(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時にチョーク流が発生するように配置されたオリフィスを通るガスの質量流速を自動的に制御する方法であって、ガス源の下流に位置する電子弁、オリフィスの上流でかつ電子弁の下流でガスと接触する圧電発振器及び温度センサを含むコントローラを使用し、該圧電発振器がオリフィスの上流のガスの密度に比例する共振周波数を有し、チョーク流れ状態下で、オリフィスの上流のガスの密度がオリフィスを通る質量流速に比例する方法であり、該方法は以下の工程、
ａ）共振周波数で圧電発振器を駆動すること、
ｂ）圧電発振器の共振周波数を測定すること、
ｃ）温度センサを使用してガスの温度を測定すること、
ｄ）前記コントローラにおいて、前記共振周波数及び温度から誘導される関数の予め決められた目標値、並びにオリフィスを通る代表的な特定の質量流速を格納すること、及び、
ｅ）前記目標値と、圧電発振器の共振周波数測定値及びガスの温度測定値の関数との差を最小にするように電子フィードバックループにより電子弁を制御し、それにより、前記オリフィスを通るガスの特定の質量流速を維持することを含む、方法。
【請求項２】
工程ｅ）は圧電発振器の共振周波数をガスの絶対温度の平方根で割ったものに比例する関数に応答して電子弁を制御することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電子弁はソレノイド弁を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、オリフィスの下流でガスと接触するさらなる圧電発振器をさらに使用し、ここで、工程ａ）はさらなる圧電発振器を共振周波数で駆動することをさらに含み、工程ｂ）はさらなる圧電発振器の共振周波数を測定することをさらに含み、そして工程ｅ）は、圧電発振器、さらなる圧電発振器の共振周波数、及び、ガスの温度に応答して電子弁を制御して、それにより、前記オリフィスを通るガスの質量流速を調節することをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
工程ｃ）は
ｆ）圧電発振器の共振周波数及びさらなる圧電発振器の共振周波数から、オリフィスの上流のガスの密度及びオリフィスの下流のガスの密度を決定することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
工程ｃ）は
ｇ）オリフィスの上流のガスの密度／オリフィスの下流のガスの密度の比を決定することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ガスの質量流速を調節するためのコントローラであって、該コントローラは、使用時にチョーク流が発生するように配置されたオリフィスを通るガスの質量流速を自動的に制御するように動作することが可能であり、該コントローラはガス源の下流に位置する電子弁、オリフィスの上流でかつ電子弁の下流でガスと接触する圧電発振器及び温度センサを含み、該圧電発振器はオリフィスの上流のガスの密度に比例する共振周波数を有し、チョーク流れ状態下で、オリフィスの上流のガスの密度がオリフィスを通る質量流速に比例し、該コントローラは共振周波数で圧電発振器を駆動すること、圧電発振器の共振周波数を測定すること、温度センサを使用してガスの温度を測定すること、前記共振周波数及び温度から誘導される関数の予め決められた目標値、並びにオリフィスを通る代表的な特定の質量流速を格納すること、及び、前記目標値と、圧電発振器の共振周波数測定値及びガスの温度測定値の関数との差を最小にするように電子フィードバックループにより電子弁を制御し、それにより、前記オリフィスを通るガスの特定の質量流速を維持するように動作することが可能である、コントローラ。
【請求項８】
圧電発振器の共振周波数をガスの絶対温度の平方根で割ったものに比例する関数に応答して電子弁を制御するようにさらに動作することが可能である、請求項７に記載のコントローラ。
【請求項９】
前記電子弁はソレノイド弁を含む、請求項７又は８に記載のコントローラ。
【請求項１０】
オリフィスの下流でガスと接触するさらなる圧電発振器をさらに含み、該コントローラは、さらに、さらなる圧電発振器を共振周波数で駆動し、さらなる圧電発振器の共振周波数を測定し、そして圧電発振器、さらなる圧電発振器の共振周波数、及び、ガスの温度に応答して電子弁を制御して、それにより、前記オリフィスを通るガスの質量流速を調節するようになっている、請求項７〜９のいずれか１項に記載のコントローラ。
【請求項１１】
圧電発振器の共振周波数及びさらなる圧電発振器の共振周波数から、オリフィスの上流のガスの密度及びオリフィスの下流のガスの密度を決定するようにさらに動作することが可能である、請求項１０に記載のコントローラ。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法の工程を実施するための１つ以上のソフトウェア部分を含む、プログラム可能な処理装置により実行可能なコンピュータプログラム製品。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコンピュータプログラム製品を格納しているコンピュータで使用可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの質量流速を調節するための方法及び機器に関する。より詳細には、本発明は、圧電発振器を用いた、流量制限オリフィスを通るガスの質量流量を調節するための方法及び機器に関する。
【０００２】
本明細書中に記載される方法及び機器は、比較的高い圧力の流体（例えば、約１０バール以上）が存在する装置に応用することができ、例えば、高圧流体を用いた高圧シリンダー又は製造プラント内の流体の供給に応用することができる。本発明は、特に、「クリーン」ガス、すなわち、水蒸気又は埃などの不純物又は汚染物をほとんど又は全く含まないガスに関する。
【０００３】
本発明は特に永久ガスに応用可能である。永久ガスは圧力だけによって液化することができないガスであり、例えば４５０バールゲージ（バールゲージ（bar g）は大気圧を超える圧力の尺度である）までの圧力でシリンダー内に供給することができる。例としてはアルゴン及び窒素である。しかし、これは限定するものとして解釈されるべきではなく、ガスという用語は、永久ガス及び液化ガスの蒸気の両方などの、より広い範囲のガスを包含するものと考えることができる。
【背景技術】
【０００４】
液化ガスの蒸気は圧縮ガスシリンダー内の液体の上方に存在する。シリンダー内に充填するために圧縮されるときに、加圧下で液化するガスは永久ガスではなく、より正確には、加圧下での液化ガスとして又は液化ガスの蒸気として記載されている。例として、亜酸化窒素は、１５℃で４４．４bar gの平衡蒸気圧でもって、液体形態でシリンダー内に供給される。このような蒸気は、周囲条件付近の圧力又は温度により液化されうるので、永久ガス又は真のガスではない。
【０００５】
圧縮ガスシリンダーは、高圧、すなわち、大気圧よりも有意に大きい圧力でガスを含むように設計された圧力容器である。圧縮ガスシリンダーは、低コストの一般産業市場から、医療市場、さらには、高純度の腐食性、毒性又は発火性特殊ガスを利用するエレクトロニクス製造などの高コストの用途まで、広範な市場で使用されている。一般に、加圧ガス容器はスチール、アルミニウム又は複合材料を含み、ほとんどのガスに関して４５０bar gまでの最大充填圧、そして水素及びヘリウムなどのガスに関して９００bar gまでの最大充填圧で、圧縮、液化又は溶解ガスを格納することが可能である。
【０００６】
ガスシリンダー又は他の圧力容器から効果的かつ制御可能にガスを分配するために、バルブ又はレギュレータが必要とされる。多くの場合に、２つが組み合わされて、統合圧力レギュレータを含むバルブ（ＶＩＰＲ）を形成する。レギュレータはガスが一定圧力で分配され、又は、ユーザ可変の圧力で分配されるように、流れを調整することができる。
【０００７】
多くの用途では、ガスシリンダーから一定流速のガスを提供することが望ましい。これは医療用途などの多くの用途に重要であることができる。正確な程度に一定の流速を提供するために、流速を最初に測定し、それに応じて制御しなければならない。
【０００８】
多くの異なる質量流量測定装置は知られている。一般的に多くの産業用途で使用されているクラスの質量流量計は機械的な質量流量計である。このような流量計は、質量流量を測定するために移動又は回転する機械部品を含む。１つのこのようなタイプは、成形管上での流体の効果により流体の流れを測定する慣性流量計（又はコリオリ流量計）である。コリオリ流量計は高精度で広範囲の流速を扱うことができる。しかし、流速を検知するために、作動、検知、エレクトロニクス及びコンピュータ計算機能などの複雑なシステムが必要とされる。
【０００９】
代替の機械式質量流量計は、ダイアフラム計、ロータリー計及びタービン計である。しかし、これらのタイプの計器は一般的にあまり正確でなく、摩耗を受けることがある可動部品を含む。さらに、回転計などの計器は比較的低い流速を測定するためにのみ有用である。
【００１０】
質量流量計の別のクラスはエレクトロニクス流量計である。２つの主要なタイプは、熱計器及び超音波計器である。熱式流量計は流速を測定するために加熱管を通る熱伝達を測定する。超音波流量計はガス媒体中の音速を測定し、時々、パイプ内の複数の経路にわたる音の速度を平均化する。しかしながら、両方のタイプのエレクトロニクス流量計は、一般に、有意な信号処理ハードウェアを必要とし、一般的に高コスト品である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、既知の装置は、質量流量を制御するのはもちろんのこと、単に質量流量を測定するために、複雑でかさばって高価なハードウェアが必要とされるという技術的問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第一の態様によれば、使用時にチョーク流が発生するように配置されたオリフィスを通るガスの質量流速を自動的に制御する方法であって、ガス源の下流に位置する電子弁、オリフィスの上流でかつ電子弁の下流でガスと接触する圧電発振器及び温度センサを使用する方法が提供され、該方法はａ）共振周波数で圧電発振器を駆動すること、ｂ）圧電発振器の共振周波数を測定すること、ｃ）ガスの温度を測定すること、及び、ｄ）圧電発振器の共振周波数及びガスの温度に応答してフィードバックループにより電子弁を制御し、それにより、前記オリフィスを通るガスの質量流速を調節することを含む。
【００１３】
ある実施形態によると、使用時にチョーク流が発生するように配置されたオリフィスを通るガスの質量流速を自動的に制御する方法であって、ガス源の下流に位置する電子弁、オリフィスの上流でかつ電子弁の下流でガスと接触する圧電発振器及び温度センサを使用する方法が提供され、該方法はａ）共振周波数で圧電発振器を駆動すること、ｂ）圧電発振器の共振周波数を測定すること、ｃ）ガスの温度を測定すること、及び、ｄ）圧電発振器の共振周波数及びガスの温度に応答して電子弁を制御し、それにより、前記オリフィスを通るガスの質量流速を調節することを含む。
【００１４】
１つの実施形態において、工程ｄ）は圧電発振器の共振周波数をガスの温度の平方根で割ったものに比例する関数に応答して電子弁を制御することを含む。
【００１５】
１つの実施形態において、工程ｄ）はｅ）電子フィードバックループによって電子弁を制御することをさらに含む。
【００１６】
１つの実施形態において、工程ｅ）はｆ）前記共振周波数及び温度から誘導される関数の予め決められた目標値を格納すること、及びｇ）前記目標値と、圧電発振器の共振周波数測定値及び温度測定値の関数との差を最小にするように、前記電子弁を制御すること、の工程をさらに含む。
【００１７】
１つの実施形態において、電子弁はソレノイド弁を含む。
【００１８】
１つの実施形態において、方法はオリフィスの下流でガスと接触するさらなる圧電発振器を使用し、ここで、工程ａ）はさらなる圧電発振器を共振周波数で駆動することをさらに含み、工程ｂ）はさらなる圧電発振器の共振周波数を測定することをさらに含み、そして工程ｃ）は、圧電発振器、さらなる圧電発振器の共振周波数、及び、ガスの温度に応答して電子弁を制御して、それにより、前記オリフィスを通るガスの質量流速を調節することをさらに含む。
【００１９】
１つの実施形態において、工程ｃ）はｄ）圧電発振器の共振周波数及びさらなる圧電発振器の共振周波数から、オリフィスの上流のガスの密度及びオリフィスの下流のガスの密度を決定することをさらに含む。
【００２０】
１つの実施形態において、工程ｃ）はｅ）オリフィスの上流のガスの密度／オリフィスの下流のガスの密度の比を決定することをさらに含む。
【００２１】
本発明の第二の態様によれば、ガスの質量流速を調節するためのコントローラが提供され、該コントローラは、使用時にチョーク流が発生するように配置されたオリフィスを通るガスの質量流速を自動的に制御するように動作することが可能であり、該コントローラはガス源の下流に位置する電子弁、オリフィスの上流でかつ電子弁の下流でガスと接触する圧電発振器及び温度センサを含み、該コントローラは共振周波数で圧電発振器を駆動すること、圧電発振器の共振周波数を測定すること、ガスの温度を測定すること、及び、圧電発振器の共振周波数及びガスの温度に応答して電子フィードバックループにより電子弁を制御し、それにより、前記オリフィスを通るガスの質量流速を調節するように動作することが可能である。
【００２２】
ある実施形態によると、ガスの質量流速を調節するためのコントローラが提供され、該コントローラは、使用時にチョーク流が発生するように配置されたオリフィスを通るガスの質量流速を自動的に制御するように動作することが可能であり、該コントローラはガス源の下流に位置する電子弁、オリフィスの上流でかつ電子弁の下流でガスと接触する圧電発振器及び温度センサを含み、該コントローラは共振周波数で圧電発振器を駆動すること、圧電発振器の共振周波数を測定すること、ガスの温度を測定すること、及び、圧電発振器の共振周波数及びガスの温度に応答して電子弁を制御し、それにより、前記オリフィスを通るガスの質量流速を調節するように動作することが可能である。
【００２３】
１つの実施形態において、コントローラは圧電発振器の共振周波数をガスの温度の平方根で割ったものに比例する関数に応答して電子弁を制御するようにさらに動作することが可能である。
【００２４】
１つの実施形態において、コントローラは電子フィードバックループによって電子弁を制御するようにさらに動作することが可能である。
【００２５】
１つの実施形態において、コントローラは前記共振周波数及び温度から誘導される関数の予め決められた目標値を格納し、そして前記目標値と、圧電発振器の共振周波数測定値及び温度測定値の関数との差を最小にするように、前記電子弁を制御するようにさらに動作することが可能である。
【００２６】
１つの実施形態において、電子弁はソレノイド弁を含む。
【００２７】
１つの実施形態において、コントローラは、オリフィスの下流でガスと接触するさらなる圧電発振器をさらに含み、該コントローラは、さらなる圧電発振器を共振周波数でさらに駆動し、さらなる圧電発振器の共振周波数を測定し、そして圧電発振器、さらなる圧電発振器の共振周波数、及び、ガスの温度に応答して電子弁を制御して、それにより、前記オリフィスを通るガスの質量流速を調節するようになっている。
【００２８】
１つの実施形態において、コントローラは圧電発振器の共振周波数及びさらなる圧電発振器の共振周波数から、オリフィスの上流のガスの密度及びオリフィスの下流のガスの密度を決定するようにさらに動作することが可能である。
【００２９】
１つの実施形態において、ガスは圧電発振器の上流に位置する圧力レギュレータ又は弁から分配される。
【００３０】
１つの実施形態において、センサアセンブリはドライブ回路を含む。変形例では、センサアセンブリは共通エミッタ増幅器からのフィードバック構成に配置されたダーリントン対を含むドライブ回路を含む。
【００３１】
１つの実施形態において、センサアセンブリは電源を含む。１つの構成では、電源はリチウムイオン電池を含む。
【００３２】
１つの実施形態において、センサアセンブリはプロセッサを含む。
【００３３】
１つの構成では、前記圧電発振器は少なくとも２つの平面歯を含む。
【００３４】
１つの実施形態において、前記圧電発振器は３２ｋＨｚ以上の共振周波数を有する。
【００３５】
１つの構成では、計器は１つ以上のドライブ回路、プロセッサ及び電源をさらに含む。
【００３６】
１つの実施形態において、前記圧電発振器は水晶発振器を含む。
【００３７】
１つの実施形態において、水晶は少なくとも１つの歯を含む。変形例では、水晶は平面歯対を含む。
【００３８】
１つの実施形態において、水晶はＡＴカット又はＳＣカットである。
【００３９】
変形例では、水晶の表面はガスに直接暴露される。
【００４０】
１つの実施形態において、センサアセンブリはドライブ回路を含む。変形例では、センサアセンブリは共通エミッタ増幅器からのフィードバック構成に配置されたダーリントン対を含むドライブ回路を含む。
【００４１】
１つの実施形態において、センサアセンブリは電源を含む。１つの構成では、電源はリチウムイオン電池を含む。
【００４２】
１つの実施形態において、センサアセンブリはプロセッサを含む。
【００４３】
１つの構成では、ドライブ回路は共通エミッタ増幅器からのフィードバック構成に配置されたダーリントン対を含む。
【００４４】
１つの構成では、計器は圧力レギュレータ又は弁の下流側に配置されている。
【００４５】
１つの構成では、前記圧電発振器は少なくとも２つの平面歯を含む。
【００４６】
１つの構成では、前記圧電発振器は３２ｋＨｚ以上の共振周波数を有する。
【００４７】
本発明の第三の実施形態によれば、第一の態様の工程を実施するための１つ以上のソフトウェア部分を含む、プログラム可能な処理装置により実行可能なコンピュータプログラム製品が提供される。
【００４８】
本発明の第四の実施形態によれば、第四の態様に係るコンピュータプログラム製品を格納しているコンピュータで使用可能な記憶媒体が提供される。
【００４９】
本発明の実施形態を添付の図面を参照しながら詳細に説明していくことにする。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１はガスシリンダー及びレギュレータアセンブリの概略図である。
【図２】図２は本発明の第一の実施形態に係るレギュレータアセンブリ及び計器アセンブリを示す概略図である。
【図３】図３は多数の異なるガスについての密度（ｋｇ／ｍ3）の関数としてのＹ軸上の水晶周波数（ｋＨｚ）のグラフを示す。
【図４】図４はオリフィスを通る質量流速（リットル/分）の関数としてのＹ軸上の水晶周波数（ｋＨｚ）のグラフを示す。
【図５】図５は測定値及び２つの予測モデルの密度／圧力の関数としての流速のグラフを示す。
【図６】図６は動作挙動の予測モデル及び両極値についての密度／圧力の関数としての流速のグラフを示す。
【図７】図７は本発明の第二の実施形態に係るレギュレータアセンブリ及びコントローラアセンブリを示す概略図である。
【図８】図８は本発明の第三の実施形態に係るレギュレータアセンブリ及びコントローラアセンブリを示す概略図である。
【図９】図９は第一から第三の実施形態のいずれかで使用するためのドライブ回路の概略図である。
【図１０】図１０は第一から第三の実施形態のいずれかで使用するための代替のドライブ回路を示す概略図である。
【図１１】図１１は第一から第三の実施形態のいずれかで使用するための更なる代替のドライブ回路を示す概略図である。
【図１２】図１２は第二又は第三の実施形態のいずれかで使用するためのレギュレータドライブ回路を示す概略図である。
【図１３】図１３は第一の実施形態の操作方法を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は第二又は第三の実施形態の操作方法を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は異なる結晶型の周波数挙動のグラフを示す。
【図１６】図１６は２つの水晶を含む代替のセンサアセンブリを示す概略図である。
【図１７】図１７はリモート電子データユニットを用いた代替構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１は本発明の実施形態に係るガスシリンダーアセンブリ１０の概略図を示す。図１は、本発明を使用することができる状況の概略図を示す。ガスシリンダー１００、レギュレータ１５０及び計器アセンブリ２００が設けられている。
【００５２】
ガスシリンダー１００はガスシリンダー本体１０２及び弁１０４を有する。ガスシリンダー本体１０２は、ガスシリンダーアセンブリ１０が平らな面に支持しないで立つことができるように構成されている平坦なベース部１０２ａを有する略筒状の圧力容器を含む。
【００５３】
ガスシリンダー本体１０２は、スチール、アルミニウム及び／又は複合材料から形成されており、約９００bar gまでの最大内部圧力に耐えるように調整されそして構成されている。開口部１０６は、ベース部１０２ａの反対側のガスシリンダー本体１０２の近位端に位置し、弁１０４を受け入れるように適合されたねじ山（図示せず）を含む。
【００５４】
ガスシリンダー１００は内部体積Ｖを有する圧力容器を画定している。任意の適切な流体はガスシリンダー１００内に含まれてよい。しかしながら、本実施形態は、排他的に限定するわけではないが、ダスト及び／又は湿分などの不純物を含まない、精製された永久ガスに関する。そのようなガスの非網羅的な例は、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、メタン、三フッ化窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、クリプトン、ネオン又はそれらの混合物であることができ、それらは永久ガスのように挙動する。
【００５５】
弁１０４はハウジング１０８、アウトレット１１０、バルブ本体１１２及び弁座１１４を含む。ハウジング１０８はガスシリンダー本体１０２の開口部１０６と係合するための相補的なねじ山を含む。アウトレット１１０は、ホース、パイプ又はさらなる圧力弁もしくはレギュレータなどのガスアセンブリ中の他の部品にシリンダー１００を接続することができるように適合されそして構成されている。弁１０４は、必要に応じて、ＶＩＰＲ（統合圧力低減を伴う弁）を含むことができる。この状況では、レギュレータ１５０は取り除いてもよい。
【００５６】
バルブ本体１１２は、アウトレット１１０を選択的に開き又は閉じるための把持可能なハンドル１１６の回転によって弁座１１４に向けて又は弁座１１４から離れるように軸方向に調節されうる。言い換えれば、弁座１１４に向けて又はそこから離れてバルブ本体１１２を移動することはガスシリンダー本体１０２の内部とアウトレット１１０との間の連通路の面積を選択的に制御する。このことは、次いで、ガスシリンダーアセンブリ１０の内部から外部環境へのガスの流れを制御する。
【００５７】
レギュレータ１５０はアウトレット１１０の下流に位置する。レギュレータ１５０はインレット１５２及びアウトレット１５４を有する。レギュレータ１５０のインレット１５２はインレットパイプ１５６に接続されており、インレットパイプ１５６はガスシリンダー１００のアウトレット１１０とレギュレータ１５０との間の連通路を提供する。レギュレータ１５０のインレット１５２はガスシリンダー１００のアウトレット１１０から高圧でガスを受け入れるように構成されている。これは任意の適切な圧力であってよいが、アウトレット１１０から出てくるガスの圧力は２０bar を超え、より一般的には１００〜９００barの範囲であろう。
【００５８】
アウトレット１５４はアウトレットパイプ１５８に接続されている。カップリング１６０はアウトレットパイプ１５８の遠位端に配置され、ガスが要求されるさらなるパイプ又はデバイス（図示せず）に接続されるように適合されている。
【００５９】
計器アセンブリ２００は、アウトレット１５４とカップリング１６０との間のアウトレットパイプ１５８と連通して配置されている。計器アセンブリ２００は、レギュレータ１５０の直ぐ下流に位置し、カップリング１６０に送られるガスの質量流速を決定するように構成されている。
【００６０】
本発明の第一の実施形態に係るレギュレータ１５０及び計器アセンブリ２００は図２においてより詳細に示されている。
【００６１】
この実施形態では、レギュレータ１５０は単一ダイアフラムレギュレータを含む。しかしながら、当業者は、本発明と共に使用することができる、２ダイアフラムレギュレータ又はその他の構成などの変形例を容易に認識するであろう。
【００６２】
レギュレータ１５０は、インレット１５２及びアウトレット１５４と連通しているバルブ領域１６２を含む。バルブ領域１６２は弁座１６６に隣接して位置するポペット弁１６４を含む。ポペット弁１６４はダイアフラム１６８に接続されており、ダイアフラム１６８は弁座１６６に向けた及び弁座１６６から離れたポペット弁１６４の直線運動を可能とするように構成されており、それにより、それらの間の開口部１７０をそれぞれ閉止しそして開放する。ダイアフラム１６８はシャフト１７４の周囲に配置されたスプリング１７２によって弾性的にバイアスされる。
【００６３】
レギュレータ１５０は全シリンダー圧力（例えば、１００bar）でアウトレット１１０からのガスを受け入れるが、実質的に一定の固定された低い圧力（例えば、５bar）でガスをアウトレット１５４に送達するように動作可能である。このことは、開口部１７０の下流のガスの圧力は、スプリング１７２のバイアス力の反対にダイアフラム１６８に対して作用するように動作可能であるというフィードバックメカニズムにより達成される。
【００６４】
万一、ダイアフラム１６８に隣接する領域内のガスの圧力が特定のレベルを超える場合には、ダイアフラム１６８は、（図２に関して）上方に移動するように動作可能である。この結果、ポペット弁１６４は弁座１６６に接近するように移動し、開口部１７０の大きさを低減し、結果として、インレット１５２からアウトレット１５４へのガスの流れを抑制する。一般に、スプリング１７２の抵抗及びガスの圧力という競合する力により、ダイアフラムの平衡位置となり、結果的に、アウトレット１５４で一定圧力のガスの送達をもたらす。
【００６５】
把持可能なハンドル１７６は、ユーザがスプリング１７２のバイアス力を調節することを可能とし、それにより、ダイアフラム１６８の位置を移動させ、結果として、ポペット弁１６４と弁座１６６との間の平衡間隔を調節するように設けられている。これにより、アウトレット１１０からの高圧ガス流が通過可能な開口部１７０の寸法の調節が可能になる。
【００６６】
計器アセンブリ２００は、本体２０２、第一のセンサアセンブリ２０４及び第二のセンサアセンブリ２０６を含む。本体２０２は任意の適切な材料を含むことができ、例えば、スチール、アルミニウム又は複合材料を含むことができる。本体２０２は、導管２０８、第一のハウジング２１０及び第二のハウジング２１２を含む。導管２０８はアウトレットパイプ１５８の内部に連通し、それに接続するように構成されている。導管２０８はアウトレット１５４及びカップリング１６０（及び、付随して、カップリング１６０に接続されているユーザーデバイス又はアプリケーション）の間の連通路を提供する。
【００６７】
オリフィスプレート２１４は導管２０８の内部に配置されている。オリフィスプレート２１４は制限オリフィス２１６を画定する壁を含む。オリフィスプレート２１４は導管２０８内に流量制限を形成する。オリフィス２１６は断面積Ａを有し、それは導管２０８の断面積に比べて小さく、それにより、後述するように、オリフィス２１６を通る流速は、チョーク状態となる。
【００６８】
オリフィスプレート２１４は図２において、薄肉プレートとして示されているが、そうである必要はない。オリフィスプレート２１４は、任意の適切な壁の形態を取ることができ、テーパ形状を有していてよく、又は、示されるよりも大きい厚さを有してよい。代替的に、任意の適切な流れ制限をオリフィスプレート２１４の代わりに使用することができる。例えば、流れ制限は、その残りの部分よりも狭い直径のチューブの部分を含むことができる。当業者は、使用時に、チョーク流を発生させる流量制限オリフィス２１６を提供するために使用されうる代替の流れ制限を容易に認識しているであろう。
【００６９】
本実施形態では、導管２０８は数センチメートル程度の長さを有する。オリフィスプレート２１４は、０．１ｍｍ〜４ｍｍの範囲の直径を有するオリフィス２１６を画定する。これは、窒素又はアルゴンなどのガスに関して、チョーク流れ状態を提供しかつ１リットル／分〜４０リットル／分のオリフィス２１６を通したガス流速を提供するのに十分である。より低い分子量を有するガスでは、オリフィス２１６の直径は同様の流速を達成するためにスケールダウンすることができる。あるいは、より大きな流速では、それに応じてオリフィス２１６をスケールアップすることができるが、ただし、上流の圧力はオリフィス２１６を通してチョーク流れ状態を作り出すために下流の圧力よりも十分に高い。
【００７０】
オリフィスプレート２１４は、導管２０８の内部をオリフィスプレート２１４の上流の上流部２１８及びオリフィスプレート２１４の下流の下流部２２０に分ける。使用時に、ガスがレギュレータ１５０のアウトレット１５４から導管２０８の上流部２１８中に流れるときに、オリフィスプレート２１４は流れ制限として作用し、導管２０８の上流部２１８と下流部２２０との圧力差をもたらす。結果的に、導管２０８の上流部２１８は第一の圧力Ｐ1及び密度ρ1であり、導管の下流部２２０は、第二の（そして使用中、必ず低い）圧力Ｐ2及び密度ρ2である。これについては、後に詳述する。
【００７１】
第一のハウジング２１０は導管２０８の上流部２１８に隣接して配置されており、そして第一のセンサアセンブリ２０４の少なくとも一部を含むように構成されている。第一のハウジング２１０の内部は大気圧であってよく、又は、導管２０８の内部と連通し、そして結果的に、アウトレットパイプ１５８の内部と同一の圧力であってよい。これは、ハウジング２１０と導管２０８の内部との間に圧力フィードスルーの必要性を無くすであろう。
【００７２】
代替的に、第一のハウジング２１０は、導管２０８の一部として提供することができる。例えば、導管２０８の一部はセンサアセンブリ２０４を収容するために広げられることができる。
【００７３】
第二のハウジング２１２は導管２０８の下流部２２０に隣接して配置されており、そして第二のセンサアセンブリ２０６の少なくとも一部を含むように構成されている。第二のハウジング２１２の内部は大気圧であっても、又は、導管２０８の内部と連通し、結果として、導管の下流部２２０の内部と同一の圧力であってもよい。これは、第二のハウジング２１２と導管２０８の内部との間に圧力フィードスルーの必要性を無くすであろう。
【００７４】
代替的に、第一のハウジング２１０と共通に、第二のハウジング２１２は取り除くことができ、第二のセンサアセンブリ２０６は導管２０８又はカップリング１６０の一部に配置される。例えば、導管２０８の下流部はセンサアセンブリ２０６を収容するために広げられることができる。
【００７５】
本発明の発明者は、第一及び第二のセンサアセンブリ２０４、２０６の少数の構成部品しか高圧に対して感受性でないことを発見したので、これらの構成は実用的である。特に、バッテリーなどの、より大きな構成部品は高圧に対して感受性であることができる。しかし、リチウム電池は、導管２０８の上流部及び下流部２１８、２２０内で遭遇する高圧下に特に良好に機能することが見いだされている。しかし、代替の適切な電源は当業者によって容易に考えられるであろう。
【００７６】
完全に導管２０８内にある第一及び／又は第二のセンサアセンブリ２０４、２０６の潜在的な場所は計器アセンブリ２００を構成するときに追加の融通性を提供する。特に、ハウジング２１０などの突起部を要求することなく、本体２０２の金属又は複合材料壁の完全に内部への比較的に壊れやすいエレクトロニクス部品の配置は環境又は偶発的損傷からかなりの保護を提供する。このことは、例えば、ガスシリンダーが他のガスシリンダー、重機又は粗い表面に隣接して配置される貯蔵領域又は貯蔵所において特に重要である。比較的小さなサイズのセンサアセンブリ２０４、２０６では内部配置が容易に達成できる。
【００７７】
さらに、第一及び／又は第二のセンサアセンブリ２０４、２０６の内部配置は塩、水及び他の汚染物質などの環境条件からこれらの構成部品を保護する。これにより、例えば、塩及び水による損傷に非常に感受性のある高インピーダンス回路を第一及び／又は第二のセンサアセンブリ２０４、２０６の一部として使用することが可能になる。
【００７８】
計器アセンブリ２００は、オリフィス２１６を通過するガスの質量流速を測定するように構成されている。これは以下に記載されるとおりの第一及び第二のセンサアセンブリ２０４、２０６を利用して測定される。
【００７９】
オリフィス２１６を通るガスの質量流速は特定の条件下では第一のセンサアセンブリ２０４のみを用いて正確に決定することができる。以下に説明するように、そのような決定の精度は、オリフィス２１６を通るチョーク流れ状態の存在に依存する。多くの用途では、おそらく上記のようなオリフィス２１６の構造パラメータを用いて、ほとんどの操作条件下で当てはまるであろう。しかし、より低い流量では、この条件が満たされない場合があり、第一のセンサアセンブリ２０４によって決定される質量流速の精度がより低くなることがある。
【００８０】
質量流速決定の精度を改良し、又は、その妥当性を示すために、第二のセンサアセンブリ２０６が提供される。第二のセンサアセンブリ２０６は、質量流速決定の精度を向上させるために下流の密度を決定し、そして追加的に又は代替的に、チョーク流れ状態が成立しているかどうかを決定するように動作することが可能である。したがって、第二のセンサアセンブリ２０６は第一のセンサアセンブリ２０４とともに、計器アセンブリ２００により決定される質量流速が正確であることを確認するように動作することが可能である。
【００８１】
第一のセンサアセンブリ２０４はドライブ回路２２４に接続された水晶発振器２２２、温度センサ２２６及びバッテリー２２８を含む。
【００８２】
この実施形態では、水晶発振器２２２及び温度センサ２２６は導管２０８の上流部２１８の内部と連通して配置され、一方、センサアセンブリ２０４の残りの構成部品はハウジング２１０の内部に配置されている。言い換えれば、水晶発振器２２２はオリフィスプレート２１４の上流のガス中に入れられている。ドライブ回路２２４とは別個に又はその一部として、マイクロプロセッサ２３８も設けられていることができる。
【００８３】
第二のセンサアセンブリ２０６は第一のセンサアセンブリ２０４と実質的に同様であるが、この例では、温度センサを必要としない。第二のセンサアセンブリ２０６は、水晶発振器２３０、ドライブ回路２３２及びバッテリー２３４を含む。第二のセンサアセンブリ２０６はマイクロプロセッサ２３８に接続されている。
【００８４】
この実施形態では、水晶発振器２３０は導管２０８の下流部２２０の内部と連通して配置されており、一方、センサアセンブリ２０６の残りの構成部品はハウジング２１２内部に配置されている。言い換えれば、水晶発振器２３０はオリフィスプレート２１４の下流のガス中に入れられる。
【００８５】
当業者は上述の構成に対する変更形態を容易に認識するであろう。例えば、第二のセンサアセンブリ２０６は、第一のセンサアセンブリ２０４のドライブ回路２２４に接続された水晶発振器を単に含むことができる。言い換えれば、第一及び第二のセンサアセンブリ２０４、２０６は共通のドライブ回路及び／又はバッテリー及び／又はマイクロプロセッサを共有することができる。
【００８６】
ドライブ回路２２４、２３２及び水晶発振器２２２、２３０は後に図６及び図７を参照して詳述されるであろう。温度センサ２２６はサーミスタを含む。任意の適切なサーミスタを用いることができる。サーミスタから高精度は必要とされない。例えば、０．５℃の精度はこの実施形態に適している。結果的に、安価で小型の部品を使用することができる。
【００８７】
この構成では、水晶発振器２２２、２３０は常に導管２０８内で平衡圧下にあり、結果として、圧力勾配を経験しない。言い換えれば、外部雰囲気と計器アセンブリ２００の本体２０２の内部との間の圧力差に由来するすべての機械応力は本体２０２を横切って現れる。
【００８８】
センサアセンブリ２０４の理論及び動作について、ここで、図３及び図４を参照して説明することにする。
【００８９】
水晶発振器２２２、２３０はそれぞれ、共振周波数を有し、該共振周波数は水晶発振器が配置されている流体の密度に依存する。振動音叉型平面水晶発振器をガスに暴露することで、結晶の共振周波数のシフト及び減衰（真空中の結晶の共振周波数と比較したときの）がもたらされる。この理由は多数ある。結晶の振動に対するガスの減衰効果がある一方で、それぞれの音叉型水晶発振器２２２、２３０の振動歯２２２ａ、２３０ａ（図９に示すとおり）に隣接するガスは発振器の有効質量を増加させる。これにより、片側固定弾性ビームの運動に係る水晶発振器２２２の共振周波数の低減がもたらされる。
【数１】
0006010221.tif 000002
（上式中、ｆは振動の周波数であり、ｆ0は真空中での振動の周波数であり、ρはガスの密度であり、Ｍ0は定数である）。
【００９０】
密度ρはほとんどすべての場合にＭ0と比較して小さく、そのため、式は線形式により近似されうる。
【数２】
0006010221.tif 000003
これは式３）に示すとおりにｆ0からの周波数偏差Δｆに関して再表現できる。
【数３】
0006010221.tif 000004
【００９１】
結果的に、良好な近似では、周波数の変化は水晶発振器が暴露されるガスの密度の変化に比例する。図３は、水晶発振器２２２、２３０の共振周波数は密度の関数として直線的に変化することを、多くの異なるガス／ガス混合物について示す。
【００９２】
一般的には、水晶発振器２２２、２３０の感度は、例えば、大気圧と比較した場合に２５０バールの酸素ガス（３２ＡＭＵの分子量を有する）で周波数の５％変化が見られていることである。このような圧力及びガスの密度は永久ガスに使用される貯蔵シリンダーの典型的なものであり、永久ガスは、通常、ほとんどのガスで１３７〜４５０bar gであり、そしてヘリウム及び水素で７００又は９００bar g以下である。
【００９３】
水晶発振器２２２は商業供給ガスの質量流量計の一部を形成する密度センサとしての使用に特に適している。ガスの密度を正確に感知するために、ガスがダスト及び液滴を含まないことが必要であり、そのことは商業供給ガスで保証されているが、空気又は圧力監視状況一般では保証されていない。
【００９４】
いったん密度値を水晶発振器２２２から取得すると、オリフィス２１６を通るガスの質量流速を決定することができる。オリフィスを通る質量流速Ｑは次のように定義される。
【数４】
0006010221.tif 000005
（上式中、ｋは定数であり、ｖはガスの速度であり、ρ1はガスの上流の密度であり、ＡはオリフィスＡの断面積である）。しかしながら、ベルヌーイの式５）から
【数５】
0006010221.tif 000006
が得られる。オリフィスの断面積が低下すると、ガスの速度は増加しそしてガスの圧力は低下するであろう。
【００９５】
単一のみの上流の水晶発振器２２２を使用した、オリフィス２１６を通る質量流速の決定は「チョーク」又は「臨界」流として知られる状態に依存する。ガス速度が音速条件に達するときに、すなわち、オリフィスプレート２１４により生じる流速制限がオリフィス２１６を通って流れるガスの流速が音速に達するようにするときに、そのような状況は発生する。このことは、オリフィス２１６を横切る圧力比（すなわち、Ｐ1／Ｐ2）が約２以上であるときに発生する。代替手段として、上流側の絶対圧Ｐ1が、圧力が大気圧である下流絶対圧Ｐ2より少なくとも１bar g高い場合に、この条件は一般的に適用可能である。
【００９６】
この条件が満たされると、オリフィス２１６を通る空気の速度のさらなる増加は非常に少ししかない。したがって、ｖ=ｃ（当該ガス中の音速）であるチョーク流れ状態では、式４）は下記のとおりである。
【数６】
0006010221.tif 000007
【００９７】
結果的に、一定断面積Ａを持つオリフィスでは、オリフィス２１６を通る質量流量は上流の密度にのみ依存する。これは、測定するために水晶発振器２２２を配置するパラメータである。
【００９８】
また、音速ｃは絶対温度の平方根√Ｔに比例する。しかし、上述のように、本実施形態では、温度センサ２２６は特に正確である必要はない。例えば、３００Ｋで温度の誤差が０．５Ｋであるならば、このことは音速の計算値に１：１２００の誤差しかないことを意味する。したがって、多くの用途では、温度センサ２２６は必ずしも必要ではない。
【００９９】
図４は質量流速測定の実験データを示している。図４は窒素ガスについて、Ｘ軸上のガス流速（リットル/分）の関数としてのＹ軸上の共振周波数（ｋＨｚ）のグラフである。図示のように、グラフは高度に線形であり、質量流速は水晶発振器２２２を用いて正確に測定することができることを示している。
【０１００】
さらに、水晶発振器２２２の高精度により、百万分の一の解像度で非常に高い精度で測定が可能になる。高密度及び圧力での石英密度センサの線形応答と相まって、高い精度は、Ｈ2及びＨｅなどの非常に軽質のガスの質量流速を正確に測定することを可能にする。
【０１０１】
しかし、上述したように、水晶発振器２２２を用いた質量流量測定はチョーク流れ状態下でのみ正確になり、すなわち、オリフィス２１６を通る流速はガス中の音速に近いか又は等しいときにのみ正確になる。これにより、実際には、正確な測定を提供するためには、計器２００に特定の最小ガス流を維持することがユーザに求められるであろう。
【０１０２】
結果的に、単独で動作する単一の上流の水晶発振器２２２は、チョーク流れ状態がオリフィス２１６に存在するかどうかの指標を提供することができない。したがって、第二の水晶発振器２３０（第二のセンサアセンブリ２０６の少なくとも一部を形成する）は設けられている。オリフィス２１６の上流及び下流の両方での圧電センサの使用は正確な流量計測を実現することを可能にする。
【０１０３】
式７）に関して上記に示したように、オリフィス２１６を通る流体の速度が音速であるか又は音速に近い場合は、質量流速Ｑは上流の密度ρ1に比例する。上記に示したように、上流圧力／下流圧力の比（すなわち、Ｐ1／Ｐ2）が約２以上であれば、この条件は一般に満たされる。
【０１０４】
しかし、実際には、圧力比が不十分となることがある。ベルヌーイの式の応用及びチョーク流れと音速との確立された理論は式７）を導き出す。
【数７】
0006010221.tif 000008
（上式中、ｋ’は無次元定数であり、Ａはオリフィス面積であり、ρ1は上流密度であり、ρ2は下流密度である）。
【０１０５】
明らかに、ρ1／ρ2≧２の場合には、式７）は上記式６）で近似できる。というのは、チョーク流れ状態はオリフィス２１６を横切って存在すると考えられるからである。したがって、この場合には、第一のセンサアセンブリ２０４のみからの測定は、ρ1／ρ2≧２の状況の質量流速の正確な表示を提供するために利用することができる。
【０１０６】
しかしながら、比がこれより低い場合は、上流密度ρ1及び下流密度ρ2をそれぞれ測定しそしてチョーク流れ状態を下回る状態でオリフィス２１６を通る質量流速を決定するために第一及び第二のセンサアセンブリ２０４、２０６の両方を使用して質量流量を計算するために式７）を利用することができる。
【０１０７】
あるいは、計器２００は単に第一のセンサアセンブリ２０４（すなわち、上流密度の測定のみに基づく質量流速）から読み出され、そして第二のセンサアセンブリ２０６（水晶発振器２３０を含む）は質量流速測定が正確な動作レジームの範囲外で動作しているという指示を提供するように実装されうる。
【０１０８】
図５は、０．５ｍｍのオリフィスを通るリットル／分でのヘリウムガスの流速を含む実験データ（菱形）を示している。直線は上流密度ρ1と、２：１を十分に超える上流／下流密度比の流速との線形関係がデータに適合すること（式６）を示す。曲線は、より低密度の比での流れは下流密度ρ2を考慮する式７）を用いて良好な精度でいかに予測することができるかを示す。流速が上昇するときに、２：１の臨界比で１bar g付近の密度の範囲で式７）から式６）に徐々に切り替わることによってこの曲線は得られる。
【０１０９】
したがって、計器のアウトレットがほぼ又は完全にブロックされたときに、第二のセンサアセンブリを設けることは利点を有する。この場合、第二のセンサは計器に式７）（低い比）を採用させ、そして低い又はゼロ流量を正確に示すであろう。第二のセンサを用いないと、計器はブロックが起こらなかったかのように誤って流速を示すであろう。
【０１１０】
図６は下流密度を考慮することが与える精度の優位性を示す。図６は、また、図５からの適合線を示す。また、上の曲線は、もし下流密度が大気圧であった場合にのみ、上流センサから予測される関係を示す（この線は短破線で示されている）。正しい値からの偏差は高流量では無視できるほど非常に小さいが、低流量では有意である。下の線（長破線）は、もし大気圧と比較した下流圧力が実験測定での圧力の２倍だった場合に予測される曲線を示している。ここでも、偏差は、低流速以外では小さい。
【０１１１】
本発明の第二の実施形態を図７に示す。図２の第一の実施形態と共通している図７に示す第二の実施形態の特徴は同一の参照番号を付しており、ここでは再び説明を行わない。
【０１１２】
図７の実施形態では、レギュレータ３００は図２の実施形態のレギュレータ１５０とは異なり、レギュレータ３００は、ソレノイド弁３０２によりアウトレット１５４からガスを自動制御して提供するように構成されている。さらに、第一の実施形態とは対照的に単一のセンサアセンブリ２０４のみが提供されている。換言すれば、第二のセンサアセンブリはこの実施形態では取り除かれている。ソレノイド弁３０２はソレノイド弁３０２のコイル（図示せず）を通る電流に応答して移動可能であるアーマチュア３０４を含む。アーマチュア３０４はポペット弁１６４を、そして結果的に、開口部１７０を直接的に開放し又は閉止するように移動可能である。ソレノイド弁３０２は、この実施形態では、レギュレータ３００を通るガス流を調節するように連続的に可変である（「ほぼ比例的」であることが知られる）。
【０１１３】
図７に示すソレノイド弁３０２は通常は開いた状態にある。言い換えると、ソレノイド弁３０２を通る電流の非存在下に、アーマチュア３０４は、ポペット弁１６４が開く、すなわち、開口部１７０が開いているように伸長位置にある。電流がソレノイド弁３０２に適用されると、アーマチュア３０４は収縮し、ポペット弁１６４は閉じるであろう。
【０１１４】
当業者は本発明と共に使用することができるソレノイド弁の代替形態を容易に認識するであろう。例えば、ソレノイド弁は応答時にデジタル（すなわち、オン／オフ又はオープン／クローズ）であることができる。別の構造も実現されうる。例えば、アーマチュア３０４はダイアフラム上で直接作用し、又は、ダイアフラム１６８の移動を調節するためにアウトレット１５４と連通する細い導管を通る流れを制御することができる。あるいは、ポペット弁は排除され、ダイアフラム１６８自体がインレット１５２からアウトレット１５４のガス流を直接的に制御するバルブ部材であることができる。
【０１１５】
第二の実施形態はコントローラ３５０を含む。計器アセンブリ２００と共通のコントローラ３５０の構成部品は明確にするために同一の参照番号を付している。
【０１１６】
図７の実施形態において、コントローラ３５０はオリフィス２１６の上流に位置する単一のセンサアセンブリ２０４のみを含み、第一の実施形態の第二のセンサアセンブリを取り除いている。
【０１１７】
コントローラ３５０は、ソレノイド弁３０２及びセンサアセンブリ２０４に接続された電子ソレノイドドライブ３５２をさらに含む。ソレノイドドライブ３５２はセンサアセンブリ２０４からの信号を受信し、その信号に応答してソレノイド弁３０２を制御し、そして結果的に、レギュレータ３００を通る流れを制御するように構成されている。
【０１１８】
ソレノイドドライブ３５２はソレノイド弁３０２を制御するための任意の適切なドライブ回路を含むことができる。１つの適切な回路は演算増幅器の負端子へのセンサアセンブリ２０４からの入力を有する演算増幅器構成とすることができる。結果的に、一定の基準レベルを提供し、コンパレータとして作用するように設計された可変抵抗器を正端子に取り付けることができる。
【０１１９】
ソレノイドドライブ３５２へのセンサアセンブリ２０４からの入力はソレノイド弁３０２の動作を引き起こすであろう。例えば、センサアセンブリ２０４（又は、代わりに、マイクロプロセッサ２３８）からの入力信号が特定のしきい値レベルを超える場合に、ソレノイドドライブ３５２はソレノイド弁３０２を付勢することができる。このことは下記に詳述する。ソレノイド弁３０２はデジタル（すなわち、オン又はオフ）様式で制御でき、ここで、ＤＣ電圧は最大値及び最小値の間で変化する。これは、パルス幅変調（ＰＷＭ）として知られている。或いは、ソレノイドドライブ３５２からのＤＣ電圧を連続的に可変（例えば、比例的）とすることができ、それにより、ポペット弁１６４の位置をアナログ式に正確に調整することができる。
【０１２０】
追加的又は代替的に、ソレノイドドライブ３５２は、ＡＣ成分を含むＤＣ出力によりソレノイド弁３０２を制御することができる。ソレノイド弁３０２からのアーマチャ３０４の拡張は印加電流にほぼ比例するので、これは、ソレノイド弁３０２のアーマチュア３０４を振動させる。このような振動はアーマチュア３０４の「スティクション」を低減し、すなわち、アーマチュア３０４が固着し又は詰まるのを防止するのを援助する。
【０１２１】
或いは、ＦＥＴ、マイクロプロセッサ又はＡＳＩＣなどの他の制御構成はソレノイド弁３０２の動作を制御するために適宜用いることができる。さらに、議論されたように、ソレノイド弁３０２はポペット弁１６４などの正確な動作を可能とするように、デジタル（すなわち、オン／オフ）又はアナログ（すなわち、連続可変）モードのいずれかで動作することができる。
【０１２２】
コントローラ３５０の動作についてこれから説明する。上述したように、センサアセンブリ２０４（水晶発振器２２２を含む）は電子的に圧力を制御するフィードバックループの一部として使用することができる。
【０１２３】
センサアセンブリ２０４からの出力はフィードバックループにおいてソレノイド弁３０２に接続されている。上記で証明したように、水晶発振器２２２の共振周波数はオリフィス２１６の上流のガスの密度に比例し、チョーク流れ状態下で、オリフィス２１６の上流のガスの密度はオリフィスを通る質量流速Ｑに比例する。
【０１２４】
したがって、水晶発振器２２２の特定の共振周波数はオリフィスの上流のガスの特定の密度に対応し、そしてチョーク流れ状態下で、オリフィス２１６を通る特定の質量流速に対応する。結果的に、フィードバックループをコントローラ３５０において実施することが可能であり、コントローラ３５０は特定の設定周波数における水晶発振器２２２の共振周波数を維持し、付随して、一定の質量流速でオリフィス２１６を通るガスの流れを維持するように動作することができる。
【０１２５】
動作の一般的原理は以下のとおりである：水晶発振器２２２は特定の周波数に設定されている。上流の密度が低下した場合には、水晶発振器２２２の共振周波数は増加するであろう。コントローラ３５０は、次いで、ソレノイド弁３０２を開放し、それによりソレノイド弁３０２の下流のガス圧力を増加させる。これは、圧力を増加させ、そして付随的にオリフィス２１６の上流のガス圧力を増加させる。これは、オリフィス２１６を通るガスの所望の質量流速に対応する設定点周波数が再確立されるまで、水晶発振器２２２の共振周波数を低下させるであろう。換言すれば、コントローラ３５０は設定点質量流速と実際の質量流速との間の差を最小にするようにフィードバックループを実行する。
【０１２６】
コントローラ３５０は、また、温度に依存してソレノイド弁３０２を制御する。そこで、フィードバックループは定数に等しくないが、ケルビンで測定された絶対温度の平方根で割った定数、１／√Ｔに等しい圧力を維持するように構成されている。
【０１２７】
このようにして作製した電子ガス圧力コントローラは、一定の質量流量のガスを提供するオリフィスの下流に接続することができる。オリフィスを横切る圧力比（上流／下流）は、最狭点ガス流が約音速であることを意味する、臨界流にオリフィスを維持するために十分な約２又はそれ以上でなければならない。このことは式７）から分かる。
【０１２８】
式６）において、ガス中の音速ｃは式８）として表現できる。
【数８】
0006010221.tif 000009
上式中、γは比熱の比Ｃｐ／Ｃｖであり、Ｒ気体定数であり、Ｔは温度であり、Ｍは分子量である。したがって、ｃ）の表現を式６）に代入すると、下記式となる。
【数９】
0006010221.tif 000010
上式中、ρ1は水晶発振器２２２によって測定されるとおりの上流密度である。
【０１２９】
一般的に、密度及び温度のみが本発明に関連する応用における変数である。したがって、量ρ’は式１０）に示すとおりに定義されうる。
【数１０】
0006010221.tif 000011
この表現を式９）に代入すると、下記のとおりとなる。
【数１１】
0006010221.tif 000012
【０１３０】
したがって、
【数１２】
0006010221.tif 000013
はパッケージ化ガスについて定数であり、ｋは任意の特定のガスについて定数であり、オリフィスの面積Ａは定数であるから、質量流量はρ’から決定することができる。結果的に、質量流量は温度の平方根で割った密度、又は、実際には、温度センサ２２６によって測定されるとおりの温度の平方根で割った水晶発振器２２２の共振周波数に基づいて制御されうる。
【０１３１】
それゆえ、センサアセンブリ２０４がρ’を実質的に一定に維持するためにソレノイド弁３０２を制御するように動作可能である場合には、オリフィス２１６を通る質量流速は一定に維持されるであろう。言い換えると、ソレノイド弁３０２は水晶発振器２２２の共振周波数測定値及び温度測定値の両方に基づいて制御されうる。
【０１３２】
第一又は第二の実施形態は、検出されたガスに対して行われた測定結果をユーザに示すためのディスプレイ（図示せず）をさらに含むことができる。或いは、ディスプレイは、計器アセンブリ２００、およびコントローラ３５０から離れた位置にあって、関連データは遠隔的に通信されてもよい。
【０１３３】
水晶発振器２２２が正確な測定値を提供するために、水晶発振器２２２は、汚れ、湿分及び他の汚染物のない状態にしなければならない。これは商業供給パッケージ化ガス（非常にクリーンである）では問題ない一方で、環境汚染が重要な問題となることがある場所ではコントローラ３５０を使用することができる。
【０１３４】
結果的に、計器アセンブリ２００、およびコントローラ３５０は水晶発振器２２２と、ガスの主な流れとの間に位置するフィルタ３５４を備えている。フィルタ３５４は任意の適切な細孔サイズであることができる。５〜１０μｍ範囲の孔サイズはこの用途に特に適している。フィルタ３５４（又は同様のフィルタ）は上述の第一の実施形態に適用してもよい。
【０１３５】
或いは、水晶発振器２２２が汚れ又は他の汚染物質の侵入を防止するために十分に小さい開口部の後ろに配置されている場合には、フィルタ３５４を取り除くことができる。例えば、０．２５ｍｍの開口サイズは、ガスの全上流圧力をこのようにして測定することができれば、フィルタなしの使用に適しているであろう。
【０１３６】
本発明の第三の実施形態を図８に示す。第三の実施形態はコントローラ４５０を含む。計器アセンブリ２００及びコントローラ３５０と共通して、コントローラ４５０の構成部品は明確化のために同一の参照番号を付している。
【０１３７】
図８の実施形態において、コントローラ４５０は、オリフィス２１６の上流に位置する第一のセンサアセンブリ２０４及び第一の実施形態と共通する第二のセンサアセンブリ２０６の両方のみを含む。したがって、第三の実施形態は、第一及び第二の実施形態の特徴を組み合わせたものである。
【０１３８】
コントローラ４５０は、ソレノイド弁３０２及びセンサアセンブリ２０４、２０６に接続された電子ソレノイドドライブ４５２をさらに含む。ソレノイドドライブ４５２はセンサアセンブリ２０４、２０６からの信号を受信し、そしてその信号に応答してソレノイド弁３０２を制御して、結果的に、レギュレータ３００を通る流れを制御するように構成されている。
【０１３９】
ソレノイドドライブ４５２はソレノイドドライブ３５２及びその任意の変形形態を取ることができ、ここではさらには説明しない。ソレノイドドライブ４５２へのセンサアセンブリ２０４、２０６からの入力はソレノイド弁３０２の動作を引き起こすであろう。例えば、センサアセンブリ２０４（又は、代わりに、マイクロプロセッサ２３８）からの入力信号が特定のしきい値レベルを超える場合、ソレノイドドライブ３５２はソレノイド弁３０２を付勢することができる。このことは下記に詳述する。ソレノイド弁３０２はデジタル（すなわち、オン又はオフ）様式で制御でき、ここで、ＤＣ電圧は最大値及び最小値の間で変化する。或いは、ソレノイドドライブ３５２からのＤＣ電圧を連続的に可変（例えば、比例的）とすることができ、それにより、ポペット弁１６４の位置をアナログ式に正確に調整することができる。
【０１４０】
追加的又は代替的に、ソレノイドドライブ４５２は、ＡＣ成分を含むＤＣ出力によりソレノイド弁３０２を制御することができる。ソレノイド弁３０２からのアーマチャ３０４の拡張は印加電流にほぼ比例するので、これは、ソレノイド弁３０２のアーマチュア３０４を振動させる。このような振動はアーマチュア３０４の「スティクション」を低減し、すなわち、アーマチュア３０４が固着し又は詰まるのを防止するのを援助する。
【０１４１】
或いは、ＦＥＴ、マイクロプロセッサ又はＡＳＩＣなどの他の制御構成はソレノイド弁３０２の動作を制御するために適宜用いることができる。さらに、議論されたように、ソレノイド弁３０２はポペット弁１６４などの正確な動作を可能とするように、デジタル（すなわち、オン／オフ）又はアナログ（すなわち、連続可変）モードのいずれかで動作することができる。
【０１４２】
コントローラ４５０の動作についてこれから説明する。上述したように、センサアセンブリ２０４（水晶発振器２２２を含む）及びセンサアセンブリ２０６（水晶発振器２３０を含む）は電子的に圧力を制御するフィードバックループの一部として使用することができる。
【０１４３】
第一のセンサアセンブリ２０４及び第二のセンサアセンブリ２０６からの出力はフィードバックループにおいてソレノイド弁３０２に接続されている。上記で証明したように、水晶発振器２２２の共振周波数はオリフィス２１６の上流のガスの密度に比例し、チョーク流れ状態下で、オリフィス２１６の上流のガスの密度はオリフィスを通る質量流速Ｑに比例する。
【０１４４】
したがって、水晶発振器２２２の特定の共振周波数はオリフィスの上流のガスの特定の密度に対応し、そしてチョーク流れ状態下で、オリフィス２１６を通る特定の質量流速に対応する。結果的に、フィードバックループをコントローラ４５０において実施することが可能であり、コントローラ４５０は特定の設定周波数における水晶発振器２２２の共振周波数を維持し、付随して、一定の質量流速でオリフィス２１６を通るガスの流れを維持するように動作することができる。
【０１４５】
コントローラ３５０は、また、温度に依存してソレノイド弁３０２を制御する。そこで、フィードバックループは定数に等しくないが、温度の平方根で割った定数、１／√Ｔに等しい圧力を維持するように構成されている。
【０１４６】
このようにして作製した電子ガス圧力コントローラは、一定の質量流量のガスを提供するオリフィスの下流に接続することができる。オリフィスを横切る圧力比（上流／下流）は、最狭点でガス流が約音速であることを意味する、臨界流にオリフィスを維持するために十分な約２又はそれ以上でなければならない。このことは式６）から分かる。
【０１４７】
上記の式８）において、ガス中の音速ｃは表現される。それゆえ、ｃの表現を式７）中に代入することで下記式を提供する。
【数１３】
0006010221.tif 000014
上式中、ρ1は水晶発振器２２２によって測定されるとおりの上流密度であり、ρ2は水晶発振器２３０によって測定されるとおりの下流密度である。
【０１４８】
一般的に、上記のとおり、上流及び下流密度及び温度のみが本発明に関連する応用における変数である。したがって、第二の実施形態に関して、量ρ”は式１３）に示すとおりに定義されうる。
【数１４】
0006010221.tif 000015
【０１４９】
この表現を式９）に代入すると、下記のとおりとなる。
【数１５】
0006010221.tif 000016
【０１５０】
したがって、
【数１６】
0006010221.tif 000017
はパッケージ化ガスについて定数であり、ｋは定数であり、オリフィスの面積Ａは定数であるから、質量流量はρ”から単独で決定することができる。それゆえ、センサアセンブリ２０４及び２０６は、ρ”を実質的に定数とするためにソレノイド弁３０２を制御するように動作可能である。別の言い方をすると、ソレノイド弁３０２は第一の水晶発振器２２２の共振周波数、第二の水晶発振器２３０の共振周波数及び温度センサ２２６によって測定されるとおりの温度の平方根に基づいて制御されうる。
【０１５１】
第一、第二又は第三の実施形態は検知ガスに対して行った測定の結果をユーザに示すためのディスプレイ（図示せず）をさらに含むことができる。或いは、ディスプレイは計器アセンブリ２００及びコントローラ３５０、４５０から離れていてよく、そして関連データは遠隔的に通信されうる。
【０１５２】
例えば、第一、第二又は第三の実施形態はベースステーションなどとの遠隔通信のためのアンテナ（図示せず）をさらに含むことができる。これについて後述することにする。この場合、アンテナは本体２０２の外側にあり、ワイヤ又は同等のコネクタによりセンサアセンブリ２０４に接続されていることができる。
【０１５３】
アンテナ自体は任意の適切な通信プロトコールを使用するように適合されそして構成されている。例えば、非排他的なリストはＲＦＩＤ、ブルートゥース（登録商標）、赤外（ＩＲ）、８０２．１１ワイヤレス、周波数変調（ＦＭ）送信又はセルネットワークであることができる。
【０１５４】
或いは、ワンワイヤ通信を実施することができる。ワンワイヤ通信は、通信するために単一の金属導体のみを必要とする。回路の「リターン」パスは通信デバイス間の空気を介して容量結合により提供される。当業者は、本明細書で議論される実施形態とともに使用することができるアンテナ（及び関連する伝送ハードウェア）の選択肢を容易に認識しているであろう。
【０１５５】
例えば、通信は、ハウジング２１０の音響伝達によって行うことができる。ハウジング２１０内に配置された送信機は音響伝達を行うことができる。送信機は、例えば、単純な固定周波数圧電共振器を含むことができる。
【０１５６】
相補的な受信機も必要とされ、この構成部品は計器アセンブリ２００又はコントローラ３５０、４５０から離れて配置されてもよく、例えば、マイクロホンと統合された位相ロックループトーン検出器などのハードウェアを含むことができる。
【０１５７】
センサアセンブリ２０４は、これから、図９、１０及び１１を参照しながら、より詳細に説明することにする。下記の説明はセンサアセンブリ２０４に関するものであるが、これは構成において構造的及び電子的に類似していることができるセンサアセンブリ２０６にも適用されることが理解されるべきである。
【０１５８】
水晶発振器２２２は切断石英の平面部を含む。石英は圧電挙動を示す、すなわち、結晶を横切る電圧の印加が結晶の形状を変化させ、機械的な力を発生する。逆に、結晶に印加される機械的な力は電荷を生じさせる。
【０１５９】
水晶発振器２２２の二つの平行な表面は、バルク結晶を横切る電気的接続を提供するために金属化されている。金属接触によって結晶を横切って電圧が印加されると、結晶は形状を変化する。結晶に交流電圧を印加することにより、結晶を振動させることができる。
【０１６０】
水晶の物理的な大きさ及び厚さは水晶の特性又は共振周波数を決定する。実際に、水晶発振器２２２の特性又は共振周波数は、２つの金属化表面の間の物理的な厚さに反比例する。水晶発振器は当該技術分野において周知であるので、水晶発振器２２２の構成は、ここではさらに説明しないことにする。
【０１６１】
また、水晶の共振振動周波数は結晶が配置される環境に依存して変化するであろう。真空中で、結晶は特定の周波数を有することになる。しかし、この周波数は異なる環境で変化する。例えば、流体中で、結晶の振動は周囲の分子によって減衰され、これが共振周波数及び所定の振幅で結晶を振動させるのに必要なエネルギーに影響を与えるであろう。
【０１６２】
さらに、結晶への気体の吸着又は周囲材料の堆積は振動結晶の質量に影響を与え、共振周波数を変化させるであろう。このような材料の吸着又は堆積は一般的に使用される選択ガス分析のための基礎を形成し、結晶上に吸収層を形成し、そしてその吸収層はガスが吸収されるときに質量を増加させる。
【０１６３】
しかしながら、この場合に、水晶発振器２２２にコーティングが適用されない。実際、測定の精度が影響を受ける可能性があるので、この場合には、水晶発振器２２２への材料の堆積は望ましくない。
【０１６４】
図９に示すように、本実施形態の水晶発振器２２２はフォーク形状チューニングであり、３２．７６８ｋＨｚの共振周波数で振動するように構成された約５ｍｍ長さの振動歯２２２ａの対を含む。振動歯２２２ａは石英の平面部に形成されている。フォークの振動歯２２２ａは、通常、その基本モードで振動し、共振周波数で互いに向かう方向及び離れる方向に同期して動く。
【０１６５】
溶融（又は非結晶性）石英は非常に低い温度依存性膨張係数及び低い弾性係数を有する。これは、温度に対する基本周波数の依存性を低下させ、以下に示すとおり、温度の影響が最小限となる。
【０１６６】
加えて、ＡＴカット又はＳＣカットの石英を使用することが望ましい。換言すると、石英の平面部は特定の角度で切断され、それにより、発振周波数の温度係数は室温付近の広いピークを有する放物線となるように構成される。したがって、水晶発振器は、ピークの頂点での傾きを正確にゼロになるように構成することができる。
【０１６７】
このような水晶は比較的に低コストで一般に入手可能である。真空中で使用される多くの水晶発振器とは対照的に、本実施形態では、水晶発振器２２２は導管２０８中で圧力下でガスに暴露されている。
【０１６８】
水晶発振器２２２を駆動するためのドライブ回路２２４を図９に示す。ドライブ回路２２４は多くの特定の基準を満たさなければならない。まず、本発明の水晶発振器２２２は広範なガス圧力に暴露されることができ、可能性として、圧力は大気圧（ガスシリンダー１００が空のとき）から、ガスシリンダーが水素などの加圧ガスを含む場合には、９００bar gで変化しうる。このため、水晶発振器２２２は広範な圧力下で動作し（そして不使用期間の後に再スタートする）ことが要求される。
【０１６９】
結果的に、水晶発振器２２２の品質（Ｑ）ファクターは使用の間にかなり変動するであろう。Ｑファクターは発振器又は共振器の減衰の速度に関連する無次元パラメータである。同等に、共振器の中心周波数に対するバンド幅を特徴付けることができる。
【０１７０】
一般に、発振器のＱファクターが高いほど、発振器の貯蔵エネルギーに対するエネルギー損失の速度が低い。換言すれば、高いＱファクターの発振器の振動は外部力の非存在下に、よりゆっくりと振幅が低減していく。より高いＱファクターを有する、正弦波状に駆動される共振器は共振周波数でより大きな振幅で共振するが、共振する周波数付近の周波数のバンド幅はより小さい。
【０１７１】
ドライブ回路２２４は変化しているＱファクターにかかわらず、水晶発振器２２２を駆動することができなければならない。ガスシリンダー１００中の圧力が増加するときに、水晶発振器２２２の振動は益々減衰し、Ｑファクターは低下するであろう。低下しているＱファクターはドライブ回路２２４における増幅器により高ゲインが提供される必要がある。しかしながら、ドライブ回路２２４で高すぎる増幅が提供される場合には、水晶発振器２２２からの応答は区別するのが困難になるであろう。この場合には、ドライブ回路２２４は関連のない周波数で単に振動し、又は、水晶発振器２２２の非基本モードの周波数で振動することがある。
【０１７２】
さらなる限定として、ドライブ回路２２４は光起電力セルなどの補助出力を用い又は用いないで、長時間にわたって小電力バッテリーで動作するように低電力でなければならない。
【０１７３】
ドライブ回路２２４について、これから図９を参照しながら説明することにする。水晶発振器２２２を駆動するために、ドライブ回路２２４は水晶発振器２２２からの電圧信号を本質的に取り、それを増幅し、そして水晶発振器２２２に信号を戻す。水晶発振器２２２の基本共振周波数は、本質的に、水晶の膨張及び収縮の速度の関数である。このことは結晶の切断及びサイズにより一般に決定される。
【０１７４】
しかし、外部要因も共振周波数に影響を及ぼす。発生した出力周波数のエネルギーが回路における損失と適合するときには、振動は維持されうる。ドライブ回路２２４はこの振動周波数を検知しそして維持するように構成されている。周波数はマイクロプロセッサ２３８により測定され、ユーザにより要求されるガスの適切な特性を計算するために使用され、そして必要ならば、適切なディスプレイ手段に出力される（下記に説明されるとおり）。
【０１７５】
ドライブ回路２２４は６Ｖバッテリー２２８により電力供給される。バッテリー２２８は、この実施形態で、リチウムバッテリーを含む。しかしながら、再充電可能及び非再充電可能の両方の他のバッテリータイプなど及び太陽電池構成などの別の電力源は当業者に容易に明らかであろう。
【０１７６】
ドライブ回路２２４は、ダーリントン対共通エミッタ増幅器２５０をさらに含む。ダーリントン対は、第一のトランジスタで増幅された電流が第二のトランジスタによりさらに増幅されるように構成された２つのバイポーラＮＰＮトランジスタからなる化合物構造を含む。この構成により、別々に取られた各トランジスタと比較した場合、より高い電流利得を得ることが可能になる。代替として、ＰＮＰバイポーラトランジスタを使用することができる。
【０１７７】
ダーリントン対２５０は単一のトランジスタ（Ｔ1）共通エミッタ増幅器２５２からのフィードバック形態で構成される。ＮＰＮバイポーラ接合トランジスタは図９に示されている。しかしながら、当業者は、バイポーラ接合ＰＮＰトランジスタ又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの使用されうる代替のトランジスタ構成を認識するであろう。
【０１７８】
ドライブ回路２２４はバッファ増幅器２５４として機能するさらなるＮＰＮエミッタ・フォロワ・トランジスタＴ2を含む。バッファ増幅器２５４は回路と外部環境との間のバッファとして機能するように構成される。しかしながら、この特徴は任意事項であり、必要ないことがあり、例えば、ＦＥＴはドライブ回路２２４を駆動するために直接接続されうる。
【０１７９】
コンデンサ２５６は、水晶発振器２２２と直列に配置される。この例では、コンデンサ２５６は１００ｐＦの値を有し、かつ、結晶が塩又は他の堆積された材料などにより汚染されている状況で水晶発振器２２２をドライブ回路２２４に駆動させることを可能にする。
【０１８０】
また、ドライブ回路２２４は水晶発振器２２２の高速起動のために最適化されてもよい。これを達成するために、さらなる抵抗及びさらなるコンデンサをトランジスタＤ1のベースとアースとの間で接続することができる。これらの構成部品は、例えば、１０ΜΩ抵抗及び１０ｎＦコンデンサを含むことができる。
【０１８１】
代替ドライブ回路２４０を、ここで、図１０を参照しながら説明することにする。ドライブ回路２４０は上述したドライブ回路２２４の代わりに使用することができる。上述したドライブ回路２２４とは対照的に、ドライブ回路２４０は共通のドレイン金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）増幅器２４２を図９のダーリントン対の代わりに含む。ＭＯＳＦＥＴ２４２は高インピーダンス入力として機能し、それにより、増幅器段階の入力インピーダンスを水晶発振器２２２の高インピーダンスに整合させることが可能になる。言い換えれば、ＭＯＳＦＥＴ２４２は、水晶発振器２２２への電気的負荷を低減するために、高入力インピーダンスのユニティ利得を提供する。
【０１８２】
共通ドレインＭＯＳＦＥＴ増幅器２４２の出力は二つの連続単一のトランジスタ（Ｑ２、Ｑ３）共通エミッタ増幅器２４４に供給される。抵抗器Ｒ６及びＲ８はトランジスタの負フィードバック及びバイアス電流の両方を提供する。共通エミッタ増幅器２４４は水晶発振器２２２の振動を増幅するための高利得を提供し、この実施形態では、ＮＰＮバイポーラ接合トランジスタを含む。しかしながら、当業者は、バイポーラ接合ＰＮＰトランジスタ又はＭＯＳＦＥＴなどの使用されうる代替のトランジスタ構成を認識するであろう。
【０１８３】
コンデンサ２４６は水晶発振器２２２とアースとの間に接続されている。この実施形態では、コンデンサ２４６は水晶発振器２２２に駆動を増加させるように動作可能である。
【０１８４】
抵抗２４８は水晶発振器２２２と直列に接続されている。抵抗２４８は、本実施形態では５６ｋΩの値を有し、波形の緩やかな変化のみで、回路が広い範囲の圧力で振動することができるように、水晶発振器２２２の振動を減衰させる。
【０１８５】
ドライブ回路２４０は３Ｖバッテリー２４９により電力供給される。バッテリー２４９は、この実施形態で、リチウムバッテリーを含む。しかしながら、再充電可能な及び非再充電可能の両方の他のバッテリータイプなど及び太陽電池構成などの別の電力源は当業者に容易に明らかであろう。代替的に、主電源装置は、直流整流し、適切な電圧低下した後に使用することができる。
【０１８６】
代替ドライブ回路２６０を、ここで図１１を参照しながら説明する。図８に示すドライブ回路はピアス発振器と同様に構成されている。ピアス発振器はデジタルＩＣクロック発振器で知られている。本質的には、ドライブ回路２６０は単一のデジタルインバータ（トランジスタの形）Ｔ、３つの抵抗Ｒ1、Ｒ2及びＲs、２つのコンデンサＣ1、Ｃ2及び水晶発振器２２２（又は水晶発振器２３０）を含む。
【０１８７】
この構成では、水晶発振器２２２は高度に選択的なフィルタ素子として機能する。抵抗Ｒ1はトランジスタＴの負荷抵抗として作用する。Ｒ2はその動作の線形領域でインバータＴをバイアスするフィードバック抵抗として作用する。これは、インバータＴを高利得反転増幅器として動作させることを効果的に可能にする。別の抵抗Ｒsは、利得を制限し、回路内の望ましくない振動を減衰させるために、インバータＴの出力と水晶発振器２２２との間で使用される。
【０１８８】
Ｃ1及びＣ2と組み合わせた水晶発振器２２２はパイネットワーク帯域通過フィルタを形成する。これにより、およそ水晶発振器２２２の共振周波数で１８０度位相シフトが可能になり、出力から入力への電圧利得が可能になる。上記のドライブ回路２６０は信頼性があり、製造するのが安価である。というのは、比較的に少数の構成要素を含むからである。この回路はまた、低圧用途に特に適用可能である。
【０１８９】
上述したように、センサアセンブリ２０４は水晶発振器２２２及びドライブ回路２２４からの入力を受信するマイクロプロセッサ２３８を含むことができる。マイクロプロセッサ２３８はＡＳＩＣ又はＦＰＧＡなどの適切な構成を含むことができる。マイクロプロセッサ２３８はオリフィス２１６を通るガスの質量流速の測定値を計算し、そして必要ならば、表示しそして通信するようにプログラムされている。
【０１９０】
水晶発振器２２２とともに使用した場合、マイクロプロセッサ２３８はドライブ回路２２４からの信号の周波数f又は期間を測定するように構成されうる。これは、例えば、一定時間をかけて振動を計数することにより得ることができ、そしてアルゴリズム又はルックアップテーブルを用いて周波数を密度値に変換することができる。この値はマイクロプロセッサ２３８に渡される。
【０１９１】
マイクロプロセッサ２３８はまた、温度センサ２２６からの温度測定値Ｔを受け取る。マイクロプロセッサ２３８は、供給された入力に基づいて、オリフィス２１６を通るガスの質量流速を決定する計算を実行するように構成されている。
【０１９２】
質量流速が決定されると、このデータはローカルメモリに格納されても、表示画面上に表示されても、又は、遠隔ステーションに送信されてもよい。
【０１９３】
マイクロプロセッサ２３８は、場合により、異なるガスに対して有効化されたソフトウェア及びハードウェアにおいて異なる機能を有するすべての計器アセンブリ２００において同一となるように大量生産用に設計されてよい。
【０１９４】
さらに、マイクロプロセッサ２３８はまた、スタンバイ又は「スリープ」モードを実装することにより、電力消費を最小化するように構成することができ、そのモードはマイクロプロセッサ２３８、及び、ドライブ回路２２４及び水晶発振器２２２などの追加の構成部品を網羅することができる。
【０１９５】
様々なスキームが実装されてもよい。例えば、マイクロプロセッサ２３８は各１１秒のうち１０秒間スタンバイであってよい。さらに、マイクロプロセッサ２３８は水晶発振器２２２及びドライブ回路２２４を制御することができ、これにより、これらの構成部品は大半の時間をスタンバイとし、より多くの電力を消費する部品を３０秒ごとに１／２秒間、切り替えるのみであるようにする。
【０１９６】
図１２は本発明の第二又は第三の実施形態で使用するのに適したレギュレータドライブ回路を示している。レギュレータドライブ回路はクアッドＮＡＮＤゲートに水晶発振器２２２（及び／又は第三の実施形態の場合には、水晶発振器２３０）からの入力周波数を受信するように動作可能である。ＮＡＮＤゲートは、また、電圧レギュレータに接続された発振器から設定点周波数を受信する。クアッドＮＡＮＤゲートはＸＯＲゲートとして機能する。
【０１９７】
これらの周波数の差は、その後、これを電圧出力に変換する周波数−電圧コンバータに入力される。電圧出力は、その後、増幅器７４１によって増幅され、ソレノイド弁３０２の位置を制御するために利用され、それにより、水晶発振器２２２、２３０からの周波数入力を、図１２に示す１０Ｋ電圧ポテンショメータに対して電圧により設定される設定点周波数で維持する。
【０１９８】
本発明の第一の実施形態の動作方法について、ここで、図１３を参照しながら説明することにする。下記の方法は、単独で第一の実施形態に適用可能である。
【０１９９】
［工程５００：測定の初期化］
工程５００において、オリフィス２１６を通るガスの質量流速の測定を初期化する。これは、例えば、ハウジング２１０の外側にあるボタンをユーザが押すことにより活性化されうる。或いは、測定は、無線ネットワークを介して送信された又はアンテナを介して計器アセンブリ２００により受信された信号などのリモート接続手段によって初期化されうる。
【０２００】
さらなる代替又は追加として、計器アセンブリ２００は遠隔的に又はタイマーで初期化するように構成することができる。方法は工程５０２に進む。
【０２０１】
［工程５０２：水晶発振器の駆動］
いったん、初期化されると、ドライブ回路２２４、２３２は、それぞれの水晶発振器２２２、２３０を駆動するために使用される。初期化の間に、各ドライブ回路２２４、２３２は、それぞれの水晶発振器２２２、２３０を横切るランダムノイズＡＣ電圧を印加する。そのランダム電圧の少なくとも一部は、それぞれの水晶発振器２２２、２３０を振動させるために適切な周波数であろう。各水晶発振器２２２、２３０は、その後、そのそれぞれの信号と同期して振動し始めるであろう。
【０２０２】
理解されるように、各結晶の共振周波数自体が測定されているものであるから、水晶発振器２２２、２３０は、本質的に、自己完結型検出器及びドライバである。
【０２０３】
圧電効果により、水晶発振器２２２、２３０の運動は、その後、それぞれの水晶発振器２２２、２３０の共振周波数バンドで電圧を生成するであろう。それぞれのドライブ回路２２４、２３２は、その後、水晶発振器２２２、２３０により生成される信号を増幅し、それにより、水晶発振器２２２、２３０の周波数帯域で生成される信号がドライブ回路２２４、２３２の出力を支配するようにする。水晶の狭い共振帯域はすべて不要な周波数をフィルタ除去し、そしてドライブ回路２２４、２３２は、その後、基本共振周波数fにおいて各水晶発振器２２２、２３０を駆動する。それぞれの水晶発振器２２２、２３０が特定の共振周波数で安定化すると、方法は工程５０４に進む。
【０２０４】
［工程５０４：水晶発振器の共振周波数の測定］
共振周波数fは、導管２０８の上流部２１８内の環境条件に依存する。本実施形態では、良好な近似に対する共振周波数の変化Δfは、導管２０８の上流部２１８におけるガスの密度の変化の大きさに比例し、密度の増加に伴って減少するであろう。
【０２０５】
測定を行うために、水晶発振器２２２の周波数は約１秒間にわたって測定される。これは読み値を安定化させることを可能にし、正確な測定値を決定するために十分な振動が計数されることを可能にする。周波数の測定はマイクロプロセッサ２３８において行われる。マイクロプロセッサ２３８は測定を開始したときに時刻Ｔ1も記録することができる。
【０２０６】
いったん、周波数が測定されると、方法は工程５０６に進む。
【０２０７】
［工程５０６：ガスの温度の測定］
工程５０６において、温度センサ２２６は導管２０８の上流部２１８内のガスの温度を測定する。この測定はガス流中の音速を正確に決定するために必要とされる。
【０２０８】
上述のように、温度測定は特に正確である必要はない。例えば、温度センサ２２６が０．５℃の精度である場合、これは、音の速さの計算に必要な絶対温度値に対して、わずか１２００分の１の誤差に対応する。
【０２０９】
代わりに、この工程はマイクロプロセッサ２３８に入力される固定温度値が単純に関与することができる。これは、例えば、既知の温度環境が使用されている、又は、高い精度が要求されない状況で起こりうる。この場合には、温度センサ２２６は必要とされない。
【０２１０】
［工程５０８：ガスの質量流量の決定］
このことは、オリフィス２１６の上流のガスの密度ρ1、オリフィス２１６の下流のガスの密度ρ2、及び、場合により、ガスの温度Ｔが既知の場合に、上記の式８）を使用して行われる。それゆえ、工程５０４において測定される共振周波数を知り、工程５０６において測定されるガスの温度Ｔを（必要に応じて）知ると、オリフィス２１６を通る質量流速の正確な測定を行うことができる。これは、チョーク流れ状態（式７に記載）を満たしていなくても適用される。というのは、上流及び下流の両方の密度を利用することができるからである。次いで、方法は工程５１０に進む。
【０２１１】
あるいは、質量流量の測定は、オリフィス２１６の上流のガスの密度ρ1及び、場合により、ガスの温度Ｔが知られている場合に、チョーク流れ状態に対する式７）を用いて行うことができる。したがって、工程５０４で測定されるとおりの水晶発振器２２２の共振周波数を知り、工程５０６で測定されるガスの温度Ｔを（必要に応じて）知ると、オリフィス２１６を通る質量流速Ｑの測定を行うことができる。また、水晶発振器２３０によるオリフィス２１６の下流のガスの密度ρ2の測定を使用して、水晶発振器２２２によって行われる測定の精度の指標を提供することができる。次いで、方法は工程５１０に進む。
【０２１２】
［工程５１０：結果の通信及び格納］
ガスの質量流速は多くの方法で表示することができる。例えば、ハウジング２１０、本体２０２又はレギュレータ１５０に取り付けられたスクリーン（図示せず）はオリフィス２１６を通るガスの質量流速（及び、結果として、カップリング１６０を出るガスの質量流速）を表示することができる。或いは、質量流速測定値は、後述するように、ベースステーションに遠隔通信されるか、又は、隣接する取り付け具に位置する計器に通信されることができる。
【０２１３】
さらなる代替として、時刻Τ1におけるガスの質量流速は、時間ログを生成する前記マイクロプロセッサ２３８にあるメモリに格納されうる。
【０２１４】
上記に示したように、代替実施形態では、チョーク流れ状態をオリフィス２１６を通して存在させるには流速が低すぎるという理由で、測定した質量流量が不正確であるかもしれないことを示すための警告メッセージがユーザに表示されうる。
【０２１５】
次いで、方法は工程５１２に進む。
【０２１６】
［工程５１２：センサアセンブリのパワーダウン］
計器アセンブリ２００を常に動作可能に維持する必要はない。反対に、使用中ではないときに、計器アセンブリ２００、およびコントローラ３５０のスイッチをオフとすることにより電力消費量を低減することが有利である。これにより、バッテリー２２８の寿命が延びる。
【０２１７】
ドライブ回路２２４の構成により、導管２０８の上流部２１８における圧力にかかわらず、水晶発振器２２２を再始動することができる。それゆえ、計器アセンブリ２００、およびコントローラ３５０は、バッテリー電力を節約するために、必要に応じてシャットダウンすることができる。
【０２１８】
本発明の第二及び第三の実施形態の動作方法について、ここで、図１４を参照しながら、説明することにする。下記の方法は、単独で第二及び第三の実施形態に適用可能である。
【０２１９】
［工程６００：測定の初期化］
工程６００において、オリフィス２１６を通るガスの質量流速の測定は初期化される。これは、例えば、ハウジング２１０の外側にあるボタンをユーザが押すことにより活性化されうる。或いは、測定は、無線ネットワークを介して送信された又はアンテナを介してコントローラ３５０、４５０により受信された信号などのリモート接続手段によって初期化されうる。
【０２２０】
この点で、ガスの特に望ましい質量流速はユーザにより入力される。その後、これはコントローラ３５０、４５０により格納され、そしてレギュレータドライブ回路は水晶発振器２２２（及び第三の実施形態の場合には水晶発振器２３０）の特定された設定点周波数に到達し、そしてその特定の周波数に水晶発振器２２２を維持して、特定のガス流を維持するように適切にプログラムされている。
【０２２１】
さらなる代替又は追加として、コントローラ３５０、４５０は遠隔的に又はタイマーで初期化するように構成することができる。方法は工程６０２に進む。
【０２２２】
［工程６０２：水晶発振器の駆動］
いったん、初期化されると、ドライブ回路２２４は、水晶発振器２２２を駆動するために使用される。第三の実施形態の場合において、ドライブ回路２３２も水晶発振器２３０を駆動するために使用される。初期化の間に、その又は各々のドライブ回路２２４、２３２は、それぞれの水晶発振器２２２、２３０を横切るランダムノイズＡＣ電圧を印加する。そのランダム電圧の少なくとも一部は、それぞれの水晶発振器２２２、２３０を振動させるのに適切な周波数であろう。各水晶発振器２２２、２３０は、その後、そのそれぞれの信号と同期して振動し始めるであろう。
【０２２３】
理解されるように、各結晶の共振周波数自体が測定されているものであるから、水晶発振器２２２、２３０は、本質的に、自己完結型検出器及びドライバである。
【０２２４】
圧電効果により、水晶発振器２２２、２３０の運動は、その後、それぞれの水晶発振器２２２、２３０の共振周波数バンドで電圧を生成するであろう。その、又は、それぞれのドライブ回路２２４、２３２は、その後、水晶発振器２２２、２３０により生成される信号を増幅し、それにより、水晶発振器２２２、２３０の周波数バンドで生成される信号がドライブ回路２２４、２３２の出力を支配するようにする。水晶の狭い共振バンドはすべての不要な周波数をフィルタ除去し、そしてドライブ回路２２４、２３２は、その後、基本共振周波数fにおいて各水晶発振器２２２、２３０を駆動する。それぞれの水晶発振器２２２、２３０が特定の共振周波数で安定化すると、方法は工程６０４に進む。
【０２２５】
［工程６０４：水晶発振器の共振周波数の測定］
共振周波数fは、導管２０８の上流部２１８内の環境条件に依存する。本実施形態では、良好な近似に対する共振周波数の変化Δfは（水晶発振器２２２に関して）導管２０８の上流部２１８における密度の変化の大きさに比例し、密度の増加に伴って減少するであろう。同一のことは第三の実施形態の場合に水晶発振器２３０に適用される。
【０２２６】
測定を行うために、その又は各々の水晶発振器２２２、２３０の周波数は約１秒間にわたって測定される。これは、読み値を安定化させることを可能にし、そして正確な測定値を決定するために十分な振動が計数されることを可能にする。周波数の測定はマイクロプロセッサ２３８において行われる。マイクロプロセッサ２３８は測定を開始したときに時刻Ｔ1も記録することができる。
【０２２７】
いったん、周波数が測定されると、方法は工程６０６に進む。
【０２２８】
［工程６０６：ガスの温度の測定］
工程６０６において、温度センサ２２６は導管２０８の上流部２１８内のガスの温度を測定する。この測定はガス流中の音速を正確に決定するために必要とされる。
【０２２９】
［工程６０８：フィードバックループの維持］
コントローラ３５０、４５０は、特定の質量流速を達成するために、上記の式１１）によるフィードバックループを維持するように、すなわち、水晶発振器２２２の振動周波数を利用すること（又は、所望ならば水晶発振器２３０を含む第三の実施形態を利用するならば式１３））により動作可能である。
【０２３０】
換言すれば、オリフィス２１６の上流のガスの密度ρ1を温度Ｔの平方根で割ったものの関係（第二の実施形態において）、又は、オリフィス２１６の上流のガスの密度ρ1及びオリフィス２１６の下流のガスの密度ρ2の関数を温度Ｔの平方根で割ったもの（第三の実施形態において）を用いて、比例的にガス流を生成させることができる。
【０２３１】
それゆえ、水晶発振器２２２の共振周波数（第三の実施形態では水晶発振器２２２及び水晶発振器２３０の両方の関数）を、温度に比例する信号の平方根で割ったものはソレノイド弁３０２の比例的な開／閉により予め決められた値に維持されることができ、それにより、オリフィス２１６を通る一定のガス流を維持することができる。
【０２３２】
［工程６１０：結果の通信及び格納］
ユーザはガスの特定の質量流速を指定することができる。それゆえ、この条件を満たす限り、さらなるディスプレイを必要としない。しかしながら、場合により、ガスの実際の質量流速を多くの方法で表示することができる。例えば、ハウジング２１０、本体２０２又はレギュレータ３００に取り付けられたスクリーン（図示せず）はオリフィス２１６を通るガスの質量流速（及び、結果として、カップリング１６０を出るガスの質量流速）を表示することができる。或いは、質量流速測定値は、後述するように、ベースステーションに遠隔通信されるか、又は、隣接する取り付け具に位置する計器に通信されることができる。
【０２３３】
さらなる代替として、時刻Τ1におけるガスの質量流速は、時間ログを生成する前記マイクロプロセッサ２３８にあるメモリに格納されうる。
【０２３４】
上記に示したように、代替実施形態では、チョーク流れ状態をオリフィス２１６を通して存在させるには流速が低すぎるという理由で、測定した質量流量が不正確であるかもしれないことを示すための警告メッセージがユーザに表示されうる。
【０２３５】
上記の実施形態の変形は当業者に明らかであろう。ハードウェア及びソフトウェア部品の正確な構成は様々であることができ、そして本発明の範囲になおも該当することができる。当業者は使用されうる代替構成を容易に認識するであろう。
【０２３６】
例えば、上記の実施形態は基本周波数３２．７６８ｋＨｚを有する水晶発振器を用いている。しかしながら、代わりの周波数で動作する結晶を用いることができる。例えば、６０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚで動作する水晶発振器は上記の実施形態で用いることができる。異なる結晶に関する密度と周波数変化を示すグラフを図１５に示す。さらなる例として、１．８ＭＨｚの周波数で動作する水晶発振器を使用することができる。
【０２３７】
より高い周波数での操作により、より頻繁に圧力をモニターすることが可能になる。というのは、所与の数のサイクルをサンプリングするのに、より短い時間を要するからである。さらに、より高い周波数の結晶では、結晶の「スリープ」モードで、より小さいディーティーサイクルを使用することができる。説明として、ほとんどの場合、結晶及びドライブ回路はほとんどの時間をスイッチオフで費やし、測定を必要とするときにのみ１秒程度スイッチオンする。これは、例えば、１分間に一度起こることができる。より高い周波数の結晶を使用するときに、圧力はより早く測定できる。それゆえ、結晶が動作している時間を低減することができる。これは電力消費量を低減しそして同時にバッテリー寿命を改善することができる。
【０２３８】
さらに、上記の実施形態は水晶発振器の絶対周波数を測定することにより説明されてきた。しかし、ガスシリンダー結合レギュレータ中に取り込まれた自己完結型エレクトロニクスにおいて、同一タイプであるが、真空もしくは圧力パッケージに閉じ込められた参照結晶と周波数を比較することによりセンサの周波数のシフトを測定することが有利なことがある。圧力パッケージは選択された密度でガスを含むことができ、大気条件下にガスを含むことができ、又は、ガスシリンダーの外部の雰囲気に開放されていることができる。
【０２３９】
適切なセンサアセンブリ７００を図１６に示す。センサアセンブリ７００は第一の水晶発振器７０２及び第二の水晶発振器７０４を含む。第一の水晶発振器７０２は真空下にシールされた容器７０６内に配置された参照結晶である。第一の水晶発振器７０２はドライブ回路７０８により駆動される。
【０２４０】
第二の水晶発振器７０４は上記の実施形態に記載される水晶発振器２２２と同様の結晶である。第二の水晶発振器７０４はハウジング２１０内のガス環境に暴露される。第二の水晶発振器７０４はドライブ回路７１０により駆動される。
【０２４１】
この比較は２つの周波数信号を組み合わせ、そして２つの結晶の間の差と等しい周波数で出力を生じる電子ミキサー回路７１２を用いて行うことができる。この構成は温度などによる小さい変化を打ち消すことを可能にする。
【０２４２】
さらに、センサアセンブリ２０４中で使用される回路は周波数差のみを測定することが要求されるので、単純化されうる。さらに、このアプローチは結晶周波数を直接的に測定するのが困難であることがある高周波（ＭＨｚ）水晶発振器での使用に特に適する。
【０２４３】
さらに、密度、質量又は質量流速を測定しそして表示するのに要求されるすべてのエレクトロニクスをガスシリンダー上又はガスシリンダー内に取り付ける必要がない。例えば、エレクトロニクス機能はシリンダーに永久的に取り付けられたユニット、及び、顧客使用ステーションに取り付けられたユニット又は従来の流量計に通常に使用される位置などのシリンダーのアウトレットに一時的に取り付けられたユニットで分けることができる。
【０２４４】
この構成の例を、図１７を参照して示す。この構成は、ガスシリンダー８００、レギュレータ８０２及び質量流速計器８０４を含むガスシリンダーアセンブリ８０を含む。ガスシリンダー８００、レギュレータ８０２及び質量流速計器８０４は、ガスシリンダー１００、レギュレータ１５０及び計器アセンブリ２００又はコントローラ３５０、４５０と実質的に同様であり、上記の実施形態に関して上述したのと実質的に同様である。
【０２４５】
本実施形態において、質量流速計器８０４は上記の実施形態の水晶発振器２２２及びドライブ回路２２４と同様の水晶発振器及びドライブ回路（図示せず）を含む。アンテナ８０６は任意の適切な遠隔通信プロトコール：例えば、ブルートゥース（登録商標）、赤外（ＩＲ）又はＲＦＩＤを介した通信を提供する。或いは、ワンワイヤ通信を使用してもよい。
【０２４６】
さらなる代替として、音響通信法を使用することができる。このような方法の利点は遠隔通信が外部アンテナを必要としないで行うことができることである。
【０２４７】
接続パイプ８０８はガスシリンダー８００のアウトレットに接続される。接続パイプはクイックコネクト接続８１０を終点とする。クイックコネクト接続８１０は接続パイプ加工品又は部品を容易にかつ素早くガスシリンダー８００にそしてそれから取り外すことを可能にする。
【０２４８】
クイックコネクトユニット８５０はガスシリンダー８００への接続のために提供される。相補的なクイックコネクトコネクタ８１２はクイックコネクト接続８１０への接続のために提供される。さらに、クイックコネクトユニット８５０はデータユニット８５２を備えている。データユニット８５２はディスプレイ８５４、及び、ガスシリンダーアセンブリ８０の質量流速計器８０４との通信のためのアンテナ８５６を含む。ディスプレイ８５４は、例えば、ＬＣＤ、ＬＥＤ又は昼光読み取り可能ディスプレイを含むことができ、それにより、電力消費量を最小化しそしてディスプレイの可視性を最大化することができる。
【０２４９】
データユニット８５２はガスシリンダーアセンブリ８０の質量流速計器８０４により測定される種々のパラメータを記録することができる。例えば、データユニット８５２は質量流速対時間を記録することができる。このような記録は、例えば、ガス流が存在することをチェックしそして重要な構成部品に対する長時間のガス溶接手順の間に補正し、又は、特定の顧客使用に会社データを供給することを望んでいる溶接コントラクターにとって有用であることができる。
【０２５０】
或いは、データユニット８５２からのデータはコンピュータ化可能な溶接機（溶接施工用）又は他のガス使用装置に出力されて、警告メッセージとともに、得られたパラメータの計算を行うことができる。
【０２５１】
さらに、データユニット８５２は以下の機能を提供するように構成されうる：ガスタイプが変化する場合に、可聴式又は可視式警告を提供すること、ガスの使用時にデータを含みそして表示すること、多モード動作、例えば、供給者／フィラーモード及び顧客モードを提供すること、データの入力を可能にすること、シリンダー番号、ガスのタイプ、分析の証明書、顧客履歴（どの日付に誰がシリンダーを有したか）、安全性データ及び操作の助言などのデータを提供することがシリンダー上でサマリー形態で行われることができる。
【０２５２】
代わりとして、上記の例のすべては、場合により、計器アセンブリ２００又はコントローラ３５０、４５０に関して議論したガスシリンダー８００又はハウジング２１０上（又はその中）に全体として配置されたシステムから処理され、格納され又は得られることができる。
【０２５３】
上記の実施形態は水晶発振器の使用を参照しながら説明されてきたが、当業者は、使用されうる代替の圧電材料を容易に認識するであろう。例えば、非排他的なリストとしては、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、ベルリナイト、ガリウムヒ素、四ホウ酸リチウム、リン酸アルミニウム、ビスマスゲルマニウムオキシド、多結晶チタン酸ジルコニウムセラミックス、高アルミナセラミックス、シリコン亜鉛オキシド複合材又は酒石酸二カリウムを含む水晶発振器を挙げることができる。
【０２５４】
本発明の実施形態は例示の実施例を特に参照して説明してきた。具体的な実施例は図面に示されそして本明細書に詳細に記載されているが、図面及び詳細な説明は、本発明を開示された特定の形態に限定することを意図しないことが理解されるべきである。変形及び修正が本発明の範囲内で記載された実施例に対してなされ得ることは理解されるであろう。
【図１】
0006010221.tif 000018
【図２】
0006010221.tif 000019
【図３】
0006010221.tif 000020
【図４】
0006010221.tif 000021
【図５】
0006010221.tif 000022
【図６】
0006010221.tif 000023
【図７】
0006010221.tif 000024
【図８】
0006010221.tif 000025
【図９】
0006010221.tif 000026
【図１０】
0006010221.tif 000027
【図１１】
0006010221.tif 000028
【図１３】
0006010221.tif 000029
【図１４】
0006010221.tif 000030
【図１６】
0006010221.tif 000031
【図１７】
0006010221.tif 000032
【図１２】
0006010221.tif 000033
【図１５】
0006010221.tif 000034