TW201229514A - Method of and apparatus for measuring the molecular weight of a gas - Google Patents

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201229514 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於測量氣體的分子量的方法及設 備《更具體而言，本發明係關於一種使用壓電式晶體振盪 器（piezoelectric crystal oscillator)以測量氣體的分子量（或 在氣體之混合物的情況時之平均分子量）的方法及設備。 【先前技術】 在此所揭述的方法及設備是可應用在例如流趙可能存 在於相對高壓（例如，約1 〇 bar或更高）之系統，例如從 高魔鋼瓶來供應流體、或使用高壓流體之製造工廠。本發 明係關於特別是「潔淨」氣體，亦即具有少量或無雜質或 污染物例如水蒸氣或粉塵之氣體。 本發明是特別適用於永久氣體類。永久氣體類是無法 僅藉由壓力來加以液化之氣體，且例如可在壓力高達450 bar g之鋼瓶中來供應（其中，bar g是高於大氣壓力之壓 力的量度（bar))。其實例是氬氣及氮氣。 然而，此並不 作為限制性，且術語「氣體」是可視為涵蓋較廣泛範圍之 氣體，例如永久氣體及液化氣體之蒸氣兩者。 在壓縮氣體鋼瓶中，液化氣體類之蒸氣是存在於液體 的上方。當被麼縮以充填入鋼瓶而在壓力下液化之氣體並 非為永久氣體類’而是更準確地敘述為在壓力下之液化氣 體類或液化氣體類之蒸氣。關於一實例，一氧化二氛（笑 氣：nitrous oxide )是在鋼瓶中以液態來供應，具有在 201229514 15°C為44.4 bar g之平衡蒸氣壓。由於此等蒸氣是可藉由 在周圍條件之壓力或溫度下而加以液化，彼等並非為永久 或真實氣體類。 壓縮氣體鋼瓶是一種設計用於容納在高壓下，亦即在 壓力顯著地大於大氣壓力下之氣體的耐壓容器（pressure vessel)❶壓縮氣體鋼瓶是使用於廣泛範圍之市場，從低成 本之一般工業市場、醫療市場到較高成本之應用，例如使 用高純度腐蝕性、毒性或自燃性特用氣體之電子產品製 造。一般而言’加壓氣體容器是包含鋼、鋁或複合材料所 構成且能儲存壓縮、液化、或溶解之氣體，具有最大充填 壓力對於大多數氣趙為高達450 bar g，且對於例如氫氣及 氦氣等氣艎則為高達900 bar g 〇 在許多情況下，期望且有時候為重要的關鍵因素是需 要知道在鋼瓶内部、或在鋼瓶之下游處例如在焊接製程之 管路中之氣體的類型。如此的情況之實例是當在吹淨時將 需要知道者。 分子量一般是使用質譜儀加以測量。如此的配置是測 量氣體的質荷比（mass to charge ratio)而直接測定分子量。 一般使用的配置是一種介質辅助雷射脫附/游離源（matrix-assisted laser desorption/ionization source) 與 飛行式 質譜儀 (time-of-flight mass analyzer)之組合（亦即，習知的 MALDI-T0F (介質輔助雷射脫附游離飛行式質譜儀：

Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time Of Flight mass spectrometry))。然而，如此的配置是體積龐大、 5 201229514 昂貴且不適合於許多與可攜帶性及成本可能有關聯性的應 用0 另一可行類型可用於測量分子量之量計（meter)是一種 振動式氣體密度計，其係鈐木（Suzuki)等人在「橫河技報 (Yokogawa Technical Report)」第 29 期（ 2000 年）中所展 示及揭述之「GD系列振動式氣體密度計」。如此的配置 是包含一薄壁金屬鋼瓶配置成使其能流入及從鋼瓶流出。 兩對壓電元件是設置在鋼瓶上，一對是驅動元件及一對是 偵測元件。氣體密度是為補償由於溫度所造成之變異而從 測量兩種不同的共振頻率所獲得。所使用的共振頻率是非 常低，且為數百Hz之等級。 上述配置是複雜、相對地昂貴且非常容易受到振動效 應而損壞。此是因為所使用的共振頻率是與藉由外部振動 所產生的頻率類似。除此以外，需要複雜的激發及偵測配 置以補償溫度效應。 【發明内容】 根據本發明之第一形態，其係提供一種使用與氣體相 接觸之高頻平面壓電式晶體振蘆器（high-frequency planar piezoelectric crystal oscillator)以測量氣體的分子量的方 法。該方法是包括：a)使用該壓電式晶體振盪器以測量氣 體的密度’使用驅動電路（drive circuit)以驅動該廢電式振 盪器（piezoelectric oscillator)而使得該壓電式晶體振盪器在 單一共振頻率共振，及測量該壓電式晶體之該單一共振頻 201229514 率而測定氣體的密度；以及b)從氣體的密度、所測得或 預定之壓力、及所測得或預定之溫度而測定氣體的分^ 量。 藉由提供如此的方法，則氣體的分子量（或在氣體混 合物的情況時之平均分子量）可容易地藉由使用穩固且相 對廉價之壓電式晶體振盪器例如石英晶體振盪器 crystal oscillator)而測得。如此的振盪器作用包括作為：— 激發源（excitation source)(藉由響應經驅動電路所驅動而 振盪）、及一偵測器（藉由具有視振盪器所設置的環境而 定之單一共振頻率）。 平面晶體振盪器（planar crystal oscillator)是小型化且 穩固’因此是相對地較不會受到環境干擾的影響。此外， 因為振盪器之振盪頻率為高（為kHz之等級），該振盪器 是相對地較不會受到區域化振動（其傾向於具有Hz之等 級的頻率）的影響。此是與習知的分子量偵測配置極不相 同0 在一具體實例中，該方法是包括測量氣體的壓力。 在一具體實例中，該氣體的壓力是使用電子式壓力感 測器所測得。在一具體實例中，該電子式壓力感測器是包 3 壓致電阻膜片感測器（piezo-resistive diaphragm sensor)。 在一具體實例中，該氣體之預定壓力是設置在該振盪 器之上游的氣體調節器之固定輸出壓力。 在一具體實例中’該氣體之預定壓力是大氣壓力。 在一具體實例中，該方法是又包括使用溫度感測器以 201229514 測量氣體的溫度。在一具體實例中，該溫度感測器是包含 溫度計或溫度相依性電阻。 在一具體實例中，該石英晶體是包含至少一又齒 (tine)。在一配置例中’該壓電式晶體振盪器是包含至少兩 個平面叉齒。 在一具體實例中，該石英晶體是AT切割（AT cut)或 SC 切割（SC cut)。 在一變異例中’該石英晶體之表面是直接暴露於氣 體。 在一具體實例中，該壓電式晶體振盪器具有共振頻率 為32 kHz或以上。 在一具趙實例中’該感測器組合（sens〇r asseinbly)是包 含電源。在一配置例中，該電源是包含鋰離子電池。 在一具逋實例中’該感測器組合是包含處理器 (processor) 〇 根據本發明之第二具體實例’其係提供一種用於測量 氣體的分子量之量計。該量計是包含：一外罩，其係具有 入口及内部用於接收將加以測量之該氣體；及一感測器組 合’其係包含設置在該外罩内之高頻平面壓電式晶體振盪 器’且使得在使用時該壓電式晶體振盪器是與該氣體相接 觸’且該感測器組合是配置成：可驅動壓電式晶體振盪器 而使得該壓電式晶體振盪器在單一共振頻率共振，可測量 該壓電式晶趙振盡器之該單一共振頻率而測定氣體的密 度，以及從氣體的密度、所測得或預定之壓力、及氣體的 8 201229514 所測得或預定之溫度而測定氣體的分子量。 藉由提供如此的配置，則氣體的分子量（或在氣體混 的It況時之平均分子量）可容易地藉由使用穩固且相 對廉價之壓電式晶體振盈器例如石英晶體振i器而測得。 如此的振ill作用包括作為：—激發源（藉由響應經驅動 電路所驅動而振盘）、及一制器（藉由具有視振盈器所 設置的環境而定之單一共振頻率）。 平面晶體振盪器是小型化且穩固，因此是相對地較不 會受到環境干擾的影響。此外’因為振盈器之振盪頻率為 高（為kHz之等級），該振盪器是相對地較不會受到區域 化振動（其傾向於具有Hz之等級的頻率）的影響。此是 與習知的分子量偵測配置極不相同。 在一具體實例中，該量計是又包含：一個或以上之驅 動電路、處理器及電源。 在一具體實例中’該感測器組合是包含驅動電路，其 係含有配置成從公用射極放大器（c〇mm〇n emitter amplifier) 之反饋架構（feedback conHguration)的達靈頓對（Darlington pair)。 在一具體實例中，該量計是又包含壓力感測器，用於 測量氣體的壓力。 在一具體實例中，該壓力感測器是電子式壓力感測 器。在一具體實例中，該電子式壓力感測器是包含壓致電 阻膜片感測器。 在一具體實例中’該量計是設置在固定式壓力調節器 9 201229514 之下游’且氣體的壓力具有一基於該固定式壓力調節器之 輸出的預定值。 在一具體實例中，該量計是又包含：一該入口之上游 的節流孔口（restricted orifice)、及一該入口之下游至大氣 的出口，其中該氣體之預定壓力是大氣壓力β 在一具體實例中，該方法是又包括使用溫度感測器以 測量氣體的溫度。在一具體實例中，該溫度感測器是包含 溫度計或溫度相依性電阻》 在一具體實例中，該石英晶體是包含至少一又齒。在 變異例中，該石英晶體是包含一對平面叉齒。 在一具體實例中，該石英晶體是ΑΤ切割或SC切 割。 在一變異例中，該石英晶體之表面是直接暴露於氣 體。 在一具體實例中，該壓電式晶鱧振盪器具有共振頻率 為32 kHz或以上。 在一具體實例中，該量計是包含一設置在入口中之濾 網。在一具體實例中，該濾網具有孔徑為在5至1〇 μιη之 範圍。 在一具體實例t ’該量計是包含一設置在外罩内之加 熱器元件。在一具體實例中，該加熱器元件是設置在鄰近 壓電式晶體振盪器。在又一配置例中，該加熱器元件是設 置成與壓電式晶體振盪器相接觸。 在一具體實例中’該感測器組合是包含電源。在一配 10 201229514 置例中’該電源是包含鐘離子電池。 在一具體實例中，該感測器組合是包含處理器。 在一具體實例中，該量計是包含顯示器。 在-具體實例中’該量計是包含-天線連接到感測器 組合，且配置成可以無線傳輸來自該量計之數據。在一具 趙實例中，該量計是可操作而以祕式傳輸數據至遠端顯 示器單元。 根據本發明之第三具體實例’其係提供一種可藉由可 程式化處理設備而執行之電腦程式產品，且其包含一種或 以上用於實施第一形態之步驟的軟體部份。 s 根據本發明之第四具體實例，其係提供一種電腦可用 之儲存媒體’且其具有根據第四形態而儲存於其中之電腦 程式產品。 除此以外’本發明提供一種氣體混合器配置。該氣體 混合器配置是包含：用於供應第一氣體之第一氣體源、用 於供應與該第-氣體不同的第二氣體之第二氣艘源、及設 置在第-及第二氣體源之下游的混合器，且配置成在使用 時可混合第-及第二氣體以提供混合氣體，該氣體混合器 配置是又包含：一量計，配署士、 置成可測量該混合氣體的平均 分子量，且可控制在該混合氣體中之第一及第二氣體的相 對比例以響應所測得該混合氣體的平均分子量。 在-具體實例中，該第一及第二氣趙源各自是包含一 壓力調節裝置配置成可選擇性地控制來自各氣趙源之氣趙 的流動。在一具體實例中，該壓力調節裝置之一個或各自 11 201229514 是包含壓力調節器或閥。 在一具體實例中，該量計控制至少一壓力調節裝置以 響應所測得混合氣體的平均分子量。在一具體實例中，至 少一壓力調節裝置是電子式壓力調節裝置。在一具體實例 中’至少一壓力調節裝置是包含電磁閥（solenoid valve)。 在一具體實例中，該量計是包含感測器組合，且其包 含在使用時與該混合氣體相接觸之壓電式晶體振盪器，且 該感測器組合是配置成：可驅動壓電式晶體振盪器而使得 壓電式晶體振盪器在共振頻率共振，及可測量該壓電式晶 體振盪器之共振頻率而測定氣體的密度，以及從氣體的密 度、所測得或預定之壓力、及氣體的所測得或預定之溫度 而測定氣體的分子量。 在一具體實例中，該量計是包含第二形態之量計。 【實施方式】 本發明之具體實例將參照附加的圖式詳細地加以說 明》 第1圖是展示根據本發明之一具體實例的氣體鋼瓶組 合（gas cylinder assembly) 10 之示意圖。 第1圖是展示本發明也可使用的情況之示意圖，其係 配備氣體鋼瓶（gas cylinder) 100、調節器15〇及分子量古十 (molecular weight meter) 200 ° 氣體鋼瓶（gas cylinder) 100是具有氣體鋼瓶體（gas cylinder body) 102 及閥（valve) 104 » 該氣體鋼瓶體 1〇2 是 12 201229514 包含一般為具有平坦底座（base) l〇2a之圓筒形耐壓容器， 且配置成使得氣體鋼瓶組合1〇能未經支撐而站立於平坦表 面上β 氣體鋼瓶體102是由鋼、鋁及/或複合材料所形成，且 使其適配且配置成可承受高達約900 bar g之内部壓力。開 口（aperture) 106是設置在氣體鋼瓶體102在底座i〇2a的 對面側之近極端，且包含螺紋（未展示）以使其適配於閥 104。 氣體鋼瓶100定義一具有内部容積V之耐壓容器。任 何適當的流體皆可容納在氣體鋼瓶1〇〇内。然而，本具體 實例是關於（但是並不受限於此）不含雜質例如粉塵及/或 水份之純化永久氣體類。此等氣體之非限制性實例可為： 氧氣、氮氣、氬氣、氦氣、氫氣、甲院、三氟化氮、一氧 化碳、氪氣或氖氣。 閥 104 是包含：外罩（housing) 108、出口（outlet) 110、閥體（valve body) 112及閥座114。該外罩1〇8是包 含.互補螺紋（complementary screw thread)，用於銜接氣 體鋼瓶體102之開口 106。該出口 110是使其適配且配置 成可使得氣體鋼瓶100連接到在氣體鋼瓶組合中之其他構 件’例如軟管、管線或其他壓力閥或調節器。該閥104是 可視需要而包含一 VIPR (具有整合型壓力降低之閥： Valve with Integrated Pressure Reduction)。在此情況下， 調節器150是可加以省略。 閥體112·是可藉由轉動可握緊之手柄（graspable 13 201229514 handle) 116,以轴向調整朝向或遠離閥 114而可選擇性 地開放或關閉出口 110。換句話說，該 必阀體112朝向或遠 離關座m之移動，則可選擇性地控制介於氣趙鋼瓶艘 102之内部與出口 11G間之輸送通道的區域。此可連續不 斷地輪流控制從氣體織_之内部到外部環境之氣㈣ 流動。 、 調節器150是設置在出口110之下游。該調節器15C 具有入口 152及出口 154。該調㈣150之入σ 152是連 接到入口管156, S係提供一介於氣雜鋼瓶100之出口 11C 與調節器150間之溝通路徑》該調節器15〇之入口 152是 配置成可接收來自氣趙鋼瓶100之出口 11〇在高壓下之氣 體。此可為任何適當的壓力；然而，一般而言，退出出口 110之氣體的壓力將為超過20 bar，且更可能為在1〇〇至 900 bar之範圍。 出口 154是連接到出口管158。聯結器（c〇upling) 16〇 是設置在出口管158之遠侧末端，且使其適配而連接到需 要氣體之又一管路或裝置（未展示）。 勿子量汁200是設置在介於出口丨54與聯結器丨間 且與出口管158溝通。該分子量計2〇〇是設置在緊鄰調節 器150之下游，且配置成可測定調節器15〇之下游氣體的 分子量（或氣體混合物的平均分子量）。 根據本發明之第一具體實例的該調節器15〇及分子量 計200是更詳細地展示於第2圖》 在此具體實例令，該調節器15〇是包含單膜片調節器 14 201229514 (single diaphragm regulator)。然而，熟習此技藝者將可容 易地瞭解的是可使用於本發明之變異例，例如雙膜片調節 器或其他配置。 調節器150是包含與入口 152及出口 154溝通之閥區 162°該閥區162是包含設置在鄰近閥座166之提動閥 (poppet valve) 164。該提動閥164是連接到膜片 (diaphragm) 168’其係構成為可使得提動閥164之直移運 動朝向及遠離閥座166而可分別關閉及開放介於其間之開 口 170。該膜片168是藉由設置在轴174周圍之彈簧172 而可彈性回復地偏置。 調節器150是可操作而接收來自在全鋼瓶壓力（例 如，100 bar)之出口 11〇的氣體，但是將實質地恆定的固 定低壓（例如’ 5 bar )之氣體輸送至出口 154。此是藉由 反饋機制來達成，藉此開口 170之下游之氣體的壓力是可 操作而與彈簧172之偏置力（biasing force)成相反地作用在 膜片168上。在第2圖之具體實例中，調節器丨5〇是一固 定式壓力調節器，且配置成可從出口 154輸送在已知的固 定壓力之氣體。壓力是藉由彈簧172之相關的偏置力而決 定。 若在鄰近膜片168區域之氣體的壓力超過特定的範 圍，則該膜片168是可動作而向上移動（相關於第2 圖）。因此，提動閥164移動至更接近閥座166而縮減開 口 170之大小’因此可限制從入口 152至出口 154之氣體 的流動。一般而言，彈簧172的阻力與氣體的壓力間之競 15 201229514 爭力將導致膜片之一平衡位置，因此可在出口 154輸送恆 定壓力之氣體。 分子量計200是包含：外罩202及感測器組合204。 該外罩202可包含任何適當的材料，例如鋼、鋁或複合材 料。該外罩具有内部2〇6，其係經由一短供氣管（feed pipe) 208而與出口管158的内部溝通。因此，外罩202之内部 206是在與出口管158之内部相同的壓力下。在使用時， 該外罩202通常是加以密封且與外部大氣隔離◊該分子量 計200是配置成可測量在外罩2〇2内之氣體的分子量。另 一可行方法是分子量計200可測量在外罩202内之氣體之 均質混合物的平均分子量。 另一可行方法是該外罩202是可配備成為出口管158 之一部份。例如，出口管158之一部份可加寬以收納感測 器組合204 °另一可行方法是僅部份感測器組合2〇4是可 為設置在管158内，而其餘部份則被設置在外部或與其隔 開。 除此以外，該外罩202可形成為調節器150之整合 部。例如，感測器組合204是可整體設置在調節器150之 出口 154内《熟習此技藝者將可容易地瞭解的是屬於本發 明之範圍的變異及其他可行方法。 感測器組合204是包含：連接到驅動電路212之石英 晶體振盪器210、溫度感測器214及電池216。此等構件是 設置在外罩202内。 驅動電路212及石英晶體振盪器210稍後將參照第6 16 201229514 及7圖加以說明。溫度感測器214是包含溫度計。也可使 用任何適當的溫度計。溫度計是不需要高準確度，例如 0.5°C之準確度是適用於此具體實例。因此，可使用廉價 且小的構件。 也可配備處理器230 (稍後將參照第8圖加以展示及 說明）’其可分開或作為驅動電路212之一部份兩者之一 皆可。 在此配置中，該石英晶體振盪器21〇在分子量計2〇〇 之外罩202内是經常在等靜壓力（is〇static pressure)下，因 此並不會經歷到壓力梯度（pressure gradient)。換句話說， 源自介於外部大氣與分子量計200之内部構件間之壓力差 異的任何機械式應力是表示橫過該外罩202。 然而，此並不需要為如此。例如，僅石英晶體振盪器 210及溫度感測器214是可為設置在外罩2〇2内，而感測 器組合204之其餘部份則設置在其外部。 本發明人已發現：僅少數的感測器組合2〇4之構件對 於高壓是具有敏感性。特別是較大的構件例如電池是易受 到回壓的影響。然而，已發現鋰離子電池在涉及高壓之氣 體鋼瓶100内的性能是特別優良。因此，電池216是包含 鋰離子電池。然而，熟習此技藝者將可容易地預期其他可 行適當的電源。 感測器組合204之設置是整體在外罩2〇2内，當構成 調郎器150時’則可提供額外的適應性。特別是相對脆弱 性電子構件之設置是整體在外罩2G2之㈣金屬或複合壁 17 201229514 内，則可提供相當大的保護而免於環境或意外的損壞，此 對於例如在儲存區域或補給站（depots)，包含調節器15〇之 氣體鋼瓶100是位於與其他氣體鋼瓶100、重型機械或粗 糙表面相毗鄰是特別重要。 除此以外，該感測器組合204之内部設置可保護此等 構件免於環境條件例如鹽、水及其他污染物的損壞。此將 允許例如對於鹽及水之損壞具有高度敏感性的高阻抗電路 (high impedance circuit)可用作為感測器組合204的零組 件。 感測器組合204之内部設置的優點，對於固態感測器 裝置例如石英晶體振盪器210是獨特的。例如，傳統的壓 力感測器例如波頓壓力計（Bourdon gauge)是無法以此方式 設置。同時’晶體系感測器是可完全浸沒於氣體中在怪定 麼力下作業’但是傳統的壓力感測器則無法測量等靜堡 力’且需要一壓力梯度始能發揮功能。因此，傳統的壓力 计必須設置在介於將加以測量的高壓與大氣間。結果此會 增加分子量計200之外部構件受到損壞的風險。 本發明之第二具體實例是展示於第3圖。在第3圖所 展示之第二具體實例的特徵中，與第2圖之第一具逋實例 相同的部份是賦予相同的元件代表符號（reference numerals) ’因此在此將不再加以說明。 在第3圖之具體實例中，調節器25〇與第2圖具體實 例之調節器15〇不同的是該調節器25〇是配置成可提供從 出口 154之氣體的可變出口壓力。 18 201229514 關於此點，其係配備可握緊之手柄252以使得使用者 可調整彈簧172之偏置力。此可移動該膜片168之平衡位 置，因此可調整介於提動閥164與閥座166間之平衡間 隔。此使其可調整來自出口 110之高壓氣流可通過的開口 170之大小。 壓力是可典型地變化高達約20 bar g。然而，熟習此 技藝者將可容易地瞭解的是另一可行配置且可藉由調節器 250而供應之壓力。此外，調節器是可包含第二階段，例 如在需要精確的壓力調節之氧乙炔焊接的情況之用途。 第二具體實例是包含分子量計300 »為清楚之目的， 該分子量計300之構件中，與分子量計200相同的部份是 賦予相同的元件代表符號。 分子量計300是實質地類似於第一具體實例之分子量 計200。然而，該分子量計300是又包含設置在外罩202 内之壓力感測器302。也可使用任何適當的壓力感測器。 例如’壓力感測器302是可包含壓致電阻膜片感測 器。如此的壓力感測器典型的是包含具有壓致電阻應變計 (piezo-resistive strain gauges)形成於其中之經機械加工矽 膜片。該膜片是熔合到矽或玻璃背板。該應變計一般是加 以連接而形成惠斯登電橋（Wheatstone bridge)，其輸出是直 接與所測得壓力成比例。然後，可將從該壓力感測器302 之輸出加以輸入至處理器230。 熟習此技藝者將可容易地瞭解的是可使用於本發明之 另一可行電子式壓力感測器。換句話說，該壓力感測器 19 201229514 302是可包含可測量氣體的壓力及可提供該測量之電子式 輸出的任何感測器。 在此配置中’該石英晶體振盪器210及壓力感測器 302在分子量計300之外罩202内是經常在等靜壓力下， 因此並不會經歷到壓力梯度。換句話說，源自介於外部大 氣與分子量計300之内部構件間之壓力差異的任何機械式 應力是表示橫過該外罩202。 本發明之第三具趙實例是展示於第4圖。在第4圖所 展示之第三具體實例的特徵中，與第3圖之第二具體實例 相同的部份是賦予相同的元件代表符號，因此在此將不再 加以說明。 在第4圖之具體實例中，調節器250相對應於第二具 體實例之調節器250,且配置成可提供從出口 154之氣體 的可變出口壓力。該調節器250之構件已經加以說明，因 此在此將不再加以說明。 第三具趙實例是包含分子量計400。為清楚之目的， 該分子量計400之構件中，與分子量計2〇〇, 300相同的部 份是賦予相同的元件代表符號。 分子量計400是實質地類似於第一及第二具體實例之 分子量計200，300。然而，該分子量計400是可與可變式 壓力調節器250 —起作業，而並不需要第二具體實例之壓 力感測器302。 分子量計400是包含導管（conduit) 402。該導管4〇2 之内部是與外罩202之内部206溝通》該導管402之近極 20 201229514 端是包含節流孔口 404，設置在緊鄰短管208之下游且與 出口 154溝通。該節流孔口 404是配置成可提供物理性限 制而限制從出口 154進入導管402之氣體的壓力。因此， 在節流孔口 404之下游的導管402内之氣體的壓力是顯著 地低於在出口 154者。 導管402之遠侧末端406是開放至大氣。該遠側末端 406是設置在在外罩202之下游的導管402之末端區域。 對於典型的應用而言’適當的導管402應該具有管内徑為 2 mm且長度為約1〇〇 mm之區域。此可確保並無大氣氣體 之反向擴散入外罩202之内部206以避免測量之潛在性誤 差。 雖然在第4圖中之導管402基本上是線型，但是該導 管402可為任何適當的形狀。例如，更緊密的配置是將導 管402配置成似迷宮（labyrinthine)或盤管（c〇il)形狀而將導 管安裝入較小的空間。 因此’節流孔口 404與導管402之遠端遠側末端406 (其係在大氣壓力下）的組合效應是該外罩202之内部 206是經常或接近為大氣壓力。此是與出口 154之下游及 節流孔口 404之上游之氣體的壓力不相關。 因此’並不需要壓力計，因為壓力可總是假設為在大 氣壓力。若需要校正時（例如，當在大氣壓力為較低的高 海拔下作業時）’則此可以手動地輸入至處理器230。 因此’在特定的條件下，並不需要壓力感測器，因為 壓力值可為自動地設定或由使用者手動地輸入，且所獲得 21 201229514 之壓力值被處理器 分子量。 230使用而測定氣體或經感測之氣體的 本發明之第四具體實例是展示於第5圖 例係關於分子量計5〇〇。#八l 可放署Μ 4計_可為可揭式，且 了放置在所欲之可快速且容易_定在—特定 的類型之位置’例如在軌道焊接製程(。一：體 ^1時之管路中。1可㈣法是分子量計_可為放 置在管路之出Π而侧例如以另—類型之氣趙吹淨一類型 之氣趙。 分子量計500是包含外罩5〇2。該外罩5〇2具有劃定 開口 506界限之隔壁5〇4。該開口 5〇6提供一介於外罩5〇2 之内部與外部間之溝通路徑。該分子量計5〇〇之其餘構件 是類似於第一至第三具體實例之分子量計2〇〇, 3〇〇, 4〇〇之 該等者，因此在此將不再進一步加以說明。 欲能使得石英晶體振盪器21 〇可提供準確的測量，該 石英晶體振盪器210必須保持不含粉塵、水份及其他污 染。雖然此對於商品級所供應之封裝氣體（其係極潔淨） 並不是問題，但是分子量計500也可使用在環境污染可能 是顯著的問題的情況。 因此，分子量計500是配備一設置在開口 5〇6中之濾 網508。該渡網508是可具有任何適當的孔徑。孔徑為在$ 至10 μπι範圍是特別適合於此應用。該濾網5〇8 (或類似 的渡網）是可應用到先前所揭述的第一至第三具體實例之 任一者。 22 201229514 另一可行方法是該濾網508可加以省略，若開口 506 是充分地小而可防止粉塵或其他污染物之進入。例如， 0.25 mm之開口大小將適合使用而並不需要濾網。 除此以外，分子量計5〇〇可能會受到水份存在之環境 的影響°若任何水份凝結在石英晶體振盪器210上，則可 能會導致不正確的測量。因此，欲能減輕此等效應，則可 在鄰近石英晶體振盪器210配備加熱器510,以確保該水 份不會凝結在振盪器21〇上。該加熱器51〇是可包含單一 加熱電線或可包含固態電阻元件而將電能轉換成熱能。該 加熱器510可設置成與石英晶體振盪器21〇相接觸。 若使用加熱器時’則期望溫度感測器214是設置在愈 接近石英晶體振盪器210愈實用，使其能實施準確測量圍 繞石英晶體振盪器210之氣體的溫度。加熱器51〇、或任 何其他適當的加熱器也可使用於第一至第三具艚實例之任 一者。 分子量計500是如第5圖所示，其係包含與第二具體 實例之分子量計300相同之壓力感測器3〇2。如此的配置 當使用在加壓設備例如高壓管路内或在耐壓容器内可能是 有利的。 然而在壓力是已知為一般的準碟度的情況，則壓力 感測器302可加以省略，如同在第一及第三具體實例的方 式。如此的情況可能會出現，當分子量計5〇〇是使用在周 圍大氣壓力下’例如，當測量從管路排出至大氣、或在大 氣壓力之管路内之氣體的分子量（或平均分子量）時。在 23 201229514 此情況下，並不需要壓力感測器，因為壓力值可為自動地 設定或由使用者手動地輸入，且所獲得之壓力值被處理器 2 3 0使用而測定氣體或經感測之氣體的分子量。 第一至第四具體實例之任一者可額外地包含顯示器 (未展示），以對使用者展示在所彳貞測之氣體實施測量的 結果。另一可行方法是該顯示器可設置在分子量計200, 300, 400, 500之遠端，且相關的數據是可進行遠端通訊。 例如，第一至第四具體實例中之任何一者是可又包含 天線，用於與例如基地台遠端通訊（未展示）。此將討論 於後。在此情況下，該天線是可設置在外罩202之外部， 且藉由電線或等效接頭而連接到感測器組合204。 天線本身是可使其適配且配置成可使用任何適當的通 訊協定（communication protocol)，例如其非限制性例示可 為：RFID (無線射頻識別技術：Radio-frequency identification )、藍牙（Bluetooth)、紅外線（IR : Infra Red )、802.1 1 無線、調頻（FM: Frequency Modulation ) 傳輸或蜂窩網路（cell network)。 另一可行方法是可執行一線式通訊（one-wire communication)。一線式通訊僅需要一單金屬導體以進行 通訊。電路之「回程通路（return path)」是藉由經由介於通 訊裝置間之空間的電容麵合（capacitive coupling)而提供。 熟習此技藝者將可容易地瞭解的是天線之其他替代方式 (及相關的傳輸硬體）也可使用於在此所論述的具體實 例0 24 201229514 例如，通訊是可藉由來自鋼瓶100内之聲響傳輸而有 效地實施。設置在外罩202内之發送器（transmitter)是可有 效地實施聲響傳輸。該發送機是可包含例如簡單的固定頻 率壓電式共振器。 互補接收器（complementary receiver)也是需要，且此 構件例如可設置在分子量計200, 300, 400, 500之遠端，且 可包含硬體例如與麥克風（microphone)整合之鎖相回路音 調偵測器（phase-locked loop tone detector)。 感測器組合204，現在將參照第6及7圖更詳細地加 以說明。石英晶體振盪器210是包含一平面截面之切割石 英。石英是會顯示壓電行為’亦即施加電壓橫過晶體，則 會造成晶體改變形狀而產生一機械力。相反地，對晶體施 加一機械力，則會產生電荷。 石英晶體振盪器210之兩個平行表面是加以金屬化， 以提供電氣連接橫過塊狀晶體。當藉由金屬接觸而施加電 壓橫過晶體時，則晶體會改變形狀《藉由對晶體施加交變 電壓（alternating voltage)，則會造成晶體振盪。 石英晶體之外形尺寸及厚度決定石英晶體之特性或共 振頻率。事實上，石英晶體振21〇之特性或共振頻率 是與兩個金屬化表面間之外形厚度成反比例。石英晶體振 堡器是在此技藝中取所皆知者，因此石英晶體振盡器加 之結構在此將不再進一步加以說明。 除此以外，該石英晶體之共振振動頻率將視其晶體所 設置的環境而變化。在真空t，晶體將具有一特定頻率。 25 201229514 然而，此頻率在不同的環境中將會改變。例如，在流體 中’晶體之振動將會受到周圍的分子而發生阻尼，且此將 會影響共振頻率及晶體在一特定的振幅振盪所需要的能 量。 此外’周圍物質之沉積在晶體上將會影響到振動中晶 體的質量、改變共振頻率。如此物質之吸附或沉積會在晶 體上形成吸附層，且當氣體吸附時質量會增加，此是構成 一般使用的選擇性氣體分析儀之理論基礎。 然而，在本情況，並無覆層（coating)施加到石英晶趙 振盪器210。事實上，物質之吸附或沉積在石英晶體振盪 器210上在本情況為非吾所欲，因為測量之準確度可能會 受到影響。 如第6圖所示，本具體實例之石英晶體振盪器21〇是 音叉形狀，且其包含一對叉齒21〇a，約5毫米長且配置成 可在32.768 kHz之共振頻率振盪。該叉齒21〇&係形成於 石英之平面截面。該又（fork)之又齒21〇a通常是在彼等之 基本模態振盪，且彼等是在共振頻率同步地移動朝向及遠 離彼此。 溶合型C非結晶性）石英具有非常低溫度相依性膨服 係數及低彈性係數。此會減少基本頻率對於溫度之相依 性，且溫度效應減至最小，如將展示於後者。 除此以外，較佳為使用AT切割或sc切割之石英。 換句話說’該石英之平面截面是在特定的角度切割使得 振盪頻率之溫度係數可配置成在室溫附近具有寬幅波峰之 26 201229514 拋物線。因此，該晶體振盪器可配置成使得在波峰頂部的 斜率是精確地為零。 此等石英晶體通常是可以相對低成本獲得。與在真空 中使用之大多數的石英晶體振盪器相反，在本具體實例中 之石英晶體振盪器210是暴露於在外罩202中在壓力下之 氣體中》 用於驅動石英晶體振盪器210之驅動電路212是展示 於第6圖。該驅動電路212必須符合數個特定的關鍵條 件。第一，本發明之石英晶體振盪器21〇是可暴露於一定 範圍之氣體壓力；若氣體鋼瓶含有經加壓之氣體例如氫 氣’則壓力是具有潛力可變化從大氣壓力（當氣體鋼瓶 100是空瓶時）至約900 bar g。因此，石英晶體振盪器 21〇是需要可在寬廣範圍之麼力下作業（及在未使用一段 期間後重新啟動）。 因此’石英晶體振盪器210之品質（Q)因素在使用 期間將會顯著地變化。該Q因素是與振盪器（oscillat〇r)或 共振器（resonator)之阻尼化率（rate of damping)相關的無因 次參數》此相當於其可定性共振器相對於其中心頻率之帶 寬（bandwidth)。 一般而言，振盪器之Q因素愈高，則振盪器之能量損 失率相對於所儲存能量愈低。換句話說，高q因素振盪器 之振盪在無外力下振輻之減少更緩慢。具有較高q因素之 正弦驅動共振器（sinus〇idally driven resonators)在共振頻率 以較大的振幅共振，但是在該彼等共振的頻率附近具有較 27 201229514 小的帶寬。 驅動電路212必須能驅動石英晶體振盪器210，不管 變化中的Q因素如何。當在氣體鋼瓶1〇〇中之壓力增加 時’石英晶體振盪器210之振盪阻尼將會變得增加，且該 Q因素將會下降。該下降的Q因素是需要藉由在驅動電路 212中之放大器（ampnfier)提供較高的增益。然而，若所提 供的放大率太高’則該驅動電路212、來自石英晶體振靈 器210之響應可能會變得不易區別。在此情況下，該驅動 電路212可在非相關的頻率、或在石英晶體振盪器21〇之 非基本模態的頻率單純地振盪。 關於又一限制是該驅動電路212必須為低功率，使其 可在具有或無補充電力例如光電伏打電池下，以低功率電 池長時間運轉。 驅動電路212 ’現在將參照第6圓來加以說明。欲能 驅動石英晶趙振盪器210，該驅動電路212在本質上是取 得來自石英晶體振盪器210之電壓訊號，將其放大，且將 該訊號回饋至石英晶體振盪器210。該石英晶體振盪器21〇 之基本共振頻率在本質上是石英之膨脹與收縮速率的函 數。此通常是藉由晶體之切割及大小而決定。 然而，外部因素也會影響到共振頻率。當所產生的輸 出頻率之能量符合在電路中的損失時，則振盪可持續。該 驅動電路212是配置成可偵測及維持此振盈頻率^然後， 該頻率可藉由處理器230加以測量而用於計算使用者所需 要的氣體之適當的性質，且若有需要時可輸出至一適當的 28 201229514 顯示器裝置（如後所揭述者）。 驅動電路212是藉由6 V電池216來提供電力。在此 具體實例中，該電池216是包含鋰離子電池。然而，另一 可行電源對於熟習此技藝者將是顯而易見，例如其他電池 類型是包括可再充電與非可再充電兩者、及太陽能電池配 置。 驅動電路212是又包含達靈頓對公用射極放大器 (Darlington pair Common Emitter amplifier) 218。該達靈頓 對是包含由兩個雙極型 NPN 電晶體（bipolar NPN transistor)所構成之複合結構，使得藉由第一電晶體 (transistor)加以放大之電流進一步藉由第二者加以放大。 此架構，當與各電晶體是採用分離方式者相比較時，則其 可獲得較高的電流增益。另一可行方法是也可使用PNP雙 極型電晶體。 達靈頓對218是配置成從單電晶體（single transistor) (Τι)公用射極放大器（Common Emitter amplifier) 220 之 反饋架構。NPN雙極型接面電晶體（NPN bipolar junction transistor)是展示於第6圖。然而，熟習此技藝者將可瞭解 的是也可使用另一可行電晶體配置，例如雙極型接面PNP 電晶體或金屬氧化物半導體場效電晶體類（MOSFETs : Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) 0 關於一變異例，自動增益控制（automatic gain control) (未展示）是可在介於達靈頓對218與公用射極放大器 220間之反饋迴路（feedback loop)中執行。此可採用電位計 29 201229514 (potentiometer)、可變式電阻器或其他適當的構件設置在例 如如第6圖所示之最右邊22k電阻之位置的形式。 自動增益控制能補償由於Q-因素隨著壓力之變化及供 應電壓之變化（例如’在低電池電力條件下）。自動增益 控制特別是可適用於低壓力應用。 驅動電路212是又包含一 NPN射極隨動器電晶體 (NPN emitter foll〇wer transistor) Τ2，其作用如同一緩衝放 大器（buffer ampliHer) 222。該緩衝放大器222是配置成作 用如同介於電路與外部環境間之緩衝器。然而，此功能是 視需要而選用且可能不需要，例如FET (場效電晶趙： Field Effect Transistor)可直接連接而驅動電路212。 電容器（capacitor) 224是設置成與石英晶體振盪器21〇 成串聯。在此實例中’該電容器224具有1〇〇 pF之值，且 在晶艘例如受到鹽類或其他沉積物而已被污染的情況，則 使得驅動電路212能驅動石英晶體振盪器21〇。 另一可行驅動電路260，現在將參照第7圖來加以說 明。如第7圖所示之驅動電路是構成為類似於一皮爾斯振 盪器（Pierce oscillator)。皮爾斯振盪器是一種習知的數位 式1C時鐘振盪器（digital IC clock oscillator) »在本質上， 該驅動電路260是包含：一單數位反相器（singie digital inverter)(以電晶體的形式）T、三個電阻Ri，r2及Rs、兩 個電容器ChQ、及石英晶體振盪器210。 在此配置中，該石英晶體振盪器210作用如同高選擇 性濾波器元件（filter element)。電阻1^作用如同電晶體τ 30 201229514 之負載電阻（load resisted)。電阻R2作用如同反饋電阻 (feedback resistor)，在其作業之線性區域對反相器 (inverter) T加偏壓（biasing)。此可有效地使得反相器T作 業如同高增益反相放大器（inverting amplifier)。另一電阻 Rs是使用於反相器T之輸出與石英晶體振盪器210間，以 限制增益及在電路中非所欲之振盪阻尼化。 石英晶體振盪器210與（^及C2組合而形成Pi網路帶 通渡波器（Pi network band-pass filter)。此使其能在約石英 晶體振盪器之共振頻率獲得180度相位位移（phase shift)及 從輸出至輸入之電壓增益（voltage gain)。如上所述之驅動 電路260是可靠且可以廉價製造，因為其包含較少的構 件。 如上所述，感測器組合204是可包含處理器230，其 係接收來自石英晶體振盪器210及驅動電路212之輸入。 該處理器230可包含任何適當的配置，例如ASIC (特定應 用積體電路：Application Specific Integrated Circuit)或 FPGA (現場可程式化閘陣列：Field Programmable Gate Array) ° 處理器230是加以程式化以計算、且若有需要時可顯 示及傳輸氣體的分子量（或氣體之均質混合物的平均分子 量）之測定結果。該處理器230之示意性主要輸入及輸出 是展示於第8圖。 當與石英晶體振盪器210 —起使用時，處理器230是 可構成為可測量來自驅動電路212之訊號的頻率f或週 31 201229514 期。此可藉由例如計數在固定時間之振盪來達成，且使用 演算法（algorithm)或查表法（look-up table)而將該頻率換算 成密度值。此數值是傳遞至該處理器230。 處理器230也接收從溫度感測器214所測得溫度τ。 此外，該處理器230接收從壓力感測器302 (若存在時） 或從固定壓力值兩者之一皆可的壓力值。此值可自動地設 定，例如在分子量計400，500是僅將被使用在大氣壓力下 或將被使用在固定式壓力調節器之出口如同分子量計200 的情況。在此情況下，將該固定壓力值輸入至該處理器 230。另一可行方法是該固定壓力值可由使用者手動地加以 輸入。 處理器230是配置成可根據所供應的輸入資訊而實施 計算，以測定石英晶體振盪器210所浸沒之氣體的分子 量。 一旦該分子量已測得，此數據是可儲存在定域記憶體 (local memory)、也可顯示在顯示器螢幕上、或也可傳送至 遠端站。 處理器230是可視需要設計成適用於大量生產而使其 在所有的分子量計200中為完全相同，且在軟體及硬體中 具有不同的功能而可用於不同的氣體》 除此以外’該處理器230也可構成為可將功率消耗最 小化，其係經由執行可涵蓋處理器230、及附加的構件例 如驅動電路212及石英晶體振盪器21〇之「待機 (standby)」或「睡覺（sleep)J 模式。 32 201229514 。執行各種的 * _ 〜a w 隹母11秒鐘 中可待機10秒鐘。此外，該處理器 ,1Λ ㈣器230可控制石英晶體振 2 2U)及驅動電路212使得此等構件大部份時間是處於 待機狀態，僅對於更高耗電構件切換成每3〇秒鐘為接通 秒鐘。 感測器組合204之理論及操作，現在將參照第9至13 圖來加以說明。 石英晶體振盪器210具有一共振頻率，且其係視其所 設置之流體的密度而定。在振盪中之音又型平面晶體振盪 器暴露於氣體中會導致晶體之共振頻率發生位移及阻尼化 (當與晶體在真空中之共振頻率相比較時）。對於此是有 數個理由。然而，氣體對於晶體之振盪是具有阻尼化效應 (damping effect)，氣體鄰近在振動中之音叉晶體振盪器 21〇的振動中又齒210a會增加振盪器之等效質量。根據單 側固定彈性樑（one_sided，fixed elastic beam)之動作，此會 導致石英晶體振盪器之共振頻率降低：

Pt 1)

2/V -(c, +c2—) Αω 其中，％ 是共振角頻率（resonant angular frequency)的 相對變化、p是氣體密度、t是石英振盪器的厚度、pq是石 英振盪器的密度且W是叉的寬度。以及c2是幾何形狀相依 性常數，且3是如下所定義之氣體之表面層的厚度： 33 201229514

2) 2η_ Ρ〇>〇 其中，W是氣體的溫度相依性黏度。 方程式1)之兩部份係相關於：a)在石英晶體振盛器 210之叉齒上之氣體的附加質量；及b)在振盪期間，在叉 齒之最外表層上出現的剪切力。 因此，該方程式是可加以重寫而以頻率來表示且簡化 成：

3 ) ¥ = Ap + By[p + C

、C是偏置常數 -EiLf

其中，A = 。、B (offset constant)且f〇是晶體在真空中之自然共振頻率。 本發明人已發現：一適當的最佳近似法（g〇〇d approximation)是可藉由下式之近似法來獲得： 4) 分》却。 因此’以最佳近似法，則頻率之變化是與石英晶體振 盪器所暴露之氣體的密度之變化成比例。第9圖是展示對 於數種不同的氣體/氣體混合物，其石英晶體振盪器21〇之 共振頻率作為密度的函數而以線性變化。 一般而言’石英晶體振盪器210之靈敏度為5%之頻 率變化是可例如在250 bar (當與大氣壓力相比較）之氧氣 (具有原子質量數32)觀察到。此等壓力及氣體密度是永 久氣體類所使用的儲存鋼瓶之典型數值，對於大多數的氣 體通常為介於137與450 bar g間’而對於氦氣及氫氣則為 34 201229514 高達 700 或 900 bar g。 石英晶體振盪器210是特別適合用作為商品級所供應 之氣體的密度感測器而形成分子量計之一部份。欲能正確 地感測氣體的密度，其係需要氣體為不含粉塵及液滴，此 是商品級所供應之氣體所保證者，但是並不保證不含空氣 或在一般的壓力監控狀態下。 一旦從石英晶體振盪器210獲得該密度值，則氣體的 分子量可從下式測定：

I

5 ) PV = nRT 其中’ p是氣體的壓力、v是氣趙的體積、n是氣體 的莫耳數、R是氣體常數且T是溫度β接著消除v，則可 獲得： 6) 以及 Ρ Μ_ Ύ MW= — 7) « 其中’ MW是氣體的分子量且 丁夏且Μ是氣體的質量。因 此’將在方程式5)中之V加以取代而導出：

其中 絕對溫度 ，α是等於RT之常數 (°Κ)。因此，對於— 而R是氣體常數且Τ是 已知的氣體的壓力、密度 35 201229514 及溫度，則可測定氣體的分子量（或在氣體之混合物的情 況時之平均分子量）。上述演算係假設該氣體是接近理想 氣體。 根據上述方程式8)，若壓力是已知（例如，壓力是 在大氣麼力或固定式麼力調節器之輸出時），則僅需要氣 體的溫度及密度以提供準確的分子量之測定。同時，若壓 力及溫度是已知為在合理的程度，則氣體的分子量是有效 地與密度成比例’或換句話說，石英晶體振盪器之共振頻 率是乘以一預定因素。 因此’氣體的分子量（或混合物之平均）可從壓力的 梯度作為密度的函數加以測定，其中重新配置方程式8而 可提供： 第10及11圖是例示分子量測量之實驗數據。兩圖是 展示對於相同的四種氣體的密度（kg/m3 )(在γ軸）作 為壓力（bar g)(在X·轴）的函數。除了第圖是展示 壓力高達300 bar g、而第11圖僅展示壓力高達1〇〇 bar g 以外’兩圖是完全相同。 所使用的四種氣體是Ferromax 15 (一種含有氮氣： 一氧化碳.氧氣之混合物）、氦氣、二氧化碳及氧氣， 如第9圖所示。線之斜度是與分子量成比例（對全部三者 假設RT是恆定）。因此，石英晶體振盪器21〇可容易地 36 201229514 測定氣體或氣體之混合物的分子量。 此外’該石英晶體振盪器210之高準確度可使得測量 至具有百萬分比（ppm)之解析度的高準確度。配合石英密度 感測器210在高密度及壓力下之線性響應，則高準確度使 其可準確地測量非常輕的氣體例如H2 (氫氣）及He (氦 氣）之分子量。 此技術之一有用的應用是在吹淨偵測（purge detection)。第12及13圖是例示氣體吹淨偵測之實驗數 據。如此資訊在例如管線之自動化軌道焊接（automatic orbital welding)的情況是重要的。 第12圖是展示對於氬氣以5公升/分鐘流入氮氣環 境，接著以氮氣重新充填之頻率（Hz)(在Y-轴）作為時 間（秒鐘）（在X-轴）的函數之圖。明顯的是該頻率之階 躍變化是可容易地以高準確度測得。 第13圖是展示相同的數據，例外的是在此情況下， Y-軸已加以校正以讀取分子量（質量單位）。 此等圖示清楚地例示：對於大多數正常用途而言，氣 體的分子量是可使用石英晶體振盪器而容易地測定。此 外，當一氣體以另一氣體加以吹淨是清楚且可確認時，則 發生該分子量之變化。因此，在吹淨期間，該分子量變化 是可使用石英晶體振盘器210及驅動電路2〇4，以充分的 準確度及時間解析度（time resolution)而計算得。 一種根據本發明之一具體實例的方法，現在將參照第 圖來加以說明。如下所述的方法是可應用到如上所述第 37 201229514 一至第四具體實例之任一者。 步驟550:初始化測量 在步驟550，在外罩202内之氣體的分子量之測量是 加以初始化（intialised)。此可藉由例如使用者按壓在外罩 202之外部的按钮來加以啟動。另一可行方法是測量可藉 由遠端連接而加以初始化，例如訊號是藉由無線網路而傳 送，且經由天線而被分子量計2〇〇, 300, 400, 500接收。 關於又一可行或附加的方法，分子量計2〇〇，3〇〇，4〇〇, 500可使其構成為以遠端式或計時器初始化。然後，該方 法係實施步驟552。 步驟552:驅動石英晶體振盈器 一旦初始化，驅動電路212是用於驅動石英晶體振盪 器210。在初始化期間，該驅動電路212施加隨機雜訊交 流電壓橫過石英晶體振盪器21〇。該隨機電壓之至少一部 份將在適當的頻率造成石英晶體振鱼H 2H)振[然後， 該石英晶體振盪器210將開始與該訊號同步而振盪。 應該暸解的是石英晶體振盈器210在本質上是一種自 足式偵測器及驅動器，因為晶體本身之共振頻率將被測 得。 藉由壓電效應，則石英晶體振盈器210之動作將會在 石英晶體振盈胃210之共振頻帶產生一電慶。然後，驅動 電路212將藉由該石英孑 、晶體振盪器210所產生的訊號加以 放大，使得在石英晶體据 i器之頻帶所產生的訊號優 控驅動電路212之輪ψ ® °石英晶體之狹幅共振頻帶濾除全 38 201229514 部非所欲之頻率，然後該驅動電$ 212驅動該石英 盘器210在基本共振頻率卜一旦該石英晶趙振盪器加 已經穩定纟-特$的共振頻帛，然後該#法係實 554 〇 辱 步驟554:測量石英晶體振盪器之共振頻率 共振頻率f是視在外罩202内的環境條件而定。在本 具體實例中，以最佳近似法，則該共振頻率Af之變化是與 在外罩202之内部206中之氣體的密度之變化大小成比 例’且將隨著密度增加而減少。 欲能實施測量，石英晶體振盪器21〇之頻率是測量歷 時約1秒鐘。此是為使得讀數穩定化而計數足夠的振盪以 測定準確的測量。該頻率之測量是在處理器230中進行。 當測量啟動後’該處理器230也可測錄（1〇g)時間凡。 一旦該頻率已測得，然後該方法係實施步驟556。 步驟556:測量氣體的溫度 在步驟556，溫度感測器214測量在外罩202内之氣 體的溫度。實施此測量是為提高從在步驟554所測得之頻 率變化的分子量的計算之準確度。 溫度測量並不需要特別準確。例如，若溫度感測器 214是準確至0 5〇c，以在稍後步驟中分子量之計算所需要 的絕對溫度值為基準，則此是相對應於誤差為僅約6〇〇分 之1(假設常態大氣溫度）。 關於另一可行方法是此步驟可簡單地涉及將一固定溫 度值輸入至處理器230。此可能發生，例如在其是使用已 39 201229514 知的溫度環境的情況。在此情況下’並不需要溫度感測器 214 ° 步驟558:測定氣體的壓力 一旦該石英晶體振盛器210之頻率已在步驟554中滿 意地測得’且溫度在步驟556中測得，然後處理器230測 定在外罩202之内部206之氣體的壓力。 此是可藉由使用來自可提供一與在外罩202中所測得 壓力成比例的電子訊號之壓力感測器302 (若有配備時） 的輸入值來達成。此也可適用於第二及第四具體實例。 另一可行方法是若壓力是已知為在合理的程度，則壓 力值可以手動地或自動地輸入至處理器23〇β此可相對應 於固定式壓力調節器之輸出（如在第一具體實例中）、或 可相對應於大氣壓力（如在第三具體實例中）。 步驟560:測定氣體的分子量 此是藉由使用上述方程式8)來完成，其中該氣體的 密度P、壓力P及溫度T是已知。因此，若知道經在步驟 554所測得之共振頻率、經在步驟556所測得之在外罩2⑽ 中氣體之已知的溫度T、及經在步驟558中所測得之氣體 之已知的壓力’則可實施分子量（氣趙之均f混合物的平 均分子量）之準確的測量。然後，該方法係實 562。 步驟562:通訊及儲存結果 氣遨的分子量是可以數種方式來顯示。例如附設在 外罩202或調節器150, 25〇之螢幕（未展示）可顯示氣體 40 201229514 的分子量（或平均分子量）。在另一可行方法中，該壓力 測量是可以遠端式與基地台或設置在鄰近的配件之量計進 行通訊，如稍後將加以說明者。 一旦該分子量已測得，此數據是可儲存在與分子量計 200’ 300，400，500相關聯的定域記憶體作為以後檢索取回 使用。關於再一可行方法，在時間Tl之該氣體的壓力可暫 時儲存在該處理器230之記憶體中而產生一時間測錄（time log)。 然後’該方法係實施步驟564。 步驟564 ·省電模式感測器組合（p〇wer d〇wn sensor assembly) 其並不需要維持分子量計200, 300, 400, 500在所有的 時間皆可作業的狀態。相反地，藉由當不在使用時將分子 量計200，300，400，500關閉以減少功率消耗是有利的。此 可延長電池216之使用壽命。 驅動電路212之架構可使得石英晶體振盪器21〇重新 啟動’不論在外罩202中之壓力如何。因此，分子量計 200, 300, 400, 500可視需要而加以停機以節省電池電力。 根據本發明之分子量計的又一應用是一種反饋式氣體 混合器（feedback-type gas mixer)。在如此的配置中，兩種 不相同的氣體是需要以精確的濃度及比率加以混合。例如 此在需要氬氟與二氧化碳之混合物的焊接應用的情況可能 是必要的’其中二氧化碳的百分率是充分地加以限定者。 此外，對於醫療應用而言，可能需要以高準確度知道特定 41 201229514 類型之氣體的相對百分率。 本發明之第五具體實例是展示於第15圖。第15圖是 展示根據本發明之第五具體實例之氣體混合器60〇及分子 量計650。 氣體混合器600是包含第一氣體源602及第二氣體源 604。在此具趙實例中’該氣體源6〇2，6〇4係包含氣體鋼 瓶’其是配置成可儲存在高壓下之永久氣體類。各鋼瓶是 包含一間（未展示）’其可為類似於在第一具體實例所展 示之閥104。 在各氣邀鋼瓶内所含有的氣體是不相同且視所需要的 使用而加以選擇。例如，在焊接應用中是使用氬氣與二氧 化碳之混合物°另-*選擇為對於可能需要氧氣與氮氣之混 合物的醫療應用。 第一及第二氣體源602, 604是分別連接到第一及第二 供應管線606，608。止回閥61〇，612是分別設置在各第一 及第一氣體源602, 6〇4之下游的各第一及第二供應管線， 以防止氣體回流至氣體源602, 604。 主閥614是設置在止回閥（n〇n_return vaive) 61〇 作且Γ的第一供應管線6〇6中。該主閥614是可手動地操 β採取任何適當的形式。例如，該主閥614可採取簡 單的〇n/〇ff肋 > t 器。 网、或可包含可調整式流動閥、VIPR或調節 選擇為該主閥614可為由使用者從氣體混合器 6U(J之遠蛾、 从此 u電子式控制。氣體之混合物的整體流率（稍 後敘述）是以主間614加以設定。 42 201229514 電磁閥616是設置在止回閥612之下游的第二供應管 線608中。該電磁閥616是包含電樞（未展示），其係可 響應通過設置在電磁閥616之本體中的一組線圈（未展 示）之電流而移動。該電柩是可移動而開放或關閉電磁閥 616 ’以使得氣體可流經電磁閥616而到達其下游的構件。 電磁閥616可為在正常開啟條件。換句話說，在並無 電流通過該電磁閥616時，電樞是在伸展位置而使得該電 磁閥616是開放，亦即來自第二氣體源6〇4之氣體是可經 由其而流動到達電磁閥616之下游的構件。若電流施加到 該電磁閥616，則該電樞將會撤回且該電磁閥616將被關 閉而防止氣體經由其而流動。在此具體實例中，該電磁閥 616是以直線方向而可連續地變化。 熟習此技藝者將可容易地瞭解的是可使用於本發明之 不同類型的電磁閥。例如，電柩可直接作用如同一可選擇 性操作流動限制。另一可行方法是該電樞可直接作用在膜 片。關於另一可行方法是該電樞可控制通過狹窄導管而與 電磁閥616之下游的供應管線608溝通之流動，以調節膜 片之移動。如此的配置是習知的膜片導引閥（diaphragm pilot valve)。該電磁閥616是藉由分子量計650而控制， 如稍後將加以說明者。 第一及第一供應管線606，608是兩者皆連接到混合器 單元618。該混合器單元618是可操作而組合兩個來自第 一及第二供應管線606，008之流動，且將組合之流動輸送 至第二供應管線620。該混合器單元618僅作用而組合兩 43 201229514 個流動，而並不會改變在各流動辛之氣體的比例或壓力。 固定式壓力調節器622是設置在混合器單元618之下 游的第三供應管線62〇中。該壓力調節器622是實質地類 似於參照第一具體實例所揭述之固定式壓力調節器15〇, 因此在此將不再進一步地加以說明。該固定式壓力調節器 622是配置成可調節所接收來自混合器單元618之氣趙的 壓力，且以恆定壓力提供氣體至該固定式壓力調節器 之下游的第二供應管線620的一部份。此壓力可為例如$ bar 〇 第五具艘實例是包含分子量計650。該分子量計65〇 之構件是實質地類似於第一具體實例之該等分子量計 200，因此在此將不再進一步地加以說明。然而，該分子量 計650是又包含電子式螺線管驅動裝置（electr〇nic s〇len()id drive) 652，連接到電磁閥616、及連接到分子量計650之 感測器組合204。 螺線管驅動裝置652是配置成可接收來自感測器組合 204之訊號，且可控制電磁閥616以響應該訊號。因此， 分子量計650是可操作而控制通過電磁閥616之氣體的流 動。換句話說’該分子量計650及電磁閥616形成反饋迴 路’其係允許精確的且遠端壓力調節沿著第二供應管線 608至混合器618之氣體的流動。因此，在混合器單元618 中所混合之氣體的比例是可精確地加以控制，如稍後將加 以說明者。 螺線管驅動裝置652是可包含任何適當的用於控制電 44 201229514 磁閥616 <駆動電路。一適當的電路可為運算放大器配置 (P ational amplifler arrangement)，其係具有一從感測器 2(M JL運算放大器之負極端子的輸人。因此，一可變 :電阻器可搭接到正極端子。該可變式電阻器是配置成可 提供參考位準且作用如同-比較器（comparator)。該 參考位準是可自動地或手動地加以變化。 從感測器組合204至螺線管驅動裝置652的輸入將會 ^成電磁$ 616之動作。例如，若來自該感測器組合2〇4 (或另一選擇為處理器23〇)之輸入訊號超過特定的臨限 位準（threshold level)，則該螺線管驅動裝置652可激發該 電磁閥616。該電磁閥616是可以數位式（亦即，〇n或 〇订）方式加以控制，其中Dc電壓是在介於最大與最小值 間變化。另一可行方法是來自該螺線管驅動裝置652之 DC電壓可為可連續地變化而準確地調整通過該電磁閥^6 之節流量。 除此以外或另一可行方法是螺線管驅動裝置652藉由 包含交流分量之直流輸出而可控制電磁閥616。因為電樞 從該電磁閥616之伸展是約與所施加的電流成比例，此會 造成該電磁閥616之電柩振盪。如此的振盪可減輕該電樞 之「靜摩擦（stiction)」，亦即有助於防止該電枢變得卡住 或塞住。 另一可行方法是其他控制配置，例如FETs (場效電晶 體類：Field Effect Transistors)、處理器或 ASICs (特定 應用積體電路：Application Specific Integrated ❿⑶如） 45 201229514 可適當地用於控制電磁目616之動作。此外，該電磁間 616可以數位式（亦即，0n/0ff)或類比式（亦即，以可連 績地變化）兩者之-皆可的模式而動作，使得電樞或類似 物可準確的移動。 在第15圖，分子量計65G之主要構件是與電磁間— 分開展示。在如此的情況下，該電磁閥616是可藉由介於 感測器組合204與螺線管驅動裝置652間之無線通訊而加 以遠端控制。 雖然上述具體實例已參考分子量計65〇及固定式壓力 調節器622加以說明，但是也可使用其他變異例。例如， 該固疋式壓力調節器622是可加以省略、或以可變式壓力 調節器例如在第3圖所展示之調節器250加以取代。在此 另一可行方法中，該分子量計65〇將需要壓力感測器，例 如第二具體實例之分子量計300的壓力感測器302。 另一可行方法是固定式壓力調節器622可加以省略， 且分子量計650可具有導管至大氣，如同在第三具體實例 之分子量計300所設置者。在此情況下，並不需要壓力 计’由於在分子量計650之外罩202内的壓力將經常為在 大氣壓力。 氣體混合器600之作業，現在將加以說明。如前所 述’分子量計650是能測定氣髗的分子量、氣體的平均分 子量°當兩種氣體以不同的比例混合時，則氣體混合物的 平均分子量將會根據各氣體的相對比例而變化。因此，藉 由實施混合物的平均分子量之測量、及使用各自氣體的分 46 201229514 子量則可測得在混合物中之各氣體的比例。 田本Ί·描1體源6〇2之氣體的主流率是藉由如前所述 使用者可操作之主閥614加 ,χ Μ設疋。一旦此已經加以設 ;，：4子量計650可控制電磁間心而分配來自第二氣 !!::氣體的正確數量，以達成所欲比例之氣體的混 合物。此是經由螺線管驅動装置652來達成。 二若來自第二氣體源6〇…體的比例是太高 二，子量計_將會經由螺線管驅動裝置说而關閉 或部份關閉電磁間616以限制來自第二氣體源6〇4之氣體 的流動。同時，若央6笙_左 采自第一氣體源604之氣體的比例是太 低’則刀子量計650將會經由螺線管驅動裝置M2而開 放或部份開放電磁閥616以增加來自第二氣體源_之氣 體的流動。 上述具體實例提供一種低成本、可靠且穩固的供應氣 體混合物的方法，其中在混合物中之各氣體的比率是可靠 且準確地加以測定及維持。 述具體實例之變異例對於熟習此技藝者將是明顯可 見硬體與軟體構件之精確的架構可能會不同但是仍然 屬於本發明之範圍内。熟習此技藝者將可容易地瞭解的是 也可使用之其他可行的架構。 例如如上所述之具體實例是使用具有基本頻率為 32.768 kHz 夕 π #。 _ <石央晶體振盪器。然而，也可使用在其他可 ^頻率作業之晶體。例如，在60 kHz及100 kHz作業之石 央晶體振靈器也可使用於上述具體實例。-展示對於不同 47 201229514 的晶體之頻率隨著密度之變化之圖是如第16圖所示。關於 另一實例’也可使用在頻率為1.8 MHz作業之晶體振盪 器。 較高頻率作業可使其更頻繁地監控壓力，由於取樣一 特定周期數所需要的時間期間較短。除此以外，較高頻率 晶體可使其在晶體之「睡覺」模式所使用的工作週期較 小。舉例來說明，在大多數的情況下，該晶體及驅動電路 將花費大部份的時間關閉，僅在測量需要時將其開啟歷時 約1秒鐘。此可能發生例如每分鐘一次。當使用較高頻率 晶體時，則可較快速地測得壓力。因此，可縮減其中晶趙 是在作業中的時間。此可減少功率消耗，且伴隨著可改善 電池使用壽命。 除此以外，上述具體實例已藉由測量石英晶體振盪器 之絕對頻率而加以說明。然而，在自足式（self_c〇ntained) 電子產品併用入一搭配調節器之氣體鋼瓶中，藉由與完全 相同類型但是封閉在真空或耐壓封裝的參考晶體（reference crystal)之頻率相比較而測量感測器之頻率位移可能也是有 利的。該耐壓封裝可含有在所選擇的密度之氣體、在大氣 條件下或可開放至氣體鋼瓶之外部的大氣之氣體。 一適當的感測器組合700是展示於第丨7圖。該感測 器組合700是包含第一石英晶體振盪器7〇2及第二石英晶 體振盪器704。第一石英晶體振盪器7〇2是一種參考晶 體，且其係設置在真空下之密封容器7〇6内。第一石英晶 體振盪器702是藉由驅動電路708而驅動。 48 201229514 第二石英晶體振盪器704是一種類似於在先前具體實 例中所揭述之石英晶體振盪器210的晶體。第二石英晶體 振盪器704是暴露於在外罩202内的氣體環境中。第二石 英晶體振盪器704是藉由驅動電路710而驅動。 此比較係可藉由使用電子式混頻電路（electronic mixer circuit) 714而實施，其係組合雙頻訊號，且在等於兩個晶 體間之差異的頻率產生一輸出。此配置可使其忽視由於例 如溫度之小變化。 此外，在感測器組合204中所使用的電路可加以簡 化，由於僅差異頻率是需要加以測量。此外，此手段是特 別適合使用於其可能不易直接測量晶體頻率之高頻 (MHz )晶體振盡器。 除此以外’測量及顯示密度、質量或質量流量所需要 的全部電子產品並不需要安裝在氣體鋼瓶上或其中。例 如，根據電子產品功能可分成：永久安裝在鋼瓶上的單 元、及安裝在客戶之使用站或暫時安裝在鋼瓶之出口例如 一般傳統的流量計所使用的位置上兩者之一皆可的單元。 此配置之一實例是可參照如第18圖所展示者。該配 置是包含：含有氣體鋼瓶800、調節器8〇2及分子量計8〇4 的氣體鋼瓶組合80。該氣體鋼瓶8〇〇、調節器8〇2及分子 量計804是實質地類似於氣體鋼瓶ι〇〇、調節器15〇及分 子量計200，300，400，500，如先前在參照先前具體實例已 實質地加以說明者。 在此具體實例中’分子量計804是包含：石英晶體振 49 201229514 盪器及驅動電路（未展示），類似於先前具體實例之石英 晶體振盪器210及驅動電路212。天線806是配備用於經 由任何適當的遠端通訊協定（remote communication protocol)之通訊，例如藍牙、紅外線（IR)或RFID (無線 射頻識別技術）。另一可行方法是也可使用一線式通訊。 關於另一可行方法是也可使用聲響通訊方法（acoustic communication method)。此方法之優點是遠端通訊並不需 要外部天線而可有效地達成。 連接管808是連接到氣體鋼瓶800之出口。該連接管 是藉由快速連接之接頭（quick connect connection) 810而終 接。該快速連接之接頭810可使得輸送管線或構件容易且 快速地與氣體鋼瓶800連通及拆卸。 快速連接單元（quick connect unit) 850是配備用於連 接到氣體鋼瓶800。互補性快速連接之接頭（complementary quick connect connector) 812是提供用於連接到接頭 (connector) 810。此外，該快速連接單元850是配備數據 單元（data unit) 852。該數據單元852是包含顯示器854及 天線856用於與氣體鋼瓶組合80之天線804通訊。該顯示 器854也可包含例如LCD、LED或日光可讀顯示器 (daylight-readable display)以將功率消耗最小化、及將顯示 器之視認性最大化。 數據單元852可測錄藉由氣體鋼瓶組合80之分子量 計804所測得之各種參數。例如，該數據單元852可測錄 相對於時間之分子量。如此的測錄是有用的，例如對於焊 50 201229514 接〇商希望檢查該氣流是存在且在長時間的氣體焊接程序 對於關鍵的構件是正確、或對特定客戶的使用量提供公司 數據。 除匕又外1^數據單元852是配置成可提供下列功 能：若氣體類型改變時，提供可聽見或看見的警報；含有 及顯不氣體的類型數據；提供多模式操作，例如供應商，充 填者模式及客戶模式；允許數據之輸入；提供數據，例如 鋼瓶數目、氣體之類型、產品檢驗報告書、客戶歷史記錄 (何人何日擁有鋼瓶）、安全資料及操作提示是可記載在 鋼瓶之摘要表中。 關於另可行方法是全部上述實例是可從一種整體設 置在氣艘鋼瓶8GG或外罩2G2之上（或之内）㈣統而可 視需要而加以處理、儲存或獲得，如在分子量計·，3〇〇, 400, 500中所論述者。 雖然上述具體實例已參照石英晶體振盪器之用途而加 以說明’但是熟習此技藝者將可容易地瞭解的是也可使用 另-可行壓電材料類。例如，非限制性例示是可包括晶體 振盪器類：包含鈕酸鋰、鈮酸鋰、硼酸鋰、塊磷鋁石、砷 化鎵、四硼酸鋰、磷酸鋁、氧化鍺鉍、多晶形鈦酸锆陶 瓷、高氧化鋁陶瓷、矽-氧化辞複合物、或酒石酸二鉀。 本發明之具體實例已特別參照所例示的實例加以說 明。雖然特定的實例是展示於圖式且在本文中加以詳細說 月，然而應瞭解該等圖式並不意圖限制本發明為如同所揭 示之特疋形態。應瞭解的是可在本發明之範圍内對所揭述 51 201229514 之實施例作各種變異及改良。 【圖式簡單說明】 第1圖是氣體鋼瓶及調節器組合（regulator assembly) 之示意圖。 第2圖是展示根據本發明之第一具體實例的調節器組 合及分子量計之示意圖。 第3圖是展示根據本發明之第二具體實例的調節器組 合及分子量計之示意圖。 第4圖是展示根據本發明之第三具體實例的調節器組 合及分子量計之示意圖。 第5圖是展示根據本發明之第四具體實例的分子量計 之示意圖。 第6圖是使用於第一至第四具體實例之任一者的驅動 電路之示意圖。 第7圖是展示使用於第一至第四具體實例之任一者的 另一可行驅動電路之示意圖。 第8圖是展示使用於第一至第四具體實例之任一者的 處理器之輸入及輸出參數之示意圖。 第9圖是展示對於數種不同的氣體之石英晶體頻率 (kHz )(在Y-軸）作為密度（kg/m3 )的函數之圖。 第10圖是展示對於氬氣、氧氣及氬氣：二氧化碳： 氧氣混合物在壓力高達300 bar g下之氣體密度（kg/m3 ) (在Y-軸）作為壓力（bar g )(在X-轴）的函數之圖。 52 201229514 第π圖是展示對於氬氣、氧氣及氬氣：二氧化碳： 氧氣混合物在壓力高達100 bar g下之氣體密度（kg/m3) (在Y-轴）作為壓力（bar g)(在X·轴）的函數之圖。 第12圖是展示當將氣體加以吹淨時，頻率變化 (Hz)(在Y-軸）作為時間（秒鐘）（在χ轴）的函數 之圖。 第13圖是相對應於第12圖之圖，展示所計算得分子 量之變化（在Y-轴）作為時間（秒鐘）（在Χ·轴）的函 數之圖。 第14圖是例示一種根據所揭述之一具體實例的方法 之流程圖。 第15圖是展示本發明之第五具趙實例的氣體混合器 配置之示意圖。 第16圖是展示不同的晶體類型之頻率特性之圖。 第17圖是展不包含兩個石贫b播少s 办石英晶體之另一可行的感測 器組合之示意圖。 第18 展示使用遠端電子式數據單元之另一可行 的配置。 【主要元件符號說明】 10 氣體鋼瓶組合 100 氣體鋼瓶 102 氣體鋼瓶體 102a 底座 53 閥 開口 外罩 出σ 閥體 閥座 可握緊之手柄 調節器 入口 出口 入口管 出口管 聯結器 閥區 提動閥 閥座 膜片 開口 彈簧 軸 分子量計 外罩 感測器組合 内部 54 201229514 208 210 210a 212 214 216 218 220 222 230 250 252 260 300 302 400 402 404 406 500 502 504 供氣管 石英晶體振盪器（石英密度感測器 體振盪器） 叉齒 驅動電路 溫度感測器 電池 達靈頓對公用射極放大器 單電晶體（T!)公用射極放大器 緩衝放大器 處理器 調節器 可握緊之手柄 驅動電路 分子量計 壓力感測器 分子量計 導管 節流孔口 遠側末端 分子量計 外罩 隔壁 開口 音叉晶 55 506 濾網 加熱器 步驟550:初始化測量 步驟552:驅動石英晶體振盪器 步驟554:測量石英晶體振盪器之共振頻率 步驟556:測量氣體的溫度 步驟558:測定氣體的壓力 步驟560:測定氣體的分子量 步驟562:通訊及儲存結果 步驟564:省電模式感測器組合 氣體混合器 第一氣體源 第二氣體源 第一供應管線 第二供應管線 止回閥 止回閥 主閥 電磁閥 混合器單元（混合器） 第三供應管線 固定式壓力調節器 分子量計 螺線管驅動裝置（電子式螺線管驅動裝置） 56 201229514

700 702 704 706 708 710 714 80 800 802 804 806 808 810 812 850 852 854 856 MW 感測器組合 第一石英晶體振盪器 第二石英晶體振盪器 密封容器 驅動電路 驅動電路 電子式混頻電路 氣體鋼瓶組合 氣體鋼瓶 調節器 分子量計 天線 連接管 快速連接之接頭（接頭） 互補性快速連接之接頭 快速連接單元 數據單元 顯示器 天線 分子量計 内部容積 57

V

Claims (1)

1. 201229514 七、申請專利範園： …種測量氣艘的分子*的方法，其是使用與氣體相接 觸之高頻平面M電式晶體振盈器（2U))，且該方法是 包括： a) 使用該壓電式晶體振M器以測量氣體的密度，其 係藉由： ' 使用驅動電路（212)以驅動壓電式晶體振盪器 而使得該壓電式晶體振盈器在單一共振頻率共振 (552)，及 測量該壓電式晶體之該單一共振頻率而測定氣 體的密度（ 554);以及 b) 從氣體的密度、所測得或預定之壓力、及氣體的 所測得或預定之溫度而測定氣體的分子量（556、 558 、 560)。 2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其係又包含測量 氣體的壓力。 3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中該氣體的壓 力是使用電子式壓力感測器所測得。 4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該氣體之預 定壓力是設置在該振盪器之上游的氣體調節器之固定 輸出壓力。 5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該氣體之預 定壓力是大氣壓力。 6. 如申請專利範圍前述各項中之任一項所述的方法，其 201229514 係又包含使用溫度感測器以測量氣體的溫度。 7. 一種量計（200、300、400、500、650)，其係用於測 量氣體的分子量，且該量計是包含：一外罩（202、 502 )，其係具有入口（ 208、506 )及内部（206 )用 於接收將加以測量之該氣體；及一感測器組合 (204)，其係包含設置在該外罩内之高頻平面壓電式 晶體振盪器（210)，且使得在使用時該壓電式晶體振 盪器是與該氣體相接觸，且該感測器組合是配置成： 可驅動壓電式晶體振盪器而使得該壓電式晶體振盪器 在單一共振頻率共振， 可測量該壓電式晶體振盥器之該單一共振頻率而測定 氣體的密度，以及 從氣體的密度、所測得或預定之壓力、及氣體的所測 得或預定之溫度而測定氣趙的分子量。 8. 如申請專利範圍第7項所述之量計，其中該感測器組 合是包含驅動電路，其係含有配置成從公用射極放大 器之反饋架構的達靈頓對。 9. 如申請專利範圍第7或8項所述之量計，其係又包含 壓力感測器’用於測量氣體的壓力。 10. 如申請專利範圍第9項所述之量計，其中該壓力感測 器是電子式壓力感測器。 11·如申請專利範圍第7或8項所述之量計，其是設置在 固定式壓力調節器之下游，其中該氣體的壓力具有一 基於該固定式壓力調節器之輸出的預定值。 2 201229514 12.如申請專利範圍第7或8項所述之量計，其係又包 含··一該入口之上游的節流孔口、及一該入口之下游 至大氣的出口，其中該氣體之預定壓力是大氣壓力。 如申請專利範圍第7至12項中任一項所述的量計，其 中該感測器組合是又包含溫度感測器。 14.如申請專利範圍前述各項中之任一項所述的方法或量 计’其中該壓電式晶體振盪器是包含至少兩個平面又 齒0 如申請專利範圍前述各項中之任一項所述的方法或量 十其中該壓電式晶體振盪器具有共振頻率為32 kHz 或以上。 16. 大產’其係可藉由可程式化處理設備 執行，且其句β 含一種或以上用於實施如申請專利範圍 而 第1至6項中任 項所述之步驟的軟體部份 一種儲存媒锻 貉固笛，其係電腦可用，且其具有如申請專利 範圍第16項所述 疋而儲存於其中之電腦程式產品。 17.