BRPI0414705B1 - válvula de controle e dispositivo de medição e controle de fluxo - Google Patents

Abstract

"válvula de estrangulamento". trata-se de uma válvula de controle (100), que inclui um tubo de fluxo elastomérico (126), um êmbolo (124), dotado de primeira e segunda extremidades, e um membro de estrangulamento (502), conectado à primeira extremidade do êmbolo (124). o membro de estrangulamento (502) é colocado em adjacência ao tubo de fluxo. uma superfície de referência (128) é colocada, em geral, do lado oposto ao membro de estrangulamento (502), de tal modo que o tubo elastomérico (126) possa ser espremido entre o membro de estrangulamento (502) e a superfície de referência (126), a fim de controlar o fluxo de fluido através do tubo de fluxo. uma primeira mola guia (511) é posta entre o membro de estrangulamento (502) e a primeira extremidade do êmbolo (124), e uma segunda mola guia (510) é posta em adjacência à segunda extremidade do êmbolo (124). um amortecedor (552, 554, 556) pode ser conectado ao êmbolo. ademais, um membro contentor de pressão (130) pode ser colocado em volta de pelo menos uma parte do tubo de fluxo.

Description

"VÁLVULA DE CONTROLE E DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO E CONTROLE DE FLUXO" REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido é uma continuação-em-parte do Pedido de Patente Internacional número PCT/US03/09381, depositado em 28 de março de 2003, que designa os Estados Unidos da América e reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisória dos Estados Unidos, número 60/369.493, depositado em l2 de abril de 2002. Ambos os pedidos são incorporados por referência.

FUNDAMENTOS DA DESCRIÇÃO

CAMPO DA DESCRIÇÃO A presente invenção refere-se, em geral, a um fluxo de fluido e controle e, mais particularmente, a uma válvula de estrangulamento dotada de um mecanismo guia de fricção reduzida.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA 0 sistema de controle de fluxo de fluido, geralmente, consiste em três componentes: um sensor de fluxo, uma válvula de controle e um controlador, tal como um controlador derivativo integral proporcional (PID). Um típico sistema de controle de fluxo de fluido funciona alterando uma proporção de abertura do controle de válvula, até que o fluxo percebido pelo sensor de fluxo se identifique com o desejado, ou o ponto adequado do fluxo. Muitas vezes, o controle de válvula deve ser ajustado com uma proporção muito pequena para que alcance a proximidade desejada de controle.

Muitas indústrias, tais como as de semicondutores, as farmacêuticas e as de biotecnologia enfrentam problemas de controle de fluido devido às taxas de fluxo tipicamente baixas, ao uso de fluidos químicos abrasivos, ao uso de fluidos químicos corrosivos e, à necessidade de sistema de entrega e controle isentos de contaminante exato, compacto e com controle de fluido em tempo real.

Por exemplo, a Planarização Químico-mecânica (CMP) é um processo crucial na indústria de semicondutores que, envolve um processo de achatamento da superfície da pastilha através da aplicação de um fluido ultra puro contendo partículas sólidas suspensas e um agente reativo entre a superfície da pastilha e o coxim de polimento. Na maioria das aplicações, o coxim de polimento faz uma rotação numa velocidade controlada contra o semicondutor para achatar a superfície. O polimento exagerado da pastilha pode resultar em alteração ou remoção crucial da estrutura da pastilha. Inversamente, a falta de polimento da pastilha pode resultar em pastilhas de semicondutores inaceitáveis. A taxa de polimento da pastilha é altamente dependente da taxa de liberação do fluido e da quantidade total do fluido liberado durante o processo de polimento.

Outro processo usado na indústria de semicondutores requerendo apurado controle de fluxo de fluido e o ambiente isento de contaminação é o processo de fotolitografia. Como é conhecida na técnica, a fotolitografia é um processo que aplica um polímero sensível à luz, conhecido como um revestimento protetor (resist), ou pelo foto-revestimento pro- tetor, à superfície da pastilha. A máscara fotográfica que contém um padrão das estruturas a serem fabricadas na superfície da pastilha é colocada entre a pastilha coberta com uma resistência e uma fonte de luz. A luz reage com a resistência, tanto enfraquecendo ou fortalecendo o polímero de resistência. Depois que a resistência for exposta à luz, a pastilha é desenvolvida com uma aplicação de fluido químico que remove o revestimento enfraquecido, A precisão e continuidade na distribuição da resistência é essencial para que se transfira o padrão de forma apropriada. A resistência deve estar isenta de contaminantes, pois qualquer "sujeira" situada sobre a superfície ocasionará imperfeições no padrão final.

Uma modificação nesse processo aplica uma grande quantidade de novos líquidos na superfície da pastilha para criar um filme que irá se transformar em uma parte integrada do semicondutor final, A função primária desses filmes é agir como um isolante entre fios condutores elétricos. Uma variedade de materiais de centrifugação estão sendo avaliados com uma extensa variedade de componentes químicos e prioridades físicas. A diferença chave entre o processo de litografia e deposição de centrifugação é que qualquer defeito no filme {como vácuo, bolha ou partícula) é agora, permanentemente, embutida na estrutura do semicondutor e pode resultar no não funcionamento do dispositivo e um prejuízo financeiro para o produtor de semicondutor.

Ambos os processos têm espaço numa ferramenta chamada "esteira". 0 propósito da esteira é aplicar um volume preciso de fluido na superfície de uma pastilha com movimento giratório estacionário ou lento. Etapas de processos químicos adicionais podem ser usadas para converter o líquido na estrutura apropriada. Depois da aplicação do líquido, a velocidade da rotação da pastilha é rapidamente aumentada e o líquido da superfície da pastilha é centrifugada na borda. Sobra uma espessura de líquido muito fina e consistente, vindo do centro da pastilha para a borda. Algumas das variáveis que afetam a espessura do líquido incluem a resistência ou viscosidade dielétrica, concentração de solvente na resistência protetor ou dielétrico, a quantidade de resistên-cia/dielétrico dispensada, velocidade da dispensa, etc. A esteira vai ainda proporcionar etapas adicionais do processo depois da aplicação do líquido que, transforma o líquido em um polímero usando um processo de cozimento que, também remove qualquer solvente no filme. A esteira também controla o ambiente ao redor da pastilha, prevenindo mudanças na umidade ou temperatura e contaminates químicos de afetar o desempenho do filme. 0 desempenho do sistema de esteira é determinado pela apuração e continuidade da distribuição do líquido para a superfície da pastilha, além de minimizar defeitos no filme causados pelo vácuo, bolha e partículas . 0 elemento de controle do fluido é, dessa maneira, um componente crucial de tal sistema para assegurar a distribuição apropriada dos fluidos de processo. A válvula de estrangulamento pode ser usada para o controle de fluido da válvula em tais sistemas para proporcionar um dispositivo eficiente e compacto de controle de fluido altamente puro. Em particular, a válvula de estrangulamento atuada por sole-nóide proporciona um meio de excelente custo-benefício para fornecer um bom controle de fluido. Tais válvulas, tipicamente, dotadas de um mecanismo guia que incorporam peças que deslizam umas contra as outras. Em qualquer mecanismo de deslizamento há uma quantidade limitada de fricção. Mesmo se as partes de deslizamento forem feitas de material de baixa fricção, ainda assim terá alguma fricção. Essa fricção pode resultar em uma ação de alavanca de evasão da válvula de estrangulamento, impactando na precisão do controle de fluxo. 0 presente pedido dirige-se às deficiências associadas da técnica anterior.

SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO

De acordo com os aspectos da presente descrição, uma válvula de controle inclui um tubo de fluxo elastoméri-co, um embolo dotado de primeira e segunda extremidades e um membro de estrangulamento conectado à primeira extremidade do êmbolo. 0 membro de estrangulamento é situado adjacente ao tubo de fluxo. A superfície de referência é posicionada, geralmente, oposta ao membro de estrangulamento, tal que o tubo elastomérico é espremido entre o membro de estrangulamento e a superfície de referência para controlar o fluxo do fluido através do tubo de fluxo. A primeira mola guia é situada entre o membro de estrangulamento e a primeira extremidade do êmbolo. Uma primeira mola guia é colocada em adjacência a segunda extremidade do êmbolo. As molas guia podem ser discos planos definindo uma abertura espiral através das mesmas.

Um atuador recebe o êmbolo para que este possa ser ajustado para posicionar, seletivamente, entre o membro de estrangulamento em relação à superfície de referência, permitindo um bom controle de fluxo. A extensão do êmbolo é recebida pelo êmbolo, de tal modo que uma extremidade se encaixa ao êmbolo e termina na primeira mola guia. A outra extremidade da extensão do êmbolo se estende do êmbolo e se encaixa na segunda mola guia.

Em determinada modalidade exemplificativa, um amortecedor é conectado ao êmbolo. 0 amortecedor tem um primeiro membro definindo uma abertura no mesmo e, um segundo membro deslizável recebido na abertura tal que há um vão livre entre o primeiro e o segundo membros para criar uma passagem de ar. 0 segundo membro do amortecedor pode ter uma mola dotada de uma abertura entre ele, com um retentor de mola situado perto da abertura da cuba elástica. Uma mola pré-carregada se estende pela abertura da cuba elástica e é instalada no retentor de mola. Além disso, um membro contendo pressão pode estar situado, pelo menos, em uma parte do tubo de fluxo.

Em outros aspectos da descrição, um dispositivo de controle e medição de fluxo usa uma válvula de controle como ora descrito. Por exemplo, um dispositivo de controle e medição de fluxo inclui um recinto com um dispositivo de medição de fluxo situado no recinto. 0 tubo de fluxo elastoméri-co é na comunicação do fluido com o dispositivo de medição de fluxo. 0 embolo tem um membro de estrangulamento conectado a ele, que é situado adjacente ao tubo de fluxo. A superfície de referência é posicionada, geralmente, oposta ao membro de estrangulamento, tal que o tubo elastomérico é espremido entre o membro de estrangulamento e a superfície de referência para controlar o fluxo de fluido pelo tubo de fluxo. A primeira mola guia é situada entre o membro de estrangulamento e a primeira extremidade do embolo e, a segunda mola guia é situada adjacente à segunda extremidade do êmbolo.

Um controlador recebe um sinal de resposta de medição do dispositivo de medição de fluxo e proporciona um sinal de controle para a válvula de estrangulamento, em resposta a um sinal de ajuste e, o sinal de resposta de medição, para ajustar o membro de estrangulamento em relação à superfície de referência para controlar o fluxo de fluido pelo tubo de fluxo, se faz necessário para reduzir qualquer erro entre o fluxo medido e a fluxo no ponto adequado. Em certas modalidades, o dispositivo de medição de fluxo é um dispositivo de medição de fluxo de massa Corioles.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Outros objetivos e vantagens da invenção tornar-se-ão óbvios após a leitura da descrição detalhada que segue, com referência aos desenhos, nos quais: A Figura 1 é um diagrama em bloco que ilustra, es-quematicamente, a válvula de estrangulamento, conforme a modalidade exemplificada na presente invenção. A Figura 2, pictoricamente, ilustra a válvula de estrangulamento incluindo um membro que contém pressão de luva trançada de acordo com a modalidade do dispositivo. A Figura 3, conceitualmente, ilustra uma parte da válvula de estrangulamento mostrada na Figura 3, com uma parte da luva trançada removida. A Figura 4, pictoricamente, ilustra a válvula de estrangulamento incluindo anéis situados pelo tubo de estrangulamento para a retenção de pressão de acordo com outra modalidade do dispositivo. A Figura 5, pictoricamente, ilustra a válvula de estrangulamento incluindo um membro que contém pressão de caçamba articulada, de acordo com outra modalidade do invento . A Figura 6 é uma vista em perspectiva de uma parte do membro que contém de caçamba articulada, mostrada na Figura 5. A Figura 7 mostra a válvula da Figura 5 com a parte do membro que contém pressão de caçamba articulada removida . A Figura 8 é uma vista em perspectiva da válvula de estrangulamento de acordo com outra modalidade exemplifi-cativa da presente invenção. A Figura 9 é uma vista explodida da válvula de estrangulamento, mostrada na Figura 8.

As Figuras 10 e 11 são vistas seccionais da válvula de estrangulamento mostrada nas Figuras 8 e 9, mostrando a válvula em posição de fechamento e abertura, respectivamente .

As Figuras 12 e 13 são vistas seccionais ilustrando a parte superior da válvula mostrada nas Figuras 10 e 11, respectivamente.

As Figuras 14 e 15 são diagramas em bloco ilustrando o dispositivo de medição e controle de fluxo, empregando a válvula de estrangulamento de acordo com a modalidade exemplificativa da invenção.

Muito embora a invenção seja suscetível a várias modificações e formas alternativas, modalidades específicas foram mostradas em detalhes nos desenhos e no presente, à guisa de exemplos. Deve-se ter em mente, no entanto, que a descrição das modalidades específicas, aqui contida, não é projetada para limitar a invenção às formas particulares mostradas, mas ao contrário, a invenção pretende proteger todas as modificações equivalentes , alternativas contidas no espírito e no escopo da invenção, como definida nas reivindicações em anexo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

As modalidades ilustrativas da invenção são descritas abaixo. À guisa de esclarecimento, nem todas as características de uma real implementação são reveladas nesse relatório descritivo. Logicamente, verificar-se-á que, no desenvolvimento de qualquer modalidade real, numerosas decisões de implementação específicas podem ser tomadas para alcançar as metas específicas dos desenvolvedores, tal como a concordância com as restrições ao sistema e relacionadas ao negócio, que irão variar de uma implementação para outra. Além do mais, verificar-se-á que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e pode ser trabalhoso, mas, todavia, seria uma tarefa de rotina para as pessoas de capacidade comum obter o benefício desta descrição. A válvula de estrangulamento 100, de acordo com a modalidade da presente invenção, é conceitualmente ilustrada na Figura 1. Um atuador 122 é situado perto do tubo elasto-mérico 126. O êmbolo da válvula 124, o qual pode ser em forma de pistão ou soquete, é movido pelo atuador 122 para uma compressão seletiva ou estrangulamento do tubo 126 contra uma superfície de referência 128, assim variando o tamanho da abertura através da qual o fluido escoa 129. O tubo de fluxo 126 é feito de um material, relativamente macio para que possa ser comprimido entre o êmbolo 124 e a superfície de referência 128 para controlar o fluxo. Em alguns exemplos, o material macio do tubo de fluxo pode ter uma taxa de pressão baixa devido a sua pouca força. 0 membro que contém pressão 130 é situado cerca de pelo menos numa parte do tubo 126 para melhorar a taxa de pressão do tubo 126.

Muitas aplicações, tais como aquelas associadas a indústrias de semicondutores, farmacêuticas e indústrias bio-tecnológicas requerem que a trajetória do fluido do sistema de distribuição (todas as superfícies são umedecidas pelo fluido de processo) sejam construídos com materiais de alta pureza, quimicamente inerte/resistente, para proteger a pureza dos produtos químicos usados. Os plásticos são desejáveis porque os produtos químicos ultra puros usados no processo de fabricação da pastilha de semicondutores podem ser contaminadas se os íons de metal forem lixiviados ou removidos do tubo de fluxo de metal, devido à uma variedade de processos mecânicos e químicos. Materiais plásticos são resistentes à corrosão, numa vasta gama de materiais de processo. A classificação da alta pureza dos plásticos é usada nessas indústrias, desde que, em geral, previna a transferência indesejada de íons na fabricação de material de processo. Adicionalmente, o acabamento inerente da superfície lisa na fabricação do tubo de fluxo plástico reduz a habilidade da bactéria se anexar ao tubo e, contaminar o fluido com material orgânico.

Em tais aplicações de alta pureza, o tubo 126 é preferivelmente feito de elastômero ou plástico de alta pureza. Um elastômero adequado de alta pureza é o silicone {polissiloxano reticulado) por ser quimicamente resistente e ter propriedades químicas individuais. Outros materiais de tubulação adequados são o PVC {poli (cloreto de vinila), Ty-gon) , o polipropileno e a borracha fluorocarbônica (Viton) . Uma variedade de polímeros fluorados como PVDF e PTFE também são adequados. Por exemplo, o PFA, uma mistura incluindo materiais PFA e silicone são materiais adequados para o tubo 126 nas aplicações de alta pureza. Além do mais, em modalidades exemplificativas da válvula 100, não há espaço onde o fluido estagnado possa coletar e, também não há partes deslizantes ou de fricção que pudessem criar partículas no fluido, tornando o projeto descrito especialmente bem adequado para aplicação de alta pureza. A flexibilidade do tubo permite que as paredes da tubulação se ajustem ao redor de qualquer partícula capturada ou imperfeições nas paredes para proporcionar uma vedação hermética. A trajetória do fluxo é ininterrupta, minimizando a queda e turbulência de pressão. 0 fluido entra em contato com o tubo de fluxo 126 somente prevenindo o desgaste ou corrosão de outras partes da válvula e prevenindo contaminação no fluido de processo, no caso de aplicação de alta pureza, tal como operações de polimento de semicondutores. A Figura 2 mostra a válvula de estrangulamento 200 de acordo com a modalidade da presente invenção, na qual o membro que contém pressão compreende a luva trançada 230 circundando o tubo de fluxo 126. Em algumas modalidades, a luva trançada 230 cerca todo o tubo de fluxo 126. A Figura 3 ilustra, esquematicamente, porções da válvula de estrangulamento 201, na qual a parte 232 da luva trançada 230 é removida. Na modalidade ilustrada na Figura 3, a parte 232 removida da luva 230 é adjacente ao êmbolo da válvula 124, para que o êmbolo da válvula 124 entre em contato, diretamente, com o tubo de fluxo 12 6, em vez da luva que contém pressão 230.

Em termos gerais, a luva trançada 230 não interfere na operação da válvula 201. Certos materiais usados na luva trançada 230, no entanto, podem ter um ajuste permanente se ô êmbolo da válvula 126 for empurrado contra o material da luva por tempo suficiente para deformar o material, permanentemente. Tal conFiguração deformada da. luva pode causar problemas de controle. Esse tipo de deformação pode ocorrer, por exemplo, com as válvulas dotadas de conFigurações de fechamento normal, no qual o embolo 126 comprime, por um longo período de tempo, o tubo de fluxo 126 e a luva 230. Ao remover a parte 232 da luva 230 na localização ilustrada, permite-se que o êmbolo 126 entre em contato, diretamente, com o tubo de fluxo 126, enquanto mantém as propriedades da luva trançada 230 que contém pressão. O material da luva pode ser de corte mecânico (tesouras, cortadores, etc), de corte térmico (para prevenir que o material se desembarace) , etc. para alcançar a abertura geométrica desejada. Assim, a luva 230 age como um "pegador" para o tubo 126. A luva 230 também oferece contenção de pressão para o tubo de fluxo 126 e mantém a taxa de pressão elevada, da parte do tubo de fluxo 126 contida no corpo da válvula de estrangulamento . A Figura 4 ilustra a válvula de estrangulamento 300 de acordo com outra modalidade exemplificada da invenção. Na válvula de estrangulamento 300, o membro que contém pressão compreende uma pluralidade de anéis 330 situados perto do tubo de fluxo 126. Uma modalidade particular, de anéis de polipropileno de 1 mm de largura são espaçados no tubo de fluxo 126, em cada do lado do atuador 122.

Nas demais modalidades, o membro que contém pressão compreende um ou mais membros rígidos situados perto do tubo de fluxo 126. Por exemplo, o tudo de fluxo 126 pode ser inserido direto na perfuração definida, por tal estrutura rígida para prevenir a contenção de pressão. Era tal modalidade, o membro que contém pressão cerca o tubo de fluxo. No entanto, não é essencial que o tudo inteiro seja recebido pelo membro que contém pressão. Se mais da metade do tudo for cercado, alguma contenção de pressão será realizada. A Figura 5 mostra uma válvula de estrangulamento 400, de acordo com uma modalidade exemplificada na presente invenção que usa um membro rígido, que inclui dois pedaços. A válvula de estrangulamento 400 inclui um membro que contém pressão de caçamba articulada 430, que inclui membros superior e inferior 431, 432. A Figura 6 ilustra o membro inferior 432; o membro superior 431 é similar. A Figura 7 mostra a válvula 400 com apenas o membro superior 431 do membro que contém pressão 430 no lugar. Cada um dos membros superior e inferior 431, 432 definem uma ranhura 440 que, geralmente, corresponde ao formato do tubo de fluxo 126, tal que, quando os membros superior e inferior 431, 432 são ensanduichados em torno do tubo de fluxo 126, as ranhuras 440 recebem o tubo de fluxo 126 para proporcionar contenção de pressão.

Nas modalidades ilustradas, os membros superior e inferior 431, 432 definem ainda uma abertura 442 que recebe a parte inferior do atuador 122. Os membros superior e inferior 431, 432 são presos juntos por qualquer meio apropriado para formar o membro de contenção de pressão 430. Em testes conduzidos em uma modalidade, usando uma tubulação de silicone de 0,635cm {0,25 polegada) para o tubo de estrangulamento 126 com o membro que contém pressão de caçamba articulada 430, o tubo de fluxo 126 não se rompeu até que a pressão excedesse 14kgf/cm2 (200 psig). Como foi notado acima, o arranjo de caçamba articulada em duas peças exemplificativo. o membro rígido de contenção de pressão pode compreender um membro singular ou uma série de membros. A atuação conhecida da válvula de estrangulamento é, normalmente, bi-estável - ligada e desligada. Algumas válvulas de estrangulamento conhecidas tem um atuador manual, com uma alavanca de múltipla ação, mas esse tipo de válvula não vai ser proveitosa para o controle do circuito fechado de fluxo. Outras válvulas de estrangulamento são usadas para dispensar aplicações nos processos em bateladas, nos quais o montante de material dispensado é controlado pelo tempo que a válvula está ligada. Isso não permite o controle dinâmico da taxa de fluxo em uma forma contínua. A válvula que tem somente dois estados pode ser controlada aplicando, variando, corrente ou voltagem no atuador da válvula. Em uma modalidade, modulação de ampla emissão (PWM) é usada para controlar a válvula. A PWM é alcançada gerando um sinal padrão de onda na frequência acima da resposta mecânica de frequência da válvula. 0 ciclo de trabalho do sinal é variado para determinar a voltagem apropriada ou a corrente enviada ao dispositivo. Por exemplo, se o sinal da PWM operar entre 0 e 12 volts, 0% do ciclo de trabalho = 0 volts, 50% do ciclo de trabalho = 6 volts e, 100% do ciclo de trabalho = 12 volts, A mediação é preferível porque o sinal está em uma freqüência acima da resposta mecânica de freqüência da válvula. A posição da válvula é baseada na corrente mediana que a abastece. A voltagem de abastecimento resultante é proporcional ao envio amplo do sinal .

Se a freqüência de sinal for baixa demais, a válvula vai ter tempo de responder, completamente, os sinais de ligar e desligar, criando uma resposta de fluxo emitida, a qual, geralmente, não é desejável. Um típico atuador da válvula de estrangulamento é um solenóide, o qual tem um elemento de mola com um ajuste pré-carregado, que determina a corrente requerida para fechar o solenóide. 0 ajuste da pré-carga na mola da válvula, pode melhorar a extensão da válvula de controle. Em outras implementações, o elemento embolo de solenóide é substituído por um êmbolo suspenso por mola. 0 êmbolo suspenso por mola minimiza a resposta não linear da válvula devido à fricção, a qual minimiza os histereses e a faixa inerte, comum nas válvulas de estrangulamento atuadas por solenóide disponíveis.

Uma abordagem alternativa para o solenóide controlado pela PWM é usar um atuador de motor escalonador, o qual traduz uma rotação angular determinista controlada para um acionamento de pressão linear por meio de um arranjo do tipo engrenagem helicoidal. Controladores escalonadores podem ser desenhados para produzir um membro específico de etapas, proporcionais ao ingresso de sinal análogo. 0 recuo e, por conseguinte, a histerese da válvula pode ser minimizada por qualquer que seja o número apropriado de projetos de engrenagem helicoidal, que minimiza o recuo. O motor escalonador, geralmente, proporciona imunidade para as flutuações de temperatura e pressão, que podem causar mudanças na tubulação de estrangulamento. 0 motor escalonador é um meio de controlar a posição, para que o escalonador seja imune às mudanças na tubulação de estrangulamento. Com a válvula de estrangulamento, o tubo de estrangulamento é uma parte integral do sistema - a corrente é aplicada no atuador da válvula, a qual aplica uma força no tubo de estrangulamento, o qual estrangula o tubo. Se as propriedades do tubo mudarem devido à temperatura ou pressão, um montante de tubos se fecham e, dessa maneira a taxa de fluxo com o solenóide, mudam. Além do mais, um atuador escalonar pode permanecer, até a última posição, para providenciar uma rápida resposta, alcançando um ponto apropriado no início do ciclo de distribuição do fluido.

Uma vista em perspectiva da válvula de controle 500, de acordo com uma outra modalidade exemplificativa da presente invenção, é mostrada na Figura 8. A válvula ilustrativa 500 é uma válvula de estrangulamento atuada por solenóide. Assim como as outras válvulas descobertas e ilustradas nesse documento, a válvula 500 inclui um êmbolo 124 (não mostrado na Figura 8) recebido por um atuador 122 para mover, seletivamente, o membro de estrangulamento 502 (não mostrado na Figura 8), que está situado adjacente ao tubo de fluxo elastomérico 126. A superfície de referência 128 é posicionada, geralmente, oposta ao membro de estrangulamento, tal que o tubo elastomérico 126 pode ser comprimido entre o membro de estrangulamento e a superfície de referência 128, para controlar o fluxo de fluido através do tubo de fluxo 126. O tubo de fluxo 126 é recebido em um membro que contém pressão 430, incluindo membros superiores e inferiores 431, 432, similares aos mostrados nas Figuras 5 - 7. Na válvula 500, o membro superior 431 é integrado com o corpo da válvula 540. A superfície de referência 128 é recebida através do membro inferior 432. A válvula ilustrativa 500 mostrada na Figura 8, usa o membro retentor de pressão de caçamba articulada 430, apesar de outros arranjos que contém pressão poderem ser empregados, como os ilustrados e descritos juntamente com as Figuras 2-4 deste documento. A Figura 9 é uma vista explodida da válvula de controle 500 e, as Figuras 11 e 12 são vistas seccionais mostrando a válvula 500 em posições de fechamento e abertura, respectivamente. O atuador 122 inclui uma montagem de forquilha e bobina de solenóide 504 que define um buraco axial 506 através do mesmo. A válvula 500 inclui molas guias superior e inferior 510, 511, situadas em extremidades opostas do embolo 124.

Na modalidade ilustrada, o membro de estrangulamento 502 é conectado a uma extremidade do êmbolo 124, via extensão do êmbolo 512. Isso permite que ambas as molas guia 510, 511 tenham diâmetros adequados para lidar com a trajetória requerida pela válvula de estrangulamento, sem que haja deformação. As molas guia 510, 511 são discos lisos, com uma série de aberturas espirais definidas nesse lugar, para fazer uma mola que tenha alta rigidez na direção radial e, baixa rigidez na direção axial. A mola guia inferior 511, se encaixa em um alargamento no corpo da válvula 540, que é concêntrico ao eixo geométrico do solenóide. A parte externa da mola guia inferior 511, é prensada entre o corpo da válvula 540 e um anel espaçador 542, o qual é, sucessivamente, retido pela haste da válvula 544, recebida pelo buraco da montagem de forquilha e bobina 506. Um pino de alinhamento 546 mantém a barra do membro de estrangulamento 502, perpendicular ao tubo de estrangulamento 126, durante a montagem. As molas guia mantém o êmbolo 124 no centro da haste da válvula 544, assim, eliminando a fricção ao deslizar entre o êmbolo 124 e a haste da válvula 544.

Na modalidade ilustrada, o membro de estrangulamento 502 é situado em um lado da mola guia inferior 511 e anexada a extensão do êmbolo 512, situada no lado oposto da mola guia inferior 511. A extensão do êmbolo 512 é recebida pelo êmbolo 124, tal que o êmbolo 124 e a extensão do êmbolo 512 se transformam em uma rígida armação. O êmbolo 124 e a extensão do êmbolo 512 são recebidos pela haste da válvula 544, tal que a extensão do êmbolo 512 passe através do centro da haste da válvula 544. A haste da válvula 544 é retida buraco da montagem de forquilha e bobina 506, via retentor de forquilha 548 e o anel de espaçamento 550. 0 retentor de forquilha 548 também proporciona uma superfície lisa para prensar a mola guia superior 510 entre o retentor de forquilha 548 e um retentor de topo 552.

Um retentor de mola 554 e a cuba elástica 556 estão situadas de um lado da mola guia superior 510. A extremidade superior da extensão do êmbolo 512 é situada no lado oposto da mola guia superior 510 e, é conectada ao retentor de mola 554 para firmar a mola guia superior 510 à extensão do êmbolo 512. Uma arruela antifricção 558 é inserida entre o retentor de topo 552 e a mola guia superior 510 para pre- venir o torcimento durante a montagem. Uma mola pré-carregada 560 é inserida através de um buraco no retentor de topo 552 e, se mantém na cuba elástica 556. A quantidade de força exercida pela mola pré-carregada 560 é ajustada via um parafuso de ajuste 562. 0 efeito de ter duas molas guia 510, 511 localizadas em cada extremidade do êmbolo estendido 124, 512, é para restringir o movimento delas, para sempre mantê-las no eixo geométrico com a haste da válvula 544, assim, prevenindo qualquer contato de deslizamento entre as partes móveis. Uma longa, esguia mola pré-carregada é, tipicamente, incorporada em um projeto tradicional de válvula de estrangulamento. Essas molas são, freqüentemente, deformadas sob carga normal. Para evitar essa deformação da mola, ela é, tipicamente, forçada em um buraco. No entanto, a mola vai entrar em atrito com o buraco, causando fricção o que é indesejável para a operação da válvula. A válvula pré-carregada 560, ilustrada na válvula 500, é uma mola relativamente curta que não deforma e, não precisa ser sustentada em um buraco. Isso elimina a fricção indesejável deste componente. Já que muitas fontes de fricção, associadas com as válvulas da técnica anterior, foram eliminadas na válvula 500 descrita, a válvula pode ficar mais propensa às oscilações auto induzidas provenientes do fluxo de fluido. A fricção da ação solenóide, normalmente, amortecería tais oscilações. A válvula 500 ilustrada, inclui um amortecedor que pára essas oscilações sem adicionar fricção ao sistema.

As Figuras 12 e 13 mostram a parte superior da válvula 500 em posições de fechamento e abertura, respectivamente. A cuba elástica 556 é recebida no retentor de topo 552, de tal modo que se forme um pequeno vão entre os mesmos (o diâmetro da cuba elástica 556 é menor que o diâmetro do buraco do retentor de topo 5 52 que recebe a cuba elástica 556). O retentor de topo 552, a cuba elástica 556 e o retentor de mola 554, dessa maneira funciona como um amortecedor para reduzir ou evitar oscilações. Como mostrado na Figura 12, o ar é preso no espaço 570 acima da cuba elástica 556. Quando a haste da válvula 544 se move, a cuba elástica 556 desliza no retentor de topo 552. Quando a cuba elástica 556 desliza para cima, da posição mostrada na Figura 12 para a posição mostrada na Figura 13, a área do espaço 570 é reduzido, então o ar preso deve passar por esse pequeno vão, criando um diferencial de pressão que resiste ao movimento da haste da válvula 544. A força de resistência só é presente quando a haste da válvula 544 está se movendo e, assim, não afeta as características de um bom controle da válvula 500, desde que seja somente requerido para se mover, relativamente, devagar (cerca de 1Hz). A força de resistência também sobe rapidamente com a velocidade do movimento e, assim, é um eficiente amortecedor para altas velocidades (10Hz).

As Figuras 14 e 15, esquematicamente, ilustram um dispositivo de medição e controle de fluxo 110, empregando uma válvula de estrangulamento, tal como a válvula de estrangulamento 500 mostrada e ilustrada aqui. 0 dispositivo de medição e controle 110 inclui um recinto 101 dotado de uma entrada e saída de fluido 102, 103. 0 dispositivo de medição de fluxo 112 é situado no recinto 101. Em uma modalidade exemplificativa, o dispositivo de medição de fluxo 112 compreende um fluxímetro de massa Corioles.

Em aplicações altamente puras, o fluxímetro 112, preferencialmente, tem o tubo de fluxo feito de um material plástico, altamente puro, para evitar contaminação no fluido de processo, causado pela transferência de íons indesejados (por exemplo, o metal) do material de processo. Nos materiais plásticos altamente puros mais adequados, estão incluídos o PFA, PVDF e PTFE. Como notado aqui acima, a válvula de estrangulamento 500 pode incluir também, componentes feitos de material plástico altamente puros para evitar a transferência de íons de material de processo. No diagrama em bloco da Figura 14, apresenta-se a válvula 500 situada completamente dentro do recinto 101. Em algumas modalidades, partes da válvula, ou a válvula inteira, são anexadas a uma superfície do lado de fora do recinto 101, como nas modalidades mostradas nas Figuras 2,4 e 5. 0 controlador 114 recebe um sinal de um ponto adequado e um sinal de resposta do fluxímetro 112. O controlador 114 condiciona e processa o sinal do fluxímetro e envia um sinal de controle em resposta para a válvula de estrangulamento 500, para variar a taxa de fluxo de material de processo, baseado na comparação do ponto adequado e a taxa de medição do fluxo. A aplicação do ponto adequado ao controlador 114 é, tipicamente, um sinal eletrônico, tal como um sinal de 0-5V, 4-20mA ou sinal digital.

Uma interface pneumática de ponto adequado também podería ser usada. Um gerador de ponto adequado ideal é o modelo controlador de processo P48, disponível pela Red Lion Controls of York, Pennsylvania. 0 controlador 114, também pode ter uma característica, comumente conhecida como sobreposição de válvula, onde um sinal adicional é enviado para o controlador 114. Esse sinal de sobreposição faz com que o controlador 114 ignore o ponto adequado e abra ou feche completamente a válvula 500. Essa característica é, frequentemente, usada para expulsar o fluxo ou purificar o sistema. Na Figura 14, o controlador 114 é mostrado sendo posicionado dentro do recinto 101, proporcionando um sistema de controle de fluxo completamente integrado. Em outras modalidades, no entanto, o controlador 114 fica fora do recinto 101. A válvula de estrangulamento 500 regula o fluxo através do dispositivo 110 e ela também proporciona um amortecedor contra mudanças na linha de pressão. A válvula 500 pode ser posicionada, também, a montante do fluxímetro de massa 112, como mostrado na Figura 14, ou a jusante, como na modalidade mostrada na Figura 14. Em geral, é preferível ter a válvula 500 do lado que terá as maiores variações de pressão durante o uso. Isso ajuda a proteger o fluxímetro 112 das mudanças de pressão e flutuações. A modalidade particular mostrada acima é, somente, ilustrativa, pois a invenção pode ser modificada e praticada em diferentes maneiras, porém equivalentes e óbvias dos versados na técnica, tendo o benefício dos ensinamentos ora a- presentados. Além do mais, não há intenções de limitar os detalhes da construção ou desenho aqui expostos, assim como descritos nas reivindicações adiante. É, portanto, evidente que as modalidades particulares reveladas acima podem ser alteradas ou modificadas e todas as variações são consideradas dentro do escopo e espírito da invenção. Consequentemente, a proteção buscada aqui é posta nas reivindicações adiante .

REIVINDICAÇÕES

Claims (28)

1. Válvula de controle, CARACTERIZADA pelo fato de compreender: um tubo de fluxo elastomérico; um êmbolo, dotado de primeira e segunda extremidades ; um membro de estrangulamento conectado à primeira extremidade do êmbolo, o membro de estrangulamento estando situado adjacente ao tubo de fluxo; uma superfície de referência posicionada, em geral, oposta ao membro de estrangulamento, tal que o tubo e~ lastomérico seja compressível entre o membro de estrangulamento e a superfície de referência, para controlar o fluxo de fluido através do tudo de fluxo; uma primeira mola guia situada entre o membro de estrangulamento e a primeira extremidade do êmbolo e, uma segunda mola guia situada adjacente à segunda extremidade do êmbolo.

2. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de compreender, adicionalmente, um atuador que recebe o êmbolo para ajustá-lo, para posicionar seletivamente o membro de estrangulamento em relação à superfície de referência.

3. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de compreender, adicionalmente, uma extensão de êmbolo, dotada de primeira e segunda extremidades, a extensão do êmbolo recebida pelo êmbolo, a primeira extremidade da extensão do êmbolo estendendo-se a partir da primeira extremidade do embolo e encostado em um primeiro lado da primeira mola guia.

4. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de compreender o membro de estrangulamento que fica anexado à primeira extremidade da extensão do êmbolo e, é situado adjacente ao segundo lado da primeira mola guia, oposto ao primeiro lado.

5. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de compreender, adicionalmente, uma extensão de êmbolo dotada de primeira e segunda extremidades, a extensão do êmbolo recebida pelo êmbolo, a segunda extremidade da extensão do êmbolo se estendendo da segunda extremidade do êmbolo e encostando em um primeiro lado da segunda mola guia.

6. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de compreender um amortecedor conectado à segunda extremidade do êmbolo.

7. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que o amortecedor inclui um primeiro membro, que define uma abertura no mesmo e, um segundo membro deslizável recebido na abertura, tal que haja um vão entre o primeiro e o segundo membros, para criar uma passagem de ar.

8. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que o amortecedor está situado adjacente ao segundo lado da segunda mola guia, oposta ao primeiro lado da segunda mola guia.

9. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de compreender, adicionalmente : uma cuba elástica definindo uma abertura através da mesma; um retentor de mola dotado de um primeiro lado adjacente a uma extremidade da abertura da cuba elástica, e um segundo lado, e encostando em um segundo lado da segunda mola guia, oposta ao primeiro lado da segunda mola guia e, uma mola pré-carregada recebida pela abertura da cuba elástica e assentada no retentor de mola.

10. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que a cuba elástica fica anexada à segunda extremidade da extensão do êmbolo.

11. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira mola guia compreende um disco plano que define uma abertura espiral, através do mesmo.

12. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a segunda mola guia compreende um disco plano que define uma abertura espiral, através do mesmo.

13. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que um atuador inclui a haste da válvula, recebendo o êmbolo.

14. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira mola guia é prensada entre a primeira extremidade do atuador e a primeira extremidade da haste da válvula.

15. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de compreender, adicionalmente, um membro que contém pressão, situado em volta de, pelo menos, uma parte do tubo de fluxo.

16. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que o membro que contém pressão compreende uma luva articulada.

17. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que o membro que contém pressão compreende uma pluralidade de anéis.

18. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que o membro que contém pressão compreende um membro rígido, recebendo, pelo menos, uma parte do tubo de fluxo.

19. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADA pelo fato de que o membro rígido compreende o primeiro e o segundo membros ensanduichados no tubo de fluxo.

20. Válvula de controle, CARACTERIZADA pelo fato de compreender: um tudo de fluxo elastomérico; um êmbolo dotado de primeira e segundas extremidades ; um membro de estrangulamento conectado à primeira extremidade do êmbolo, o membro de estrangulamento estando situado adjacente ao tubo de fluxo; uma superfície de referência posicionada, em geral, oposta ao membro de estrangulamento, tal que o tubo e-lastomérico seja compressível entre o membro de estrangulamento e a superfície de referência, para controlar o fluxo de fluido através do tubo de fluxo e, um meio situado na primeira e segunda extremidades do êmbolo para guiar o êmbolo.

21. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADA pelo fato de compreender, adicionalmente, meios para contenção da pressão do tubo de fluxo.

22. Válvula de controle, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADA pelo fato de compreender, adicionalmente, meios para amortecer as oscilações do êmbolo.

23. Dispositivo de medição e controle de fluxo, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: um recinto; um dispositivo de medição de fluxo situado no recinto ; um tubo de fluxo elastomérico em comunicação fluídica com o dispositivo de medição de fluxo; um êmbolo dotado de primeira e segunda extremidades um membro de estrangulamento, conectado à primeira extremidade do êmbolo, o membro de estrangulamento estando situado adjacente ao tubo de fluxo; uma superfície de referência posicionada, geralmente, oposta ao membro de estrangulamento, tal que o tubo elastomérico seja compressível entre o membro de estrangula- mento e a superfície de referência, para controlar o fluxo de fluido através do tubo de fluxo; uma primeira mola guia situada entre o membro de estrangulamento e a primeira extremidade do embolo e, uma segunda mola guia situada adjacente à segunda extremidade do embolo.

24. Dispositivo de medição e controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de medição de fluxo consiste em um dispositivo de medição de fluxo de massa Coriolis.

25. Dispositivo de medição e controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de compreender, adicionalmente: um atuador recebendo o embolo para ajustar o embolo, para posicionar seletivamente o membro de estrangulamento em relação à superfície de referência e, um controlador, que recebe um sinal de resposta de medição do dispositivo de medição de fluxo, sendo que o controlador proporciona um sinal de resposta de controle para o atuador da válvula de estrangulamento, em resposta ao sinal de ponto adequado e o sinal de resposta de medição.

26. Dispositivo de medição e controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que o tubo de fluxo elastomérico, o êmbolo, o membro de estrangulamento, a superfície de referência e, o primeiro e segundo tubos guia são situados no recinto.

27. Dispositivo de medição e controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de compreender, adicionalmente, um amortecedor conectado à segunda extremidade do êmbolo.

28. Dispositivo de medição e controle, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de compreender, adicionalmente, um membro que contém pressão situado em volta de, pelo menos, uma parte do tubo de fluxo.