CN104061973A - 流量计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种宽量程、高精度的流量计。该流量计包括：阀体（5），阀体内设置有进气通道（15）和多个旁路通道（18）；多个截止阀（1、2、3、4），具有不同的流量范围，分别对应于多个所述旁路通道（18），使相应流量范围的流体分别流入所述旁路通道（18）；传感器，检测流入所述旁路通道（18）的流体的流量；控制部，根据所述传感器的检测结果选择相应流量范围的所述截止阀（1、2、3、4）并使其接通。由此，可以针对0到满量程之间的流体自动切换量程，并实现高精度信号输出。

Description

流量计

技术领域

本发明涉及一种宽量程、高精度的流量计，尤其涉及一种宽量程、高精度的气体质量流量计。

背景技术

流量计广泛应用于半导体制造、真空镀膜、分析、化工、环境等领域的流体测量，因而需要在全量程范围内具有较高的测量精度。然而，当量程的范围较大时，现有的流量计在全量程范围内通常无法保证1%以下的测量精度，在某个量程范围内误差甚至会达到100%，因而现有的流量计不能保证全量程范围内的测量精度，特别是存在低端测量范围精度低的问题。

为了解决这种问题，用户通常会购买多台流量计并互相替换使用，此外，以往还存在一种集成了多台流量计的集成设备。但是，替换使用多台流量计以及采用上述集成设备会带来成本高、系统庞大、替换过程繁琐等问题。

此外，虽然也可以通过提高零件加工精度、提高传感器精度来提高全量程范围内的测量精度，但这种方法会大幅提高成本。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种可以针对0到满量程之间的流体自动切换量程，并实现高精度信号输出的流量计。

为了解决上述问题，本发明的流量计包括阀体、流体进出通道，此外还包括：多个旁路通道；多个截止阀，各截止阀具有不同的流量范围，各旁路通道分别与各截止阀相对应；传感器，检测流入所述旁路通道的流体的流量；控制部，根据所述传感器的检测结果选择相应流量范围的截止阀使其接通。

本发明的流量计优选为气体质量流量计，但也可以是液体流量计。

在本发明的流量计中，所述控制部可以首先使最小流量范围的截止阀接通，当判断所述传感器的测量结果是最小流量范围时，输出测量值，当判断所述传感器的测量结果不是最小流量范围时，关闭所述截止阀并依次使高段流量范围的截止阀接通并进行判断，来选择相应流量范围的截止阀。

作为优选实施例，当流量在两个截止阀流量范围的临界值附近变化的情况下，所述控制部进行控制，当流量从小于临界值向大于临界值增加时，所述控制部以临界值为切换点使大流量范围的截止阀接通，当流量从大于临界值向小于临界值减小时，所述控制部以小于临界值的规定点为切换点使小流量范围的截止阀接通。

作为优选实施例，在各所述旁路通道中可以设置有分流器，所述分流器调节进入所述传感器的流量比例，以使一定量的流体流入所述传感器。

作为优选实施例，本发明中传感器的数量可以等于旁路通道的数量，两者一一对应。

作为另一个实施例，传感器的可以数量少于旁路通道的数量，该传感器用于检测一个或多个旁路通道的流量。

作为优选实施例，所述传感器为热式传感器。

作为另一个实施例，在所述热式传感器的上游设置有压力传感器或风速传感器。

作为另一个实施例，所述传感器可以为压力传感器或风速传感器。

作为一个实施例，所述控制部包括无线通讯部，所述控制部利用所述无线通讯部接收到的来自外部无线终端的信号对流量计进行控制。

按照本发明，可以针对0到满量程之间的流体自动切换量程，实现了高精度信号输出。

附图说明

图1是本发明一优选实施例的气体质量流量计内部结构立体示意图。

图2是图1所示实施例的气体质量流量计的主阀体结构立体示意图。

图3是图2所示主阀体内部结构的剖面示意图。

附图标记说明

1 第一电磁截止阀

2 第二电磁截止阀

3 第三电磁截止阀

4 第四电磁截止阀

5 主阀体

6 第一传感器

7 第二传感器

8 第三传感器

9 第四传感器

10 出气阀体

11 截止阀出气孔

12 截止阀进气孔

13 传感器出气孔

14 传感器进气孔

15 进气通道

16 出气通道

17 分流芯

18 旁路通道

具体实施方式

本发明的流量计用于流体的流量测量，特别适用于过程控制中的流体流量的精密测量。该流量计的测量对象可以是气体和液体，流量可以是体积流量和质量流量。以下，参照附图对作为本发明流量计一例的气体质量流量计进行说明。

图1是本发明一优选实施例的气体质量流量计的内部结构立体示意图。

本发明的气体质量流量计包括由电路板、控制部等构成的流量计控制系统，所述控制部控制传感器、电磁截止阀等，例如包括电桥电路、增益电路、补偿电路和阀驱动电路等。上述装置和电路的结构均属于本领域的公知常识和惯用手段，在此不作详细说明。

如图1所示，本发明的气体质量流量计还包括：主阀体5，用于使待测量的气体流入；第一～第四电磁截止阀1～4，通过连接及锁紧构件固定安装在主阀体5的表面上，根据不同的流量范围而接通，可以选择性地使相应流量范围的待测量的气体通过；第一～第四传感器6～9，通过连接及锁紧构件固定安装在主阀体5的表面上，用于测量流过相应电磁截止阀的气体的流量；以及出气阀体10，用于使测量后的气体流出。

本发明的气体质量流量计可以根据待测量气体的流量范围，采用两个以上的电磁截止阀和一个以上的传感器。在本实施例中，采用了四个电磁截止阀和四个传感器，且第一～第四电磁截止阀1～4与第一～第四传感器6～9一一对应，利用一个传感器来测量流过对应的一个电磁截止阀的气体。本实施例中的气体质量流量计的测量量程例如为0～10L/min的范围，第一电磁截止阀1的接通流量范围例如为1L/min～10L/min、第二电磁截止阀2的接通流量范围例如为100mL/min～1L/min、第三电磁截止阀3的接通流量范围例如为10mL/min～100mL/min、第四电磁截止阀4的接通流量范围例如为0～10mL/min。在本实施例中，通过改变电磁截止阀的喷嘴的尺寸而使电磁截止阀的流量范围不同。

图2是图1所示实施例的气体质量流量计的主阀体结构立体示意图。图3是该主阀体的内部结构的剖面示意图。

以下参照图2、图3对主阀体5的结构进行详细说明。需要说明的是，图3只是主阀体内部结构的剖面示意图，其中各旁路通道18的结构是相同的，在各旁路通道18中分别设置有一个分流芯（分流器的一例）17。在图3中仅图示了一个分流芯17。

如图2、3所示，在主阀体5的前端（图3中的右侧）内部设置有进气通道15，该进气通道15通过进气孔与气体质量流量计的外部连通，待测量的气体通过进气孔流入进气通道15。此外，与进气通道15邻接设置有四个旁路通道18，进气通道15与四个旁路通道18对应地设置有四个截止阀进气孔12，该截止阀进气孔12与主阀体5的表面连通。此外，四个旁路通道18分别设置有截止阀出气孔11、传感器进气孔14、传感器出气孔13，该截止阀出气孔11、传感器进气孔14、传感器出气孔13也分别与主阀体5的表面连通。利用连接及锁紧构件，将第一～第四电磁截止阀1～4固定安装在主阀体5的表面上，从而使气体可以通过截止阀进气孔12进入电磁截止阀内部并从截止阀出气孔11流出。此外，利用连接及锁紧构件，将第一～第四传感器6～9固定安装在气体流通方向下游的主阀体5的表面上，从而使流经对应的电磁截止阀的气体可以经由分流芯17从传感器进气孔14进入传感器内部并从传感器出气孔13流出。在此，分流芯17用于在主通道和毛细管间产生层流，调节进入传感器的流量比例，以保证一定量的气体流入传感器。此外，在主阀体5的后端（图3中的左侧）内部设置有四个出气通道16，用于使流过传感器的气体流出。本实施例中，出气通道16与旁路通道18一体设置。

此外，如图1所示，在主阀体5的后端（图3中的左侧）设置有出气阀体10，从出气通道16流出的气体通过出气阀体10流出到气体质量流量计的外部。

以下对基本测量过程进行说明。

首先，待测量的气体进入主阀体5的进气通道15，接着利用控制部使最小量程的第四电磁截止阀4接通，气体由截止阀进气孔12流入第四电磁截止阀4，并由截止阀出气孔11流入旁路通道18，且经由分流芯17从传感器进气孔14流入第一传感器6并由传感器流出孔13流出，在此过程中利用第四传感器9测量气体的流量。本实施例中所采用的传感器可以是热式传感器。利用控制部和储存于未图示的存储器的程序，对第四传感器9的信号进行处理，如果判断流量满足最小测量范围0mL/min～10mL/min，则输出流量值。如果判断流量超过流量范围，则关闭第四电磁截止阀4，接着使第三电磁截止阀3接通，如果流量满足流量范围10mL/min～100mL/min，则输出流量值。如果判断流量超过流量范围，则关闭第三电磁截止阀3。以此类推，实现了测量量程的自动切换。此外，使测量结束后的气体通过出气通道16流入出气阀体10，最后流出到气体质量流量计的外部。

在此需要说明的是，本发明的量程选择方式并不限于上述的从小量程到大量程，例如也可以从大量程到小量程或者随机选择。此外，如果需要测量的气体流量刚好处于多量程之间的临界值（例如10mL/min）时，由于无法保证绝对的流量稳定以及A/D数据采集卡无失码率不可能达到100%等原因，流量计会在临界值处不断地切换。为了解决这个问题，控制部以滞回切换的方式进行控制：当流量从小于临界值向大于临界值增加时，切换点为临界值，即，此时使接通流量范围为10mL/min～100mL/min的第三电磁截止阀3接通；当流量在临界值附近从大于临界值向小于临界值减小时，切换点为小于临界值的某一点（例如为临界值的95%，但不限于95%），即，此时使接通流量范围为0～10mL/min的第四电磁截止阀4接通。

由此，本发明的气体质量流量计通过设置多个电磁截止阀、分流芯和传感器，并利用控制部实现了测量气体在0到满量程之间的自动切换，并且达到了量程范围内1%的高设定点精度。在此，设定点精度是指流量计显示值与标准器测量的实际值之差与实际值相比的百分比值。

需要说明的是：

上述实施例中的电磁截止阀、分流芯、传感器一一对应。作为变形例，也可以减少传感器的数量，由一个传感器来检测流过多个电磁截止阀和多个分流芯的气体的流量。例如可以只设置一个传感器，由一个传感器来检测流过四个电磁截止阀和四个分流芯的气体的流量，还可以设置两个传感器，每个传感器检测流过两个电磁截止阀和两个分流芯的气体的流量。由此，可以减少传感器数量，降低了成本；

流量计的测量量程并不限定于0～10L/min的范围，也可以是更宽的范围。而且电磁截止阀的接通流量并不限定于上述范围，可以根据实际测量的流体进行适当变更；

本实施方式的进气通道15直接设置在主阀体5的内部。但是，也可以如出气阀体10那样，单独设置一个内部具有进气通道的进气阀体，并在该进气阀体上开设四个出气孔，将该进气阀体密封连接于主阀体；

上述实施例中的传感器采用热式传感器，利用流体流过毛细管改变毛细管温度分布从而造成上下游温差的方法，来测量流体的质量流量。但是，当流体流量超出传感器测量范围时，在切换量程的过程中可能会出现传感器信号反特性的现象，即流量增加时传感器输出信号显示不升反降。本发明通过选择相应流量范围的电磁截止阀来限流，从而可以使测量流量与传感器相匹配。另外，通过将热式传感器替换为压力传感器、风速传感器等，或者是在热式传感器的上游设置压力传感器、风速传感器等，也可以避免出现上述的传感器反特性的现象；

本发明的流量计可以采用有线通讯方式，也可以采用无线通讯方式，即，在控制部设置无线通讯部，利用无线通讯部接收到的来自外部无线终端的信号对流量计进行控制，从而可以解决线缆通讯所存在的连接复杂、不易移动等问题。

以上以气体介质为例对本发明的流量计进行了说明，但本发明的流量计显然并不仅限于此，其原理及结构同样适用于液体流量计。只是根据流体性质的不同，本领域普通技术人员可以对流量计的结构做相应的改变，例如其电磁截止阀、分流芯、传感器等根据介质的不同而做相应的设计和选择。

Claims (11)

1.一种流量计，包括阀体和流体进出通道，其特征在于还包括：

多个旁路通道；

多个截止阀，各截止阀具有不同的流量范围，各旁路通道分别与各截止阀相对应；

传感器，检测流入所述旁路通道的流体的流量；

控制部，根据所述传感器的检测结果选择相应流量范围的截止阀使其接通。

2.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述流量计为气体质量流量计。

3.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述控制部首先使最小流量范围的截止阀接通，当判断所述传感器的测量结果是最小流量范围时，输出测量值，当判断所述传感器的测量结果不是最小流量范围时，关闭所述截止阀并依次使高段流量范围的截止阀接通并进行判断，来选择相应流量范围的截止阀。

4.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，当流量在两个截止阀流量范围的临界值附近变化的情况下，所述控制部进行控制，当流量从小于临界值向大于临界值增加时，所述控制部以临界值为切换点使大流量范围的截止阀接通，当流量从大于临界值向小于临界值减小时，所述控制部以小于临界值的规定点为切换点使小流量范围的截止阀接通。

5.根据权利要求2所述的流量计，其特征在于，在各所述旁路通道中设置有分流器，所述分流器调节进入所述传感器的流量比例，以使一定量的流体流入所述传感器。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的流量计，其特征在于，传感器的数量等于旁路通道的数量，两者一一对应。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的流量计，其特征在于，传感器的数量少于旁路通道的数量，该传感器用于检测一个或多个旁路通道的流体的流量。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的流量计，其特征在于，所述传感器为热式传感器。

9.根据权利要求8所述的流量计，其特征在于，在所述热式传感器的上游设置有压力传感器或风速传感器。

10.根据权利要求1至5中任意一项所述的流量计，其特征在于，所述传感器为压力传感器或风速传感器。

11.根据权利要求1至5中任意一项所述的流量计，其特征在于，所述控制部包括无线通讯部，所述控制部利用所述无线通讯部接收到的来自外部无线终端的信号对流量计进行控制。