BR112012009504B1

BR112012009504B1 - Controlador de Fluxo

Info

Publication number: BR112012009504B1
Application number: BR112012009504-8A
Authority: BR
Inventors: Takeshi Sakasegawa; Yuta Oshima
Original assignee: Smc Kabushiki Kaisha
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2019-10-15
Also published as: DE112010004226B4; KR20120085263A; BR112012009504A2; US8800593B2; TW201133171A; RU2012119820A; US20120204974A1; CN102576230A; TWI432931B; JP2011090381A; CN102576230B; RU2515208C2; KR101416285B1; JP5250875B2; WO2011048896A1; DE112010004226T5

Abstract

é descrito um controlador de fluxo (10) incluindo uma unidade de detecção de fluxo (14) que é fornecida com uma unidade de detecção (12) para detectar a taxa de fluxo de um fluido; e uma unidade de controle de fluxo (180) que é acoplada a unidade de detecção de fluxo (14) e que é capaz de ajustar uma taxa de fluxo de fluido. o sensor de detecção (38) constituindo a unidade de detecção (12) compreende um sensor de fluxo térmico usando tecnologia mems, e a taxa de fluxo que foi detectada pelo sensor de detecção (38) é enviada para a unidade de controle (24). em adição, na unidade de controle de fluxo (18), o estado de fornecimento de ar para a sala de fornecimento (84) é comutada por cada uma das válvulas solenoide de fornecimento de uso (92) e válvulas solenoide de exaustão de uso (94) e com base no estado de fornecimento de ar, uma válvula de controle (58) se fecha e se abre.

Description

CONTROLADOR DE FLUXO

Campo técnico

A presente invenção refere-se a um controlador de fluxo, que é capaz de detectar a taxa de fluxo de um fluido que flui através de uma passagem e de controlar a taxa de fluxo.

Técnica antecedente

Até o presente, como revelado no relatório descritivo da patente japonesa no. 2784154, um controlador de fluxo é constituído de um detector de taxa de fluxo para medir a taxa de fluxo de um fluido, e uma válvula proporcional disposta em paralelo ao detector de taxa de fluxo. Uma passagem de fluxo principal estende através do interior do detector de taxa de fluxo. Na parede interna da passagem de fluxo principal, uma entrada de conduto e uma saída de conduto são abertas, que são conectadas respectivamente a um conduto. Um par de bobinas sensíveis a calor são enroladas no conduto, que são conectadas a um amplificador. Além disso, a taxa de fluxo do fluido que flui através do conduto é estimada utilizando uma diferença em resistência, que ocorre devido a uma diferença de temperatura gerada entre as bobinas sensíveis a calor.

Além disso, na válvula proporcional, um diafragma é disposto no centro de um corpo de válvula proporcional oco, a periferia do diafragma sendo fixa ao corpo de válvula proporcional. Uma haste de válvula, que interconecta o diafragma e o corpo de válvula, é conectada ao centro do diafragma. Além disso, uma mola de retorno é disposta em uma porção superior do diafragma. O diafragma é normalmente induzido para baixo pela mola de retorno, e

2/21 juntamente com a mesma, pressão de ar é fornecida para dentro de uma câmara embaixo do diafragma sob uma ação de comutação de uma válvula solenoide de fornecimento ou alternativamente, a pressão de ar dentro da câmara é descarregada para o exterior sob uma ação de comutação de uma válvula solenoide de descarga.

diafragma é deslocado para cima em oposição ã força elástica da mola de retorno, pelo que o corpo de válvula separa para longe da sede de válvula permitindo que o fluido flua através do mesmo. Nesse momento, a taxa de fluxo do fluido é detectada pelo detector de taxa de fluxo, e com base no resultado de detecção detectada pelo detector de taxa de fluxo, a taxa de fluxo é controlada por realimentação por operar a válvula solenoide de fornecimento e a válvula solenoide de descarga.

Em geral, com o controlador de fluxo acima mencionado, como a estrutura do mesmo é complexa e o aparelho é comparativamente grande em escala, recentemente, têm havido demandas por uma estrutura que seja em escala simplificada e menor.

Por outro lado, com a técnica convencional de acordo com a patente japonesa no. 2784154, no detector de taxa de fluxo acima mencionado, embora um sistema de aquecimento capilar seja adotado no qual as bobinas sensíveis a calor são enroladas com relação a um conduto de metal fino, como um retardo de tempo é gerado no conduto quando calor é transferido a partir das bobinas sensíveis a calor, o tempo de resposta é retardado. Além disso, quando o detector de taxa de fluxo é montado, uma vez que é exigido trabalho para enrolar as bobinas sensíveis a calor

3/21 no conduto e para soldar o conduto com relação ao corpo, a operação de montagem é complexa, juntamente com preocupações em relação a aumento em custos de fabricação.

Além disso, a válvula proporcional é construída para realizar a abertura e fechamento do corpo de válvula por um diafragma, e para que a válvula proporcional seja colocada em um estado fechado de válvula no qual o corpo de válvula é assentado na sede de válvula, uma força elástica grande é necessária para a mola de retorno. Como resultado, há necessidade da mola de retorno ser feita em escala grande, levando a um problema em que o tamanho do produto é aumentado. Além disso, no caso da força elástica da mola de retorno ser grande, a pressão operacional mínima também deve ser grande, e desse modo há preocupação em que a válvula proporcional não pode ser operada em pressões baixas.

Além disso, por exemplo, no caso de uma válvula solenóide, que é operada por um sinal de controle, ser disposta na válvula proporcional no lugar de um diafragma operado por pressão de ar, e uma estrutura é fornecida na mesma para abrir e fechar o corpo de válvula por operar a válvula solenóide, então o consumo de energia é aumentado, e juntamente com o mesmo, podem ser esperados casos nos quais resultados de detecção precisos não podem ser obtidos, como resultado de calor gerado na seção de solenóide da válvula solenóide sendo transferida para o detector de taxa de fluxo.

Sumário da invenção

Um objetivo geral da presente invenção é fornecer um controlador de fluxo, que pode ser feito menor em escala

4/21 e de estrutura simplificada, e que pode reduzir consumo de energia e ser operado com baixas pressões quando a taxa de fluxo de um fluido é controlada, juntamente com permitir que a taxa de fluxo seja controlada rapidamente.

A presente invenção é caracterizada por um controlador de fluxo que compreende um corpo tendo uma primeira passagem disposta em um lado à montante através do qual um fluido flui, uma segunda passagem disposta em um lado à jusante com relação à primeira passagem, e uma seção de estrangulamento disposta entre a primeira passagem e a segunda passagem, um detector de taxa de fluxo disposto no corpo e que tem uma unidade de detecção que é capaz de detectar a taxa de fluxo do fluido que flui a partir da primeira passagem para a segunda passagem, um controlador de taxa de fluxo para controlar uma taxa de fluxo do fluido através do corpo de válvula e que é disposto em paralelo ao detector de taxa de fluxo, o controlador de taxa de fluxo incluindo uma montagem de diafragma que é deslocada por fornecimento de ar piloto, um corpo de válvula conectado à montagem de diafragma através de uma haste, e uma mola que induz o corpo de válvula em uma direção a ser assentada em uma sede de válvula formada no corpo, em que a unidade de detecção é constituída por um sensor MEMS, o controlador de taxa de fluxo compreendendo ainda uma estrutura de equilíbrio para equilibrar uma força de pressão aplicada a partir da montagem de diafragma com relação ao corpo de válvula com uma força de pressão aplicada a partir da mola com relação ao corpo de válvula.

De acordo com a presente invenção, por fornecer a unidade de detecção de taxa de fluxo incluindo a unidade de

5/21 detecção, que é capaz de detectar a taxa de fluxo do fluido, no corpo, que é equipada com as primeira e segunda passagens e a seção de estrangulamento através da qual o fluido flui, e por utilizar o sensor MEMS na unidade de detecção, o tempo de detecção quando a taxa de fluxo do fluido é detectada pode ser encurtado, e o dispositivo pode ser feito menor em escala. Juntamente com o mesmo, uma vez que o dispositivo pode ser operado com corrente baixa, o consumo de energia pode ser reduzido. Além disso, como uma estrutura de equilíbrio é fornecida para equilibrar uma força de pressão aplicada a partir da montagem de diafragma com relação ao corpo de válvula com uma força de pressão aplicada a partir da mola com relação ao corpo de válvula, o corpo de válvula pode ser facilmente operado por ar piloto de pressão baixa. Juntamente com o mesmo, a mola pode ser ajustada com uma força elástica pequena, pelo que o corpo de válvula pode ser operado rapidamente e a unidade de controle de taxa de fluxo pode ser feita em miniatura, juntamente com permitindo que o controlador de fluxo seja feito em escala menor.

Breve descrição dos desenhos

A figura 1 é um diagrama de configuração geral de um controlador de fluxo de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A figura 2 é uma vista em seção transversal ampliada de uma unidade de controle de taxa de fluxo da figura 1; e

A figura 3 é um diagrama estrutural esquemático de um sistema de controle de taxa de fluxo incluindo o controlador de fluxo da figura 1.

6/21

Descrição das modalidades

Uma modalidade preferida de um controlador de fluxo de acordo com a presente invenção será descrita abaixo com referência aos desenhos em anexo.

Na figura 1, o numeral de referência 10 indica um controlador de fluxo de acordo com uma modalidade da presente invenção.

Como mostrado nas figuras 1 até 3, o controlador de fluxo 10 inclui uma unidade de detecção de taxa de fluxo (detector de taxa de fluxo) 14 equipado com uma unidade de detecção 12 para detectar uma taxa de fluxo de um fluido, e uma unidade de controle de taxa de fluxo (controlador de taxa de fluxo) 18 conectada através de um adaptador 16 à unidade de detecção de taxa de fluxo 14 e que é capaz de ajustar a taxa de fluxo do fluido. Um fluido (por exemplo, ar) , que é fornecido a partir de uma fonte de fornecimento de fluido não ilustrada, após ter sido fornecido a partir do lado da unidade de detecção de taxa de fluxo 14, flui para a unidade de controle de taxa de fluxo 18. Além disso, a unidade de detecção de taxa de fluxo 14 e a unidade de controle de taxa de fluxo 18 podem ser conectadas entre si diretamente, sem intervenção do adaptador acima mencionado 16 .

A unidade de detecção de taxa de fluxo 14 é composta de um primeiro corpo 22 tendo uma primeira passagem 20 através da qual um fluido flui, a unidade de detecção 12 disposta para confrontar a primeira passagem 20 para detectar a taxa de fluxo do fluido, uma unidade de controle 24 disposta em uma parte superior da unidade de detecção 12 e a qual um resultado de detecção detectado

7/21 pela unidade de detecção 12 é transmitida, e uma unidade de display 26 que é capaz de exibir um resultado calculado pela unidade de controle 24.

O primeiro corpo 22 inclui a primeira passagem 20, que penetra em uma direção horizontal através do interior do mesmo. Um tubo (não mostrado) ao qual um fluido é fornecido através de um elemento de conexão 28a é conectado em uma extremidade do primeiro corpo 22, e a outra extremidade do mesmo, um segundo corpo 30 constituindo a unidade de controle de taxa de fluxo 18 é conectado enquanto encaixa o adaptador 16 entre os mesmos. Além disso, o fluido que é fornecido a partir do tubo não ilustrado, após ter fluido através da primeira passagem 20 do primeiro corpo 22, passa através do interior do adaptador 16, e é fornecido para a unidade de controle de taxa de fluxo 18.

Uma seção de estrangulamento 32, que é reduzida em diâmetro em uma direção para dentro radial, é incluída na primeira passagem 20 nas proximidades do centro da mesma ao longo da direção longitudinal. A unidade de detecção 12 é disposta em uma porção superior da primeira passagem 20 de modo a estar voltada para a seção de estrangulamento 32. Além disso, na primeira passagem 20, em um lado a montante da seção de estrangulamento 32, ou mais especificamente, em uma posição em um lado extremo da primeira passagem 20 com relação à seção de estrangulamento 32, uma pluralidade de retificadores de fluxo 34 é disposta para retificar o fluxo do fluido (vide a figura 1) . Os retificadores de fluxo 34 são compostos de placas tendo furos nas mesmas através dos quais o fluido pode fluir, os retificadores de fluxo 34

8/21 sendo dispostos em paralelo ao longo da direção de fluxo do fluido, de tal modo que fluido que passa através dos furos é retificado, e pó ou similar contido no fluido é removido.

A unidade de detecção 12 compreende uma passagem de detecção 3 6 que comunica entre um lado a montante e um lado a jusante da seção de estrangulamento 32 na primeira passagem 20 desse modo para desviar a primeira passagem 20, e um sensor de detecção 348, que é disposto para estar voltado para a passagem de detecção 36. O sensor de detecção 38 é disposto em uma cavidade 40 fornecida em uma superfície circunferencial externa do primeiro corpo 22.

sensor de detecção 38 compreende um sensor de fluxo térmico utilizando tecnologia MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), e compreende um par de elementos de medição de temperatura dispostos em torno de um elemento de geração de calor, em que a taxa de fluxo do fluido que flui através da passagem de detecção 36 é detectado com base em uma alteração de valor de resistência nos elementos de medição de temperatura. Além disso, a taxa de fluxo do fluido é transmitida para a unidade de controle 24 como um sinal de detecção através de um sensor de circuito impresso 42 que é conectado ao sensor de detecção 38.

A unidade de controle 24 é instalada em uma parte superior do primeiro corpo 22 voltado para a unidade de detecção 12, e um controlador de circuito impresso 44, que é conectado eletricamente com relação ao sensor de detecção 38, é acomodado no interior de um primeiro invólucro 46. Uma unidade de conexão de conector 48, que é capaz de ser conectada a um conector a partir do exterior, é disposta em uma porção lateral do primeiro invólucro 46.

9/21

A unidade de display 26 compreende um display de circuito impresso 52 montado em uma parte superior do primeiro invólucro 46 constituindo a unidade de controle 24, e que é conectado eletricamente através de fios de ligação 50 com relação ao controlador de circuito impresso 44, e um display 54, que é capaz de exibir a taxa de fluxo do fluido detectado pela unidade de detecção 12 ou similar. 0 display de circuito impresso 52 e o display 54 são acomodados no interior de um segundo invólucro 56, display 54 sendo disposto para permitir observação visual do mesmo a partir do exterior. 0 display de circuito impresso 52 também é conectado eletricamente através de fios de ligação 50 à unidade de conexão de conector 48.

A unidade de controle de taxa de fluxo 18 inclui o segundo corpo 30, que é conectado ã unidade de detecção de taxa de fluxo 14, uma válvula de controle 58 disposta no interior do segundo corpo 30 e que é capaz de ajustar a taxa de fluxo do fluido que flui através do interior do segundo corpo 30 e uma unidade de comutação 60 disposta em uma parte superior do segundo corpo 30 para comutação entre estados aberto e fechado da válvula de controle 58.

segundo corpo 30 é conectado ao primeiro corpo 22 substancialmente ao longo de um alinha reta, e é formado com uma segunda passagem 62 no interior do mesmo através do qual o fluido flui. A meio caminho ao longo da segunda passagem 62, uma sede de válvula 66 é formada, na qual um corpo de válvula 64 que constitui a válvula de controle descrita posteriormente 58 pode ser assentada. A sede de válvula 66 é formada com um formato anular voltado para baixo. Além disso, um tubo não ilustrado ou similar é

10/21 conectado através de um elemento de conexão 28b à outra extremidade do segundo corpo 30.

A válvula de controle 58 compreende uma cavidade 68, que é formada em uma parede superior do segundo corpo 30, uma montagem de diafragma 72 disposta em um espaço formado entre a cavidade 68 e um elemento de cobertura 70 que cobre a cavidade 68, uma haste 74 conectada à montagem de diafragma 72 e que é disposta para deslocamento ao longo de uma direção perpendicular à segunda passagem 62, o corpo de válvula 64 que é conectado a uma extremidade inferior da haste 74, e uma mola 74 disposta entre o corpo de válvula 64 e um bujão 76 que é conectado a uma parte inferior do segundo corpo 30.

A montagem de diafragma 72 é composta de um diafragma de filme fino flexível 80 que é encaixado entre o segundo corpo 30 e o elemento de cobertura 70, e elementos de retenção 82a, 82b que encaixam um lado de superfície superior e um lado de superfície inferior em uma porção central do diafragma 80. Adicionalmente, um espaço, que é definido entre a montagem de diafragma 72 e o elemento de cobertura 70, cria uma câmara de fornecimento 84 na qual ar piloto é fornecido sob uma ação de comutação de uma válvula solenóide de fornecimento (válvula de fornecimento) 92 que constitui uma unidade de comutação (válvula de comutação) 60. A câmara de fornecimento 84 comunica com uma passagem de fornecimento 86, que é conectada a um lado a montante de um local onde a válvula de controle 58 é disposta na segunda passagem 62, pelo que fluido que passa através da passagem de fornecimento 86 é fornecida a partir da segunda passagem 62 para dentro da câmara de fornecimento 84.

11/21

A haste 74 é conectada de modo a estender para baixo a partir do centro dos elementos de retenção 82a, 82b e é guiada para deslocamento ao longo de um furo guia 8 8 formado no segundo corpo 30. O furo guia 88 é formado para penetrar através do centro da sede de válvula 66.

O corpo de válvula 64 é formado com um formato substancialmente em U em seção transversal tendo uma parte de sede 90 formada em uma parte superior da mesma, e uma parte tubular 91 que estende para baixo perpendicularmente com relação à parte de sede 90. A haste 74 é conectada por um parafuso 97 ao centro da parte de sede 90, e a mola 78 é inserida no interior da parte tubular 91. Além disso, vários furos de comunicação 93 são formados na parede de sede 90, que penetram na direção axial do corpo de válvula 64 até um lado interno radial com relação à parte tubular 91, de tal modo que o lado de superfície superior e o lado

de superfície continuamente	inferior da parte de sede	90 são mantidos
em	comunicação	através	dos	furos de
comunicação 93	•
Além	disso, o	corpo de	válvula 64 é	normalmente
prensado para	cima	por	uma força	elástica	da	mola 78, de

modo que o corpo de válvula 64 é assentado pela força de pressão sobre a sede de válvula 66 que é formada acima do corpo de válvula 64. Desse modo, a comunicação entre o lado a montante e o lado a jusante da segunda passagem 62 é bloqueada centralmente em torno da válvula de controle 58. Nesse momento, ar na segunda passagem 62 no lado à jusante com relação ao corpo de válvula 64 é introduzido através dos furos de comunicação 93 no interior do espaço 95 no qual a mola 78 é disposta, e, portanto, o corpo de válvula

12/21 é colocado em um estado equilibrado, no qual substancialmente a mesma pressão é imposta igualmente em direções para cima e para baixo com relação ao lado de superfície superior e lado de superfície inferior da parte de sede 90.

Conseqüentemente, por exemplo, quando o corpo de válvula 64 ê separado da sede de válvula 66 desse modo para ser colocado em um estado aberto de válvula, porque uma força de pressão pode ser aplicada com relação ao corpo de válvula 64, que necessita somente ser suficiente para superar a força elástica da mola 78, o corpo de válvula 64 pode ser acionado rapidamente e em baixa pressão.

A unidade de comutação 60 compreende a válvula solenóide de fornecimento 92 para fornecer fluido que passa através da segunda passagem 62 com relação à câmara de fornecimento 84, e uma válvula solenóide de descarga (válvula de descarga) 94 para descarregar para o exterior fluido que foi fornecido à câmara de fornecimento 84. A válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94 são excitadas com base em sinais de controle a partir da unidade de controle 24 da unidade de detecção de taxa de fluxo 14, pelo que a comutação entre os estados de fornecimento e descarga do fluido é realizada com relação à câmara de fornecimento 84.

Mais especificamente, por operar a válvula solenóide de fornecimento 92, fluido que fluiu para dentro da passagem de fornecimento 86 a partir da segunda passagem 62 é fornecido para dentro da câmara de fornecimento 84, pelo que a montagem de diafragma 72 é prensada e deslocada para baixo pelo fluido. Como resultado, o corpo de válvula

13/21 é deslocado para baixo através da haste 74 em oposição à força elástica da mola 78, pelo que o corpo de válvula 64 separa da sede de válvula 66 e comunicação com a segunda passagem 62 é estabelecida. Inversamente, por operar a válvula solenóide de descarga 94, o fluido na câmara de fornecimento 84 é descarregado para o exterior, pelo que a força de pressão para baixo com relação à montagem de diafragma 72 é dissipada. Conseqüentemente, o corpo de válvula 64 é prensado para cima (em uma direção indicada \o pela seta A) pela força elástica da mola 78, e por assentamento do corpo de válvula 64 na sede de válvula 66, o estado de comunicação com a segunda passagem 62 é bloqueado.

Além disso, os sinais de controle transmitidos para a válvula solenóide de fornecimento acima mencionada 92 e válvula solenóide de descarga 94, por exemplo, são sinais PWM (modulados por largura de pulso) ou sinais PFM (modulados por freqüência de pulso), pelo que a válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de 20 descarga 94 são operadas intermitentemente com base em tais sinais de controle. Mais especificamente, de acordo com um controle PWM ou um controle PFM, como a válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94 não são operadas continuamente, podem ser controladas de tal modo que a quantidade de calor emitida a partir daí seja suprimida.

Além disso, a válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94 são constituídas por válvulas de duas vias, que são capazes de serem 30 comutadas eletricamente por sinais elétricos respectivos,

14/21 de tal modo que por entrar os sinais de controle acima nas mesmas, a câmara de fornecimento 84 é colocada em um estado de comunicação com a passagem de fornecimento 86, ou alternativamente, com o exterior.

A válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94 não são limitadas a serem constituídas de duas das válvulas de duas vias. Por exemplo, no lugar de duas das válvulas de duas vias, a válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94 podem ser constituídas por uma única válvula de três vias ou uma única válvula de cinco vias.

O controlador de fluxo 10 de acordo com a presente invenção é construído basicamente como descrito acima. A seguir, operações e vantagens do controlador de fluxo 10 serão descritas. Nas explicações a seguir, como mostrado nas figuras 1 e 2, um estado fechado de válvula será descrito como uma condição inicial na qual, sem nenhum sinal de controle ser transmitido a partir da unidade de controle 24 com relação à válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94, o corpo de válvula 64 é assentado na sede de válvula 66 pela força elástica da mola 78, e o estado de comunicação com a segunda passagem 62 é bloqueado.

Primeiramente, fluido (por exemplo, ar) é fornecido através de um tubo não ilustrado com relação à primeira passagem 20 da unidade de detecção de taxa de fluxo 14, e o fluido passa através dos furos dos vários retificadores de fluxo 34 na primeira passagem 20 e flui a jusante do mesmo. Nesse momento, pó contido no fluido é capturado e removido pelos vários retificadores de fluxo 34

15/21 na primeira passagem 20, o fluxo do fluido é retificado, e o fluido flui para o lado a jusante.

Simultaneamente com o mesmo, um sinal de controle é transmitido a partir da unidade de controle 24 com relação à válvula solenóide de fornecimento 92, e por excitar a válvula solenóide de fornecimento 92, a passagem de fornecimento 86 é colocada em um estado de comunicação com a segunda passagem 62. Consequentemente, uma porção do fluido que foi introduzida na segunda passagem 62 é fornecida na câmara de fornecimento 84 como ar piloto, e a montagem de diafragma 72 juntamente com a haste 74 é prensada para baixo pelo ar piloto. Além disso, o corpo de válvula 64 é deslocado para baixo em oposição à força elástica da mola 78, e como resultado do corpo de válvula 64 que separa a partir da sede de válvula 66 desse modo para colocar a primeira passagem 20 e a segunda passagem 62 em um estado de comunicação, o fluido flui a partir da primeira passagem 20 da unidade de detecção de taxa de fluxo 14 para dentro da segunda passagem 62 da unidade de controle de taxa de fluxo 18.

Nesse momento, como no estado fechado de válvula, o corpo de válvula 64 está em uma condição equilibrada, na qual ar no lado à jusante do corpo de válvula 64 pressionada o lado de superfície superior e o lado de superfície inferior da parte de sede 90 respectivamente em

equilíbrio,	mesmo	se	o ar	piloto fornecido	à câmara	de
fornecimento	84	for	baixo	em pressão, a	montagem	de
diafragma 72	pode	ser	deslocada para baixo instantaneamente

para produzir o estado aberto de válvula.

Além disso, na unidade de detecção de taxa de

16/21 fluxo 14, o fluido passa através da seção de estrangulamento de diâmetro reduzido 32 e flui para a segunda passagem 62 da unidade de controle de taxa de fluxo 18. Juntamente com o mesmo, uma porção do fluido flui a partir do lado a montante da seção de estrangulamento 32 para dentro da passagem de detecção 36, e do lado a jusante da seção de estrangulamento 32 novamente para dentro da primeira passagem 20 e funde com o fluxo na mesma. Com relação ao fluido introduzido na passagem de detecção 36, a taxa de fluxo do fluido é detectada pelo sensor de detecção 38 com base em uma diferença em resistência gerada pelo par de elementos de medição de temperatura, e o resultado de detecção é transmitido como um sinal de detecção para o controlador de circuito impresso 44 através do sensor de circuito impresso 42. Além disso, a taxa de fluxo do fluido, por exemplo, é transmitida para e exibida no display 54 da unidade de display 26.

Além disso, a taxa de fluxo detectada pela unidade de detecção 12 é comparada com uma taxa de fluxo ajustada antecipadamente na unidade de controle 24, e é decidido se a taxa de fluxo é igual ou não à taxa de fluxo ajustada. Por exemplo, no caso da taxa de fluxo do fluido ser menor do que a taxa de fluxo ajustada, então uma vez que é necessário aumentar a taxa de fluxo, um sinal de controle é transmitido a partir da unidade de controle 24 com relação à válvula solenóide de fornecimento 92, e a quantidade fornecida de fluido fornecida para a câmara de fornecimento 84 é aumentada. Como resultado, a montagem de diafragma 72 é deslocada adicionalmente para baixo para aumentar a taxa de fluxo de fluido que flui através da

17/21 segunda passagem 62, pelo que a taxa de fluxo do fluido é controlada para obter a taxa de fluxo ajustada.

Por outro lado, no caso em que a taxa de fluxo do fluido é maior do que a taxa de fluxo ajustada, um controle é realizado para diminuir a quantidade pela qual a válvula de controle é aberta para diminuir a taxa de fluxo. Nesse caso, sinais de controle são transmitidos a partir da unidade de controle 24 respectivamente e individualmente com relação à válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94. Além disso, a válvula solenóide de fornecimento 94 é colocada em um estado OFF, pelo que o fornecimento de fluido para a câmara de fornecimento 84 é parado por comutar a válvula solenóide de fornecimento 92, e juntamente com a mesma, por comutar a válvula solenóide de descarga 94, fluido na câmara de fornecimento 84 é descarregado para o exterior. Como resultado, a força de pressão que pressiona a montagem de diafragma 72 para baixo é dissipada, pelo que o corpo de válvula 64, a haste 74, e a montagem de diafragma 72 são deslocados para cima pela força elástica da mola 78, e a taxa de fluxo do fluido que flui entre o corpo de válvula 64 e a sede de válvula 66 é estrangulada e diminuída.

Como resultado, a taxa de fluxo do fluido que flui através da segunda passagem 62 é reduzida, e a taxa de fluxo do fluido é controlada para obter uma taxa de fluxo ajustada.

Na modalidade acima descrita, embora uma estrutura seja fornecida na qual a passagem de fornecimento 86 para introduzir fluido na câmara de fornecimento 84 é dispostas em um lado à jusante da unidade de detecção de

18/21 taxa de fluxo 14, a invenção não é limitada por esse aspecto. Por exemplo, a passagem de fornecimento 86 pode ser disposta no lado a montante da unidade de detecção de taxa de fluxo 14, pelo que fluido que flui através da primeira passagem 20 é fornecido à câmara de fornecimento 84. Nesse caso, uma vez que o fluido que serve como ar piloto para operar a unidade de controle de taxa de fluxo 18 não é detectado como uma taxa de fluxo na unidade de detecção de taxa de fluxo 14, a taxa de fluxo do fluido que flui no lado a jusante da unidade de controle de taxa de fluxo 18, e a taxa de fluxo que é detectada pela unidade de detecção de taxa de fluxo 14 pode casar entre si com elevada precisão.

Além disso, a unidade de controle de taxa de fluxo 18 não é limitada a ser disposta no lado a jusante da unidade de detecção de taxa de fluxo 14, e pode ser disposta no lado a montante da unidade de detecção de taxa de fluxo 14.

Além disso, em vez de dispor a válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94 que compõem a unidade de comutação 60 diretamente com relação ao segundo corpo 30 da unidade de controle de taxa de fluxo 18, podem ser dispostas em posições separadas da unidade de

controle	de	taxa	de	fluxo	18, e a unidade de	controle de
taxa de	fluxo	18	pode	ser operada	remotamente para
controlar	a	taxa	de	fluxo de fluido.
	No	modo	acima,	de acordo	com	a presente

modalidade, na unidade de detecção 12 da unidade de detecção de taxa de fluxo 14, como um sensor de fluxo térmico que utiliza tecnologia MEMS é empregado, quando a

19/21 taxa de fluxo do fluido é detectada, o tempo de detecção pode ser encurtado, e uma vez que a unidade de detecção 12 pode ser operada com corrente baixa, o consumo de energia pode ser reduzido.

Além disso, na unidade de controle de taxa de fluxo 18, que é capaz de controlar a taxa de fluxo de fluido, a válvula de controle 58 é deslocada sob uma ação de fornecimento de um fluido, e como uma estrutura equilibrada é fornecida na qual a força de pressão aplicada a partir da montagem de diafragma 72 com relação ao corpo de válvula 64 e força de pressão aplicada a partir da mola 78 com relação ao corpo de válvula 64 são igualadas, quando a montagem de diafragma 72 é prensada, a montagem de diafragma 72 pode ser deslocada com ar piloto tendo uma baixa pressão, e o corpo de válvula 64 pode ser operado rapidamente. Desse modo, um controlador de fluxo 10 capaz de ser operado em baixas pressões pode ser fornecido. Além disso, como uma mola pequena 78 pode ser ajustada no mesmo, a unidade de controle de taxa de fluxo 18 incluindo a mola acima mencionada 78 pode ser feita em escala menor, juntamente com a facilitação de redução em escala do controlador de fluxo 10 como um todo.

Além disso, no controlador de fluxo acima mencionado, por exemplo, no caso de um controle de taxa de fluxo grande da ordem de 1000 litros/minuto ser realizado, torna-se necessário para a área eficaz da segunda passagem 62 ser aumentada correspondendo à taxa de fluxo grande que passa através do mesmo, acompanhado pelo ajuste do corpo de válvula para ter uma área de pistão grande, e juntamente com o mesmo, uma mola deve ser empregada tendo uma força

20/21 elástica grande para superar a força de pressão aplicada a partir do fluido e para assentar o corpo de válvula na sede de válvula. Nesse caso, um aumento em tamanho da mola é ocasionado, e devido à força elástica grande da mola, a força operacional quando o corpo de válvula é deslocado em oposição à força elástica deve ser grande, e é difícil operar o corpo de válvula em baixas pressões.

Em contraste com o mesmo, com a configuração da presente invenção, a válvula de controle 58 com a estrutura equilibrada acima mencionada é adotada, e uma vez que forças de pressão respectivas são normalmente aplicadas igualmente ao lado de superfície superior e ao lado de superfície inferior do corpo de válvula 64, mesmo no caso em que a área efetiva da segunda passagem 62 e a área de pistão do corpo de válvula 64 são aumentadas de tal modo que um controle de taxa de fluxo grande seja realizado, é necessário que a mola 78 seja de tamanho aumentado, e as operações podem ser realizadas rapidamente e em pressões baixas.

Mais especificamente, em comparação com um controlador de fluxo que inclui uma unidade de controle de taxa de fluxo sem tal estrutura equilibrada, no presente controlador de fluxo, por exemplo, um controle de taxa de fluxo grande de 1000 litros/minuto ou maior pode ser realizado.

Ainda adicionalmente, como os sinais de controle que são transmitidos para a válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94 que compõem a unidade de comutação 60, são sinais PWM (modulados por largura de pulso) ou PFM (modulados por

21/21 freqüência de pulso), e a válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94 são operadas intermitentemente com base em tais sinais de controle, em comparação com um caso de operar a válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94 continuamente, a quantidade de calor gerada desse modo pode ser suprimida, e deterioração em precisão de detecção devido a calor emitido a partir da unidade de comutação 60 sendo transferido para a unidade de detecção de taxa de fluxo 14 pode ser evitada. Além disso, consumo de energia na unidade de comutação 60 pode ser reduzido.

Adicionalmente, na unidade de controle de taxa de fluxo 18, como não há necessidade de operar a válvula solenóide de fornecimento 92 e a válvula solenóide de descarga 94 quando a taxa de fluxo do fluido é estável, a durabilidade da mesma pode ser aumentada, e o consumo de energia pode ser reduzido.

controlador de fluxo de acordo com a presente invenção não é limitado à modalidade acima descrita, e é lógico que várias estruturas modificadas ou adicionais possam ser adotadas na mesma sem desviar da essência da presente invenção.

Claims

1. Controlador de fluxo, compreendendo:

um corpo (22, 30) tendo uma primeira passagem (20) disposta em um lado à montante através da qual um fluido flui, uma segunda passagem (62) disposta em um lado à jusante com relação à primeira passagem (20), e uma seção de estrangulamento (32) disposta entre a primeira passagem (20) e a segunda passagem (62);

um detector de taxa de fluxo (14) disposto no corpo (22, 30) e que tem uma unidade de detecção (12) que é capaz de detectar a taxa de fluxo do fluido que flui a partir da primeira passagem (20) para a segunda passagem (62);

um controlador de taxa de fluxo (18) para controlar uma taxa de fluxo do fluido e que é disposto no corpo (22, 30) em paralelo ao detector de taxa de fluxo (14), caracterizado pelo fato de que a unidade de detecção (12) é constituída por um sensor MEMS, o controlador de taxa de fluxo (18) compreender ainda uma montagem de diafragma (72) que é deslocada por fornecimento de ar piloto, um corpo de válvula (64) conectado à montagem de

diafragma (72) através de uma haste (74), e uma mola (78) que é disposta em uma posição voltada para o diafragma (72) com o corpo de válvula (64) entre os mesmos e induz o corpo de válvula (64) em uma

direção a ser assentada em uma sede de válvula (66) formada

Petição 870190051686, de 03/06/2019, pág. 9/15

2/3 no corpo (22, 30), o corpo de válvula compreende uma parte de sede (90) que está assentada na sede

da válvula (6 6) e à qual a haste (74) e a mola (78) estão conectadas, uma parte tubular (91), para dentro da qual a mola (78) é inserida, e um furo de comunicação (93) que é formado na parte de sede (90) , uma estrutura de equilíbrio para equilibrar,

quando o ar presente no lado à jusante do corpo de válvula (64) é introduzido no interior da parte tubular (91) através do furo de comunicação (93) sob um estado de válvula fechado, uma força de pressão aplicada a uma superfície de recebimento de pressão no lado de montagem de diafragma (72) do corpo de válvula (64) pelo ar presente no lado a jusante do corpo de válvula (64) com uma força de pressão aplicada a uma superfície de recebimento de pressão no lado de mola (78) do corpo de válvula (64) pelo ar presente no interior da parte tubular, o ar piloto é parte do fluído.

2. Controlador de fluxo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle de taxa de fluxo (18) compreende ainda uma válvula de comutação (60) para comutar um estado de fornecimento do ar piloto, a válvula de comutação (60) sendo operada por um sinal de controle transmitido de uma unidade de controle (24), em que o sinal de controle é um sinal PWM ou um sinal PFM.

3. Controlador de fluxo, de acordo com a

Petição 870190051686, de 03/06/2019, pág. 10/15

3/3 reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a válvula de comutação (60) é composta de uma válvula de fornecimento (92) que fornece o ar piloto para uma câmara de fornecimento (84) formada entre a montagem de diafragma (72) e o corpo (30) para operar a montagem de diafragma (72), e uma válvula de descarga (94) que descarrega o ar piloto a partir da câmara de fornecimento (84) para o seu exterior para retornar a montagem de diafragma (72), a válvula de fornecimento (92) e a válvula de descarga (94) compreendendo válvulas de duas vias que são operadas pelo sinal de controle.

4. Controlador de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que uma força elástica da mola (78) é aplicada com relação ao corpo de válvula (64) na mesma direção que a direção de fluxo do fluido.

5. Controlador de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o ar piloto é fornecido com relação à montagem de diafragma (72) a partir de um lado a montante do detector de taxa de fluxo (14).