensor de temperatura 214 e uma bateria 216. Estes componentes estão localizados dentro do alojamento 202. O circuito de accionamento 212 e o oscilador de cristal de quartzo 210 vão ser descritos em detalhe mais tarde com referência às Figuras 4 e 5. O sensor de temperatura 214 compreende um termistor. Qualquer termístor adequado pode ser utilizado. Não é precisa uma alta precisão por parte do termístor. Por exemplo, uma precisão de 0,5°C é adequada para esta concretização. Consequentemente, podem ser utilizados componentes baratos e pequenos. No entanto, em certas circunstâncias, o sensor de temperatura 214 pode ser omitido. Por exemplo, em situações onde é provável que a temperatura seja bem conhecida (por exemplo, à temperatura ambiente) ou se a precisão da medição da temperatura não for critica para a aplicação (por exemplo, pode assumir-se que a temperatura se vai encontrar dentro de uma gama particular).

Nesta concretização, o oscilador de cristal de quartzo 210 está localizado em comunicação com o gás a partir de uma fonte de gás de alta pressão. Por outras palavras, o oscilador de cristal de quartzo 210 está em contacto com, e exposto ao gás a partir da fonte de gás. Também pode ser proporcionado um processador 230 (mostrado na Figura 3), quer 15 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ de modo separado quer como parte do circuito de accionamento 212. Isto vai ser descrito mais tarde.

Nesta disposição, o oscilador de cristal de quartzo 210 está constantemente sob pressão isostática dentro do alojamento 202 da disposição de medidor de pressão 200 e, consequentemente, não experimenta um gradiente de pressão. Por outras palavras, qualquer tensão mecânica que tenha origem a partir da diferença de pressão entre a atmosfera externa e os componentes internos da disposição de medidor de pressão 200 é expressa através do alojamento 202.

Na concretização da Figura 2, toda a montagem de sensor 204 está localizada dentro do alojamento 202. Por conseguinte, o oscilador de cristal de quartzo 210, o circuito de accionamento 212 (e o processador 230, se for proporcionado) e a bateria 216 estão todos localizados dentro do interior 210 do alojamento 202 da disposição de medidor de pressão 200. Por outras palavras, todos os componentes da montagem de sensor 204 estão completamente imersos no gás e estão sob pressão de gás isostática dentro do alojamento 202.

No entanto, isto não precisa de ser assim. Por exemplo, apenas o oscilador de cristal de quartzo 210 e o sensor de temperatura 214 podem estar localizados dentro do alojamento 202, estando o resto da montagem de sensor 204 localizada externamente ao mesmo.

Os inventores verificaram que apenas uns poucos componentes da montagem de sensor 204 são sensíveis a alta pressão. Em particular, componentes maiores tais como baterias podem ser susceptíveis a pressões elevadas. No entanto, verificou-se que as baterias de iões de lítio têm um desempenho particularmente bom sob as pressões elevadas encontradas dentro do cilindro de gás 100. Consequentemente, a bateria 216 compreende células de iões de lítio. No entanto, fontes de alimentação adequadas e alternativas seriam prontamente contempladas pelo especialista. A localização da montagem de sensor 204 inteiramente dentro do alojamento 202 proporciona flexibilidade adicional quando se configuram os reguladores 150. Em particular, a 16 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ localização de componentes electrónicos relativamente frágeis inteiramente dentro de paredes de metal forte ou compósitos do alojamento 202 proporciona protecção considerável de danos ambientais ou acidentes. Isto é particularmente importante, por exemplo, em áreas ou depósitos de armazenagem, onde os cilindros de gás 100 que compreendem reguladores 150 estão localizados adjacentes a outros cilindros de gás 100, maquinaria pesada ou superfícies rugosas.

De modo adicional, a localização interna da montagem de sensor 204 protege estes componentes das condições ambientais tais como o sal, a água e outros contaminantes. Isto iria permitir, por exemplo, que um circuito de alta impedância, o qual é altamente sensivel aos danos do sal e da água, seja utilizado como parte da montagem de sensor 204.

Os benefícios da localização interna da montagem de sensor 204 são únicos para os dispositivos de sensor de estado sólido tais como o oscilador de cristal de quartzo 210. Por exemplo, um sensor de pressão convencional, tal como um medidor Bourdon, não pode estar localizado desta maneira. Enquanto um sensor baseado num cristal pode operar totalmente imerso em gás a pressão constante, um sensor de pressão convencional é incapaz de medir a pressão isostática e precisa de um gradiente de pressão de modo a funcionar. Consequentemente, um medidor de pressão convencional tem de estar localizado entre a pressão alta a ser medida e a atmosfera. Isto aumenta o risco de danos para os componentes externos do medidor de pressão.

Uma segunda concretização do invento é mostrada na Figura 3. As características da segunda concretização mostradas na Figura 3 que são comuns com a primeira concretização da Figura 2 são alocadas com os mesmos números de referência e não irão ser descritas de novo aqui.

Na concretização da Figura 3, o regulador 250 difere do regulador 150 da concretização da Figura 2 pelo facto de o regulador 250 estar disposto para proporcionar controlo automático do gás a partir da saída 154 por meio de uma válvula de solenoide 252. A válvula de solenoide 252 compreende uma armadura 254 a qual se pode mover em resposta 17 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ a uma corrente eléctrica através das bobinas (não mostradas) da válvula de solenoide 252. A armadura 254 pode mover-se para abrir ou fechar a válvula de haste e prato 164 e, consequentemente, a abertura 170. A válvula de solenoide 252, mostrada na Figura 3, encontra-se na condição normalmente aberta. Por outras palavras, na ausência de uma corrente eléctrica através da válvula de solenoide 252, a armadura 254 encontra-se numa posição estendida, de tal modo que a válvula de haste e prato 164 fica aberta, isto é, a abertura 170 fica aberta. Se for aplicada uma corrente à válvula de solenoide 252, a armadura 254 irá retrair e a válvula de haste e prato 164 irá fechar. O especialista irá aperceber-se prontamente de variações alternativas da válvula de solenoide que podem ser utilizadas com o presente invento. Por exemplo, em vez de actuar directamente sobre a válvula de haste e prato 164, a armadura 254 pode actuar directamente sobre um diafragma tal como o diafragma 168 mostrado na Figura 2. De modo alternativo, a armadura 254 pode controlar o escoamento através de uma conduta estreita em comunicação com a saída 154 de modo a regular o movimento do diafragma 168. Uma tal disposição é conhecida como uma válvula de pilotagem de diafragma. De modo alternativo, a válvula de haste e prato pode ser eliminada e um diafragma pode ser o membro de válvula que controla directamente o escoamento de gás desde a entrada 152 até à saída 154. A segunda concretização compreende uma disposição de medidor de pressão 260. São alocados os mesmos números de referência aos componentes da disposição de medidor de pressão 260 em comum com a disposição de medidor de pressão 200 por razões de clareza. A disposição de medidor de pressão 260 é substancialmente similar à disposição de medidor de pressão 200 da primeira concretização. No entanto, a disposição de medidor de pressão 260 compreende ainda um accionador de solenoide electrónico 262 ligado à válvula de solenoide 252 e à montagem de sensor 204. O accionador de solenoide 262 está disposto para receber um sinal a partir da montagem de sensor 18 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ 204 e para controlar a válvula de solenoide 252 em resposta a esse sinal. Consequentemente, a disposição de medidor de pressão 260 pode ser operada para controlar o escoamento de gás através do regulador 250. Por outras palavras, a disposição de medidor de pressão 260 e a válvula de solenoide 252 formam um circuito de retorno o qual permite regulação de pressão precisa e distante a jusante da sarda 154. Isto pode aplicar-se em particular em situações onde a gestão à distância do escoamento de pressão for necessário, por exemplo, em aplicações automáticas tais como máquinas de soldadura. 0 accionador de solenoide 262 pode compreender qualquer circuito de accionamento adequado para controlar a válvula de solenoide 252. Um circuito adequado pode ser uma disposição de amplificador operacional que tem uma entrada desde a montagem de sensor 204 até ao terminal negativo do amplificador operacional. Consequentemente, pode ser fixa uma resistência variável ao terminal positivo. A resistência variável pode estar disposta para proporcionar um nivel de referência constante e actuar como um comparador. O nivel de referência pode ser variado automaticamente ou manualmente.

Uma entrada desde a montagem de sensor 204 até ao accionador de solenoide 262 irá provocar a operação da válvula de solenoide 252. Por exemplo, se o sinal de entrada a partir da montagem de sensor 204 (ou, de modo alternativo, o processador 230) exceder um nivel limite particular, o accionador de solenoide 262 pode alimentar a válvula de solenoide 252. A válvula de solenoide 252 pode ser controlada de uma maneira digital (isto é, ligada ou desligada), onde a tensão de CC é variada entre um valor máximo e um valor minimo. De modo alternativo, a tensão de CC a partir do accionador de solenoide 262 pode ser continuamente variada para ajustar a posição da válvula de haste e prato 164 com precisão.

De modo adicional ou de modo alternativo, o accionador de solenoide 262 pode controlar a válvula de solenoide 252 por meio de uma sarda de CC que compreende um componente de CA. Uma vez que a extensão da armadura 254 desde a válvula de solenoide 252 é aproximadamente proporcional à corrente 19 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ aplicada, isto faz com que a armadura 254 da válvula de solenoide 252 oscile. Tais oscilações mitigam a fricção da armadura 254, isto é, ajudam na prevenção da armadura 254 vir a ficar presa ou encravada.

De modo alternativo, outras disposições de controlo, tais como as FET, processadores ou ASIC, podem utilizar-se como apropriados para controlar a operação da válvula de solenoide 252. Além do mais, a válvula de solenoide 252 pode operar quer num modo digital (isto é ligada/desligada) ou analógico (isto é, continuamente variável) para permitir o movimento preciso da válvula de haste e prato 164 ou similar.

Na Figura 3, os componentes principais da disposição de medidor de pressão 260 são mostrados separadamente a partir do regulador 250. Numa tal situação, o regulador 250 pode ser controlado à distância por meio de comunicação sem fios entre a montagem de sensor 204 e o accionador de solenoide 252. No entanto, isto não tem de ser assim. Por exemplo, a disposição de medidor de pressão 260 pode estar totalmente integrada dentro do regulador 250 e formar uma parte integral do mesmo. Por conseguinte, a disposição de medidor de pressão 260 e regulador 250 pode formar um componente unitário de auto-regulação, o qual pode estar posicionado na saida para uma fonte de gás e que pode controlar à distância e de modo automático a pressão do gás que se escoa a partir dali. A montagem de sensor 204 vai agora ser descrita em maior detalhe com referência às Figuras 4 e 5. O oscilador de cristal de quartzo 210 compreende uma secção pequena fina de quartzo cortado. Quartzo demonstra um comportamento piezoeléctrico, isto é, a aplicação de uma tensão através do cristal faz com que o cristal mude de forma, gerando uma força mecânica. Inversamente, uma força mecânica aplicada ao cristal produz uma carga eléctrica.

Duas superfícies paralelas do oscilador de cristal de quartzo 210 são metalizadas de modo a proporcionar ligações eléctricas através do cristal volumoso. Quando uma tensão é aplicada através do cristal por meio dos contactos de metal, o cristal muda de forma. Pela aplicação de uma tensão alternada ao cristal, o cristal pode ser levado a oscilar. 20 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ Ο tamanho e espessura físicos do cristal de quartzo determina a característica ou frequência de ressonância do cristal de quartzo. De facto, a caracteristica ou frequência de ressonância do cristal 210 é inversamente proporcional à espessura física entre as duas superfícies metalizadas. Os osciladores de cristal de quartzo são bem conhecidos na arte e, portanto, a estrutura do oscilador de cristal de quartzo 210 não irá aqui ser mais descrita.

De modo adicional, a frequência de vibração de ressonância de um cristal de quartzo irá variar, dependendo do ambiente em que o cristal está localizado. Num vácuo, o cristal terá uma frequência particular. No entanto, esta frequência irá mudar em ambientes diferentes. Por exemplo, num fluido, a vibração do cristal vai ser amortecida pelas moléculas envolventes e isto vai afectar a frequência de ressonância e a energia necessária para oscilar o cristal numa dada amplitude.

De modo adicional, a deposição dos materiais envolventes em cima do cristal vão afectar a massa do cristal em vibração, alterando a frequência de ressonância. Isto forma a base para analisadores de gás selectivos utilizados de modo comum nos quais uma camada de absorção é formada no cristal e aumenta em massa à medida que o gás é absorvido.

No entanto, no presente caso, não é aplicado revestimento ao oscilador de cristal de quartzo 210. De facto, a adsorção ou deposição do material em cima do oscilador de cristal de quartzo 210 é indesejável no presente caso uma vez que a precisão da medição pode ser afectada. O oscilador de cristal de quartzo 210 da presente concretização sintoniza em forma de garfo e compreende um par de dentes 210a (Figura 4) com aproximadamente 5mm de comprido, dispostos para oscilar a uma frequência de ressonância de 32, 768 kHz. Os dentes 210a estão formados na secção plana do quartzo. Os dentes 210a do garfo oscilam normalmente no seu modo fundamental, no qual os mesmos se movem de modo sincronizado para e afastando-se um do outro à frequência de ressonância. 21 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ Ο quartzo fundido (ou não cristalizado) tem um coeficiente de expansão dependente da temperatura muito baixo e um coeficiente de elasticidade baixo. Isto reduz a dependência da frequência fundamental da temperatura e, tal como será mostrado, os efeitos da temperatura são mínimos.

De modo adicional, é desejável utilizar quartzo que é cortado em AT ou cortado em SC. Por outras palavras, a secção plana do quartzo é cortada em ângulos particulares, de modo que o coeficiente de temperatura da frequência de oscilação pode estar disposto para ser parabólico com um pico largo em torno da temperatura ambiente. Por conseguinte, o oscilador de cristal pode estar disposto de tal modo que a inclinação no topo do pico seja precisamente zero.

Tais cristais estão de modo comum disponíveis a um custo relativamente baixo. Em contraste com a maioria dos osciladores de cristal de quartzo que são utilizados em vácuo, na presente concretização o oscilador de cristal de quartzo 210 está exposto ao gás sob pressão no alojamento 202 . O circuito de accionamento 212 para accionar o oscilador de cristal de quartzo 210 é mostrado na Figura 4. 0 circuito de accionamento 212 tem de ir ao encontro de um número de critérios específicos. Em primeiro lugar, o oscilador de cristal de quartzo 210 do presente invento pode ser exposto a uma gama de pressões de gás; potencialmente, as pressões podem variar da pressão atmosférica (quando o cilindro de gás 100 está vazio) até cerca de 900 bar g se o cilindro de gás contiver um gás pressurizado tal como hidrogénio. Assim, é necessário que o oscilador de cristal de quartzo 210 opere (e recomece depois de um período de não utilização) sob uma ampla gama de pressões.

Consequentemente, o factor de qualidade (Q) do oscilador de cristal de quartzo 210 irá variar consideravelmente durante a utilização. O factor Q é um parâmetro sem dimensão no que se refere à taxa de amortecimento de um oscilador ou meio de ressonância. De modo equivalente, pode caracterizar a 22 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ largura de banda de um meio de ressonância em relaçao à sua frequência central.

Em geral, quanto mais elevado o factor Q de um oscilador, menor a taxa de perda de energia em relação à energia armazenada do oscilador. Por outras palavras, as oscilações de um oscilador de elevado factor Q reduzem-se em amplitude mais lentamente na ausência de uma força externa. Os meios de ressonância accionados de modo sinusoidal que têm factores Q mais elevados entram em ressonância com amplitudes maiores à frequência de ressonância, mas têm uma largura de banda mais pequena de frequências em torno daquela frequência para a qual entram em ressonância. 0 circuito de accionamento 212 terá de ser capaz de accionar o oscilador de cristal de quartzo 210 apesar do factor Q em mudança. À medida que a pressão no cilindro de gás 100 aumenta, a oscilação do oscilador de cristal de quartzo 210 irá tornar-se cada vez mais amortecida, e o factor Q cairá. O factor Q em queda precisa que um ganho mais elevado seja proporcionado por um amplificador no circuito de accionamento 212. No entanto, se for proporcionada uma amplificação demasiado elevada, o circuito de accionamento 212, a resposta a partir do oscilador de cristal de quartzo 210 pode tornar-se difícil de distinguir. Neste caso, o circuito de accionamento 212 pode simplesmente oscilar numa frequência não relacionada, ou à frequência de um modo não fundamental do oscilador de cristal de quartzo 210.

Como outra limitação, o circuito de accionamento 212 tem de ser de baixa potência de modo a funcionar com baterias pequenas de baixa potência por um período longo de tempo com ou sem energia suplementar tais como células fotovoltaicas.

Vai agora ser descrito o circuito de accionamento 212 com referência à Figura 4. De modo a accionar o oscilador de cristal de quartzo 210, o circuito de accionamento 212 toma essencialmente um sinal de tensão a partir do oscilador de cristal de quartzo 210, amplifica o mesmo, e alimenta esse sinal de volta para o oscilador de cristal de quartzo 210. A frequência de ressonância fundamental do oscilador de cristal de quartzo 210 é, na sua essência, uma função da taxa de 23 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ expansão e contracçao do quartzo. Isto é determinado em geral pelo corte e pelo tamanho do cristal.

No entanto, os factores externos também afectam a frequência de ressonância. Quando a energia das frequências de saida geradas coincide com as perdas no circuito, pode ser sustida uma oscilação. 0 circuito de accionamento 212 está disposto para detectar e manter esta frequência de oscilação. A frequência pode então ser medida pelo processador 230, utilizada para calcular a propriedade apropriada do gás necessário pelo utilizador e, se for necessário, debitar para uns meios de exibição adequados (tal como será descrito mais tarde). O circuito de accionamento 212 é alimentado por uma bateria 216 de 6 V. A bateria 216, nesta concretização, compreende uma bateria de iões de litio. No entanto, serão prontamente evidentes fontes de alimentação alternativas para os especialistas na arte; por exemplo, outros tipos de bateria, ambos recarregáveis e não recarregáveis, e uma disposição de célula solar. 0 circuito de accionamento 212 compreende ainda um amplificador Emissor Comum de par Darlington 218. O par Darlington compreende uma estrutura composta que consiste em dois transístores D2 e D2 bipolares NPN configurados de tal modo que a corrente amplificada por um primeiro dos transístores seja amplificada ainda pelo segundo. Esta configuração permite obter um ganho de corrente mais elevado quando comparado com cada transístor a ser tomado separadamente. De modo alternativo, podem ser utilizados transístores bipolares PNP. O par Darlington 218 está disposto numa configuração de retorno a partir de um amplificador Emissor Comum 220 de único transístor (13). Um transístor de junção bipolar NPN é mostrado na Figura 5. No entanto, o especialista ficará ciente de disposições alternativas de transístor as quais podem ser utilizadas; por exemplo, um transístor PNP de junção bipolar ou Transístores de Efeito de Campo de Semicondutor de Oxido de Metal (MOSFET). 24 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

Como variação, ο controlo do ganho automático (não mostrado) pode ser implementado no circuito de retorno entre o par Darlington 218 e o amplificador Emissor Comum 220. Este pode assumir a forma de um potenciómetro, resistência variável ou outro componente adequado localizado no lugar, por exemplo, da resistência mais à direita 22k mostrada na Figura 4. O controlo de ganho automático permite a compensação para mudanças no factor Q com pressão e mudanças na tensão de abastecimento (por exemplo, sob condições de bateria em baixo). O controlo de ganho automático pode aplicar-se em particular em aplicações de baixa pressão. O circuito de accionamento 212 compreende um outro transístor T2 seguidor emissor NPN que actua como um amplificador separador 222. O amplificador separador 222 está disposto para funcionar como um separador entre o circuito e o ambiente externo. No entanto, esta característica é opcional e pode não ser necessária; por exemplo, pode ser ligado directamente um FET para accionar o circuito 212.

Um condensador 224 está localizado em série com o oscilador de cristal de quartzo 210. O condensador 224, neste exemplo, tem um valor de 100 pF e permite que o circuito de accionamento 212 accione o oscilador de cristal de quartzo 210 em situações onde o cristal ficou contaminado, por exemplo, por sais ou outros materiais depositados.

De modo adicional, o circuito de accionamento 212 pode ser optimizado para um arranque rápido do oscilador de cristal de quartzo 210. De modo a alcançar isto, uma outra resistência e um outro condensador podem ser ligados entre a base do transístor Di e a terra. Estes componentes podem compreender, por exemplo, uma resistência de 10 M e um condensador de 10 nF.

Um circuito de accionamento alternativo 240 vai agora ser descrito com referência à Figura 5. O circuito de accionamento mostrado na Figura 6 está configurado de modo similar a um oscilador Pierce. Os osciladores Pierce são conhecidos a partir dos osciladores de relógio IC digitais. 25 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

Na sua essência, o circuito de accionamento 240 compreende um único inversor digital (na forma de um transístor) T, três resistências Ri, R2 e Rs, dois condensadores Ci, C2 e o oscilador de cristal de quartzo 210.

Nesta disposição, o oscilador de cristal de quartzo 210 funciona como um elemento de filtro altamente selectivo. A resistência Ri actua como um resistência de carga para o transístor T. A resistência R2 actua como uma resistência de retorno, pressionando o inversor T na sua região linear de operação. Isto permite com eficácia que o inversor T opere como um amplificador de inversão de elevado ganho. Uma outra resistência Rs é utilizada entre a saída do inversor T e o oscilador de cristal de quartzo 210 para limitar o ganho e para amortecer oscilações indesejadas no circuito. O oscilador de cristal de quartzo 210, em combinação com Ci e C2, forma um filtro de passa banda de rede Pi. Isto permite uma deslocação de fase de 180 graus e um ganho de tensão desde a saída até à entrada em aproximadamente a frequência de ressonância do oscilador de cristal de quartzo. O circuito de accionamento acima descrito 240 é fiável e barato de fabricar uma vez que compreende relativamente poucos componentes. O ganho do circuito de accionamento 240 é geralmente mais baixo do que para o circuito de accionamento 212. Um ganho baixo pode tornar o rearranque do oscilador de cristal de quartzo 210 mais difícil quando o oscilador de cristal de quartzo 210 estiver exposto a pressões elevadas. No entanto, na presente aplicação, o circuito 240 é particularmente atractivo devido ao ambiente geralmente de baixa pressão no qual as disposições de medidor de pressão 200, 260 têm probabilidade de ser utilizadas.

Tal como acima discutido, a montagem de sensor 204 pode incluir um processador 230 que recebe entradas a partir do oscilador de cristal de quartzo 210 e circuito de accionamento 212. O processador 230 pode compreender qualquer disposição adequada. O processador 230 pode compreender um microprocessador ou unidade de processamento central (CPU), ou pode compreender um Circuito Integrado de Aplicação 26 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

Específica (ASIC) ou Arranjo de Porta Programável de Campo (FPGA) . De modo alternativo, o processador 230 pode ser simplesmente uma recolha de portas lógicas ou outro processador simples configurado para realizar o cálculo necessário que é preciso nas concretizações acima referidas.

Quando utilizado com o oscilador de cristal de quartzo 210, o processador 230 pode ser configurado para medir a frequência f ou período do sinal a partir do circuito de accionamento 212. Isto pode ser conseguido, por exemplo, ao contar oscilações num tempo fixo, e converter essa frequência num valor de densidade ao utilizar um logaritmo ou tabela de consulta. Este valor é passado para o processador 230. O processador 230 pode, opcionalmente, ser concebido para produção em massa para ser idêntico em todas as disposições de medidor de pressão 200, com características diferentes no suporte lógico e suporte físico activados para gases diferentes.

De modo adicional, o processador 230 também pode ser configurado para minimizar o consumo de energia através da implementação de modos de espera ou "dormir", os quais podem cobrir o processador 230 e componentes adicionais tais como o circuito de accionamento 212 e o oscilador de cristal de quartzo 210.

Podem ser implementados vários esquemas; por exemplo, o processador 230 pode estar em espera durante 10 segundos em cada 11 segundos. Além do mais, o processador 230 pode controlar o oscilador de cristal de quartzo 210 e o circuito de accionamento 212, de tal modo que estes componentes são colocados em espera durante a maioria do tempo, sendo apenas comutados para ligados os componentes com mais fome de energia durante Vè segundo cada 30 segundos.

De modo adicional, a disposição de medidor de pressão 200 pode estar ligada a uma antena (não mostrada) para comunicação à distância, por exemplo, com uma estação de base. Isto vai ser descrito mais tarde. Neste caso, a antena pode estar localizada internamente ou externamente ao alojamento 202 e ligada à montagem de sensor 204 por meio de 27 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ um arame ou meio de ligação equivalente. A própria antena pode estar adaptada e disposta para utilizar qualquer protocolo de comunicação adequado; por exemplo, uma lista não exaustiva pode ser transmissão em RFID, Bluetooth, Infravermelhos (IR), sem fios 802,11, ou frequência modulada (FM) ou uma rede de células.

De modo alternativo, pode ser implementada uma comunicação de um fio. A comunicação de um fio apenas precisa de um único condutor metálico para comunicar: o percurso de 'retorno' do circuito é proporcionado pelo acoplamento capacitivo através do ar entre os dispositivos de comunicação. O especialista irá ficar prontamente ciente de alternativas da antena (e suporte físico de transmissão associado), as quais podem ser utilizadas com as concretizações aqui descritas.

No entanto, é possível a comunicação à distância sem que seja explicitamente necessário um meio externo ou antena. Por exemplo, a comunicação pode ser efectuada por meio de transmissão acústica a partir de dentro do alojamento 202. A transmissão acústica pode ser efectuada por um transmissor localizado dentro do alojamento 202. O transmissor pode compreender, por exemplo, um meio de ressonância piezoeléctrico de frequência fixa simples.

Um receptor complementar também é necessário e este componente pode estar localizado afastado da disposição de medidor de pressão 200 e pode compreender suporte físico tal como, por exemplo, um detector de tom de circuito de fase bloqueada integrado com um microfone. Uma tal disposição acústica proporciona a vantagem de que não é necessária passagem de alimentação (tal como é o caso para uma antena externa) e que todos os componentes electrónicos podem estar localizados inteiramente dentro do alojamento 202 da disposição de medidor de pressão 200. A teoria e operação da disposição de medidor de pressão 200 vai agora ser descrita com referência às Figuras 6 a 8. O oscilador de cristal de quartzo 210 tem uma frequência de ressonância a qual está dependente da densidade do fluido 28 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ em que está localizada. Expor um oscilador de cristal de tipo garfo de sintonia oscilante a um gás conduz a uma deslocação e amortecimento da frequência de ressonância do cristal (quando comparada com a frequência de ressonância do cristal num vácuo) . Existe um número de razões para isto. Embora exista um efeito de amortecimento do gás quando das oscilações do cristal, o gás adere aos dentes de vibração 210a do oscilador de cristal de garfo de sintonia 210 que aumenta a massa do oscilador. Isto conduz a uma redução na frequência de ressonância do oscilador de cristal de quartzo de acordo com o movimento de uma viga elástica fixa de um lado: pí , 3, 2pnv (q + c2 -)

Onde Δω é a mudança relativa na frequência angular de “o ressonância, é a densidade do gás, t é a espessura do oscilador de quartzo, q é a densidade do oscilador de quartzo e w é a largura do garfo. Ci e C2 são constantes geometricamente dependentes e ò é a espessura da camada de superfície do gás tal como definida por: 2)

Onde é viscosidade dependente da temperatura do gás.

As duas partes da equação 1) referem-se a) à massa aditiva do gás nos dentes do oscilador de cristal de quartzo 210 e b) às forças de corte que surgem na camada de superfície mais exterior dos dentes durante a oscilação. A equaçao pode assim ser escrita de novo em termos da frequência e simplificada para:

3) &f = Ap+B-Jp+C cJ· , c Onde A = --Λ , B =2P,W 2p, e C é uma constante de desvio, fo é a frequência de ressonância natural do cristal num vacuo. 29 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

Verificou-se por parte dos inventores que pode ser obtida uma aproximação boa adequada por aproximação: 4) Δ/' » Ap

Consequentemente, para uma aproximação boa, a mudança na frequência é proporcional à mudança na densidade do gás a que o oscilador de cristal de quartzo está exposto. A Figura 6 mostra, para um número de misturas de gases/gás diferentes, que a frequência de ressonância do oscilador de cristal de quartzo 210 varia de modo linear como uma função da densidade.

Em geral, a sensibilidade do oscilador de cristal de quartzo 210 é que uma mudança de 5% na frequência é vista, por exemplo, com gás de Oxigénio (que tem um número de massa atómica de 32) a 250 bar quando comparada com a pressão atmosférica. Tais pressões e densidades de gás são típicas dos cilindros de armazenagem utilizados para gases permanentes, os quais estão normalmente entre 137 e 450 bar g para a maioria dos gases, e até 700 ou 900 bar g para hélio e hidrogénio.

De modo adicional, o oscilador de cristal de quartzo 210 é particularmente adequado para utilizar como um sensor para gases fornecidos comercialmente. Em primeiro lugar, de modo a detectar correctamente a densidade de um gás, é necessário que o gás esteja livre de pó e gotas de líquidos, o que é garantido com os gases fornecidos comercialmente, mas não com o ar ou na generalidade das situações de monitorização de pressão. O acima ilustra que a resposta de frequência do oscilador de cristal de quartzo 210, numa boa aproximação, é proporcional à densidade. No entanto, de modo a medir a pressão, é necessário derivar uma relação entre a pressão e a densidade. Esta é determinada por: 30 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

5) PV -nRT

Onde Ρ é a pressão do gás, V é o volume do gás, n é o número de moles do gás, R é a constante do gás e T é a temperatura. Segue-se:

e 7) \/ll M tl onde MW é o peso molecular do gás e M é a massa do gás. Por conseguinte, substituindo por V na equação 5) vai dar: _ p/f 7* ~ .1/11

Consequentemente, para um peso molecular conhecido do gás (ou peso molecular médio do gás no caso de uma mistura conhecida), a pressão do gás pode ser derivada com precisão a partir da densidade do gás e da temperatura do gás.

As aproximações acima assumem que a compressibilidade do gás, Z, é igual a um. Em disposições convencionais, esta aproximação apenas se mantém para pressões baixas em casos onde é feita uma medição directa da pressão. A pressões elevadas, a compressibilidade Z não é proporcional à pressão do gás na medida esperada de um gás ideal. Por conseguinte, um medidor de pressão convencional tal como um medidor Bourdon tem de ser corrigido quanto à compressibilidade de modo a ler correctamente os conteúdos - massa do gás - de um cilindro de gás a pressões elevadas. Foi mostrado previamente que o oscilador de cristal de quartzo 210 está intrinsecamente corrigido quanto à compressibilidade Z quando 31 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ se mede a densidade. Mas quando se mede a pressão em valores de alta pressão, um medidor de quartzo tem de ser corrigido quanto ao Z.

As Figuras 7 e 8 ilustram a resposta de frequência do oscilador de cristal de quartzo 210 como uma função da pressão. A Figura 7 mostra um gráfico da mudança de frequência (em kHz) segundo o eixo Y para o oscilador de cristal de quartzo 210 como uma função da pressão (bar g) segundo o eixo X para pressões na gama 0-6 bar g. A Figura 8 mostra um gráfico da mudança de frequência (em kHz) segundo o eixo Y para o oscilador de cristal de quartzo 210 como uma função da pressão (bar g) segundo o eixo X para pressões na gama de 0 - 300 bar g. Em ambos os casos, o gás utilizado foi o Ferromax 15, o qual compreende 82,5% de Ar, 15% de CO2 e 2,5% de O2.

Tal como ilustrado nas Figuras 7 e 8, para uma boa aproximação, a mudança na frequência f do oscilador de cristal de quartzo 210 é linear com a pressão segundo duas ordens de magnitude de pressão. Por conseguinte, se a temperatura e o peso molecular do gás forem conhecidos, então o oscilador de cristal de quartzo 210 pode ser operado para funcionar como um medidor de pressão preciso.

Tal como descrito anteriormente, a temperatura pode ser facilmente medida ao utilizar componentes baratos e amplamente disponíveis tais como um termístor. Além do mais, no caso dos gases permanentes fornecidos aos consumidores, acondicionados em cilindros de gás, o peso molecular do gás (ou peso molecular médio de uma mistura homogénea de gases) é em geral muito bem conhecido.

Por conseguinte, embora a abordagem acima descrita possa ser imprecisa se o gás não for uniforme - por exemplo, se o gás for uma mistura não uniforme como um cilindro parcialmente cheio de líquido ou uma mistura preparada recentemente e insuficientemente misturada de gases leves e pesados, uma tal situação é improvável de ocorrer na maioria das aplicações de gás acondicionado. 32 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

De modo adicional, é surpreendente que o oscilador de cristal de quartzo 210 seja operável sobre uma gama de pressões entre 0 a 300 bar g, enquanto é suficientemente preciso medir de modo fiável valores de pressão com duas ordens de magnitude mais pequenas do que o limite superior desta gama. Esta propriedade torna o oscilador de cristal de quartzo 210 particularmente adequado para utilizar como um medidor de pressão como parte da disposição de medidor de pressão 200.

Isto é porque a disposição de medidor de pressão 200 é capaz de medir fiavelmente, e de modo preciso, pequenas variações de pressão, tal como podem ser tipicamente medidas numa aplicação de baixa pressão (por exemplo, entre 0 e aproximadamente 5 bar g) tal como aquelas imediatamente a jusante do regulador 150. A disposição tal como descrita acima é particularmente adequada para medição de pressões baixas onde existe risco de pressões elevadas ocorrerem durante a utilização. Uma vez que o oscilador de cristal de quartzo 210 é um componente em estado sólido e pode ser operado a pressões até 900 bar, caso ocorra uma condição de pressão excessiva inicial no tubo de saída 158, a montagem de sensor 204 não irá ser afectada e irá continuar a operar conforme seja necessário. Por outras palavras, os inventores desenvolveram um medidor de pressão baixa preciso o qual é totalmente resistente à exposição a pressões elevadas.

Em contraste, um medidor de pressão convencional tal como um medidor Bourdon irá ser danificado permanentemente e pode falhar se for exposto mesmo que seja a um impulso breve de gás de alta pressão tal como o que pode ocorrer durante as condições de "arrastamento" ou quando um cilindro de gás for operado em primeiro lugar.

De modo adicional, a disposição do presente invento permite que sejam medidas pressões com uma precisão muito alta com uma resolução de partes por milhão. Acoplada à resposta linear do oscilador de cristal de quartzo 210 para densidade e/ou pressão, a elevada precisão permite que até 33 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ mesmos gases muitos leves tais como o H2 e o He sejam medidos com precisão.

Além do mais, se a compressibilidade for levada em conta, então o mesmo medidor é capaz de ler até mesmo pressões mais elevadas sem qualquer modificação. Em contraste, um medidor de pressão convencional apenas seria adequado para uma gama de pressão particular e teria de ser substituído de modo a ler uma gama de pressão diferente.

Vai agora ser descrito com referência à Figura 9 um método de acordo com uma concretização do presente invento. 0 método descrito abaixo pode ser aplicado tanto à primeira como à segunda concretizações acima descritas.

Passo 300: Inicialização da medição

No passo 300, é inicializada a medição da pressão do gás a jusante da saída 158. Isto pode ser activado, por exemplo, por um utilizador que pressiona um botão no lado de fora do cilindro de gás 100. De modo alternativo, a medição pode ser inicializada por meio de uma ligação à distância, por exemplo, um sinal transmitido através de uma rede sem fios e recebido pela disposição de medidor de pressão 200 através de uma antena.

Como outra alternativa ou em adição, a disposição de medidor de pressão 200 pode estar configurada para iniciar à distância ou segundo um temporizador. O método prossegue para o passo 302.

Passo 302: Accionar o oscilador de cristal de quartzo

Uma vez inicializado, o circuito de accionamento 212 é utilizado para accionar o oscilador de cristal de quartzo 210. Durante a inicialização, o circuito de accionamento 212 aplica uma tensão de CA de ruído aleatório através do cristal 210. Pelo menos uma porção daquela tensão aleatória irá ficar numa frequência adequada para fazer com que o cristal 210 oscile. O cristal 210 irá então começar a oscilar em sincronia com aquele sinal. 34 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

Por meio do efeito piezoeléctrico, o movimento do oscilador de cristal de quartzo 210 irá então gerar uma tensão na banda de frequência de ressonância do oscilador de cristal de quartzo 210. O circuito de accionamento 212 amplifica então o sinal gerado pelo oscilador de cristal de quartzo 210, de tal modo que os sinais gerados na banda de frequência dos meios de ressonância do cristal de quartzo 202 dominam a saída do circuito de accionamento 212. A banda de ressonância estreita do cristal de quartzo filtra todas as frequências não desejadas e o circuito de accionamento 212 acciona então o oscilador de cristal de quartzo 210 à frequência de ressonância fundamental f. Uma vez que o oscilador de cristal de quartzo 210 tenha estabilizado a uma frequência particular de ressonância, o método prossegue para o passo 304.

Passo 304: Medir a frequência de ressonância do oscilador de cristal de quartzo A frequência de ressonância f está dependente das condições de pressão dentro do alojamento 202. Por sua vez, as condições de pressão no interior 206 do alojamento 202 são representativas das condições de pressão a jusante da saída 154 do regulador 150.

Na presente concretização, a mudança na frequência de ressonância , fpara uma boa aproximação, é proporcional em magnitude à mudança na pressão do gás no interior 206 do alojamento 202 e irá diminuir com a diminuição da pressão.

De modo a fazer uma medição, a frequência do oscilador de cristal de quartzo 210 é medida para um período de aproximadamente 1 s. Isto é para permitir a leitura para estabilizar e para que oscilações suficientes sejam contadas de modo a determinar uma medição precisa. A medição da frequência é levada a cabo no processador 230. 0 processador 230 também pode registar o tempo, Ti, quando a medição tiver começado.

Uma vez que a frequência tenha sido medida, o método prossegue para o passo 306. 35 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ

Passo 306: Medir a temperatura do gás

No passo 306, o sensor de temperatura 214 mede a temperatura do gás dentro do alojamento 202. Esta medição é levada a cabo com a finalidade de calcular a pressão a partir da mudança de frequência medida no passo 304. A medição da temperatura não precisa ser particularmente precisa. Por exemplo, se o sensor de temperatura 214 for preciso até 0,5°C, então isto corresponde a um erro de apenas aproximadamente uma parte em seiscentas (assumindo temperaturas atmosféricas normais) quanto ao valor absoluto de temperatura necessário para o cálculo da pressão no passo 308 .

No entanto, em certas circunstâncias, o sensor de temperatura 214 pode estar omitido. Por exemplo, em situações onde a temperatura tem probabilidade de ser bem conhecida (por exemplo, à temperatura ambiente) ou se a precisão da medição da temperatura não for critica para a aplicação (por exemplo, pode assumir-se que a temperatura se encontre dentro de uma gama particular). Neste caso, a determinação da temperatura no passo 306 pode ser considerada como sendo a alocação de um valor de temperatura particular armazenado pelo processador 230 e utilizado no cálculo da pressão nos passos subsequentes.

Passo 308: Determinar a pressão de saída do gás

Uma vez que a frequência do oscilador de cristal de quartzo 210 tenha sido medida de modo satisfatório no passo 304 e a temperatura medida no passo 306, o processador 230 calcula então a pressão do gás dentro do interior 206 do alojamento 202.

Isto é feito ao utilizar a equação 8) acima, onde a pressão P do gás pode ser calculada directamente a partir da densidade, da temperatura e do peso molecular do gás em questão. Por conseguinte, conhecendo a frequência de ressonância tal como medida no passo 304, a temperatura conhecida T do gás no alojamento 202 medida no passo 306 e o peso molecular conhecido do gás (ou peso molecular médio de 36 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ uma mistura de gases), pode ser feita uma medição precisa da pressão. 0 método prossegue então para o passo 310.

Passo 310: Comunicar e armazenar resultados A pressão do gás é exibida num número de formas. Por exemplo, um ecrã (não mostrado) fixo ao alojamento 202 ou regulador 150 pode exibir a pressão do gás a jusante da saida 154 do regulador 150. Em alternativa, a medição da pressão pode ser comunicada à distância a uma estação de base ou a um meio de medição localizado num acessório adjacente tal como irá ser descrito mais tarde.

Uma vez que a pressão do gás tenha sido determinada, isto também pode ser gravado numa memória interna associada ao processador 230 da disposição de medidor de pressão 200 para recuperação posterior. Ainda como uma outra alternativa, a pressão do gás no momento Ti pode ser armazenada numa memória local no referido processador 230 para gerar um registo de tempo. O método prossegue então para o passo 312.

Passo 312: Paragem da montagem de sensor Não é necessário manter a disposição de medidor de pressão 200 operacional em todos os momentos. Contrariamente, é benéfico reduzir o consumo de energia ao comutar a disposição de medidor de pressão 200 para desligado quando não está em utilização. Isto prolonga a vida da bateria 216. A configuração do circuito de accionamento 212 permite que o oscilador de cristal de quartzo 210 seja arrancado de novo, independentemente da pressão do gás no alojamento 202. Por conseguinte, a disposição de medidor de pressão 200 pode ser desligada como e quando necessário, de modo a poupar energia da bateria.

As variações das concretizações acima tornar-se-ão evidentes para os especialistas. A configuração precisa dos componentes de suporte físico e suporte lógico podem diferir e ainda caírem dentro do âmbito do presente invento. O 37 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ especialista irá dar prontamente conta das configurações alternativas que podem ser utilizadas.

Por exemplo, as concretizações acima descritas utilizaram um oscilador de cristal de quartzo que tem uma frequência fundamental de 32,768kHz. No entanto, podem ser utilizados cristais que operam a frequências alternativas. Por exemplo, os osciladores de cristais de quartzo que operam a 60kHz e 100kHz podem ser utilizados com as concretizações acima descritas. É mostrado na Figura 10 um gráfico que mostra a mudança de frequência com densidade para cristais diferentes. Como um outro exemplo, pode ser utilizado um oscilador de cristal que opera a uma frequência de 1,8 MHz. A operação em frequência mais elevada permite que a pressão seja monitorizada mais frequentemente porque é necessário um período de tempo mais curto para amostrar um dado número de ciclos. De modo adicional, cristais de frequência mais elevada permitem que seja utilizado um ciclo de serviço mais pequeno num modo de "dormir" de um cristal. Por meio de explicação, na maior parte dos casos, o cristal e o circuito de accionamento irão passar a maior parte do tempo desligados, sendo apenas ligados por um segundo ou assim, quando for necessária uma medição. Isto pode ocorrer, por exemplo, uma vez por minuto. Quando for utilizado um cristal de frequência mais elevada, a pressão pode ser medida mais rapidamente. Por conseguinte, o tempo no qual o cristal está operacional pode ser reduzido. Isto pode reduzir o consumo de energia e melhorar concomitantemente a vida da bateria.

Uma outra variação é descrita com referência à Figura 11. A montagem de sensor 400 é mostrada na Figura 11. A montagem de sensor 400 compreende um primeiro oscilador de cristal de quartzo 402 e um segundo oscilador de cristal de quartzo 404. O primeiro oscilador de cristal de quartzo 402 é accionado por um circuito de accionamento 408. O segundo oscilador de cristal de quartzo 404 é accionado por um circuito de accionamento 410. O primeiro oscilador de cristal de quartzo 402 e um segundo oscilador de cristal de quartzo 404 diferem nos seus coeficientes de sensibilidade , onde: 38 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ Ρ

Onde f é a mudança na frequência do oscilador de cristal de quartzo 402, 404 e é a pressão do gás a ser medida. O primeiro oscilador de cristal de quartzo 402 pode ter um grande coeficiente de sensibilidade i, proporcionando uma mudança grande na frequência com a pressão. No entanto, um tal cristal pode não ser adequado para operação a alta pressão, onde o amortecimento excessivo (isto é, uma perda do factor Q) reduz o desempenho de um tal cristal. Por conseguinte, é proporcionado o segundo oscilador de cristal de quartzo 404 o qual tem coeficiente de sensibilidade menor 2 (onde i > 2) que permite que sejam medidas de modo fiável pressões elevadas.

Uma outra situação na qual pode ser útil ter dois cristais é no caso em que existe um perigo de um ou ambos os cristais ficarem contaminados, quer permanentemente quer temporariamente. Aqui, é indicada a utilização de dois cristais idênticos. A contaminação vai afectar ambos os cristais, mas, devido à sua posição diferente no percurso do gás, isto vai praticamente sempre diferir ligeiramente.

Na operação correcta os mesmos irão ambos dar a mesma frequência. No entanto, no caso de contaminação, os mesmos irão indicar ambos uma frequência incorrecta, mas, devido aos seus níveis diferentes de contaminação, frequências incorrectas diferentes: esta discrepância pode ser indicada ao utilizador como um aviso de que a montagem de sensor precisou de limpeza ou substituição no caso de contaminação permanente, e que a indicação de pressão pode ser imprecisa em qualquer dos casos.

Pode ser proporcionado um comutador electrónico 412 o qual permite que um dos osciladores de cristal de quartzo 452, 454 seja seleccionado, dependendo de se tenha de ser feita uma medição de baixa ou de alta pressão. Tal capacidade de adaptação não pode ser alcançada com um medidor de pressão convencional tal como um medidor Bourdon, o qual tem de ser 39 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ substituído por um medidor diferente para medir gamas diferentes de pressão.

De modo adicional, foram descritas as concretizações acima ao medir a frequência absoluta de um oscilador de cristal de quartzo. No entanto, nos componentes electrónicos incluídos, incorporados num regulador associado a um cilindro de gás, pode ser vantajoso medir a deslocação na frequência do sensor ao comparar aquela frequência com um cristal de referência de tipo idêntico mas encerrado numa embalagem de vácuo ou pressão. A embalagem de pressão pode conter gás a uma densidade seleccionada, gás sob condições atmosféricas ou pode estar aberta à atmosfera externa do cilindro de gás. É mostrada na Figura 12 uma montagem de sensor adequada 450. A montagem de sensor 450 compreende um primeiro oscilador de cristal de quartzo 452 e um segundo oscilador de cristal de quartzo 454. O primeiro oscilador de cristal de quartzo 452 é um cristal de referência que está localizado dentro de um recipiente vedado 456 sob vácuo. O primeiro oscilador de cristal de quartzo 452 é accionado por um circuito de accionamento 458. O segundo oscilador de cristal de quartzo 454 é um cristal similar ao cristal 210 descrito nas concretizações anteriores. O segundo oscilador de cristal de quartzo 454 está exposto ao ambiente de gás dentro do alojamento 202. O segundo oscilador de cristal de quartzo 454 é accionado por um circuito de accionamento 460.

Esta comparação pode ser realizada ao utilizar um circuito misturador electrónico 464 que combina os dois sinais de frequência e produz uma saída a uma frequência igual à diferença entre os dois cristais. Esta disposição permite pequenas mudanças devido, por exemplo, à temperatura a ser negada.

Além do mais, os circuitos utilizados na montagem de sensor 204 podem ser simplificados porque apenas é necessário medir a frequência de diferença. Além do mais, esta abordagem é particularmente adequada para utilizar com um oscilador de 40 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ cristal de alta frequência (MHz), onde pode ser difícil medir a frequência de cristal directamente.

De modo adicional, todos os componentes electrónicos necessários para medir e exibir a densidade, massa ou fluxo de massa, não precisam ser montados em cima ou dentro do alojamento 202. Por exemplo, as funções electrónicas podem ser divididas entre as unidades montadas no cilindro permanentemente e as unidades montadas quer na estação de utilização de um cliente quer montadas temporariamente na saída do cilindro, tal com a posição normalmente utilizada para um medidor de escoamento convencional.

Um exemplo desta disposição é mostrado com referência à Figura 13. A disposição compreende um conjunto de cilindro de gás 50 que compreende um cilindro de gás 500, um regulador 502 e uma disposição de medidor de pressão 504. O cilindro de gás 500, o regulador 502 e a disposição de medidor de pressão 504 são substancialmente similares ao cilindro de gás 100, ao regulador 150 e à disposição de medidor de pressão 200 substancialmente tal como anteriormente descrito com referência às concretizações anteriores.

Nesta concretização, a disposição de medidor de pressão 504 compreende um oscilador de cristal de quartzo e um circuito de accionamento (não mostrado) similar ao oscilador de cristal de quartzo 210 e ao circuito de accionamento 212 de concretizações anteriores. É proporcionada uma antena 506 para comunicação através de qualquer protocolo de comunicação à distância adequado; por exemplo, Bluetooth, Infra-vermelhos (IR) ou RFID. De modo alternativo, pode ser utilizada uma comunicação de um fio.

Como uma outra alternativa, podem ser utilizados métodos de comunicação acústica. A vantagem de tais métodos é que a comunicação à distância pode ser efectuada sem a necessidade de uma antena externa 506.

Um tubo de ligação 508 está ligado à salda do cilindro de gás 500. O tubo de ligação é terminado por uma ligação rápida 510. A ligação rápida 510 permite que uma obra ou 41 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ componentes de tubo de ligaçao se liguem e desliguem facilmente e rapidamente a partir do cilindro de gás 500. É proporcionada uma unidade de ligação rápida 550 para ligação ao cilindro de gás 500. É proporcionado um meio de ligação de ligação rápida complementar 512 para ligação ao meio de ligação 510. Além do mais, a unidade de ligação rápida 550 está provida de uma unidade de dados 552. A unidade de dados 552 compreende um mostrador 554 e uma antena 556 para comunicação com a antena 506 da disposição de medidor de pressão 504. O mostrador 554 pode compreender, por exemplo, um LCD, um LED ou um mostrador que se pode ler durante o dia para minimizar o consumo de energia e maximizar a visibilidade do mostrador. A unidade de dados 552 pode registar vários parâmetros como os medidos pela montagem de sensor 502 do conjunto de cilindro de gás 50. Por exemplo, a unidade de dados 552 pode registar pressão versus tempo. Um tal registo pode ser útil, por exemplo, aos empreiteiros de soldadura que desejem verificar que esteve presente pressão suficiente durante os procedimentos de soldadura de gás prolongados em componentes críticos, ou para fornecer dados de companhia numa utilização particular do cliente.

De modo alternativo, os dados a partir da unidade de dados 550 podem ser debitados para uma máquina de soldadura activada por computador (para aplicações de soldadura) ou outro equipamento que utilize gás, para permitir o cálculo de parâmetros derivados, junto com mensagens de aviso.

De modo adicional, a unidade de dados 550 pode estar disposta para proporcionar as funções que se seguem: conter e exibir dados acerca da pressão do gás, isto é, que tipos de soldadura, quais os tipos de metal soldado, ou proporcionar ligações para que os telefones móveis ou computadores possam apanhar dados detalhados; proporcionar operação de múltiplos modos, por exemplo, um modo de fornecedor/preenchedor e um modo de cliente; exibir diferentes quantidades ao cliente a partir daquilo que é exibido pela companhia de gás que enche de novo os cilindros; para permitir entrada de dados; proporcionar dados tal como um número de cilindro, o tipo do 42 ΕΡ 2 458 357/ΡΤ gás, um certificado de análise, um historial de cliente (que tinha o cilindro ao longo de que datas), dados de segurança e sugestões de operação que podem ser suportadas em forma de resumo no cilindro.

Como uma alternativa, todos os exemplos acima podem, opcionalmente, ser processados, armazenados ou obtidos a partir de um sistema localizado inteiramente sobre ou dentro do cilindro de gás 500 tal como descrito em termos da disposição de medidor de pressão 200, 502.

Embora as concretizações acima tenham sido descritas com referência à utilização de um oscilador de cristal de quartzo, o especialista irá aperceber-se prontamente dos materiais piezoeléctricos alternativos, os quais também podem ser utilizados. Por exemplo, uma lista não exaustiva pode incluir osciladores de cristais que compreendem: tantalato de litio, niobato de litio, borato de lítio, berlinite, arsenieto de gálio, tetraborato de litio, fosfato de alumínio, óxido de bismuto e germânio, cerâmicos policristalinos de titanato de zircónio, cerâmicos de alto teor em alumina, compósito de óxido de silício-zinco ou tartarato de dipotássio.

Lisboa, 2014-05-30

Claims

ΕΡ 2 458 357/ΡΤ 1/3 REIVINDICAÇÕES 1 - Método de medição da pressão de um gás, compreendendo o método: a) medir a frequência de oscilação de um oscilador piezoeléctrico (210) em contacto com o gás; b) determinar a pressão do gás a partir da frequência de oscilação do oscilador piezoeléctrico, da temperatura conhecida do gás e do peso molecular conhecido do gás.
2 - Método de acordo com a reivindicação 1, em que o passo a) compreende: accionar, por meio de um circuito de accionamento (212; 240), o oscilador piezoeléctrico, de tal modo que o oscilador piezoeléctrico entra em ressonância a uma frequência de ressonância; e medir a referida frequência de ressonância ao longo de um periodo de tempo predeterminado para determinar a pressão do gás.
3 - Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o método compreende ainda: medir a temperatura do gás ao utilizar um sensor de temperatura (214).
4 - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que são proporcionados dois osciladores piezoeléctricos (402, 404), tendo um dos osciladores piezoeléctricos um coeficiente de sensibilidade maior do que aquele do outro dos osciladores piezoeléctricos, e compreendendo ainda o método, antes do passo a) , seleccionar um dos osciladores piezoeléctricos.
5 - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o referido oscilador piezoeléctrico é proporcionado a jusante de um dispositivo de redução de pressão (150; 250).
6 - Medidor de pressão (200; 260) para medir a pressão de um gás, compreendendo o medidor de pressão um alojamento (202) que se pode ligar à fonte de gás, e que compreende um ΕΡ 2 458 357/ΡΤ 2/3 interior (206) ο qual está, em utilização, em comunicação com o referido gás, compreendendo ainda o medidor de pressão uma montagem de sensor (204) localizada dentro do referido alojamento e incluindo um processador (230) e um oscilador piezoeléctrico (210) o qual, em utilização, está localizado em contacto com o referido gás, estando a referida montagem de sensor disposta para medir a frequência de oscilação do referido oscilador piezoeléctrico no referido gás e estando o referido processador configurado para determinar, a partir da medição de frequência e da temperatura conhecida e do peso molecular conhecido do gás, a pressão do gás.
7 - Medidor de pressão de acordo com a reivindicação 6, em que a montagem de sensor compreende ainda um sensor de temperatura (214) para medir a temperatura do gás dentro do referido alojamento.
8 - Medidor de pressão de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 ou 7, em que a montagem de sensor compreende um circuito de accionamento (212; 240) para accionar o referido oscilador piezoeléctrico na referida frequência de ressonância.
9 - Medidor de pressão de acordo com a reivindicação 8, em que o circuito de accionamento compreende um par Darlington (218) disposto numa configuração de retorno a partir de um amplificador emissor comum (220).
10 - Método ou medidor de pressão de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o oscilador piezoeléctrico compreende um oscilador de cristal de quartzo.
11 - Dispositivo de redução de pressão (150; 250) que compreende o medidor de pressão de qualquer uma das reivindicações 6 a 10.
12 - Dispositivo de redução de pressão de acordo com a reivindicação 11, na forma de um regulador de pressão.
13 - Dispositivo de redução de pressão de acordo com a reivindicação 12, em que o regulador de pressão é um regulador de pressão electrónico (250), e o medidor de ΕΡ 2 458 357/ΡΤ 3/3 pressão pode ser operado para controlar o regulador de pressão electrónico.
14 - Dispositivo de redução de pressão de acordo com a reivindicação 13, em que o regulador de pressão electrónico compreende uma válvula de solenoide (252), sendo a montagem de sensor operável para controlar, em utilização, a válvula de solenoide.
15 - Produto de programa de computador que se pode executar por um aparelho de processamento programável, que compreende uma ou mais das porções de suporte lógico para realizar os passos de qualquer uma das reivindicações 1 a 5.
16 - Meio de armazenagem utilizável por computador que tem um produto de programa de computador de acordo com a reivindicação 15 armazenado no mesmo. Lisboa, 2014-05-30