[發明專利]流體感測設備和質量流量控制器

在審

• 申請號: 202010347908.5
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111854868A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: V·塔納里;D·阿祖尼;M·迪亞茲;J·迪迪奧
• 申請（專利權）人: FAS醫學有限公司
• 主分類號: G01F1/88
• 分類號: G01F1/88;G01F15/02;G01F15/04;G01F15/14;G01F15/00;G05D7/06
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

包括流體流動通道的流體感測設備和質量流量控制器。該流體流動通道具有限流部分、該限流部分上游的第一位置處的第一流體端口、該限流部分下游的第二位置處的第二流體端口、與該第一流體端口和第二流體端口流體連通的流體傳感器以及層流元件。該層流元件包含沿著該流體流動通道至少從該第一位置延伸到該第二位置的流穩定桿，以在該流體流動通道的外壁與該流穩定桿的外表面之間限定該流體流動通道的流體感測部分。該限流部分包括減小該流體流動通道的該流體感測部分的液壓直徑，這通過減小該流體流動通道的直徑或增大該流穩定桿的直徑或既減小該流體流動通道的直徑又增大該流穩定桿的直徑來實現。還提供包含此類流體感測設備的質量流量控制器。

技術領域

本發明涉及一種流體感測設備，具體地說，涉及一種例如在質量流量控制器中或質量流量計中與流體控制閥一起使用的流體感測設備。

背景技術

流體控制閥廣泛應用于控制流體的流動。受控制的流體可包括氣體、液體或其組合。在一些情況下，流體還可包含懸浮顆粒物。雖然流體控制閥在用于通過閥(通常是比例閥)打開和閉合流體連通路徑的特定配置方面有很大不同，但一種特定類型的閥致動是使用螺線管來執行。在螺線管致動閥中，電流穿過電磁線圈，其中線圈通常圍繞磁芯形成。線圈一般包括圍繞線軸纏繞許多次從而形成多個所謂的匝的線材。通電的螺線管產生磁場。磁場強度與匝數以及提供到線材的電流成比例。如所屬領域中眾所周知，為了增大由螺線管提供的磁場，可增大匝數和/或可增大提供到線材的電流。磁場通常在連接到柱塞的可移動電樞上操作，柱塞配置成與閥座(其包圍流體可從中通行的入口和/或出口)接合，從而改變由閥座以及柱塞的密封部分產生的流動限制。可使用壓電致動等其它類型的致動。

質量流量控制器(“MFC”)廣泛用于測量和控制流體流量。典型MFC包含流體感測設備、流體控制閥以及用于控制流體控制閥的控制器。流體感測設備一般包含延伸于入口與出口之間的流動通道，以及與該流動通道連通的流體傳感器。在MFC的操作期間，控制器基于來自流體傳感器的傳感器信號確定通過流動通道的流率，并且相應地操作控制閥以維持期望的流動。存在兩個主要類型的MFC：基于熱力的，以及基于壓力的。

熱力MFC的操作原理是，可根據從流動通道的壁到流體的熱傳遞率以及根據流體的比熱來確定在流動通道內流動的流體的質量流率。熱力MFC通常包含纏繞在薄壁管上的加熱元件，層流流體流通過該薄壁管建立并維持。只要維持層流，就可根據響應于流體流動通過該管時的流體溫度變化的加熱元件電阻變化來確定流體的質量流率。其它類型的熱力MFC尤其適合量熱流量傳感器或量熱微流量傳感器的使用。

基于壓力的MFC沿著流動通道使用噴嘴或孔等限流部分，以形成壓力降，可根據壓力降來確定流率。在此類MFC中，可通過以物理方式測量因壓力差形成的旁通流、或通過基于通過限流部分的流體流率隨跨限流部分的壓力降而變的原理而以數學方式計算流率來確定流率。通過感測限流裝置上游的流體壓力p1和限流裝置下游的流體壓力p2，可計算壓力降并確定流率。

在其它類型的MFC中，例如通過測量來自和/或去往沿著繞過主流動通道中的限流部分的旁通通道流動的流體的熱傳遞，可組合基于熱力和基于壓力的MFC的原理。

在兩種類型的MFC中，通過裝置實現的流體控制的準確性取決于來自流體感測構件的傳感器信號的準確性。這一點可因流道中的湍流而減損，湍流可導致流體流和壓力的波動，并且可使準確感測變得困難。這對于使用簡單的孔型限流部分來形成壓力差的裝置可能尤其成問題。由于湍流，感測到的跨限流部分的壓力中的噪聲和變化性可能使得難以處理感測到的壓力或測得的流率的輸出信號。

為了解決這個問題，已知在流量感測設備的流道中安置層流元件以對流體流進行過濾并且由此減小湍流。此類層流元件往往是處于流動通道中流體被引導從中穿過的限流部分下游的多個部件的較復雜和昂貴組件。雖然這些裝置可能在減少流道中的湍流方面有效，但它們還可能導致制造成本和復雜度的增大，并且可能不適合應用在例如用于微型MFC的流體感測設備中。

本發明力圖提供一種改進的流量感測設備，其克服或減輕與現有技術相關聯的一個或多個問題。