流量計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種寬量程、高精度的流量計(jì)。該流量計(jì)包括：閥體（5），閥體內(nèi)設(shè)置有進(jìn)氣通道（15）和多個旁路通道（18）；多個截止閥（1、2、3、4），具有不同的流量范圍，分別對應(yīng)于多個所述旁路通道（18），使相應(yīng)流量范圍的流體分別流入所述旁路通道（18）；傳感器，檢測流入所述旁路通道（18）的流體的流量；控制部，根據(jù)所述傳感器的檢測結(jié)果選擇相應(yīng)流量范圍的所述截止閥（1、2、3、4）并使其接通。由此，可以針對0到滿量程之間的流體自動切換量程，并實(shí)現(xiàn)高精度信號輸出。
【專利說明】流量計(jì)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種寬量程、高精度的流量計(jì)，尤其涉及一種寬量程、高精度的氣體質(zhì) 量流量計(jì)。

【背景技術(shù)】
[0002] 流量計(jì)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、真空鍍膜、分析、化工、環(huán)境等領(lǐng)域的流體測量，因 而需要在全量程范圍內(nèi)具有較高的測量精度。然而，當(dāng)量程的范圍較大時(shí)，現(xiàn)有的流量計(jì)在 全量程范圍內(nèi)通常無法保證1%以下的測量精度，在某個量程范圍內(nèi)誤差甚至?xí)_(dá)到100%， 因而現(xiàn)有的流量計(jì)不能保證全量程范圍內(nèi)的測量精度，特別是存在低端測量范圍精度低的 問題。
[0003] 為了解決這種問題，用戶通常會購買多臺流量計(jì)并互相替換使用，此外，以往還存 在一種集成了多臺流量計(jì)的集成設(shè)備。但是，替換使用多臺流量計(jì)以及采用上述集成設(shè)備 會帶來成本高、系統(tǒng)龐大、替換過程繁瑣等問題。
[0004] 此外，雖然也可以通過提高零件加工精度、提高傳感器精度來提高全量程范圍內(nèi) 的測量精度，但這種方法會大幅提高成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可以針對0到滿量程之間的流體自動 切換量程，并實(shí)現(xiàn)高精度信號輸出的流量計(jì)。
[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明的流量計(jì)包括閥體、流體進(jìn)出通道，此外還包括：多個 旁路通道；多個截止閥，各截止閥具有不同的流量范圍，各旁路通道分別與各截止閥相對 應(yīng)；傳感器，檢測流入所述旁路通道的流體的流量；控制部，根據(jù)所述傳感器的檢測結(jié)果選 擇相應(yīng)流量范圍的截止閥使其接通。
[0007] 本發(fā)明的流量計(jì)優(yōu)選為氣體質(zhì)量流量計(jì)，但也可以是液體流量計(jì)。
[0008] 在本發(fā)明的流量計(jì)中，所述控制部可以首先使最小流量范圍的截止閥接通，當(dāng)判 斷所述傳感器的測量結(jié)果是最小流量范圍時(shí)，輸出測量值，當(dāng)判斷所述傳感器的測量結(jié)果 不是最小流量范圍時(shí)，關(guān)閉所述截止閥并依次使高段流量范圍的截止閥接通并進(jìn)行判斷， 來選擇相應(yīng)流量范圍的截止閥。
[0009] 作為優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)流量在兩個截止閥流量范圍的臨界值附近變化的情況下，所 述控制部進(jìn)行控制，當(dāng)流量從小于臨界值向大于臨界值增加時(shí)，所述控制部以臨界值為切 換點(diǎn)使大流量范圍的截止閥接通，當(dāng)流量從大于臨界值向小于臨界值減小時(shí)，所述控制部 以小于臨界值的規(guī)定點(diǎn)為切換點(diǎn)使小流量范圍的截止閥接通。
[0010] 作為優(yōu)選實(shí)施例，在各所述旁路通道中可以設(shè)置有分流器，所述分流器調(diào)節(jié)進(jìn)入 所述傳感器的流量比例，以使一定量的流體流入所述傳感器。
[0011] 作為優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明中傳感器的數(shù)量可以等于旁路通道的數(shù)量，兩者一一對 應(yīng)。
[0012] 作為另一個實(shí)施例，傳感器的可以數(shù)量少于旁路通道的數(shù)量，該傳感器用于檢測 一個或多個旁路通道的流量。
[0013] 作為優(yōu)選實(shí)施例，所述傳感器為熱式傳感器。
[0014] 作為另一個實(shí)施例，在所述熱式傳感器的上游設(shè)置有壓力傳感器或風(fēng)速傳感器。
[0015] 作為另一個實(shí)施例，所述傳感器可以為壓力傳感器或風(fēng)速傳感器。
[0016] 作為一個實(shí)施例，所述控制部包括無線通訊部，所述控制部利用所述無線通訊部 接收到的來自外部無線終端的信號對流量計(jì)進(jìn)行控制。
[0017] 按照本發(fā)明，可以針對0到滿量程之間的流體自動切換量程，實(shí)現(xiàn)了高精度信號 輸出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的氣體質(zhì)量流量計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)立體示意圖。
[0019] 圖2是圖1所示實(shí)施例的氣體質(zhì)量流量計(jì)的主閥體結(jié)構(gòu)立體示意圖。
[0020] 圖3是圖2所示主閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0021] 附圖標(biāo)記說明
[0022] 1第一電磁截止閥
[0023] 2第二電磁截止閥
[0024] 3第三電磁截止閥
[0025] 4第四電磁截止閥
[0026] 5 主閥體
[0027] 6第一傳感器
[0028] 7第二傳感器
[0029] 8第三傳感器
[0030] 9第四傳感器
[0031] 10出氣閥體
[0032] 11截止閥出氣孔
[0033] 12截止閥進(jìn)氣孔
[0034] 13傳感器出氣孔
[0035] 14傳感器進(jìn)氣孔
[0036] 15進(jìn)氣通道
[0037] 16出氣通道
[0038] 17分流芯
[0039] 18旁路通道

【具體實(shí)施方式】
[0040] 本發(fā)明的流量計(jì)用于流體的流量測量，特別適用于過程控制中的流體流量的精密 測量。該流量計(jì)的測量對象可以是氣體和液體，流量可以是體積流量和質(zhì)量流量。以下，參 照附圖對作為本發(fā)明流量計(jì)一例的氣體質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行說明。
[0041] 圖1是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的氣體質(zhì)量流量計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)立體示意圖。
[0042] 本發(fā)明的氣體質(zhì)量流量計(jì)包括由電路板、控制部等構(gòu)成的流量計(jì)控制系統(tǒng)，所述 控制部控制傳感器、電磁截止閥等，例如包括電橋電路、增益電路、補(bǔ)償電路和閥驅(qū)動電路 等。上述裝置和電路的結(jié)構(gòu)均屬于本領(lǐng)域的公知常識和慣用手段，在此不作詳細(xì)說明。 [0043] 如圖1所示，本發(fā)明的氣體質(zhì)量流量計(jì)還包括：主閥體5,用于使待測量的氣體流 入；第一?第四電磁截止閥1?4,通過連接及鎖緊構(gòu)件固定安裝在主閥體5的表面上，根 據(jù)不同的流量范圍而接通，可以選擇性地使相應(yīng)流量范圍的待測量的氣體通過；第一?第 四傳感器6?9,通過連接及鎖緊構(gòu)件固定安裝在主閥體5的表面上，用于測量流過相應(yīng)電 磁截止閥的氣體的流量；以及出氣閥體10,用于使測量后的氣體流出。
[0044] 本發(fā)明的氣體質(zhì)量流量計(jì)可以根據(jù)待測量氣體的流量范圍，采用兩個以上的電磁 截止閥和一個以上的傳感器。在本實(shí)施例中，采用了四個電磁截止閥和四個傳感器，且第 一?第四電磁截止閥1?4與第一?第四傳感器6?9 對應(yīng)，利用一個傳感器來測量 流過對應(yīng)的一個電磁截止閥的氣體。本實(shí)施例中的氣體質(zhì)量流量計(jì)的測量量程例如為0? 10L/min的范圍，第一電磁截止閥1的接通流量范圍例如為lL/min?10L/min、第二電磁截 止閥2的接通流量范圍例如為100mL/min?lL/min、第三電磁截止閥3的接通流量范圍例 如為10mL/min?100mL/min、第四電磁截止閥4的接通流量范圍例如為0?10mL/min。在 本實(shí)施例中，通過改變電磁截止閥的噴嘴的尺寸而使電磁截止閥的流量范圍不同。
[0045] 圖2是圖1所示實(shí)施例的氣體質(zhì)量流量計(jì)的主閥體結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖3是該主 閥體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0046] 以下參照圖2、圖3對主閥體5的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，圖3只是主 閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，其中各旁路通道18的結(jié)構(gòu)是相同的，在各旁路通道18中分別 設(shè)置有一個分流芯(分流器的一例）17。在圖3中僅圖示了一個分流芯17。
[0047] 如圖2、3所示，在主閥體5的前端（圖3中的右偵彳）內(nèi)部設(shè)置有進(jìn)氣通道15,該進(jìn) 氣通道15通過進(jìn)氣孔與氣體質(zhì)量流量計(jì)的外部連通，待測量的氣體通過進(jìn)氣孔流入進(jìn)氣 通道15。此外，與進(jìn)氣通道15鄰接設(shè)置有四個旁路通道18,進(jìn)氣通道15與四個旁路通道 18對應(yīng)地設(shè)置有四個截止閥進(jìn)氣孔12,該截止閥進(jìn)氣孔12與主閥體5的表面連通。此外， 四個旁路通道18分別設(shè)置有截止閥出氣孔11、傳感器進(jìn)氣孔14、傳感器出氣孔13,該截止 閥出氣孔11、傳感器進(jìn)氣孔14、傳感器出氣孔13也分別與主閥體5的表面連通。利用連接 及鎖緊構(gòu)件，將第一?第四電磁截止閥1?4固定安裝在主閥體5的表面上，從而使氣體可 以通過截止閥進(jìn)氣孔12進(jìn)入電磁截止閥內(nèi)部并從截止閥出氣孔11流出。此外，利用連接 及鎖緊構(gòu)件，將第一?第四傳感器6?9固定安裝在氣體流通方向下游的主閥體5的表面 上，從而使流經(jīng)對應(yīng)的電磁截止閥的氣體可以經(jīng)由分流芯17從傳感器進(jìn)氣孔14進(jìn)入傳感 器內(nèi)部并從傳感器出氣孔13流出。在此，分流芯17用于在主通道和毛細(xì)管間產(chǎn)生層流，調(diào) 節(jié)進(jìn)入傳感器的流量比例，以保證一定量的氣體流入傳感器。此外，在主閥體5的后端（圖 3中的左側(cè)）內(nèi)部設(shè)置有四個出氣通道16,用于使流過傳感器的氣體流出。本實(shí)施例中，出 氣通道16與旁路通道18 -體設(shè)置。
[0048] 此外，如圖1所示，在主閥體5的后端（圖3中的左側(cè))設(shè)置有出氣閥體10,從出氣 通道16流出的氣體通過出氣閥體10流出到氣體質(zhì)量流量計(jì)的外部。
[0049] 以下對基本測量過程進(jìn)行說明。
[0050] 首先，待測量的氣體進(jìn)入主閥體5的進(jìn)氣通道15,接著利用控制部使最小量程的 第四電磁截止閥4接通，氣體由截止閥進(jìn)氣孔12流入第四電磁截止閥4,并由截止閥出氣孔 11流入旁路通道18,且經(jīng)由分流芯17從傳感器進(jìn)氣孔14流入第一傳感器6并由傳感器流 出孔13流出，在此過程中利用第四傳感器9測量氣體的流量。本實(shí)施例中所采用的傳感器 可以是熱式傳感器。利用控制部和儲存于未圖示的存儲器的程序，對第四傳感器9的信號 進(jìn)行處理，如果判斷流量滿足最小測量范圍OmL/min?10mL/min，則輸出流量值。如果判斷 流量超過流量范圍，則關(guān)閉第四電磁截止閥4,接著使第三電磁截止閥3接通，如果流量滿 足流量范圍10mL/min?100mL/min，則輸出流量值。如果判斷流量超過流量范圍，則關(guān)閉第 三電磁截止閥3。以此類推，實(shí)現(xiàn)了測量量程的自動切換。此外，使測量結(jié)束后的氣體通過 出氣通道16流入出氣閥體10,最后流出到氣體質(zhì)量流量計(jì)的外部。
[0051] 在此需要說明的是，本發(fā)明的量程選擇方式并不限于上述的從小量程到大量程， 例如也可以從大量程到小量程或者隨機(jī)選擇。此外，如果需要測量的氣體流量剛好處于多 量程之間的臨界值(例如10mL/min)時(shí)，由于無法保證絕對的流量穩(wěn)定以及A/D數(shù)據(jù)采集卡 無失碼率不可能達(dá)到100%等原因，流量計(jì)會在臨界值處不斷地切換。為了解決這個問題， 控制部以滯回切換的方式進(jìn)行控制：當(dāng)流量從小于臨界值向大于臨界值增加時(shí)，切換點(diǎn)為 臨界值，即，此時(shí)使接通流量范圍為l〇mL/min?100mL/min的第三電磁截止閥3接通；當(dāng)流 量在臨界值附近從大于臨界值向小于臨界值減小時(shí)，切換點(diǎn)為小于臨界值的某一點(diǎn)(例如 為臨界值的95%，但不限于95%)，S卩，此時(shí)使接通流量范圍為0?10mL/min的第四電磁截止 閥4接通。
[0052] 由此，本發(fā)明的氣體質(zhì)量流量計(jì)通過設(shè)置多個電磁截止閥、分流芯和傳感器，并利 用控制部實(shí)現(xiàn)了測量氣體在〇到滿量程之間的自動切換，并且達(dá)到了量程范圍內(nèi)1%的高設(shè) 定點(diǎn)精度。在此，設(shè)定點(diǎn)精度是指流量計(jì)顯示值與標(biāo)準(zhǔn)器測量的實(shí)際值之差與實(shí)際值相比 的百分比值。
[0053] 需要說明的是：
[0054] 上述實(shí)施例中的電磁截止閥、分流芯、傳感器一一對應(yīng)。作為變形例，也可以減少 傳感器的數(shù)量，由一個傳感器來檢測流過多個電磁截止閥和多個分流芯的氣體的流量。例 如可以只設(shè)置一個傳感器，由一個傳感器來檢測流過四個電磁截止閥和四個分流芯的氣體 的流量，還可以設(shè)置兩個傳感器，每個傳感器檢測流過兩個電磁截止閥和兩個分流芯的氣 體的流量。由此，可以減少傳感器數(shù)量，降低了成本；
[0055] 流量計(jì)的測量量程并不限定于0?10L/min的范圍，也可以是更寬的范圍。而且 電磁截止閥的接通流量并不限定于上述范圍，可以根據(jù)實(shí)際測量的流體進(jìn)行適當(dāng)變更；
[0056] 本實(shí)施方式的進(jìn)氣通道15直接設(shè)置在主閥體5的內(nèi)部。但是，也可以如出氣閥體 10那樣，單獨(dú)設(shè)置一個內(nèi)部具有進(jìn)氣通道的進(jìn)氣閥體，并在該進(jìn)氣閥體上開設(shè)四個出氣孔， 將該進(jìn)氣閥體密封連接于主閥體；
[0057] 上述實(shí)施例中的傳感器采用熱式傳感器，利用流體流過毛細(xì)管改變毛細(xì)管溫度分 布從而造成上下游溫差的方法，來測量流體的質(zhì)量流量。但是，當(dāng)流體流量超出傳感器測量 范圍時(shí)，在切換量程的過程中可能會出現(xiàn)傳感器信號反特性的現(xiàn)象，即流量增加時(shí)傳感器 輸出信號顯示不升反降。本發(fā)明通過選擇相應(yīng)流量范圍的電磁截止閥來限流，從而可以使 測量流量與傳感器相匹配。另外，通過將熱式傳感器替換為壓力傳感器、風(fēng)速傳感器等，或 者是在熱式傳感器的上游設(shè)置壓力傳感器、風(fēng)速傳感器等，也可以避免出現(xiàn)上述的傳感器 反特性的現(xiàn)象；
[0058] 本發(fā)明的流量計(jì)可以采用有線通訊方式，也可以采用無線通訊方式，S卩，在控制部 設(shè)置無線通訊部，利用無線通訊部接收到的來自外部無線終端的信號對流量計(jì)進(jìn)行控制， 從而可以解決線纜通訊所存在的連接復(fù)雜、不易移動等問題。
[0059] 以上以氣體介質(zhì)為例對本發(fā)明的流量計(jì)進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的流量計(jì)顯然并不 僅限于此，其原理及結(jié)構(gòu)同樣適用于液體流量計(jì)。只是根據(jù)流體性質(zhì)的不同，本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員可以對流量計(jì)的結(jié)構(gòu)做相應(yīng)的改變，例如其電磁截止閥、分流芯、傳感器等根據(jù)介質(zhì) 的不同而做相應(yīng)的設(shè)計(jì)和選擇。
【權(quán)利要求】
1. 一種流量計(jì)，包括閥體和流體進(jìn)出通道，其特征在于還包括： 多個旁路通道； 多個截止閥，各截止閥具有不同的流量范圍，各旁路通道分別與各截止閥相對應(yīng)； 傳感器，檢測流入所述旁路通道的流體的流量； 控制部，根據(jù)所述傳感器的檢測結(jié)果選擇相應(yīng)流量范圍的截止閥使其接通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量計(jì)，其特征在于，所述流量計(jì)為氣體質(zhì)量流量計(jì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量計(jì)，其特征在于，所述控制部首先使最小流量范圍的截 止閥接通，當(dāng)判斷所述傳感器的測量結(jié)果是最小流量范圍時(shí)，輸出測量值，當(dāng)判斷所述傳感 器的測量結(jié)果不是最小流量范圍時(shí)，關(guān)閉所述截止閥并依次使高段流量范圍的截止閥接通 并進(jìn)行判斷，來選擇相應(yīng)流量范圍的截止閥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量計(jì)，其特征在于，當(dāng)流量在兩個截止閥流量范圍的臨界 值附近變化的情況下，所述控制部進(jìn)行控制，當(dāng)流量從小于臨界值向大于臨界值增加時(shí)，所 述控制部以臨界值為切換點(diǎn)使大流量范圍的截止閥接通，當(dāng)流量從大于臨界值向小于臨界 值減小時(shí)，所述控制部以小于臨界值的規(guī)定點(diǎn)為切換點(diǎn)使小流量范圍的截止閥接通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的流量計(jì)，其特征在于，在各所述旁路通道中設(shè)置有分流器，所 述分流器調(diào)節(jié)進(jìn)入所述傳感器的流量比例，以使一定量的流體流入所述傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的流量計(jì)，其特征在于，傳感器的數(shù)量等于旁路 通道的數(shù)量，兩者一一對應(yīng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的流量計(jì)，其特征在于，傳感器的數(shù)量少于旁路 通道的數(shù)量，該傳感器用于檢測一個或多個旁路通道的流體的流量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的流量計(jì)，其特征在于，所述傳感器為熱式傳感 器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的流量計(jì)，其特征在于，在所述熱式傳感器的上游設(shè)置有壓力 傳感器或風(fēng)速傳感器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的流量計(jì)，其特征在于，所述傳感器為壓力傳 感器或風(fēng)速傳感器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的流量計(jì)，其特征在于，所述控制部包括無線 通訊部，所述控制部利用所述無線通訊部接收到的來自外部無線終端的信號對流量計(jì)進(jìn)行 控制。
【文檔編號】G01F1/86GK104061973SQ201310085676
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月18日
【發(fā)明者】吳英, 劉賢軍, 孔德保 申請人:北京堀場匯博隆精密儀器有限公司