專利名稱：流量控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的領(lǐng)域?yàn)榱髁靠刂破?、流量控制器的組成部分和相應(yīng)的制造方法。
背景技術(shù)：
用于氣體的質(zhì)量流量控制器可以以與氣體的溫度和壓力基本上無關(guān)的方式檢測(cè)氣體的質(zhì)量流速，給出一個(gè)測(cè)量值，由此計(jì)量這一流動(dòng)，并在需要時(shí)可根據(jù)這種檢測(cè)和計(jì)量結(jié)果調(diào)整質(zhì)量流速。利用熱傳導(dǎo)原理操作的這種類型的控制器已經(jīng)被廣泛使用。
在市場(chǎng)上可以買到的適用于氣體測(cè)量的普通質(zhì)量流量傳感器具有一根小直徑管，在管子外側(cè)彼此靠近的位置處纏繞著兩個(gè)線圈。這兩個(gè)線圈由其電阻具有溫度敏感性的金屬材料構(gòu)成。
在一個(gè)與該傳感器相耦合的橋式電路中，線圈可以由電流進(jìn)行加熱，該電流在沒有氣體流過時(shí)使線圈具有相等的電阻，并使橋式電路處于平衡狀態(tài)，即輸出零信號(hào)。
當(dāng)有氣體在管子中流過時(shí)，在傳感器的相對(duì)測(cè)量范圍內(nèi)，上流側(cè)的線圈的溫度將由于氣體的冷卻作用而下降，下流側(cè)線圈的溫度將由于流體帶來的上流側(cè)線圈的熱量而上升。該溫度差正比于在單位時(shí)間里流過該管子的克分子數(shù)目。因此，根據(jù)已知的線圈電阻隨溫度的變化關(guān)系，便可以從橋式電路的輸出信號(hào)中獲得氣體質(zhì)量流量的一個(gè)測(cè)量值，或一個(gè)計(jì)量信號(hào)。
在一般情況下，小直徑管與通過該控制器的流體流動(dòng)主路徑相平行?？衫媚撤N部分流體流動(dòng)障礙的形式設(shè)置這一平行路徑，而這種障礙將沿主路徑產(chǎn)生壓力落差。
對(duì)于給定量值的流動(dòng)測(cè)量，和設(shè)定在一個(gè)不同量值處的預(yù)定流動(dòng)，均可以通過設(shè)置在流體流動(dòng)主路徑中的閥門消除這一差值，即控制質(zhì)量流速。
通常，在質(zhì)量流量控制器中，流體流動(dòng)主路徑是一條可以將閥座安裝在閥門套筒中的回路，從而是一種可以線性地打開和閉合的回路。因此，可以移動(dòng)該元件以增大或減小流過閥門的流動(dòng)流體，而且通常是通過沿流體流動(dòng)方向(即沿打開閥座的方向)所施加的力來實(shí)施這一移動(dòng)的。一般來說，抑制閥座移動(dòng)的元件，通常是由具有一個(gè)由電磁螺線管或壓電機(jī)構(gòu)控制的定位位置的、并且往往是附裝在一個(gè)金屬膜片上的部件。這種回路流動(dòng)路徑和線性機(jī)構(gòu)往往需要有定作的管道部分，而且往往比所預(yù)期的更大和/或更有力。它們還對(duì)流體流動(dòng)主路徑中的背壓效應(yīng)相當(dāng)敏感，進(jìn)而使閥門的機(jī)械操作復(fù)雜化。
與此有關(guān)的是可能出現(xiàn)的制造方面的技術(shù)要求，即涉及包含位于流體流動(dòng)主路徑中的閥座的閥座筒的安裝問題。具體地說就是，在將這一閥座筒設(shè)置定位時(shí)，需要防止沿流體流動(dòng)主路徑產(chǎn)生劃痕。例如，在采用壓入配合操作的情況下，在沿不與流體流動(dòng)過程中的流體相接觸的管壁表面上，不可避免地產(chǎn)生劃痕。
流體流動(dòng)主路徑與通過較小直徑的傳感器管道的平行路徑相連接，流體流動(dòng)主路徑中的某種阻塞體，可以采用許多種不同類型的阻塞元件來構(gòu)成。如舉例來說，這些阻塞元件包括，具有錐形體的流體流動(dòng)主路徑，具有可以定位設(shè)置的并通過彈簧類安裝機(jī)械保持定位的錐形體的阻塞部件。所有有關(guān)的這一切均需要在傳感器管道平行路徑的位置的附近，保持有相當(dāng)平滑的、通常為層流的流動(dòng)，并且保持調(diào)節(jié)阻塞量的能力，以便調(diào)節(jié)流過傳感器管道和主路徑的流動(dòng)流體的比率。在一定的范圍內(nèi)，這種調(diào)節(jié)的能力使其能夠標(biāo)定由規(guī)定的傳感器信號(hào)所代表的流體流量。這種標(biāo)定適應(yīng)性對(duì)于滿足不同的用途和特定的需要是相當(dāng)重要的。
對(duì)于這一點(diǎn)，具有流體流動(dòng)阻塞和調(diào)節(jié)能力的常規(guī)的環(huán)形圓筒狀流體路徑部分是公知的，這種路徑部分具有一種常規(guī)的環(huán)形圓筒狀栓塞部分，后者具有沿其長(zhǎng)度方向的線性部件。配置在具有類似形狀的流體路徑部分中的圓筒狀阻塞部分的長(zhǎng)度，可以控制阻塞量的大小的方式使用。
在所提到的常規(guī)類型的質(zhì)量流量控制器中，研制和關(guān)注的方面均在于小直徑傳感器管和流體流動(dòng)主路徑的接口部分。當(dāng)然，這一接口位于流體流動(dòng)主路徑中的阻塞元件附近。這種接口包括一個(gè)小直徑管和滿足其密封連接的、在它的每一端設(shè)置的通向流體流動(dòng)主路徑的孔口。能夠滿足這種需要的一個(gè)常規(guī)的例子是，安排在傳感器殼體和金屬管道構(gòu)件之間的金屬安裝件，流體流動(dòng)主路徑就在其附近穿孔通過。因此這種構(gòu)件通常具有形成在其上的環(huán)形圓筒狀孔口，傳感器管道在其端部穿過該孔口，并且恰好位于管道阻塞元件與流體流動(dòng)主路徑連接的孔口之前。然后，一對(duì)金屬部件壓入配合在這些孔口中。這種部件具有在其中間所開的小直徑孔口或者入口或者出口。該孔口用于配合輸入側(cè)或輸出側(cè)的小直徑傳感器管道端部。這種通常為環(huán)形圓筒狀的金屬部件，可以具有例如位于朝向管道部分表面處的環(huán)形邊緣。然后，可以將具有與其相耦合的環(huán)形邊緣的、用于形成流體密封的襯墊類元件，壓塞在接口安裝部分和管道部分之間，并且靠近這一管道端部的傳感器管道附近。該金屬接口部件可以具有沿該同一表面伸延的成型結(jié)構(gòu)，以形成便于在傳感器管道端部將管道焊接在該部件上的結(jié)構(gòu)。例如，這種接口結(jié)構(gòu)的精確度，以及接口安裝部件的使用空間均是相當(dāng)重要的。
對(duì)于質(zhì)量流量控制器，希望采用的是加熱機(jī)構(gòu)，而不是壓電或電磁螺線管機(jī)構(gòu)，以控制通過質(zhì)量流量控制器閥門的流量，所以往往需要使用相當(dāng)大的力。對(duì)于這一點(diǎn)，如何利用連線的電加熱，進(jìn)而加熱其環(huán)繞的管，一直是過去研制和開發(fā)的主題。采用施加熱量而膨脹，或除去熱量而收縮的方式，可以使該管的主體成為所需要的力的來源，而且是一種響應(yīng)時(shí)間的減緩源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是要在各個(gè)相關(guān)的方面，使操作更方便而有效，并且使結(jié)構(gòu)構(gòu)成更方便而有效。這些方面包括閥門操作機(jī)構(gòu)，與流體流動(dòng)主路徑直接相關(guān)的部分，主路徑流體流動(dòng)相應(yīng)于傳感器流動(dòng)管道的限流部分，傳感器殼體和在傳感器流體管道和流體流動(dòng)主路徑之間的相關(guān)的接口的安裝方式，以及閥座在流體流動(dòng)主路徑上的安裝等等。
在本發(fā)明的閥門機(jī)構(gòu)方面，提供了一種流體流量控制器，它具有一個(gè)測(cè)量流體流量的傳感器和一個(gè)響應(yīng)該傳感器的致動(dòng)器。該質(zhì)量流量控制器包括有輸入管道部件，中間管道部件和輸出管道部件。它還包括有一個(gè)安裝在中間管道部件處的閥座，一個(gè)附裝在閥座上的閥門門元件，以及一個(gè)門元件控制器。輸入管道部件限定一個(gè)用于接收流體流動(dòng)的輸入管，并且限定著一個(gè)穿過該部件的流體流動(dòng)孔口。中間管道部件用于接收由輸入管道部件向下流側(cè)流動(dòng)的流體，并且限定著一個(gè)穿過中間管道部件的流體流動(dòng)孔口。輸出管道部件接收由中間管道部件向下流側(cè)流動(dòng)的流體，并且也同樣限定一個(gè)穿過輸出管道部件的流體流動(dòng)孔口。門元件控制器包括有一個(gè)控制桿部件和一個(gè)包括有膜片的安裝部件?？刂茥U部件具有門元件控制部分、安裝部分、以及致動(dòng)部分。控制器桿部件沿控制器桿部件安裝部分與膜片相連接；這一桿部件的致動(dòng)部分和門元件控制部分可以相對(duì)于安裝部件的定位位置沿相反的方向移動(dòng)到多個(gè)可選擇位置以響應(yīng)致動(dòng)器動(dòng)作，調(diào)節(jié)流體流速為多個(gè)可選擇的流動(dòng)速度，膜片基本上承載著控制器桿部件的全部部件的支撐重量。
控制器桿部件是基本上以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式安裝的，而且當(dāng)致動(dòng)器和控制器桿部件的門元件控制部分在相反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，膜片可伸張或不可伸張。膜片為金屬膜片，并具有基本上不可彎曲結(jié)構(gòu)和基本上呈圓形的形狀。
控制器桿元件的安裝部分包括有位于膜片的致動(dòng)部分一側(cè)的一段，和位于膜片的門元件控制一側(cè)的另一段，它們具有抵抗彎曲的不同伸張，以使得一段的彎曲超過另一段的彎曲。
安裝在中間管道部件上的閥座限定一個(gè)流體流動(dòng)孔口，該流體流動(dòng)孔口基本上與通過輸入管道部件的流體流動(dòng)孔口準(zhǔn)直配合。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的閥門機(jī)構(gòu)，還提供了一種流體流量控制器，其具有一個(gè)測(cè)量流體流量的傳感器，和一個(gè)響應(yīng)該傳感器的致動(dòng)器，并且包括有輸入管道部件，中間管道部件，輸出管道部件，一個(gè)安裝在中間管道部件的閥座，一個(gè)附裝在閥座上的閥門門元件，以及一個(gè)門元件控制器。輸入管道部件限定一個(gè)用于接收流動(dòng)流體的輸入管，并且限定一個(gè)穿過所述的部件的流體流動(dòng)孔口；中間管道部件用于接收由所述的輸入管道部件向下流側(cè)流動(dòng)的流體，并且限定一個(gè)穿過所述的中間管道部件的流體流動(dòng)孔口；輸出管道部件用于接收由所述的中間管道部件向下流側(cè)流動(dòng)的流體，并且限定一個(gè)穿過所述的輸出管道部件的流體流動(dòng)孔口。而且，門元件控制器具有控制桿部件，用于控制器桿部件的安裝部件，和一根細(xì)長(zhǎng)的桿棒?？刂破鳁U部件具有門元件控制部分，安裝部分和致動(dòng)部分。控制器桿部件沿著控制器桿部件安裝部分與該安裝部件相連接；控制桿部件的致動(dòng)部分和門元件控制部分可以相對(duì)于安裝部件的定位位置，沿相反的方向移動(dòng)到多個(gè)可選擇位置，以響應(yīng)質(zhì)量流量控制器的致動(dòng)器動(dòng)作，將流體流速調(diào)節(jié)為多個(gè)可選擇的流動(dòng)速度，膜片基本上承載著控制器桿部件的全部部件支撐重量。這根細(xì)長(zhǎng)棒與門元件相連接，并且也安裝在控制桿部件的遠(yuǎn)離門元件的控制部分的一側(cè)。
細(xì)長(zhǎng)桿棒也安裝在距控制器桿部件的門元件一側(cè)相距一定距離的位置處，且該距離為門元件的定位位置與控制器桿部件的門元件一側(cè)之間的距離的兩倍以上。一個(gè)圍繞細(xì)長(zhǎng)桿棒的套筒固定在控制器桿部件的致動(dòng)部分和細(xì)長(zhǎng)桿棒上，并且朝遠(yuǎn)離門元件延伸到控制器桿部件的門元件的控制部分一側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的閥門致動(dòng)器和閥門控制器，用于流體流量控制閥門的門元件的致動(dòng)器和控制器機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)門元件控制器桿部件，其具有一個(gè)致動(dòng)部分，一個(gè)門元件控制部分；一個(gè)熱敏調(diào)節(jié)器連線部件；和一個(gè)控制致動(dòng)件連線部件的溫度變化的致動(dòng)器控制電路。致動(dòng)器連線部件與控制器桿部件的致動(dòng)部分可控制地相連接。它響應(yīng)溫度變化而伸張和收縮，并且移動(dòng)控制器桿部件的門元件控制部分，僅只響應(yīng)這一伸張和收縮而調(diào)節(jié)流過閥門的流體流量。
圍繞連線部件設(shè)置，并伸延至控制器桿部件的致動(dòng)部分一側(cè)的一個(gè)管形部件，可控制地與連線部件相連接，且相對(duì)于連線部件的伸張和收縮基本上是不可移動(dòng)的。圍繞連線部件設(shè)置，并伸延至控制器桿部件的致動(dòng)部分另一側(cè)的另一個(gè)管形部件，固定在控制器桿部件上，并可控制地與連線部件相連接，以響應(yīng)連線部件的伸張和收縮而移動(dòng)控制器桿部件的致動(dòng)部分?？刂破鳁U部件的致動(dòng)部分具有一個(gè)孔口，致動(dòng)部分通過孔口進(jìn)行安裝，而不與這一控制器桿部件相接觸。還安裝有一個(gè)彈簧，以提供施加至控制器桿部件的力。
根據(jù)本發(fā)明的主路徑和傳感器流體流動(dòng)路徑，一種流體流量計(jì)包括管道部件，管道部件具有用于其流速需要被測(cè)量的流體流動(dòng)的輸入管和輸出管，以及穿過部件的主要流體流動(dòng)路徑的錐形孔口。它還包括一個(gè)限流器，限流器壓塞在錐形孔口處，以沿著孔口產(chǎn)生流體壓力落差，以及一個(gè)包括有流體傳感器管道的流體傳感器，流體傳感器管道具有與主要流體流動(dòng)管道孔口相平行的傳感器流體流動(dòng)管道孔口，并且具有適當(dāng)定位的輸入口和輸出口，從而形成相應(yīng)于壓力落差的傳感器管道的流體流動(dòng)。該限流器包括有一個(gè)芯體部件和若干根連線部件，后者沿著芯體部件設(shè)置，并且壓塞在芯體部件和管道部件之間的錐形孔口內(nèi)。
該若干根連線部件在芯體部件和管道部件之間變形。例如，芯體部件可包括有球形部件或錐形部件，并且還可以包括有三根或四根的連線部件等等的多種選擇。
根據(jù)本發(fā)明的主路徑和傳感器流體流動(dòng)路徑，一種流量計(jì)包括一個(gè)具有流體傳感器管道的流體傳感器，該流體傳感器管道具有一個(gè)輸入管和一個(gè)輸出管，和通過該管道的傳感器流體流動(dòng)管道孔口；管道部件具有用于其流速需要被測(cè)量的流體流動(dòng)的輸入管和輸出管，并且具有與傳感器流體流動(dòng)管道孔口相平行的主要流體流動(dòng)管道孔口。管道部件還具有一個(gè)位于傳感器管道的輸入側(cè)端部的傳感器管道輸入孔口，和一個(gè)位于傳感器管道的輸出側(cè)端部的傳感器管道輸出孔口。一個(gè)輸入金屬密封部件，它沿傳感器管道輸入側(cè)孔口延伸，以及一個(gè)輸出側(cè)金屬密封部件，它沿傳感器管道輸出側(cè)孔口延伸。每一個(gè)密封部件均沿著通過孔口的方向環(huán)繞，并且均具有一個(gè)通過傳感器管道的相應(yīng)側(cè)端部的部件的孔口。
該輸入側(cè)和輸出側(cè)的密封部件中的每一個(gè)，均包括有一個(gè)沿相應(yīng)傳感器管道孔口延伸的球形表面部分，而且還包括有一個(gè)平坦表面部分。此外，傳感器管道固定在各個(gè)密封部件上。
管道部件可以具有一對(duì)靠近傳感器管道輸入側(cè)孔口的輸入側(cè)彎管，和一對(duì)靠近傳感器管道輸出側(cè)孔口的輸出側(cè)彎管，并且還具有一個(gè)輸入側(cè)襯墊部件，它在輸入側(cè)密封部件和輸入側(cè)彎管之間產(chǎn)生彎曲，以及一個(gè)輸出側(cè)襯墊部件，它在輸出側(cè)密封部件和輸出側(cè)彎管之間產(chǎn)生彎曲。
根據(jù)本發(fā)明的閥座安裝方法，提供了一種將閥座安裝在管道部件中的方法。設(shè)置一個(gè)閥座軸套，該軸套具有一個(gè)使流體流過軸套的孔口，該軸套具有一個(gè)與通過軸套的方向相正交的一個(gè)端部表面，和另一個(gè)端部表面，而且軸套具有安裝在另一個(gè)端部表面附近的閥座。將軸套嵌裝在管道部件處，并且阻塞軸套沿通過軸套的方向的移動(dòng)。設(shè)置一個(gè)相對(duì)于第一端部表面的部件，并且向該部件施加一個(gè)力以使端部表面變形，將軸套的外側(cè)管壁表面推向管道部件的內(nèi)側(cè)端部表面，并且將軸套固定在管道部件處。
正交的第一端部表面具有在變形之前呈錐形的形狀，而在變形之后呈球形的形狀。在變形過程中抵靠著這一端部表面安放的部件，包括有一個(gè)球形表面。在由軸套進(jìn)行的移動(dòng)壓塞過程中，在兩個(gè)端部表面之間的軸套的一個(gè)表面抵靠著一個(gè)砧座部件。


圖1為表示本發(fā)明的質(zhì)量流量控制器的透視圖，它同時(shí)示出了輸入和輸出控制器的流體連接器；圖2為表示沿圖1中的剖線2-2所作的圖1中的質(zhì)量流量控制器的剖面圖；圖3為表示質(zhì)量流量控制器的傳感器各個(gè)部分的、沿圖1中的剖線3-3所作的剖面圖；圖4為表示如圖2所示的各個(gè)閥門控制器和致動(dòng)器部件的放大的局部剖面圖；圖5為進(jìn)一步表示如圖2所示的各個(gè)閥門控制部分的放大的局部剖面圖；圖6為表示流體主路徑中的限流器裝配狀態(tài)的、沿圖2中剖線6-6所示的放大的局部剖面圖；圖7為表示限流器的透視圖；圖8為表示限流器一部分的局部剖開的透視圖；圖9表示傳感器通道和流體主路徑之間的，包括有用于密封器結(jié)構(gòu)的連接器的、沿圖2中的剖線9-9所示的放大的局部剖面圖。
圖10為表示包括有密封器結(jié)構(gòu)的如圖9所示的各部分的放大剖面圖；圖11為表示在橋式測(cè)量電路中的如圖1所示的傳感器線圈的示意圖；圖12為表示在溫度變化測(cè)量電路中、作為電阻器的流體控制器的致動(dòng)器連線的示意圖；圖13示出了一種如圖1和圖2所示的電路適用于更大型電路的示意圖；圖14和圖15為表示在控制器位置處的如圖1所示的流體控制器閥座的安裝狀態(tài)示意圖；圖16為表示如圖2所示的閥門控制器和致動(dòng)器各個(gè)部分的另一種變形實(shí)施例，圖16所示的為常開閥門的實(shí)施例，而圖2所示的為常閉閥門的實(shí)施例；
圖17為表示如圖7所示的限流器的另一種變形實(shí)施例的透視圖；圖18為表示圖17所示的限流器部分的局部剖開的透視圖；圖19為表示如圖17所示的限流器處于流體主路徑中的位置的剖面圖，它與圖6所示的視圖類似。
圖20為表示在傳感器通道和流體主路徑之間的連接器的另一種變形實(shí)施例的剖面圖，它與圖10所示的視圖類似；圖21為表示各個(gè)管道部分、限流器和傳感器管道密封器的另一種變形實(shí)施例的剖面圖，它與圖2所示的視圖類似；圖22為表示如圖21所示的包括有密封器結(jié)構(gòu)的、沿圖21的剖線22-22所作的放大局部剖面圖；圖23為表示如圖21所示的限流器的透視圖；圖24為表示如圖2所示的各個(gè)閥門控制器和致動(dòng)器部分的另一種常閉型的實(shí)施例；圖25為表示如圖24所示的各個(gè)部分的包括細(xì)長(zhǎng)桿棒和桿棒軸套的放大剖面圖；圖26為表示如圖16所示的各個(gè)閥門控制器和致動(dòng)器部分的另一種常開型的實(shí)施例；圖27為表示如圖22所示的密封器結(jié)構(gòu)在安裝在其裝配位置之前時(shí)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖1，以簡(jiǎn)要介紹的方式，說明具有與流體流量系統(tǒng)相連接的輸入側(cè)34和輸出側(cè)36的一種質(zhì)量流量控制器32。正如圖1和圖2所示，該質(zhì)量流量控制器具有輸入管道部分40、中間管道部分42和輸出管道部分44。正如圖2所示，在中間管道部分42上安裝有一個(gè)閥座軸套46，后者具有一個(gè)壓入配合在軸套中的閥座48。球體50附裝在閥座上，并作為閥門的門元件，用以調(diào)節(jié)流過閥門的流體流量。
舉例來說，如圖2和圖5所示，用控制桿52控制門元件球體50的定位位置，而控制桿52以可轉(zhuǎn)動(dòng)的方式安裝在金屬膜片54上?？梢岳弥聞?dòng)器連線56的伸張和收縮來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制桿52的定位位置的調(diào)節(jié)，而致動(dòng)器連線56的溫度可以隨預(yù)定的流體流量的變化而變化(例如，可參見圖4)。
仍然參見圖2，質(zhì)量流量控制器32的輸入管道部分40，具有一個(gè)流體輸入管60和一個(gè)穿過該部分的輸入部分流體流動(dòng)孔口62。同樣，中間管道部分具有一個(gè)中間部分流體流動(dòng)孔口64。輸出管道部分44具有一個(gè)輸出部分流體流動(dòng)孔口65。
在輸入部分流體流動(dòng)孔口62中，有一個(gè)可緊緊堵塞住孔口的球形限流器66(也可參見圖6)。正如圖2、圖7和圖8所示，限流器具有芯體70和沿該芯體配置的若干根連線72，當(dāng)處于限流位置時(shí)，它們壓塞在輸入管道部分40的內(nèi)壁和芯體之間。
當(dāng)然，限流器66將在限流器兩端產(chǎn)生一個(gè)壓力落差。正如圖2所示，有一個(gè)輸入孔口74橫穿至輸入部分流體流動(dòng)孔口62，它貫穿設(shè)置在輸入管道部分處位于限流器的上流側(cè)。類似地，在限流器的下流側(cè)，也形成有一個(gè)貫穿輸入管道部分的相聯(lián)的橫向傳感器管道輸出孔口76。
在圖2中可以看到，傳感器管道的輸入端80與這一輸入孔口74連通，而傳感器管道的輸出端82與輸出孔口76連通。輸入端80的設(shè)置方式已經(jīng)放大在圖9中示出，當(dāng)然輸出端82的設(shè)置方式與輸入端80相類似。
傳感器管道84的主體部分示出在圖3中，它配置在傳感器殼體86中。正如圖3所示，質(zhì)量流量傳感器為一種公知類型的傳感器，它可以利用氣體流過傳感器管道時(shí)，在上流部分90和下流部分92的溫度敏感電阻線圈處氣流產(chǎn)生的影響，來測(cè)量流過傳感器管道的流體流量。對(duì)于預(yù)定的流體流量檢測(cè)范圍，流過傳感器管道的流體流量與流過流體流動(dòng)主路徑的流體流量，滿足特定的固定比率。
如圖11所示的橋式電路，具有作為電路元件的上流部分90和下流部分92的傳感器線圈，這種傳感器電路回路可能提供出代表著質(zhì)量流率的輸出電壓。正如圖1所示，設(shè)置有各種電子元件的印刷電路板94，可與需要的傳感器電路相結(jié)合。而且正如圖12所示的示意圖所示，它還可以與用于改變致動(dòng)器連線56溫度的致動(dòng)器電路相結(jié)合，并且與其它的常規(guī)電路元件相結(jié)合，這些元件可以用于與電子傳感器和致動(dòng)器元件之間的相互作用，而且在需要時(shí)，還可以用于質(zhì)量流量控制器32與外部電子裝置之間的相互作用。
如上所述，可以利用類似的金屬密封元件，提供在傳感器管道84的輸入端80和輸出端82之間的連通，以及傳感器管道輸入孔口74和輸出孔口76之間的連通。如上所述，超出圖9之外的部分，已示出在圖10中，即在輸入孔口74的位置處設(shè)置輸入側(cè)密封元件96。正如圖所示，該密封元件具有一個(gè)球形表面部分100。圖2示出了與其類似的輸出側(cè)密封元件98。
有必要指出的是，為了使氣體有效而潔凈地流過流體管道，在將閥座軸套46安裝在中間管道部分42時(shí)，必須避免沿管道部分的內(nèi)側(cè)管壁表面形成劃痕。安裝后的軸套可以如圖2所示，它具有壓入配合在軸套上的閥座48。為了避免劃痕，這一安裝過程應(yīng)該如圖14和圖15所示。這一過程被稱為徑向膨脹配合過程。具休地說，在安裝之前，閥座軸套46有一個(gè)上流側(cè)端部表面102，它與穿過軸套的方向相正交，其形狀包括有一錐形形狀。在一個(gè)特定的實(shí)例中，它有一錐形端部表面部分104。在安裝軸套46的過程中，軸套對(duì)著砧座106嵌裝入中間管道部分42。在上流側(cè)端部表面102和下流側(cè)端部表面110之間，形成一個(gè)軸套的環(huán)形表面部分108，通過使砧座靠接在軸套的環(huán)形表面部分108的方式，可以將變形球112抵靠于上流側(cè)端部表面的錐形表面部分104定位，并使其承受如箭頭114所示的變形力，該變形力是由參考標(biāo)號(hào)116所示的變形設(shè)備施加的。正如圖15所示，這樣便使錐形表面部分變形為球形表面部分。在這一變形過程中，這一表面部分如圖15中的參考標(biāo)號(hào)120所示。比如說可以如圖2所示，將具有軸套46的這一最終形成的球形表面部分122定位設(shè)置。自然，所施加的力和變形，將引起沿著軸套的外側(cè)管壁產(chǎn)生抵靠于中間管道部分42的內(nèi)側(cè)管壁作用的力。采用徑向膨脹方式，所產(chǎn)生的伸張和變形作用將把軸套緊固穩(wěn)定地配合在管道部分中。
質(zhì)量流量控制器32特別適合于控制氣體流動(dòng)的流量。如上所述，為了確保流過傳感器管道84的轉(zhuǎn)向流動(dòng)的流體流量，和流過流體流動(dòng)主路徑的未轉(zhuǎn)向流動(dòng)的流體流量之間的特定的固定比率，限流器應(yīng)該能夠確保流過該限流器的流體為穩(wěn)定流動(dòng)流體。這通常就意味著流過限流器的流體為層流流動(dòng)流體。關(guān)于這一點(diǎn)，如圖2和圖6至圖8所示的球形限流器66，特別適用于處于相對(duì)比較低的范圍內(nèi)流體流量的場(chǎng)合。另一方面，如圖1 7所示的錐形限流器124，特別適用于處于相對(duì)比較高的范圍內(nèi)流體流量的場(chǎng)合。在如圖17所示的具體實(shí)施例中，錐形(截頭錐形)芯體126的錐角與輸入部分分流體流動(dòng)孔口62(參見圖2)的錐角相同。
在質(zhì)量流量控制器32中，傳感器86可以按常規(guī)方式安裝在L型支架128上，該支架128具有一個(gè)沿輸入管道部分40延伸的支腳130，和一個(gè)位于傳感器殼體(比如說，參見圖1、2和9)下方的支腳132。正如圖1和圖10所示，這一管型截面的支腳130牢固地安裝在密封元件96和100上。然而在質(zhì)量流量控制器32中，事實(shí)上并不需要利用這一牢固的配合，來保持密封元件的定位配置。與密封元件的形狀相關(guān)聯(lián)的壓入配合方式，可以提供牢固而穩(wěn)定的配合，而不再需由支架128提供額外的力。然而為了其它的組裝和穩(wěn)定性等等的原因，通常還是對(duì)該支架支角進(jìn)行緊固配合安裝。
另一方面，與圖10所示的實(shí)施例相比較的如圖20所示的改型方案中，密封元件與如圖2和圖10所示的輸入側(cè)和輸出側(cè)密封元件96和100相同，但是其使用方式是需要L型支架的支角128提供保持力，而支架128是沿輸入管道部分延伸的。如圖20所示的這種輸入側(cè)密封元件134，壓靠在輸入側(cè)墊圈元件136。在力的作用下，輸入側(cè)墊圈元件136將圍繞一對(duì)輸入側(cè)角140彎曲至傳感器管道輸入孔口74的入口，而構(gòu)成為密封元件。
如圖1所示的質(zhì)量流量控制器32的閥門控制器和致動(dòng)器的設(shè)置方式，如果如圖2和圖4所示，則構(gòu)成為一種閥門的常閉工作狀態(tài)。圖16示出的另一種變形方式構(gòu)成為一種常開工作狀態(tài)。
圖21示出了輸入管道部分的另一種變形實(shí)施例146，它沿著另一種變形實(shí)施結(jié)構(gòu)錐形限流器150定位設(shè)置，圖21還示出了一對(duì)類似的輸入側(cè)和輸出側(cè)的密封元件的另一種變形實(shí)施結(jié)構(gòu)152和154，這些密封元件配合在傳感器管道輸入側(cè)孔口156和輸出側(cè)孔口158中，它們的形狀與如圖1所示的輸入孔口74和輸出孔口76的形狀有些不同。這些變形部分取代了如圖1所示的各個(gè)相應(yīng)部分。圖27示出了嵌裝入組裝位置之前成對(duì)密封器結(jié)構(gòu)中的一個(gè)。
在圖24中，常閉閥門控制器和致動(dòng)器的各個(gè)變形部分，取代了圖1、圖2和圖4所示的相應(yīng)部分。這些變形結(jié)構(gòu)沒有采用浮動(dòng)門元件球體的方式，而是采用了使一個(gè)附裝的門元件球體160、一個(gè)固定在門元件球體160上的細(xì)長(zhǎng)桿棒162，以及一個(gè)固定在控制器桿結(jié)構(gòu)和桿棒上的桿棒軸套筒164的設(shè)置方式。桿棒安裝在軸套筒的下流側(cè)端部166，且使其與門元件，控制器桿棒結(jié)構(gòu)的上流側(cè)之間的距離，顯著地大于由控制器桿棒結(jié)構(gòu)的上流側(cè)至門元件球體位置之間的距離。這種安裝設(shè)置方式使得桿棒除了在其安裝位置附近不與軸套筒相接觸以外，這一設(shè)置方式有助于有效地使球體相對(duì)于閥座定位。這種具有桿棒和其軸套筒的附裝球體的設(shè)置方式，已經(jīng)詳細(xì)地示出在圖25中。
圖26示出了常閉閥門控制器和致動(dòng)器部分的另一種變形實(shí)施方式，它們?nèi)〈藞D16中的相應(yīng)部分。這種附設(shè)球體的常開型設(shè)置的變形示于圖24中。
在上面結(jié)合附圖給出的介紹性和概括性的說明中，對(duì)質(zhì)量流量控制器32的各個(gè)部分及其運(yùn)行方式，以及這些部分的若干變形構(gòu)成方式和相應(yīng)的運(yùn)行方式，給出了相當(dāng)詳細(xì)的說明。
作為一種補(bǔ)充的詳細(xì)說明，可以參見題目為Fluid Mass Flow MeterDevice With Reduced Attitude Sensitivity的美國(guó)專利5,191,793，該專利的主題是提供一種常規(guī)類型的質(zhì)量流量控制器，后者具有如圖3所示的傳感器殼體86、傳感器管道84等等的各個(gè)部分，以及如圖11示意性示出的傳感器電路等等。該專利于1993年3月9日授權(quán)，并作為本申請(qǐng)的參考文獻(xiàn)。
正如在該專利中所強(qiáng)調(diào)說明的那樣，殼體86是一個(gè)具有貫穿殼體孔口142的金屬殼體，所說孔口142用于設(shè)置傳感器管道84和圍繞管道的上流部分90和下流部分92的線圈。該殼體形成兩個(gè)部分，即如圖3所示的主體部分，和形成壓入配合定位部的、用于主體部分的蓋。
由傳感器線圈90和92引出的四根導(dǎo)線170，與連接器導(dǎo)線172在殼體內(nèi)相連接，進(jìn)而如圖11所示，使線圈與傳感器電路電氣連接。正如圖11中的示意性的電路所示，線圈90和92連接成橋式電路。這種橋式電路和其它的變形橋式電路的運(yùn)行方式是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的。開關(guān)176閉合以后，任何氣體均沒有流過傳感器管道時(shí)，一個(gè)直流電壓源(ADC)174，將在電路的輸出端子180和182之間建立一個(gè)基本輸出電壓。流過線圈90和92的電流加熱這些線圈至同一溫度，從而在兩個(gè)線圈中形成相同的溫度。由于兩個(gè)橋路電阻器184和186具有相同的電阻，所以基本輸出電壓為零，而橋式電路處于平衡狀態(tài)。
然而，當(dāng)有氣體流過時(shí)，氣流將帶走上流側(cè)傳感器線圈90的一部分熱量，使該線圈90冷卻，而由氣流帶走的一部分熱量會(huì)由下流側(cè)傳感器線圈92捕獲，并加熱線圈92。因此，在線圈90和92之間將產(chǎn)生溫度差，進(jìn)而造成輸出端子180和182之間的電壓。當(dāng)然，這一電壓是由于線圈溫度變化產(chǎn)生的電阻變化而產(chǎn)生的。
在裝置測(cè)量范圍內(nèi)這一線圈之間的溫度差，是氣體克分子數(shù)目的一個(gè)測(cè)量參數(shù)，因此它也是流過管道的氣體質(zhì)量的一個(gè)測(cè)量參數(shù)。同樣，線圈之間的電阻差是線圈之間的溫度差的一個(gè)測(cè)量參數(shù)。因此，如果由這一電阻差確定輸出電壓，則該輸出電壓將成為氣體質(zhì)量流速的一個(gè)測(cè)量參數(shù)。
為了能獲得與線圈的電阻之間的差值正比的輸出電壓，兩個(gè)橋路電阻器184和186的電阻應(yīng)該比線圈的電阻大的多。而且，為了足夠的測(cè)量能夠在比較大的溫度變化范圍內(nèi)獲得橋式電路精度，電源174和橋路電阻器應(yīng)該具有與溫度的變化無關(guān)的溫度獨(dú)立性。
如上所述，這種橋式電路是公知的，它包括有許多種與環(huán)境條件變化無關(guān)的實(shí)施方式。當(dāng)然，在這里所采用的電路線圈材料的電阻是正比于溫度變化的，從而使得用這種材料制造的線圈，可以給出與質(zhì)量流速成正比的溫度差。從這一個(gè)角度看，在傳感器測(cè)量范圍之外，氣體的流動(dòng)將使上流部分90和下流部分92的線圈均發(fā)生足夠快的冷卻。
雖然在上文中結(jié)合本發(fā)明相當(dāng)詳細(xì)地描述了這種傳感器，但是傳感器自身的詳細(xì)構(gòu)成和運(yùn)行方式并不是本發(fā)明的一個(gè)主要部分。
下面參考附圖1，說明配置在質(zhì)量流量控制器32的輸入部分流體流動(dòng)孔口62處的流體限流器，它具有定位的球形限流器66，以獲得在流過傳感器管道84的質(zhì)量流率，和流過流體流動(dòng)主路徑的質(zhì)量流率之間的壓力落差和比率，而且它還包括有一個(gè)輸入側(cè)部分的流體流動(dòng)孔口。這一技術(shù)也是公知的。根據(jù)這一常規(guī)技術(shù)，限流器可以使壓力落差與流體流動(dòng)主路徑和傳感器管道中的流體流動(dòng)特征相比較。在相當(dāng)大的程度上，這意味著流體流動(dòng)主路徑中沿著限流器流動(dòng)的流體為層流流體，在傳感器管道中流動(dòng)的也為層流流體(這與紊流不同)。
球形限流器66可以滿足這些要求，而且在測(cè)量范圍內(nèi)，它還可以改變?cè)趦蓷l管道中的流體流動(dòng)比率。它適用于以簡(jiǎn)便而有效的方式實(shí)現(xiàn)這一性能。
具體地說，限流器芯體70可以由滾球軸承部件形成，該部件可以采用諸如316型不銹鋼的不銹鋼材料制作。這種滾球軸承部件是可以高精度公差的大量生產(chǎn)的部件。可將相同材料制成的具有類似形狀的限流器把手188，焊接到芯體的上流側(cè)端部，可把相同材料制成的小塊190焊接到下流側(cè)端部。當(dāng)然，該芯體、把手和小塊也可以形成為一個(gè)簡(jiǎn)單的整體單元，或是不用焊接方法而用其它方式附裝方法。該把手可以用作工具把握住限流器，并將其壓入至輸入部分流體流動(dòng)孔口62的部件使用，還可以用作工具進(jìn)行旋入，而為限流器強(qiáng)制定位的部件的一部分。把手和小塊一起還可以用于使連線定位，從而沿芯體70設(shè)置三根連線72。例如，可以采用一根足夠長(zhǎng)的連線，使其幾次繞過把手188和小塊190的連接點(diǎn)，并焊接在小塊190處，也可以一次性地焊接在上述的連接區(qū)域處。當(dāng)然，明顯看出還存在有許多種不同的連線設(shè)置方式。連線的根數(shù)最少可以為一根，最多可以為所需要的、可以實(shí)用的任何數(shù)目。
輸入部分流體流動(dòng)孔口62，呈從流體輸入管60開始的由大到小的錐形體(參見圖2)。錐度通常為一度，但可以根據(jù)實(shí)際需要適當(dāng)?shù)卮_定這一錐度。當(dāng)然，由于這一錐形的存在，會(huì)使得當(dāng)限流器66進(jìn)一步地嵌入在錐形孔口中時(shí)，在跨過各根連線72與孔口的內(nèi)側(cè)管壁之間的初始接觸點(diǎn)之后，這一配合將越來越緊，并且將各根連線沿著這些連線越來越被壓塞到一起。這種壓塞將使得連線橫剖面越來越被拉伸，這一橫剖面是如圖6所示的、在芯體70和孔口管壁之間的產(chǎn)生壓塞位置處的橫剖面。除了因壓塞產(chǎn)生的拉伸之外，該橫剖面呈圓形。由于限流器向內(nèi)側(cè)的推入，而使芯體70更緊密地配合所產(chǎn)生的這一變化，以及由于連線的橫剖面產(chǎn)生的變化，將影響到在傳感器管道84附近處的流體流動(dòng)特性。因此，這將影響到在傳感器管道中的流體流動(dòng)，和在輸入部分流體流動(dòng)孔口62中的流體流動(dòng)，亦即與孔口作為其一部分的流體流動(dòng)主路徑中的流體流動(dòng)之間的比率，因此，將限流器向內(nèi)側(cè)推入或向外側(cè)拉出，在某種程度上就象一個(gè)調(diào)節(jié)這一比率的機(jī)構(gòu)一樣，并且在測(cè)量的范圍內(nèi)，標(biāo)定著在輸出端子180和182(圖11)之間的傳感器電壓相對(duì)于流動(dòng)流體的值?？卓诘腻F度、芯體相對(duì)于孔口的尺寸以及連線的直徑均可以改變，以便影響它的性能和測(cè)量范圍。然而在這一方面，一般認(rèn)為采用直徑為0.006的316型不銹鋼的連線，對(duì)于球形限流器66是方便和適用的。
在圖19中示出了一個(gè)用于如圖1所示的，輸入管道部分40的錐形限流器的一個(gè)變形實(shí)施構(gòu)造124，它取代了原來的球形限流器66。在圖17示出的錐形限流器的透視圖中，以及在圖18示出的芯體的視圖中，放大示出了它們的主要部分。因此，這個(gè)所示出的具體的芯體126的長(zhǎng)度，適于配合在輸入管道部分40的傳感器輸入孔口74和輸出孔口76之間的空間中。然而在這個(gè)實(shí)例中這并不是必需的。在各種變形實(shí)施例中，芯體也可以大于輸入孔口和輸出孔口之間的距離，并可延伸越過其中的一個(gè)或兩個(gè)孔口。與如圖6所示的橫剖面圖相類似，圖19所示的錐形限流器的橫剖面位置，是沿著芯體126的若干根連線，在芯體和輸入管道部件的內(nèi)側(cè)管壁之間被壓塞的位置。
正如圖17和圖18所示，錐形限流器124具有一個(gè)把手192和小塊194，它們用于與球形限流器66的類似部件相似的目的。在一個(gè)實(shí)施例中，錐形限流器具有四根連線196，可以與球形限流器中所描述的方式相類似的方式利用把手和小塊進(jìn)行安裝，只不過是改形為四根連線而不是三根。在一般情況下，錐形芯體126的錐度可以與輸入部分流體流動(dòng)孔口62的錐度相同，例如是一度。為了獲得不同的性能，限流器的這一錐度也可以加以改變。在任何情況下，均與對(duì)球形限流器的描述相類似，即可利用錐形限流器設(shè)定在傳感器管道84和輸入部分流體流動(dòng)孔口62之間的流體流動(dòng)比率，進(jìn)而設(shè)定在輸出端子180和182(參見圖11)之間的傳感器電壓的標(biāo)定值。正如對(duì)球形限流器所進(jìn)行過的描述那樣，把手192可以用一個(gè)工具夾持住，或是用一個(gè)工具塞套住，以將錐形限流器嵌入至定位位置或由定位位置中移開。對(duì)于錐形限流器，一般認(rèn)為采用直徑為0.006或0.0012英寸的316型不銹鋼的連線是方便而有效的。而且這里的連線根數(shù)最少可以為一根，最多可以為所需要的、實(shí)用的任何數(shù)目。
球形限流器66適用于相對(duì)低的質(zhì)量流體流動(dòng)范圍，例如通常達(dá)到500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘左右。但是根據(jù)不同情況，也可以較低，如僅為200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘左右，或較高如達(dá)到800標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘左右。另一方面，如圖17所示的錐形限流器特別適用于中等的質(zhì)量流體流動(dòng)范圍，比如說根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，球形限流器的上限從2500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘左右到5000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘左右。
如果所要檢測(cè)的質(zhì)量流體流速高于上述的相對(duì)較低的和中等的流動(dòng)范圍，則本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以采用常規(guī)的實(shí)施方式，很方便容易地采用一種和多種適用于較高檢測(cè)范圍的質(zhì)量流量控制器。
下面說明閥門門元件50中的致動(dòng)器和控制器機(jī)構(gòu)，用于如圖1所示的質(zhì)量流量控制器32的常閉型閥門機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分，如圖1、圖2、圖4和圖5所示。參照這些附圖，控制桿52具有一個(gè)致動(dòng)部分200、一個(gè)安裝部分202和一個(gè)門元件控制部分204。盡管與部分有關(guān)的各個(gè)細(xì)節(jié)部分已經(jīng)明顯地表示在附圖中，但下面仍要更詳細(xì)地對(duì)其進(jìn)行介紹。因此，應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng)致動(dòng)器連線溫度上升并導(dǎo)致連線膨脹時(shí)，控制桿的致動(dòng)部分沿反時(shí)針方向樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。另一方面，當(dāng)連線冷卻而收縮時(shí)，其樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)是沿順時(shí)針方向的。
這種樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)基本上僅僅是響應(yīng)這種膨脹和收縮。從這方面，閥門是一種可完全溫控的閥門。而且主要僅僅是沿所需要的連線的膨脹和收縮才起重要作用。當(dāng)然，這種連線具有較小的質(zhì)量，從而可以相對(duì)比較大的質(zhì)量更快被加熱和冷卻。這種小質(zhì)量可以獲得相對(duì)較快的反應(yīng)時(shí)間。如果質(zhì)量增大到10或100倍，反應(yīng)時(shí)間通常將減慢10或100倍。
當(dāng)控制桿52的致動(dòng)部分200沿反時(shí)針方向和順時(shí)針方向移動(dòng)時(shí)，門元件控制部分204同樣也將作反時(shí)針或順時(shí)針移動(dòng)。可看出，反時(shí)針移動(dòng)將把門元件球體50調(diào)節(jié)至打開更大的位置，從而增大流體流速。順時(shí)針移動(dòng)將把門元件球體調(diào)節(jié)至打開更小的位置，從而減小流體速度。完全閉合的停留位置如圖2，和如圖4中的破折線所示。部分打開位置如圖4中的連續(xù)線所示。
控制桿52沿其安裝部分202與金屬膜片54相連，以便安裝該控制桿。金屬膜片通常呈圓形。它通常不呈諸如波紋狀等等的彎曲形狀。它可伸張或不可伸張，以提供基本上的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝，使控制桿可以反時(shí)針或順時(shí)針移動(dòng)，用以調(diào)節(jié)流體流動(dòng)。
沿著控制桿52的安裝部分202，有一個(gè)安裝部分的圓環(huán)狀的圓柱形部分206，它伸延至膜片52的致動(dòng)部分一側(cè)；另一個(gè)圓環(huán)狀的圓柱形部分208，通過膜片52定位在安裝孔口210處，伸延至膜片52的門元件一側(cè)。正如圖5所示，這些部分的前部直徑較大，相對(duì)于后面的部分的抗彎曲強(qiáng)度也較大。與此相關(guān)聯(lián)的是，膜片54也形成一個(gè)沿膜片的致動(dòng)一側(cè)，由膜片孔口210沿膜片向外延伸的環(huán)形階梯部分212?？刂茥U52和膜片54通常均是由例如316型不銹鋼制造，并用焊接方式或銅焊方式連接在一起。
控制桿52的圓柱形部分206和208具有不同的直徑，因而具有不同的抗彎曲強(qiáng)度，這可以滿足特定的需求。當(dāng)與控制桿52相接觸的膜片，焊接在中間管道部分42和作為控制桿位于膜片之上的部分的管形殼體214之間時(shí)，控制桿的位置，特別是門元件控制部分204的位置，可能相對(duì)于常閉結(jié)構(gòu)的預(yù)定位置有輕微的偏移。然而，在沿控制桿的門元件接觸部分和/或致動(dòng)器部分200的各個(gè)部分，適當(dāng)施加力的作用下，在膜片之下的控制桿的部分將發(fā)生輕微彎曲，從而輕微地改變膜片和控制桿的其它部分的角度。
正如圖5所示，膜片54上的安裝孔口210的尺寸，應(yīng)使得控制桿52可以安裝在膜片上，上側(cè)圓柱形部分206上形成的階梯部分抵靠在膜片上。然而結(jié)合圖24和圖26可清楚看出，根據(jù)預(yù)定的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行結(jié)果，這正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的那樣，控制桿和膜片還可以有許多種不同的替換形式，例如，控制桿和膜片在膜片附近具有相同的外部形狀時(shí)，也可以形成為一體。類似地，膜片也可以不形成有孔口，而是形成有，比如說延伸至孔口位置處的階梯部分。在這種連接關(guān)系中，控制桿在膜片的每一側(cè)具有兩個(gè)分離部分，它們一并作為一個(gè)不連續(xù)的桿部件，或者沿著膜片的中心部分伸延，而構(gòu)成為一個(gè)桿部件。在這種構(gòu)成方式中，下側(cè)的圓柱狀部分具有一個(gè)焊接在或銅焊在膜片底下一側(cè)的環(huán)形端部，和具有類似地焊接在或銅焊在膜片結(jié)構(gòu)上下側(cè)端部的上側(cè)圓環(huán)形的圓柱狀部分。因此，還存在有許多種可實(shí)施的變形結(jié)構(gòu)。
下面參考圖1、圖2和圖4，仍以常閉型閥門的運(yùn)行為例，進(jìn)一步詳細(xì)說明致動(dòng)器。致動(dòng)器連線56穿過螺紋孔口216，后者穿過控制桿52的致動(dòng)器部分200。在一端具有外螺紋的管220，通過將其螺紋旋入孔口216的方式安裝在控制桿的致動(dòng)部分。以相對(duì)流體流過流體流動(dòng)主路徑時(shí)的方向，將該管圍繞連線結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置，而且通過這一配置，使其伸延至控制桿的致動(dòng)部分的輸入側(cè)。另一方面，另一個(gè)管222沿另一部分連線56類似地配置在致動(dòng)部分的輸出側(cè)，該輸出側(cè)管具有外螺紋，它可以沿膜片54上控制桿的管形殼體214上的孔口224旋入孔口的內(nèi)螺紋，輸出側(cè)管222還設(shè)置有一個(gè)可緊固該殼體的鎖定螺母226。
在輸出側(cè)管222的輸出端部，形成有接收壓入配合襯墊228用的凹孔，該壓入配合襯墊228是用諸如陶瓷或云母材料制作的，以提供良好的電絕緣。盡管在這里采用了壓入配合方式，但是當(dāng)連線的張力可以將襯墊保持在預(yù)定位置時(shí)，也可以不采用壓入配合方式。致動(dòng)器連線56穿過形成在輸出側(cè)金屬接觸球體230處的孔口。在穿過孔口后，可通過焊接或熔接等方式將這一連線固定在接觸球體上。類似地，可以將電氣導(dǎo)線232連接至球體，以便如圖12所示將導(dǎo)線56的這一側(cè)連接至致動(dòng)器回路。在輸入側(cè)管220的輸入端部結(jié)構(gòu)是相同，即也具有絕緣壓入配合襯墊(未示出)，而且后者也并不一定需要采用壓入配合方式附裝在一個(gè)類似的金屬接觸球體234上。如圖12所示，一根類似的導(dǎo)線236連接至致動(dòng)器連線56的另一端，并進(jìn)入至驅(qū)動(dòng)器回路。
相對(duì)于流體流動(dòng)方向，致動(dòng)器連線56的輸出端部固定在輸出側(cè)接觸球體230上，后者相對(duì)于輸出側(cè)管222緊固保持定位。這可以僅僅靠導(dǎo)線的張力來實(shí)現(xiàn)。由于輸出側(cè)管固定在控制桿的上側(cè)部分附近的殼體214處，使得它在質(zhì)量流量控制器的運(yùn)行過程中，基本上不能產(chǎn)生移動(dòng)，所以導(dǎo)線的這一端部部分，并不隨導(dǎo)線的膨脹和收縮而變化。另一方面，輸入側(cè)管220固定在控制桿52的可移動(dòng)的致動(dòng)部分200處。因此，隨著導(dǎo)線的膨脹和收縮，導(dǎo)線的這一端部和它的金屬球體234將產(chǎn)生移動(dòng)，從而使控制桿的致動(dòng)部分在膨脹時(shí)沿反時(shí)針方向移動(dòng)，在導(dǎo)線收縮時(shí)沿順時(shí)針方向移動(dòng)?？刂茥U的致動(dòng)部分和門元件控制部分的反時(shí)針或順時(shí)針移動(dòng)，基本上是一種轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以這些部分將相對(duì)于膜片54的位置向相反的方向移動(dòng)。然而正如所述，因?yàn)橹聞?dòng)器導(dǎo)線的張力，并不需要將每一個(gè)接觸球體都與相應(yīng)的絕緣襯墊相固定。
參見圖1、圖2和圖4，在閥門的致動(dòng)機(jī)構(gòu)中包括一彈簧組件240。實(shí)際上，隨著致動(dòng)器連線56膨脹，該彈簧組件將產(chǎn)生一個(gè)彈性力作用在控制桿52上并阻礙其運(yùn)動(dòng)，而連線收縮時(shí)，彈性力作用在移動(dòng)方向。雖然在運(yùn)行過程中連線并不一定要處于張緊狀態(tài)，但處于張緊狀態(tài)有助于使運(yùn)動(dòng)和操作平滑地進(jìn)行。而且更重要的是，在組裝過程中設(shè)置致動(dòng)器連線時(shí)，該彈性力可以構(gòu)成一個(gè)阻滯作用力，以便組裝。值得指出的是，在組裝過程中，由于在精確定位時(shí)的各種正常變化，當(dāng)將各個(gè)部分組裝到一起時(shí)，如焊接影響或其他因素可能會(huì)使控制桿52的正常閉合支撐位置并不是精確垂直對(duì)準(zhǔn)位置。然而，彈簧組件240的采用可以有助于在組裝過程中形成預(yù)定的位置。
可以看出，彈簧組件240是一個(gè)常規(guī)型的組件，它具有一個(gè)有外螺紋的彈簧殼體242，利用該外螺紋可以將其旋入沿著管形殼體214開口的孔口的內(nèi)螺紋，而管形殼體214位于控制桿52的上側(cè)部分附近。致動(dòng)器彈簧244壓住凸部246，使后者可在彈性力的作用下靠近控制桿52的致動(dòng)部分200。當(dāng)然，該彈簧鎖定在殼體的后側(cè)端部處附近。于是，當(dāng)彈簧殼體242向內(nèi)旋入時(shí)，抑制控制桿的彈性力將增大。當(dāng)彈簧殼體向外旋出時(shí)，彈性力自然將減小。因此，可以將這一彈性力調(diào)節(jié)至預(yù)定的水平。
如果在組裝過程中，使連線56在張緊狀態(tài)下實(shí)施組裝，則可將輸入側(cè)管220反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使連線充分地張緊，在冷卻后將完全閉合住閥門。然后，在加熱連線而打開閥門時(shí)，連線仍保持在拉伸狀態(tài)，無論是閥門處于其最大打開狀態(tài)，完全閉合狀態(tài)，還是處于兩者之間的任何狀態(tài)均是如此。
正如圖12所示，在致動(dòng)器回路中的致動(dòng)器連線56，在其電學(xué)性能方面可被視作為一個(gè)電阻器。可以根據(jù)需要采用常規(guī)類型的導(dǎo)線。需要指出的是，連線需要有一定的長(zhǎng)度，以便能將可預(yù)計(jì)的電壓跨接在該連線上，在連線上施加一定功率，進(jìn)而能夠通過加熱和冷卻的方式，產(chǎn)生相對(duì)于膨脹和收縮的可預(yù)計(jì)的長(zhǎng)度變化。因此，在如圖12所示的示例性致動(dòng)器電路中，可變直流電壓源250的電壓，在開關(guān)252閉合時(shí)，可以由比如說跨接在如圖11所示的端子180和182之間的、反映著質(zhì)量流速的電壓加以控制，該電壓還可以由操作者通過發(fā)出指令的方式加以控制，以反映預(yù)期的流體流量。當(dāng)然，所有的這一切均可以采用常規(guī)的方式加以實(shí)施。為了簡(jiǎn)單地進(jìn)行說明，在圖13中用方框254示出了作為一個(gè)整體的質(zhì)量流量控制器的電路，它與如圖11所示的端子180和182相分立，也與如圖12所示的可變直流電壓源250相分立。為了進(jìn)行進(jìn)一步的說明，在方框216中示出了一個(gè)具體的示例性元件，即電位計(jì)256。這一電位計(jì)響應(yīng)跨接在端子180和182之間的電壓，和操作者給出的反映預(yù)期流體流動(dòng)的指令之間的變化關(guān)系，并可以控制直流電壓源250的輸出電壓。在這一電路中包含著以可變直流電壓源為基礎(chǔ)的電路，但也可以采用以交流電源為基礎(chǔ)的電路，或是以電源耦合脈沖寬度調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)的電路，這說明可以采用原有的多種常規(guī)方式實(shí)施質(zhì)量流量控制器32的電路部分，并可以根據(jù)具體需要、因素和選擇要求等等加以變換。如舉例來說，這種電路的具體構(gòu)成，也可以與所示出的說明性的電路不同，即可能利用由一個(gè)可變電壓源給出的特定電壓容量，這與目前通常使用的或適用于質(zhì)量流量控制器的電路并沒有什么較大的不同，而且這些方面也不是本發(fā)明的主要部分。可以作為致動(dòng)器連線56的導(dǎo)線的一個(gè)實(shí)例是由美國(guó)Califomia Fine Wire公司出品的用鎳-鉻材料制成的產(chǎn)品。
在圖16中，僅質(zhì)量流量控制器32的致動(dòng)器部分與圖1所示的不同，而其它全部相同。經(jīng)過改動(dòng)的致動(dòng)部分構(gòu)成了閥門動(dòng)作的一種常開形式。在這一實(shí)例中，它具有位于致動(dòng)器導(dǎo)線262部分附近的，變形后的輸入側(cè)管258和變形后的輸出側(cè)管260。在這一實(shí)例中，輸出側(cè)管260固定在控制桿52的致動(dòng)部分200處。它的外螺紋可以旋入至通過這一致動(dòng)部分200的螺紋孔口的內(nèi)螺紋中。在另一方面，輸入側(cè)管258附裝在對(duì)應(yīng)于控制桿的上側(cè)部分的管形殼體264處。它的外螺紋可以旋入至在該殼體的內(nèi)側(cè)處的殼體孔口的內(nèi)螺紋內(nèi)。在管258和260端部處的致動(dòng)器連線的連接方式，與如圖4所示的連接方式相同，而且其中的絕緣襯墊的使用，機(jī)械接觸球體以及電氣導(dǎo)線等等也相同。而且正如圖4所示，雖然在所示的實(shí)施例中采用了壓入配合，但由于連線在這一過程中處于拉伸狀態(tài)，所以襯墊的壓入配合安裝方式并不是必需的。在這一實(shí)施例中，彈簧組件的彈簧將沿順時(shí)針方向施加力，使常開閥門作閉合運(yùn)動(dòng)，由于導(dǎo)線處于拉伸狀態(tài)，故這也不是必需的。更值得指出的是，正如圖4所示，彈簧和彈簧組件有助于方便地進(jìn)行閥門的常開位置和初始調(diào)節(jié)。而且如圖16所示，鎖定螺母272用于鎖定輸入側(cè)管258的螺紋連接，這與如圖4所示的外側(cè)鎖定螺母不同。
參考圖16，以及前述的如圖4所示的常閉形操作，可以容易地看出，在圖16中，當(dāng)致動(dòng)器導(dǎo)線262膨脹時(shí)，輸出側(cè)管260沿控制桿52的致動(dòng)部分200按順時(shí)針方向移動(dòng)，進(jìn)而更多地閉合住閥門，使流體流速更小。另一方面，當(dāng)致動(dòng)器導(dǎo)線收縮時(shí)，將致動(dòng)部分200沿反時(shí)針方向移動(dòng)，并且對(duì)閥門產(chǎn)生相反的作用。根據(jù)這種動(dòng)作方式，在反映預(yù)期的流體流速的信號(hào)，和代表實(shí)際流體流速的電壓電位的信號(hào)，即如圖12所示的可變直流電壓源250的輸出信號(hào)之間的相互作用，在流體流速有預(yù)定量的增加時(shí)降低，從而使致動(dòng)器導(dǎo)線262收縮，并且在當(dāng)流體流速有預(yù)定量的降低時(shí)增大，從而致動(dòng)器導(dǎo)線膨脹。在這種連接方式中，可以采用如圖12和圖13所示的示意性的電路設(shè)置，在如圖12和圖13所示的常規(guī)具體構(gòu)成的水平上，可以完全采用常規(guī)的各種變形方式來實(shí)施。
與圖4所示的情況相類似，在組裝實(shí)施過程中，為使如圖16所示的致動(dòng)器導(dǎo)線262處于拉伸狀態(tài)，可使輸出側(cè)管260反時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以使導(dǎo)線處于良好的拉伸狀態(tài)，當(dāng)其冷卻時(shí)，可以在閥門中形成最大的流體流動(dòng)。然后，在加熱導(dǎo)線以閉合閥門時(shí)，導(dǎo)線仍將保持在拉伸狀態(tài)，無論是閥門處于完全閉合位置，處于最大打開位置，還是處于兩者之間的任何位置均是如此。
正如所述和所示，對(duì)于這種閥門致動(dòng)器和控制器機(jī)械，無論是常閉型還是常開型，都具有下述的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，閥門的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作方式方便了在直線型流體流動(dòng)主路徑中的實(shí)施。因此，穿過輸入管道部分40的流體流動(dòng)孔口62，穿過閥座48的質(zhì)量流量孔口32，穿過中間管道部分42的流體流動(dòng)孔口64，以及穿過輸出管道部分44的流體流動(dòng)孔口66可以準(zhǔn)直設(shè)置。這對(duì)于減小和消除閥門動(dòng)作對(duì)背壓的靈敏度是相當(dāng)重要的。它還有助于方便地采用市售的成品部分，并利用焊接方式將，比如說輸入管道部分40、中間管道部分42和輸出管道部分44，連接在流體流動(dòng)主路徑上。這可以大幅度地提高生產(chǎn)效率。
第二，采用轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作方式，而不是線形動(dòng)作方式，可以顯著地減小致動(dòng)器動(dòng)作所需要的力。這對(duì)于采用致動(dòng)器導(dǎo)線的溫度調(diào)節(jié)方式是非常重要的。當(dāng)然，根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的各種常規(guī)變形方式，也還可以采用配置有可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝控制桿的常規(guī)電磁螺線管和壓電石英型調(diào)節(jié)器。事實(shí)上，通過改變杠桿臂的方式，還可以改變使控制桿產(chǎn)生在其門元件控制端部處的給定移動(dòng)所需要的致動(dòng)器移動(dòng)量。如舉例來說，壓電石英致動(dòng)器通常具有比較小的移動(dòng)量。通過將壓電石英致動(dòng)器連接在靠近該轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的方式，其比較小的移動(dòng)可以被放大為控制桿的門元件端部的比較大的移動(dòng)。當(dāng)然，這里所依據(jù)的機(jī)械原理均是眾所周知的。
在如圖1所示的質(zhì)量流量控制器32中，傳感器管道86與傳感器管道輸入孔口74之間的連通方式，傳感器輸出輸出孔口76與輸入部分流體流動(dòng)孔口62之間的連通方式，已在圖2、圖9和圖10中以舉例形式給予了描述，它們基本上均已出現(xiàn)在前面的說明書和附圖中。然而許多方面需要進(jìn)一步說明。這可以由圖10所示的內(nèi)容開始進(jìn)行說明，圖10示出了壓入配合在傳感器管道輸入孔口74中的內(nèi)側(cè)機(jī)械密封元件96。正如所述，在這一實(shí)例中，外側(cè)金屬密封元件100與該內(nèi)側(cè)金屬元件相類似，將其安裝在外側(cè)傳感器管道輸出孔口76處的方式，也與將內(nèi)側(cè)金屬元件安裝在內(nèi)側(cè)孔口處的方式相類似，而且它在傳感器管道86的輸出端82處的附裝方式，也與內(nèi)側(cè)金屬元件附裝在傳感器管道的輸入端80處的方式相類似。
正如所述，在圖10中的重點(diǎn)在于，由于是壓入配合安裝，所以實(shí)際上內(nèi)側(cè)元件96并不再需要L型支架支腳130提供的將部件保持定位的力。元件96可以采用市售的滾球軸承方便而有效地構(gòu)成，而且該滾球軸承可以選用3 16型不銹鋼材料制作。該元件具有一個(gè)伸延至傳感器管道輸入孔口74處的球形表面部分98，以進(jìn)行壓入配合。還形成有一個(gè)穿過傳感器管道86的輸入端80部件的孔口274。在管道的端部孔口變的相當(dāng)窄。而且在管道端部的附近還形成有三個(gè)平坦的環(huán)形表面部分，從而構(gòu)成該元件的兩個(gè)階梯區(qū)域。即在這里有一個(gè)平坦的底部表面部分276、一個(gè)平坦的中間表面部分278和一個(gè)平坦的頂部表面部分280，它們形成了中間階梯區(qū)域282和頂部階梯區(qū)域284。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于傳感器管道的輸入端的強(qiáng)度和安裝都是方便而有效的。因此，頂部階梯區(qū)域284可以方便而有效地構(gòu)成將傳感器管道的端部焊接在密封元件96上的支撐部位。
現(xiàn)在參考圖20，正如所述，表示另一個(gè)實(shí)施例，與如圖10所示的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，它表示的也是傳感器管道86的輸入端的結(jié)構(gòu)。圖20中的密封元件134與如圖10所示的密封元件96相同。而且正如圖10所示，傳感器管道的端部焊接在同一個(gè)焊接支撐部位處。然而在這一實(shí)例中，為了將密封元件相對(duì)于輸入側(cè)墊圈元件136緊固定位，需要利用L型支架的支腳130提供的力，而輸入側(cè)墊圈元件136，可以相對(duì)于輸入側(cè)傳感器管道孔口74的輸入側(cè)彎管140彎曲。因此在這一實(shí)例中，需要用墊圈元件136實(shí)施流體的密封。
在如圖1所示的質(zhì)量流量控制器中，也可以如前面的說明書和附圖所示的那樣，特別是如圖14和圖15所示那樣，用徑向膨脹配合安裝方法，將閥座軸套46安裝在中間管道部分42處。然而，在這里的另一些方面是值得注意的。具體地說，在圖14和圖15中，軸套46的球形表面部分120是通過向錐形表面部分104施加力的方式形成的。然而，如果未設(shè)置這一錐形表面部分104，且軸套的上流側(cè)端部表面102在變形之前并不具有這種表面部分，則沿其整個(gè)表面與通過軸套的方向相垂直，球形將由變形球體112的形狀所確定。但是，這需要更大的力和/或作用時(shí)間更長(zhǎng)的力。
對(duì)于如圖1所示的質(zhì)量流量控制器32，還可以使用在圖21所示的，沿著相應(yīng)的預(yù)輸入管道部分300伸延的另一輸入側(cè)管道部分146，取代如圖1所示的輸入管道部分。這樣，還可以用如圖21和圖23所示的另一種錐形限流器150，取代如圖1、圖6至圖8和圖17至圖19所示的球形限流器66和錐形限流器174。在該變形實(shí)施例中，還可以用如圖21所示的一對(duì)輸入側(cè)密封元件152和輸出側(cè)密封元件154，取代如圖1、圖9和圖10所示的一對(duì)類似的輸入側(cè)密封元件80和輸出側(cè)密封元件82。
穿過變形后的輸入側(cè)管道部分146的流體流動(dòng)孔口302，具有一個(gè)中間呈均勻錐形的部分304，后者具有一個(gè)前導(dǎo)形無錐度的環(huán)形圓筒狀部分306，和一個(gè)后導(dǎo)形無錐度的環(huán)形圓筒狀部分310。由于是利用便利的錐尖等進(jìn)行成型的，所以在前導(dǎo)形部分和后導(dǎo)形部分與中間部分之間，會(huì)有一個(gè)相當(dāng)小的錐形過渡部分。后導(dǎo)形部分處的這種小型過渡部分312已示出在圖21中。正如圖21所示，流體流動(dòng)孔口302的前導(dǎo)形無錐度部分306沿著傳感器管道86的輸入側(cè)孔口156伸延，而后導(dǎo)形無錐度部分310沿著傳感器管道的輸出側(cè)孔口158伸延。對(duì)于該輸入側(cè)孔口和輸出側(cè)孔口，它們通過輸入側(cè)管道部分146的角部位置，是傳感器管道84的輸入端80和輸出端82的位置的一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)。當(dāng)然，它和該角部位置均可以根據(jù)具體的要求和方便程度，在傳感器殼體86的輸入側(cè)管道部件附近加以改變，該傳感器殼體86裝設(shè)有傳感器管道84。
錐形限流器的一個(gè)變形實(shí)施例138示出在圖21和圖23中，它與錐形限流器126相類似，只是它具有沿著其芯體316伸延的四根連線314。類似地，該限流器定位在通過輸入管道部分的流體流動(dòng)孔口302處，當(dāng)它被推入時(shí)，將增大壓塞，并且拉伸被壓塞的各根連線的橫剖面，所以可以利用這一推入的大小標(biāo)定該質(zhì)量流量控制器。在這里，限流器的長(zhǎng)度，它的錐度，以及流體流動(dòng)孔口的中間部分304的錐度，均可以根據(jù)具體的需要加以改變，而不論限流器是否沿著傳感器管道的輸入側(cè)孔口156和輸出側(cè)孔口158伸延均是如此。兩者的錐度通常均為一度左右。然而，由于這種變形后的錐形限流器和它的輔助輸入管道部分的設(shè)置，使得它適用的流體測(cè)量范圍，與設(shè)置在輸入管道部分中的球形限流器66，和另一個(gè)錐形限流器124所覆蓋的流體范圍相對(duì)應(yīng)。在這一實(shí)例中，許多參數(shù)還可以加以改變，比如說限流器的錐度可以取為兩度左右。
當(dāng)然，可以用與描述錐形限流器126時(shí)所描述過相類似的方式，實(shí)施將四根連線316纏繞在這一變形后的錐形限流器的芯體316上的操作。然而在這里，還可以采用一種變形方式實(shí)施這一操作，即不再采用小塊，而是直接將連線焊接或固接在芯體的較小端部(未示出)處。正如圖21和圖23所示，在這里的限流器把手318，與用于其它的錐形限流器的把手192在錐度和形狀等等方面多少有些不同。
在如圖21所示的變形后的流體流動(dòng)輸入側(cè)的設(shè)置中，一對(duì)類似的密封元件152和154，以及用于傳感器管道的一對(duì)類似的輸入側(cè)孔口156和輸出側(cè)孔口158的形狀，作為一種前述的變形設(shè)置方式，已經(jīng)示出在圖21、圖22和圖27中。至于已由圖22詳細(xì)示出的輸入側(cè)密封元件152和輸入側(cè)孔口156，在這一實(shí)例中該輸入側(cè)密封元件具有其基本形式呈球形的中間部分，而不是一個(gè)均勻的外側(cè)部分。它還形成有一個(gè)穿過傳感器管道86的輸入端80部件的輸入側(cè)孔口320。這一孔口在靠近管道的端部處變窄，使得穿過階梯區(qū)域322，可以方便而有效地構(gòu)成將傳感器管道的端部焊接在密封元件96上的支撐部位。當(dāng)然在這里也可以接合其它密封元件，形成有兩個(gè)階梯區(qū)域。
輸入側(cè)密封元件152壓入配合在輸入側(cè)孔口156的放大了的輸出側(cè)部分324處，從而使元件的球形外側(cè)表面緊固地靠緊在孔口的外側(cè)部分的管壁上。該密封元件和孔口的外側(cè)部分的尺寸和形狀，使得它們可以如圖22所示的那樣，將密封元件壓入配合在輸入側(cè)孔口的外側(cè)壁管壁處，使密封元件的外側(cè)環(huán)形表面326與輸入側(cè)管道部分146的外側(cè)管壁的高度相等。管道部分支腳130也可以與輸入側(cè)管道部分和密封元件的高度相同，然而密封元件的壓入配合可以緊固地將它保持定位，而不需要再使用這一支腳。當(dāng)然，這一高度相同并不是必須要滿足的，密封元件的外側(cè)環(huán)形表面也可以凹入或凸出于輸入側(cè)孔口的外側(cè)部分。
輸入側(cè)密封元件152在嵌入在其組裝位置之前的形式已示出在圖27中。比較由圖27所示的該元件和如圖22所示的嵌入后的該元件，便可以對(duì)有關(guān)密封元件152和154的具體特征作出評(píng)價(jià)。
參考各附圖給出的實(shí)例和輸入側(cè)元件以及主輸入側(cè)孔口156可知，輸入側(cè)孔口的輸出側(cè)部分324具有一個(gè)截頭型圓錐管壁部分325，它作為在環(huán)形圓筒狀側(cè)壁327，和輸入側(cè)孔口的內(nèi)側(cè)部分的環(huán)形圓筒狀管壁328之間的過渡部分。用鉆頭鉆孔的方式形成該輸入側(cè)孔口的外側(cè)管壁的形狀。然后，在用壓入配合的方式將密封元件適配在輸入側(cè)孔口的過程中，密封元件的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)329(參見圖27)，在該輸入側(cè)孔口的錐形管壁部分處被壓塞，而形成為密封元件的比較小的截頭型圓錐緊固管壁部分330。這一嵌入力會(huì)產(chǎn)生將密封元件的球形表面部分?jǐn)D向外側(cè)的力，這將增大壓入配合的緊固度。與閥座軸套的安裝方式相類似，也可以用徑向膨脹配合方式實(shí)施這一安裝。當(dāng)然，還可以在組裝之后基本上保持密封元件的球形表面部分。
正如所述，變形后的輸出側(cè)密封元件154在嵌入至組裝位置之前和之后的形狀，與變形后的輸入側(cè)密封元件152是基本上相同的，位于變形后的輸入側(cè)管道部件中的輸出側(cè)孔口158，與輸入側(cè)孔口156也是基本上相同的。因此，對(duì)輸入側(cè)元件和孔口的說明與對(duì)輸出側(cè)密封元件的孔口的說明相類似。與其它對(duì)密封元件相類似，這一對(duì)密封元件也可以用市售的滾球軸承構(gòu)成，后者可以用316型不銹鋼材料制成。
可以用圖24示出的變形后的常閉型閥門和致動(dòng)器部分，取代如圖1所示的質(zhì)量流量控制器32中的相應(yīng)的部分，并設(shè)置在中間管道部分42和輸出管道部分44處。還可以采用如圖25所示的變形后的常閉型閥門和致動(dòng)器部分，圖25中的許多部分與圖24中的相同。當(dāng)然如上所述，圖21所示的附裝在流體流動(dòng)輸入側(cè)的變形實(shí)例與圖1所示的不同，它也可以采用如圖24和圖25所示的閥門和致動(dòng)器部件。
下面說明如圖24所示的常閉型變形實(shí)例，它的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式大體與前述的其它常閉型設(shè)置相類似。
在這一實(shí)例中，變形后的控制桿部件332與膜片334形成為一體，并焊接配置在管形殼體336和輸出管道部分44之間，所說管形殼體336設(shè)置在膜片上方的控制桿部件部分附近。該控制桿部件具有一個(gè)致動(dòng)部分338，一個(gè)位于膜片附近的中間部位的安裝部分340，和一個(gè)門元件控制部分342。
一根致動(dòng)器連線344，一個(gè)旋入至穿過控制桿部件的致動(dòng)器部分的，具有內(nèi)螺紋的孔口350中的輸入側(cè)管346，一個(gè)用比如說陶瓷或云母等等材料制成的、壓入配合安裝在管道端部的輸入側(cè)襯墊352，具有一個(gè)金屬的輸入側(cè)接觸球體354，一個(gè)在穿過該球體后用比如說熔焊或錫焊方式安裝在球體上的致動(dòng)器連線342，它們與前述的、如圖1、圖2和圖4所示的常閉型設(shè)置的相應(yīng)的各個(gè)部分具有相應(yīng)的作用。一個(gè)用輔助栓鎖螺母360旋入至管形殼體孔口358，并且固定在該殼體上的相對(duì)比較短的輸出側(cè)管356，一個(gè)用比如說陶瓷或云母等等材料制成的、壓入適配安裝在管道端部的輸入側(cè)襯墊362，和一根致動(dòng)器連線342在穿過該球體后用比如說熔焊或錫焊方式，安裝在球體上的輸出側(cè)金屬接觸球體364，也與前述的相應(yīng)部分具有相類似的作用。因此，不與控制桿部件相接觸的致動(dòng)器連線在被加熱時(shí)的膨脹，將使這種常閉型閥門的致動(dòng)器和閥門部分向打開更大的位置移動(dòng)，而當(dāng)被冷卻收縮時(shí)將使致動(dòng)器和閥門部分向更加閉合的位置移動(dòng)。
圖24中的彈簧組件與如圖1、圖2和圖4所示的其它常閉型結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)的組件，具有相類似的有助于初始組裝和標(biāo)定的功能。然而在這一方面，值得指出的是彈簧組件的這些功能和其它的輔助功能，可以通過使彈性力沿推開常閉型閥門的方向施加的設(shè)置方式來實(shí)現(xiàn)，就如同在常閉型閥門使彈性力沿閉合閥門的方向施加的設(shè)置方式一樣。在實(shí)際上，這種變形結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用在如圖24所示的結(jié)構(gòu)中。
具體地說，在這里的彈簧組件366包括有螺栓370，后者通過旋入穿過該孔口并且由螺母372保持住的方式，固定在控制桿部件332的致動(dòng)器部分338處。然后使比較大的中空螺母374通過其外螺紋將其旋入至穿過殼體的孔口的方式，固定在管形殼體336上。可以采用栓鎖螺母376來協(xié)助該中空螺母的工作。端部螺母378相對(duì)于襯墊379旋入在彈簧組件內(nèi)側(cè)處的螺栓的端部。配置在螺栓附近的彈簧380的彈性力將常閉型閥門元件推向打開的方向，而且這一彈簧380還設(shè)置在襯墊和中空螺母的內(nèi)側(cè)端部之間。
在如圖24所示的整體構(gòu)成的控制桿部件332和膜片334處，緊靠近形成膜片的位置的上側(cè)和下側(cè)的控制桿部件的安裝部分340，具有一個(gè)直徑不變的環(huán)形圓筒狀表面。因此，在其它的常閉型結(jié)構(gòu)中在初始組裝時(shí)，為了準(zhǔn)直安裝而使沿直徑比較小的地方具有不同強(qiáng)度，并易于產(chǎn)生彎曲的情況，在這里并不會(huì)出現(xiàn)。
仍然參照如圖24所示的常閉型結(jié)構(gòu)，特別是如圖25所放大示出的門元件球體160的安裝結(jié)構(gòu)，雖然已經(jīng)作了基本介紹，下面將更詳細(xì)地進(jìn)行介紹。
在這一點(diǎn)上，該門元件球體160可以用常規(guī)的壓入配合方式安裝在球體保持體382中，而細(xì)長(zhǎng)桿棒162由保持體的另一端突出。桿棒軸套筒164可以通過控制桿部件332的門元件控制部分342，壓入適配安裝在軸套筒安裝孔口384內(nèi)。而且，當(dāng)軸套筒位于軸套筒安裝孔口內(nèi)時(shí)，還可以用焊接的方式將其固定在控制桿部分上。在軸套筒的輸出側(cè)端部166，桿棒可以滑入至用于桿棒的軸套筒端部孔口386，并且在軸套筒端部孔口的背面焊接在它的輸出端部。在軸套筒的輸出端部的前頭，設(shè)置有一組穿過軸套筒的出口孔口387，以使得流體可以穿過軸套筒而流動(dòng)。
如上所述，這種設(shè)置方式使得桿棒162可以進(jìn)行偏轉(zhuǎn)型運(yùn)動(dòng)，它所包括的各個(gè)部分中包括有門元件球體160，以便當(dāng)控制桿部件332基本上作向后和向前的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)以打開或閉合住閥門時(shí)，可以方便地使球體相對(duì)于閥座388正確定位。除此之外，這種設(shè)置方式還可以將球體相對(duì)保持在控制桿部件的軸線附近，以使它的運(yùn)動(dòng)近似地與這一軸線相垂直。如果取控制桿部件的門元件控制部分的門元件側(cè)390為一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，則在該典型的設(shè)置方式中，球體160的定位位置(即它的中心)在門元件側(cè)390前面0.150英寸左右處，而軸套164的輸出端部在其后面0.500英寸左右處。正如所述，在任何實(shí)例中，使細(xì)長(zhǎng)桿棒距這一門元件側(cè)390的安裝距離，大于球體160的定位位置與這一門元件側(cè)的距離兩倍以上，都是有利的。在這里也當(dāng)然要這樣，當(dāng)軸套筒端部孔口386的桿棒開始嵌入位置處作為該桿棒的安裝開始點(diǎn)時(shí)，可以滿足這一點(diǎn)。
繼續(xù)參考圖24和圖25，雖然閥座軸套392具有與前述的閥座軸套46相同的形狀，并且采用相同的方式安裝，但閥座388確實(shí)與其它的常閉型設(shè)置方式中的閥座48有所不同。當(dāng)然，這表示在與這里所說明和示出的設(shè)置方式相類似的多種設(shè)置方式中，可以采用并且適用于許多種不同的變化了的閥座。類似地，盡管在如圖24和圖25所示的結(jié)構(gòu)中沒有使用，但是也可以實(shí)施那種在運(yùn)行過程中，可以使球體保持體真正靠接在閥座上的結(jié)構(gòu)設(shè)置形式。
對(duì)于細(xì)長(zhǎng)桿棒162的一種典型的可以實(shí)用的尺寸為，長(zhǎng)為大約0.600英寸，直徑為大約0.023英寸。當(dāng)然，可以根據(jù)具體的需要，在相當(dāng)大的變化范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)剡x擇這些尺寸。
在如圖26所示的常開型的變形實(shí)施例中，可以使用與圖24所示的常開型變形實(shí)施例中相同的控制桿部件332和膜片334，以及相同的細(xì)長(zhǎng)桿棒162，門元件球體160，球體保持體382和相同的位于其閥座軸套392中的閥座388。類似地，其它許多部件也與圖24所示的部件相同，這些部件包括一個(gè)螺栓394，它的附設(shè)螺母396，一個(gè)中空螺母398，它的栓鎖螺母400，一個(gè)具有附設(shè)襯墊403的端部螺母402，以及一個(gè)彈簧404。這些部件相對(duì)于控制桿部件332的致動(dòng)部分338和管形殼體406的安裝方式和連接關(guān)系，基本上與常閉型結(jié)構(gòu)的變形實(shí)施例相反，并且在前述的常閉型結(jié)構(gòu)設(shè)置方式中已經(jīng)給予了說明，并示出在圖25中。在這里，彈簧404用于初始的組裝和調(diào)整，并且在閥門運(yùn)行過程中發(fā)揮作用，即可以提供出一個(gè)沿閉合閥門方向作用的力。
在如圖25所示的變形后的常開型結(jié)構(gòu)中，致動(dòng)器連線410、輸入側(cè)412和輸出側(cè)414接觸球體，以及壓入適配定位的輸入側(cè)416和輸出側(cè)418襯墊，均與如圖24所示的類似部件相類似。然后，為了實(shí)施常開型的運(yùn)行，具有外螺紋的輸入側(cè)管420是用旋入至穿過殼體的內(nèi)側(cè)螺紋孔口421的方式，固定在管形殼體406上的；輸出側(cè)管422旋入在控制桿部件的管安裝孔口424中，以將該管固定在控制器部件上，并且相對(duì)于致動(dòng)器連線的膨脹和收縮向后和向前移動(dòng)控制器部件。
在如上所述和如上所示的某些輔助的具體結(jié)構(gòu)和/或變形中，已經(jīng)指出對(duì)于許多質(zhì)量流量控制器部件均可以采用316型不銹鋼材料。這種材料也可以用于許多其它的部件，比如說門元件球體，致動(dòng)器管，流體流動(dòng)主路徑部分，用于膜片之上的控制桿部分的殼體，細(xì)長(zhǎng)桿棒，用于桿棒的軸套，球體保持體，以及控制桿和膜片部件等等。當(dāng)然，還可以采用其它許多種易于購(gòu)得的適用的金屬材料。如舉例來說，還可以采用商標(biāo)為Hastalloy andInconel的市售的金屬合金。諸如Parker Hannifan和Cajon等等流體部件的傳統(tǒng)供貨商是各種管道部件的一個(gè)供貨來源。作為附裝在致動(dòng)器管道上的襯墊，該閥座通?？梢杂锰沾苫蛟颇覆牧系鹊戎谱?，它們也是門元件球體的可選用的制作材料之一。
對(duì)于較低量值的流體流量，可以如圖4和圖16中的結(jié)構(gòu)所示，將典型的膜片厚度取為0.030英寸左右，而對(duì)于較高的流體流量，這一厚度可為0.014英寸。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，控制桿沿該桿的安裝部分伸延的兩個(gè)環(huán)形圓筒狀部分的橫剖面的直徑，通常為大約0.090和0.100英寸，但根據(jù)具體的用途和需要，也可以在由大約0.045和0.050英寸至大約0.180和0.200英寸之間變化選擇。傳感器管道典型的外側(cè)直徑的選擇范圍可以為，比如說由大約0.010英寸至0.050英寸。為了在比如說空氣中加熱致動(dòng)器連線，適用的電功率的范圍可以為大約0.3至3瓦/英寸。當(dāng)然，這些只是示例的部件和變化參量的選用，均屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的普通知識(shí)范疇。
在這里已經(jīng)示出了若干種控制桿-膜片結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系，并且已經(jīng)給出了若干種適用的變形實(shí)施例，然而還可以由此獲得其它的一些結(jié)果。
首先，從表示致動(dòng)器和閥門部分的各種實(shí)施例的附圖，以及由對(duì)它們的說明可見，在每一個(gè)實(shí)例中，膜片均為控制桿部件基本上提供了主要的結(jié)構(gòu)支撐。然而在運(yùn)行過程中，正如所述，氣體流動(dòng)產(chǎn)生的力將對(duì)膜片產(chǎn)生輔助結(jié)構(gòu)支撐。而且在每一個(gè)實(shí)例中，膜片均是不彎曲和沒有波紋的。這從制造和操作的角度看均是有利的。
第二，正如圖24和圖26所示，所形成的膜片334具有一個(gè)較薄的圓環(huán)狀凸起，以作為安裝時(shí)的輔助部件。如舉例來說，它的可以采用的變形形式包括在其外側(cè)邊緣處的折角形狀，這一折角形狀與它緊靠的管形殼體折角邊緣相適配，并且作為焊接操作時(shí)的輔助部件。正如圖5所示，還可以不在外側(cè)邊緣而在定位位置處改變厚度，以有助于制造、它裝和運(yùn)行操作。一般說來，膜片的最大厚度為0.040英寸左右，最小厚度為0.013英寸左右是合適的。
第三，在附圖(比如說圖4和圖16)所示的一種控制桿-膜片設(shè)置方式中，在控制桿部件的安裝部分一側(cè)的控制桿部件形成有錐度，而在附圖(比如說圖24和圖26)所示的另一種設(shè)置方式中，在其兩側(cè)形成有這種錐度。
因此，在這里示出了有關(guān)控制桿-膜片結(jié)構(gòu)的多種變形和改形實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)具體制造或運(yùn)行需要和要求加以選擇。
對(duì)于分別根據(jù)圖4和圖16構(gòu)造的常閉型和常開型閥門構(gòu)造和它們的致動(dòng)方式，不難看出對(duì)于每一種實(shí)例，彈簧組件240和270的主要目的，就是要在組裝過程中方便控制桿52的調(diào)整操作。然而亦如所述，在這些結(jié)構(gòu)設(shè)置中，采用這種方式將使該彈簧組件在運(yùn)行過程中，對(duì)控制桿朝一方面的移動(dòng)多少產(chǎn)生一些抑制控制桿移動(dòng)的阻力，而對(duì)控制桿朝另一方面的移動(dòng)多少產(chǎn)生一些輔助其移動(dòng)的推動(dòng)力--因?yàn)橹聞?dòng)器連線56和262處于拉伸狀態(tài)，故這在實(shí)際上是不需要的。
根據(jù)該主要目的，并且不需要次要的目的所產(chǎn)生的功能，在這種實(shí)例中的每一個(gè)，實(shí)際上彈簧組件分別安裝在管形殼體214或264的，位于膜片之上的控制桿部分的每一側(cè)。因此在每一個(gè)實(shí)例中，彈簧組件可以用鏡象方式同樣的安裝在管形殼體的相對(duì)側(cè)，而管形殼體在未示出的相對(duì)側(cè)也形成有用于組裝的孔口。當(dāng)然，由此所產(chǎn)生的結(jié)果是在所示出的相對(duì)側(cè)會(huì)多少產(chǎn)生一些阻力，和所示出的相對(duì)側(cè)會(huì)多少產(chǎn)生一些推動(dòng)力，而由于連線處于拉伸狀態(tài)，故所產(chǎn)生的這種功能也不是必須的。正如所述，在事實(shí)上這種相對(duì)設(shè)置的方式，適用于分別如圖24和圖26所示的常閉型和常開型結(jié)構(gòu)的變形實(shí)例。在相對(duì)側(cè)進(jìn)行這種設(shè)置，其結(jié)果將抑制由于致動(dòng)器連線收縮所產(chǎn)生的移動(dòng)，并推進(jìn)由于致動(dòng)器連線的膨脹所產(chǎn)生的移動(dòng)。
正如這里所指出的那樣，也可以不采用熱致動(dòng)器，而是采用可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有控制桿結(jié)構(gòu)的更為普通的電磁螺線管和壓電型致動(dòng)器。比如說在采用電磁螺線管致動(dòng)時(shí)，還應(yīng)該注意到要象常規(guī)實(shí)施方式那樣，采用比較細(xì)的穿過控制桿上的致動(dòng)部分孔口的桿，而不與控制桿相接觸。這一桿可以固定在處于其兩端處的球體上，而球體可以緊靠在包括控制桿在內(nèi)的其它致動(dòng)器部件上。當(dāng)然，這僅僅是許多可供選擇的方案之一。
雖然通過附圖和整個(gè)說明書反復(fù)進(jìn)行的說明，清楚地說明了在這里示出的和描述的可調(diào)節(jié)的閥門，是一種具有用于控制流體流動(dòng)的致動(dòng)器和閥門部分的多個(gè)定位位置的閥門，因而它具有多種流體流速控制能力。
當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以由詳細(xì)說明的各個(gè)實(shí)施例，獲得不脫離本發(fā)明的主題和范圍的多種變形和改形。
權(quán)利要求
1.一種流體流量計(jì)，包括管道部件，其限定用于流速是需要測(cè)量的流體流動(dòng)的輸入管和輸出管，并且限定穿過所述部件的主要流體流動(dòng)管道的錐形孔口；限流器，其壓塞在所述錐形孔口處，以便沿著所述孔口產(chǎn)生流體壓力落差，它包括一個(gè)芯體部件和多根連線部件，連線部件沿著所述芯體部件設(shè)置，并且壓塞在所述芯體部件和所述管道部件之間的所述錐形孔口內(nèi)；和包括有流體傳感器管道的流體傳感器，流體傳感器管道限定與所述主要流體流動(dòng)管道孔口相平行的傳感器流體流動(dòng)管道孔口，并且具有定位成提供響應(yīng)所述壓力落差的傳感器管道流體流動(dòng)的輸入管孔口和輸出管孔口。
2.如權(quán)利要求1所述的流體流量計(jì)，其中所述芯體部件包括球形部件。
3.如權(quán)利要求1所述的流體流量計(jì)，其中所述芯體部件包括錐形部件。
4.如權(quán)利要求1所述的流體流量計(jì)，其中所述多根連線部件包括有三根連線部件。
5.如權(quán)利要求1所述的流體流量計(jì)，其中所述多根連線部件包括有四根連線部件。
6.如權(quán)利要求1所述的流體流量計(jì)，其中所述多根連線部件在所述芯體部件和所述管道部件之間變形。
7.如權(quán)利要求1所述的流體流量計(jì)，其中所述連線部件壓塞在所述芯體部件和所述錐形孔口的內(nèi)部之間。
全文摘要
一種質(zhì)量流量控制器，它具有一個(gè)由控制桿部件控制的閥門，控制桿部件基本上以可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝方式安裝在一個(gè)金屬膜片上，而該金屬膜片可跟隨桿部件的移動(dòng)而伸張和不伸張?？梢杂芍聞?dòng)器連線的膨脹和收縮實(shí)施桿部件的致動(dòng)作用。穿過控制器的流體流動(dòng)主路徑是直線形的。提供一個(gè)平行的傳感器流體流動(dòng)通路的傳感器管道，是利用金屬密封元件定位連接的，該密封元件沿朝向流體流動(dòng)主路徑的孔口伸延，并且沿通過這一孔口的方向環(huán)繞。沿流體流動(dòng)主路徑的以產(chǎn)生通過傳感器管道的流動(dòng)的壓力落差，由具有一個(gè)芯體和多根沿該芯體伸延的連線的限流器制取。
文檔編號(hào)G01F5/00GK1601420SQ20041003844
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期1995年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月29日
發(fā)明者丹尼爾·T·馬德, 海·敦 申請(qǐng)人:米克羅利斯公司