CN1316232C - 氟聚合物流量计 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于制造半透明的含氟聚合物流量计的方法，其步骤包括：由具有半透明性质的熔化的含氟聚合物塑料注射成型多个流量计部件，该流量计部件中的至少两个具有基本上可以配合的管状端部，而该多个流量计部件之一为一观察管；用一个与该管状端部隔开的加热器加热该至少两个流量计部件的管状端部，使得该加热器不直接接触该管状端部；当该管状端部局部地熔化时可接合该至少两个流量计部件的可以配合的管状端部；以及保持这些接合的管状端部，直到这些管状端部基本上不熔化，由此将该至少两个流量计部件结合在一起成为一个单体流量计。

Description

氟聚合物流量计

相关申请

本申请人请求享有于2001年5月25日提交的题为“注射成型和焊接的氟聚合物流量计”的美国临时专利申请(赋予的系列号为No.60/293,672)和于2002年3月15日提交的题为“低流量的氟聚合物流量计”的美国临时专利申请(赋予的系列号为No.60/364,774)的内容和申请日期的优先权，所述的两个申请参考合并于此。

发明领域

本发明总的涉及液体流量计，尤其涉及一种能够利用各种部件和浮子构型的基本上单体的氟聚合物流量计。

发明背景

流量计用于许多不同产业中，用来测量和控制各种液体的流量。流量计通常利用液体流量中可移动的浮子组件来测量通过该液体流量中的一个小孔的压差。这些流量计通常具有提供流量精确测量的电路和读数。由于其复杂性，可靠性和维修都是问题，成本也是如此。一种在机械方面简单而高度可靠的流量计使用一根直管，允许通过监测观察流量管本身或其它连接机构上的标记而目视测量容积流量。观察管在其两端上将有一对配件，用于连接和插入液体流量回路。一个“浮子”的密度大于被测液体，浮子可以通过观察管看到，当流量增大时浮子从管子升上。通过浮子在观察管中的位置可以看到地指示出流量。典型的浮子通常为球形、圆形物体和其它非长形部件，设计成能在观察管中自由移动或沿一牢固地安装在观察管内的导杆受到引导。这种常规的浮子设计的功能在测量通过流量计的达到高的液体流量的介质方面是充分的。但是，在某些企业中，例如半导体处理企业中，在处理期间常常需要低的和超低的液体流量。为了保证处理的效率和精度，通过一个液体流量计来测量这些减小的流量必须能精确地指示。

工业中有一基本上长形的浮子的用于计量低液体流量的已知的浮子组件也是有缺陷的。特别参照图2，一种现有技术的流量计210有一个锥形的长形浮子217和观察管212系统，其中浮子217通过导向件214、216而受到引导。该系统预定用于计量低的液体流量。浮子217包括一个锥形区段218，该锥形区段218大体上结束于浮子217的中央的凸缘222处。利用底部导向件216和顶部导向件214来控制浮子的侧向运动。浮子的锥体宽度从接近导向件216的一端向凸缘222增大。当浮子217由于通过观察管212的液体压力而被迫向上移动时，浮子向上浮动，直到凸缘222接合顶部导向件214。液体流动减速时，浮子217向下返回，直到由于锥形区段218的锥形效果而被止住。这样一个系统有一固有的缺点，就是带有锥形区段218的浮子217在导向件216的孔或通道中的停止可能产生一种不希望有的楔住效应。当测量低的流量时，这种固有的特性特别不能接受。也就是，锥形区段218可能可以测出地卡在导向件216中，以致需要一个较高值的流量来起动浮子217在管子212中的强制移动。因为低流量是这种流量计的中心点，所以这会降低可靠性和精确度，特别是对于在楔住的浮子217移出之前的液体流动期间。事实上，这可能会完全妨碍通过流量计210对超低液体流量的计量。

在从半导体晶片制造集成电路的工艺中，利用极端温度范围的高度腐蚀性的超纯酸如盐酸、硫酸和氢氟酸。这些液体不仅损坏常规流量计的材料，而且还额外地对制造过程期间对这些液体暴露的工作人员带来严重的健康风险。而且，与这些超纯液体接触的设备和材料一定不能污染这些液体或给其增添杂质。

因此，半导体加工作业要求流量计的构造在变化的液体流量下都能提供精确的液体流量测量，而同时利用高度惰性的材料，这些材料能经受这些腐蚀性液体的可能的损坏影响，不会污染这些液体，并能容许宽的温度范围。此外，这种流量计的设计必须尽可能减小液体泄漏的通路。

现有技术的流量计已经通过在流量计部件的构造中使用高度惰性的抗腐蚀塑料而考虑了在流量计中使用腐蚀性液体所伴随的问题。氟聚合物如全氟烷基氧树脂(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)和乙烯四氟乙烯(ETFE)是适合用于这些腐蚀性液体的塑料。薄壁PFA的半透明-透明特性典型地用于制造这些流量计的观察管。

美国专利5,672,832是其中使用氟聚合物的流量计装置的一个例子。这种有特色的装置公开了一个氟聚合物壳体的流量计，该流量计在流管区中安置两个腔，其中安放压力传感器，用于精确地测量液体的流量。该发明的矩形壳体和外罩用不透明的PTFE制成，外罩用螺钉安装在壳体上，两者之间安置一个垫片以尽量减少液体泄漏。

美国专利5,078,004；5,381,826和5,549,277是使用观察管的氟聚合物流量计的例子，其中流量计的一个有限部分用PFA材料制成。在这种流量计中，中央安置的观察管能够用PFA制成，带有用PTFE或其它不透明材料制成的附加配件，它们直接连接在观察管的两端上，或与直接结合PFA观察管的部件串联连接。通常，每个部件通过螺纹部分而附接在另一部件和/或观察管上。

这些当前可用的氟聚合物流量计装置，不管它们是常规的观察管流量计还是其它流量计，都有主要集中于所用材料和装配方法方面的缺点。

通常氟聚合物特别是PTFE对注射成型工艺是非传导性的。结果，在已知的商售的观察管氟聚合物流量计如图1中所示的装置中，每个部件都进行机加工而获得所要形状、容差和必需的螺纹连接件。机加工对装置的生产增加了非常显著的劳动成本，应当尽可能避免。而且，使用螺纹部分的多部件流量计装置存在潜在的液体泄漏路径。液体泄漏的可能性随着部件之间的每一个非单体的连接而增加。例如，在图1中，流量计200包括至少一个第一配件202和第二配件204，它们在螺纹部分208处用螺纹附接在锥形观察管206上，从而增加了不能接受的泄漏的可能性。其次，观察管206多半用半透明的PFA制成，而配件202、204用PTFE之类材料制成。

理想地，流量计特别是那些用于处理腐蚀性液体的流量计，应当具有数目最少的非单体连接，这种非单体连接使用将模制的流量计部件即配件螺纹结合于观察管的方法。用常规塑料制成的所谓单体流量计的制造过程通常涉及将一个塞或帽固定在一主体部分上。用于这些常规的塑料观察管流量计的已知的固定方法包括胶粘结合和超声焊接。超声焊接包括使一个第一塑料部件相对于一个与其啮合的第二塑料部件振动或振荡。这种焊接对于结合管状端部不是有效的。而且，由于氟聚合物的“滑动”性质，振动或振荡结合的形式是不现实的。同样，胶粘剂对氟聚合物不起作用，而只能增加在半导体处理用途中必须避免的潜在污染物。

虽然PFA比PTFE要贵得多(也许贵到10～15倍)，但它比PTFE具有巨大的优点。也就是，PFA更洁净，污染比PTFE少。其次，与PTFE不一样，PFA能够注射成型，并与相同材料均质地结合。

通过焊接各独立的氟聚合物部件如PTFE来均质地结合在本质上是不可能的。作为比较，PFA部件可以用非接触加热来焊接在一起，如转让给Fluroware公司的也是本申请的拥有者的美国专利4,929,293中公开的。据信，在本发明之前，这些焊接技术还从来没有用于氟聚合物流量计的制造中。

所有讨论的现有技术都未充分地解决该半导体加工工业的独特的精确度、纯度和低液体流量的要求。现有技术没有考虑将PFA的抗腐蚀优点与单体部件防泄漏和降低制造、装配成本的结构进步联合在一起的要求。

发明概要

本发明的流量计的实施例基本上解决了常规的液体流量计固有的问题。这些要求是通过引入一种用PFA之类材料制成的抗腐蚀的流量计而被考虑的，其中通过使用一种单体部件结构而增大了可靠性和效益并能降低制造成本。其次，一种功能性的部件设计能够精确而高效地进行低的液体流量的读数和指示。

按照本发明的一个方面，提供了一种用于制造半透明的含氟聚合物流量计的方法，包括以下步骤：由具有半透明性质的熔化的含氟聚合物塑料注射成型多个流量计部件，该流量计部件中的至少两个具有基本上可以配合的管状端部，而该多个流量计部件之一为一观察管；用一个与该管状端部隔开的加热器加热该至少两个流量计部件的管状端部，使得该加热器不直接接触该管状端部；当该管状端部局部地熔化时可接合该至少两个流量计部件的可以配合的管状端部；以及保持这些接合的管状端部，直到这些管状端部基本上不熔化，由此将该至少两个流量计部件结合在一起成为一个单体流量计。

按照本发明的另一个方面，提供了一种用于计量液体流量的单体含氟聚合物流量计，包括：一个管状的含氟聚合物观察管，具有至少一个管形端部和一管子管道及一个能够在该管子管道内根据液体流动而能移动的浮子器件，其中该浮子通过观察管提供液体流量的视觉指示；一个具有至少一个管状端部的含氟聚合物第一配件，该第一配件用于将液体流量引入该管状的含氟聚合物观察管；一个具有至少一个管状端部的含氟聚合物第二配件，该第二配件用于接受从该管状的含氟聚合物观察管来的液体流量；以及其中这些合氟聚合物配件的至少一个管状端部是利用至少一种管状焊接而附接在该管状的含氟聚合物观察管上的，该管状焊接是通过在这些管状端部部分地熔化时将这些含氟聚合物配件的至少一个管状端部和该含氟聚合物观察管接合并将这些结合的管状端部保持到基本上不熔化为止而形成的，从而将该至少两流量计部件结合在一起成一单体流量计。

按照本发明的又一方面，提供一种使用一半透明的单体含氟聚合物流量计的方法，包括以下步骤：提供该半透明的单体含氟聚合物流量计的一半透明的第一含氟聚合物配件，其中该半透明的第一含氟聚合物配件包括一管状端部，通过焊接固定与一具有一管状端部的半透明的含氟聚合物观察管成连通结合，该焊接固定是通过在这些管状端部至少部分地熔化时将该第一含氟聚合物配件的管状端部和含氟聚合物观察管接合并将这些接合的管状部分保持到基本上不熔化时为止而形成的，从而将该第一含氟聚合物配件和含氟聚合物观察管结合在一起成一单体流量计；提供一个跟该半透明的含氟聚合物观察管成流体连通的半透明的第二含氟聚合物配件；将液体从该液体源引入该半透明的第一含氟聚合物配件；以及通过测量一个浮子器件在该半透明的含氟聚合物观察管中沿纵向的移动来计量流经该半透明的单体流量计的液体流量。

按照本发明的再一个方面，提供一种用于计量液体流量的半透明的单体含氟聚合物流量计，包括：一个有一管子管道以便于计量液体流量的半透明的含氟聚合物观察管；位于该管子管道内的浮子机构，用于计量流经该半透明的含氟聚合物观察管的液体流量并提供该液体流量的可见标记；用于形成与该管子管道液体连通的至少一个半透明的含氟聚合物配件机构，该至少一个半透明的含氟聚合物配件机构借助于焊接固定而跟该半透明的含氟聚合物观察管结合，该焊接固定是通过在这些管状端部部分地熔化时将该至少两个流量计部件的可配合的管状端部接合在一起并将这些接合的管状端部保持到基本上不熔化为止而形成的，从而将该至少两流量计部件结合在一起成一单体流量计；与该至少一个半透明的含氟聚合物配件机构保持可操作的可转动的轴向连通的阀机构，用于控制流经该半透明的单体含氟聚合物流量计的液体流量。

在一个实施例中，一种观察管流量计是用多个氟聚合物部件焊接在一起形成一个单体流量计主体而制成的。这些部件可以包括一个其间通过一流通管道的有两个端部的直立的PFA观察管和两个独特地焊接到观察管两端上的配件部分以及一个氟聚合物浮子组件，该浮子组件可以移动到流通管道内的各个位置，取决于其间流过的液体的流动值。该浮子器件可以是常规设计，或用于那些要测量低的液体流量的流量计实施例，能够使用一个长形浮子。该浮子特别是其指示部分是通过观察管可以看见的，从而提供位置的也就是通过流量计流动的液体的流量的可见标记。此外，其它实施例包括该独特的观察管和在没有单体结构的常规流量计中的长形浮子设计的实施。

至少有一个配件可以包括一个阀组件来控制液体的流量。本发明也包括制造流量计的工艺过程，特别是注射成型PFA部件和焊接PFA部件形成一个单体流量计主体的步骤。在该工艺的一个实施例中，利用一个不接触的加热器熔化待焊接的PFA部分而焊接各部件，其中然后使各部分彼此接触和保持，直到PFA冷却和凝固。也可以增加一个固化步骤，包括在一个夹具上烘烤至少一个PFA流量计部件。

本发明的一个实施例的特点和优点是整个流量计主体能是一个单体结构。省去了观察管和观察管端部接头之间的螺纹连接。这尽可能减少了潜在的泄漏路径、减小了对人员的潜在妨害并降低了制造成本。

本发明的一个实施例的另一特点和优点是大大地甚至完全省去了流量计部件的机加工。这转过来能够降低劳力和制造成本与流量计的最终成本。

本发明的一个实施例的又一特点和优点是该主体完全用PFA制造，PFA更洁净，使计量过程更少污染。这在半导体工艺领域中是关键的。

本发明的一个实施例的又一特点和优点是整个主体能可以测量地半透明。半透明的特性给阀元件和浮子之类部件的位置提供了增加的可见度，并对可能存在于流量计任何部分中的任何污染物提供了增加的可见度。

本发明的一个实施例的又一特点和优点是，它能够是一种惰性的和对半导体晶片工艺中使用的化学品抗化学腐蚀的注射成型的流量计。

本发明的一个实施例的又一特点和优点是，该长形浮子的设计与观察管内管道的形状和构造的结合，能够对通过该流量计的低的和超低的液体流量提高计量精度。

本发明的一个实施例的又一特点和优点是，本发明的观察管和长形浮子的设计能够在那些非单体的常规流量计中实施而提高了测量低的和超低的液体流量的灵敏度。

本发明的一个实施例的又一特点和优点是，将多个部件焊接在一起而形成一个单体流量计能够增加调整和改变流量计的这三个可焊接的主要部件的结构构型的可能性和效率。变化可以有效地只集中在它需要的这三个部件上，使得不会不必要地中断或更换整个流量计的模制和制造过程。例如，如果需要，能够只对观察管和浮子组件进行设计和功能变化。

附图简述

图1是一种现有技术流量计的图；

图2是在一种现有技术流量计中使用的现有技术浮子组件的截面图；

图3是本发明的一种单体氟聚合物流量计的一个实施例的截面图；

图4是本发明的一种无阀的单体氟聚合物流量计的一个实施例的截面图；

图5是本发明的一种无阀的单体氟聚合物流量计的一个实施例的侧视图；

图6是本发明的一种单体氟聚合物流量计的一个实施例的分解图；

图7是本发明的一种单体氟聚合物流量计的一个实施例的截面图；

图8是本发明的一种单体氟聚合物流量计的一个实施例的截面图；

图9是本发明的一种单体氟聚合物流量计的一个实施例的截面图；

图10是本发明的一种单体氟聚合物流量计的一个实施例的分解图；

图11是一种用于对氟聚合物流量计部件进行注射成型的模具的图；

图12是例示烘烤一个注射成型的氟聚合物部件的示意图；

图13例示一种用于非接触焊接氟聚合物部件的设备；

图14是一种液体流量校准夹具的透视图；

图15是一种液体流量校准夹具的透视图。

优选实施例详述

图3表示按照本发明的一种单体流量计12的一个实施例。该流量计能够是注射成型的氟聚合物塑料部件(通常是具有半透明品质的PFA部件或氟聚合物)的焊接装配件，其中三个主体部件中的至少两个通过一种可加压模塑的焊接工艺结合在一起。其它氟聚合物塑料也预计能用作部件而部分用于按照本发明的流量计中。例如，但没有限制的目的，预计包括PTFE、ETFE和其它塑料。优选的氟聚合物的半透明特性能够在其半透明的程度中变化，使得半透明特性允许计量一个在观察管内的浮动器件，这将在这里详细讨论。

参照图3～10，流量计10通常在一个单体的流量计主体12内包括三个主体部件中的至少两个的结合。单体主体能够表示通过一种焊接结合(此处讨论)将三个主体部件中的两个结合在第三部件上，使得两个部件原先模制为一件。例如，一个模制件可以包括第二配件18和观察管16，而第一配件14以后焊接或以其它方式与观察管16的可用端相结合。

三个主体部件是第一配件14、观察管16和第二配件18。一旦每个部件安置地结合而合适地形成单体的流量计主体12，如将详细地说明的，能形成主体导管20，该导管提供一个流动通道，从第一配件14开始和流过，继续通过观察管16，通过第二配件18并从其端部流出。

第一配件14通常包括入口端部22和出口端部24。在一个实施例中，这两个端部22、24通常彼此垂直。第一配件导管26限定在第一配件14内的某种直径的内孔，沿第一配件14的纵轴行进从入口端部22开始而以出口端部24结束的整个距离。第一配件导管26形成在第一配件14的两端22、24处的第一配件孔28。预计对第一配件14可以采用该技术的专业人员已知的用于连接到观察管和流量计其它部件上的已知的配件、连接器和其它器件。

在一个实施例中，如图3～4中所示，观察管16包括一个带有第一配件端部30和第二配件端部32的基本上圆筒形的管子。观察管16有一个通过它穿行的管道34，从而限定一个大体上比第一配件管道26和第二配件管道52的内径大的某种直径的内孔。管道34沿观察管16的纵轴通过观察管16的整个距离，使得在两端30、32上形成观察管孔42。管道34的直径能够沿其距离逐渐变窄。最好是第二配件端部32处的直径大于第一配件端部30处的直径。虽然优选的实施例是带有可见的计量特征的大体上圆筒形的，但可以有其它形状和结构而并不偏离按照本发明的实施例的流量计的单体特性。

如图5、6中所示，观察管16的外表面能够包括流量标记44。该流量标记44通常包括表示用于目视计量的比体积流量信息。

在另一实施例中，如图7～9中所示，观察管16能够包括一个带有第一配件端部30和第二配件端部32的基本上为计时砂漏状的管子。观察管16有一个穿过其间的管道34，以允许液体流量在第一配件14和第二配件18之间连通。管道34大体上分为三个液体流量通道或管道：入口管道36、出口管道38和中间窄通道40。邻近计时砂漏状观察管的中央和内管道34的部分限定一个入口管道36和出口管道38之间的分隔部并限定中间狭窄通道40。中间狭窄通道40用作管道36、38之间的连通通道，其直径和截面小于管道36、38。最好是，入口通道36的直径逐渐变窄，使得管道36的靠近第一配件端部30的部分处的直径大于靠近中间通道40处的直径。入口管道38的直径沿其长度基本上一致，只有在与第二配件18连通的端部32处存在直径增大或锥形效果。同样，中间通道40的直径或截面沿其整个长度基本一致，但可以变化。管道34沿观察管16的纵轴通过管道/通道36、38、40而穿过观察管16的整个距离，使得建立一个连续的液体流量路径并在每端36、38处形成观察管孔42。

如图10中最清楚地示出的，计时砂漏状的观察管16的外表面也包括流量标记44。该流量标记44通常包括表示用于目视计量的比体积流量信息。

对于每个优选实施例，第二配件18通常取由入口端部46、出口端部48和阀端部50组成的T形配件的形式。入口端部46大体上垂直于入口端部48和阀端部50，而出口端部48和阀端部50分享一共同的线性平面，该分享的线性平面与入口端部46的线性平面相交，使得入口端部46的纵轴线近似于安置在远端48、50之间距离的中央处。第二配件18有一沿其纵轴线通过的第二配件管道52，从而限定一个某种直径的内孔。第二配件管道52通过入口端部46、出口端部48和阀端部50的整个距离，使得第二配件管道52在入口端部46处开始并向着此处描述的平面相交通过，在该处入口端部46开口进入通过出口端部48和阀端部50之间整个距离的第二配件管道52的部分并是该部分的一个连续分享的通道。预计已知的配件、连接器和该技术专业人员已知的用于连接观察管和流量计其它部件的其它器件均可用于第一配件14。在某些实施例中，如图4、5中所示的流量计，不管观察管和浮子组件的构型，流量计10都能够做成没有阀器件。

在有阀器件的那些实施例中，在阀端部50处的第二配件管道52能够限定阀件孔54。阀件孔54能够从阀端部50向内向着出口端部48有一定距离的内螺纹。该螺纹设计用于接受一有螺纹的阀组件56。这些阀器件最清楚地示于图3和图6～9。

阀组件56包括阀轴58和阀顶部60。阀轴58包括第一端部部分62、阀件64，并能有一螺纹部分66。阀顶部60通过其中的阀孔68固定在第一端部62上，阀孔68通过不等于阀顶部60的整个长度的某些纵向距离。在一个有外螺纹的实施例中，螺纹部分66能够螺纹啮合第二配件18中的内螺纹，使得组件56特别是阀件64能够可以调整地移入移出孔54。该技术的专业人员也可以预计使这样一个阀件64移入移出这样一个孔的其它机构。

阀件64部分能够包括一个阀针凸出部70或延伸部，其形状用于使阀组件56相对线性运动地插入和退出孔54的兼容区域。阀针70可以是锥形的或非锥形的，取决于所要的密封性能和特定的制造要求或限制。

通常，在那些使用阀组件的流量计10中，阀顶部60通过一卡扣机构固定在阀轴58上，如图3和图7～9中最清楚地示出的。该卡扣机构包括阀轴58、阀轴槽72、阀顶部60和阀顶槽74。阀轴槽72位于阀轴58的阀针70的远端处，从与阀针70端部对置的端部向内一些距离处开始，并通过阀轴的整个外圆周，使阀轴槽72的凹部凹入阀轴58一些距离。阀顶槽74位于阀孔68的端部处并设计来接受阀轴58的阀轴槽72，使得阀轴58和阀顶部60以可以转动的有限方式联锁。

另外的实施例能够使用将阀顶部60固定在阀轴58上的其它机构。这些另外的实施例能够包括螺钉、螺栓之类固定件。将阀顶部和阀轴部分单件地模制在一起也是一种可以采用的实施例。如已说过的，又一些实施例完全可以包括任何阀组件。

本发明的流量计可以使用各种已知的或新发明的浮子组件。例如，可以使用一种球形浮子或长形浮子及相应的部件而并不偏离本发明的精神和范围。

对于那些利用球形浮子78的流量计实施例，如图3～6中所示，浮子组件76包含在观察管16中。这样一种浮子组件76包括球形浮子78、导杆79和休止孔81。球形浮子78还包括一个浮子孔83，浮子孔83基本上与浮子78的中心相交并形成插入导杆79的接收通道。浮子孔83的直径稍许大于导杆79的外径。导杆79基本上是一个具有第一和第二端部的小直径的圆筒形杆。导杆79的外径显著小于管道34的直径。导杆79沿中央通过观察管16的管道34的整个距离，完全通过浮孔83。当导杆79的第一和第二端部行至并停止于休止孔81中时，导杆79就牢固地停止在其最终的装配位置中。休止孔81能够安置在第一配件管道26和第二配件管道52内的一个区域中。休止孔81的内径稍许大于导杆79的外径，因此可以选择地将导杆79插入休止孔81和从休止孔81中移出导杆79。

对于那些使用一个长形浮子80的流量计实施例，主要参照图7～10，浮子组件76位于完全装配的流量计10的观察管16中。浮子组件76通常包括一个长形浮子80和至少一个浮子引导止动件84。浮子80最好有一圆形截面，但也能取其它各种形状，如三角形、矩形、椭圆形及其变形等、长形浮子80最好有一定长度的锥形。通常，浮子80成锥形，使得其直径或截面逐渐增大，直到它到达一体化的浮子法兰82。该法兰可以有孔、切口或类似特点，使液体能够流过法兰82的一部分，来控制浮子80的移动灵敏度。虽然法兰82通常为圆柱形，但它也能够取各种形状。在一个实施例中，法兰82位于浮子80的一端，如图8～10中所示。在另一实施例中，法兰82位于浮子80的中央部分附近，但可以位于沿浮子80长度的任何地方，如图7中所示。浮子80在最宽或最大部分的外径或截面显著地小于管道36、38的外径，但尽可能小于通道40的宽度或截面。

浮子导向器84能够取至少一个导向件86和/或至少一个导向止动件88的形式。导向件86可以是矩形、椭圆形、圆形、球形或其它各种形式。导向件86可以包括多个能使液体流动的孔，如图10中所示。导向止动件88最好为T形截面，并且也可包括多个导向止动件孔92以使液体能够流动，如图9的截面图中最清楚地示出的。该T形形式基本上由导向止动件凸出部94的延伸部限定。止动件凸出部94的长度可变。图9表示一种实施一相当长的止动件凸出部94的实施例。对导向止动件88的安装要求和位置及一系列其它因素将影响长度。通常包括一个接受孔96，其尺寸稍许大于设计来使其接受的浮子80的部分的直径。接受孔96通常通过止动凸出部94的纵轴线到完全穿过导向止动件88。止动凸出部94的直径通常小于法兰82的直径或截面，使得法兰82对着止动凸出部94的近端的接触或对接将限制出口管道38内的浮子80的向上移动。

在一个实施例中，如图8、9中最清楚地示出的，在观察管16中有多个浮子导向器84。特别是，两个有一导向件孔90的导向件86固定在入口套管36中，而一个具有或没有凸出部94的单独导向止动件88固定在出口套管38中。两个导向件/止动件86、88可以固定在相应套管36、38的端部或固定在端部30、32的向内一定距离处。或者是，能简单地有一导向件86，带至少一个孔，其形状和位置使得能够接受浮子80和限制侧向运动，就像提供两个导向件一样。法兰82最好位于这样一个实施例中靠近浮子80的一端部的区域中，使浮子80的所述端部的截面或直径大于远端。浮子80的在锥形端部处的最大直径仍然稍许小于通道40的直径，从而有利于自由通过通道40。法兰的直径或截面大于浮子80的邻近部分的直径或截面，从而限制对着止动件88特别是凸出部94的向上运动。

如果有多个导向件86，那么它们互相固定地隔开一定距离，从而产生一个导向通道98。浮子80的在该通道距离内行进的部分小于足以使其能够自由移动而没有弯曲或楔入，同时限制浮子80在入口管道36中的侧向运动。

在另一实施例中，如图7中最清楚地示出的，使用一个单独的导向止动件88并将其固定在出口管道38中。浮子80的运动被显著地限制在管道38内的一个区域中，因而不用考虑管道36内的侧向运动，而且可以不需要导向件86。因此，法兰82位于沿浮子80离两端一定距离处。最好是，在这样一个实施例中法兰82靠近浮子80的中央区域。在浮子80的下区，当浮子从法兰82移开时锥形变小，而浮子80的截面对接近法兰82上面的对置端部或上区的区域基本上保持恒定。法兰82下面的锥形端部其最大直到仍然稍许小于通道40的直径。该实施例中的浮子80的非锥形端部通常稍许小于导向止动件88的接受孔96并能移入移出该孔，直到由于与对着导向止动件凸出部94的法兰82的接触而停止。

虽然此处描述的长形浮子80是用单体流量计来描述的，但详细叙述的长形浮子和观察管部件及构型也考虑与常规的流量计一起使用。

广泛地参考图11～13中示出的过程，一个按照本发明的单体流量计的实施例的制造过程包括下列步骤：首先，用于制造流量计10的被称为PFA的或同样至少半透明的氟聚合物部件在一个带有可退出的插件102的模子100中注射成型。该注射成型过程允许制造和成型薄的PFA管状部件，以便获得关于部件半透明性质的所要结果，这对于观察管16是特别重要的。三个主体部件14、16、18中的每一个可以分开模制而如本文所述地进行焊接，或至少两个部件能焊接成一个单个部件而与最后的部件焊接。

在注射成型工艺之后，每个被称为PFA的部件在炉子103中在约300°F～500°F的温度范围内烘烤，形成其最终尺寸和构造的PFA部件，用于结合而形成最终的单体流量计10。在烘烤过程中PFA部件能显著收缩。该注射成型和烘烤过程可以用各种夹具和其它制造过程及工具作重大调整。如上所述，能够实施各种部件构型及其组合。其次，部件14、16、18的形状和尺寸可以变化或重新设计，而其它部件仍然不变。这允许聚焦的再构型减少制造成本。例如，如果制造商希望只改变观察管16的构型，那么可以做出这一变化而不改变配件14、18的构型。

参照图13，一旦已经将各部件合适地注射成型和烘烤，就可以将各部件结合成一个单体的氟聚合物流量计10。通常，至少将三个主体部件14、16、18中的两个不接触地焊接在一起而产生一个焊接结合部104。例如，能够将观察管16的第一配件端部30不接受地焊接在第一配件14的出口端部24上，产生一个焊接结合部100。其次，能够将观察管16的第二配件端部32不接触地焊接在第二配件18的入口端部46上。美国专利4,929,293中有此种不接触焊接的细节，这些细节参考合并于此。此外，也可以利用该技术的专业人员已知的结合氟聚合物部件的其它不污染的技术和方法。

主要参照图13、14，图中示出对一个球形浮子78的实施例进行不接触焊接和制造的过程。在将第二配件18结合或焊接在第一配件14和观察管16的预先结合的装配件上之前，先校准球形浮子78实施例的浮子组件76。球形浮子78安置在第一配件14和观察管16的结合部中，使得浮子78停止在与第一配件管道26成单体的休止孔81上。一个校准导杆112通过浮子安置在第一配件14的导杆孔81中，使其向上伸出。一个校准配件114接合观察管16的顶部开孔。校准导杆112被配件114接受。校准配件114暂时密封地附接在观察管16上，并在完成校准过程时移去。

使液体(通常为水)强制进入第一配件14的入口端部22，通过第一配件管道26而进入观察管16的管道34，在那里液体迫使浮子78升上导杆112一定距离，取决于应用的流量。用尺寸、形状或重量不同的其它浮子替换球形浮子78，直到得到的所要的流量读数与校准循环装置106提供的真实的流量符合一致。

一旦获得理想的校准读数，就移去校准配件114和导杆112，通过孔81插入导杆79来代替校准导杆112，并通过加热和夹紧轴套81来密封孔81。

主要参照图13和15，图中示出对一个长形浮子80的实施例进行不接触焊接和制造的过程。在将第二配件18结合在已经结合的第一配件14和观察管16的装配件上之前，通常先校准装配件76。

使液体(通常为水)强制进入第一配件14的入口端部22，通过第一配件14而进入观察管16，在那里液体迫使浮子80升上主体管道20。用尺寸、形状或重量不同的其它浮子替换浮子80直到得到的所要的流量读数与校准循环装置106提供的真实的流量符合一致。用此种精密校准能够容易地计量各种低速率和超低速率。一旦获得理想的校准读数，就移去校准配件。此外，通常通过加热和夹紧轴套110来密封孔108。

对两种浮子组件实施例中的任一种，在完成校准后，下一步通常包括通过将观察管16的第二配件端部32不接触地焊接在第二配件18的入口端部46上而结合第二配件18和观察管16。但是，如此处所述，预计可以利用不接触焊接来仅仅附接或结合三个主体部件14、16、18中的两个。完成装配和校准过程形成最终的流量计主体12的装配，具有由连续的流动通道组成的主体管道20，该流动通道由第一配件14的入口端部22开始，继续通过观察管16，并流过和流出第二配件18的出口端部48的孔。

在有一大体上长形的浮子80的流量计10的操作期间，将液体引入第一配件14的入口端部22。当液体通过管道26流入管道34时，液体对有一重力偏压的浮子80产生抵抗重力的压力。液体的垂直力由此将浮子80向上移近第二配件18。在具有法兰的优选的长形浮子的实施例中，法兰82在一个对着通道40的上部与管道38的下部相结合的区域的初始位置或休止位置中开始。在该初始位置中，法兰82基本上关闭通过通道40的液体连通，并因此可测量地限制液体从管道36进入管道38。在常规流量计浮子的设计中，需要一个相当大的液体垂直力来对抗浮子的重力偏压。但是，在本发明中，移动浮子80所需的液体流量显著减小了。所以能这样是由于对着通道40的法兰82初始关闭位置和由狭窄通道40提供的狭窄距离。液体的力比较容易在法兰82后积累，因为在浮子80和通道40的近壁之间基本上没有空间。这种减小的液体行进空间与液体不能够通过法兰82所造成的阻塞相结合，产生一种高度敏感的构型，使得在该构型中可以进行低液体流动的液体计量。不管是低液体流动还是超低液体流动，在法兰82和通道40后面都容易产生液体压力。

当低流量的液体在通道40中对着法兰82积累时，浮子80将相应地移动。由于通道40相当狭窄，也由于管道38与管道36相比减小了尺寸，浮子80上的液体压力将继续，而不管主体管道20中持续一致的低的或超低的液体流量速率，即使在法兰82已向上越过其对着通道40的孔的初始位置一定距离。一旦液体的垂直力等于浮子80的重力偏压力，垂直运动就将稳定。如果不等于，浮子80将继续向上移动，直到法兰82紧靠导向止动件88或凸出部94。处于休止位置中的法兰82和凸出部94之间的距离可以通过改变管道38的长度、调整凸出部94的长度、调整导向止动件88的固定位置及类似的技术和构型来调整。液体流速的指示能够通过计量浮子80的一部分对着观察管16上的标志的或蚀刻的标记44来测量。最好是，流速能够按照法兰82相对于标记44的对准来测量。能够以获得的流量读数为基础来做出对液体流量的必要调整。

在使用一大体上球形的浮子78的流量计10的操作期间，将液体引入第一配件14的入口端部22。当液体通过主体管道20流入管道34时，液体对有一重力偏压的浮子78产生抵抗重力的压力。液体的垂直力由此沿导杆79移动浮子78，使浮子78移近第二配件18。一旦液体的垂直力等于浮子80的重力偏压力，垂直运动就将稳定。能够按照流量标记44作出这一稳定时期中的流量读数。能够以获得的流量读数为基础来做出对液体流量的必要调整。

虽然已借助优选实施例的例子描述了本发明，但显然可以应用其它修改和变化而并不偏离本发明的精神和范围。本文所用的术语和词组已被用作说明书的术语，但并不是一种限制，并不想要排斥各种等同物，而要使本说明书包括任何可以应用而并不偏离本发明精神和范围的所有等同物。

Claims (25)

1.一种用于制造半透明的含氟聚合物流量计的方法，包括以下步骤：

由具有半透明性质的熔化的含氟聚合物塑料注射成型多个流量计部件，该流量计部件中的至少两个具有基本上可以配合的管状端部，而该多个流量计部件之一为一观察管；

用一个与该管状端部隔开的加热器加热该至少两个流量计部件的管状端部，使得该加热器不直接接触该管状端部；

当该管状端部局部地熔化时接合该至少两个流量计部件的可以配合的管状端部；以及

保持这些接合的管状端部，直到这些管状端部基本上不熔化，由此将该至少两个流量计部件结合在一起成为一个单体流量计。

2.权利要求1的方法，其特征在于，在注射成型后在高温下烘烤该至少两个流量计部件。

3.一种由多个模制的含氟聚合物流量计部件制成的液体流量计，包括：

一个半透明的第一含氟聚合物配件，该配件具有一便于液体流动的第一管道，并具有至少一个管状端部；

一个半透明的含氟聚合物观察管，该观察管有一便于液体流动的管子管道和至少一个管状端部，并包括一个对该观察管内的液体流动敏感的浮子组件；

一个半透明的第二含氟聚合物配件，该配件具有一便于液体流动的第二管道和至少一个管状端部；以及

其中该半透明的含氟聚合物观察管的至少一个管状端部通过焊接固定与至少一个半透明的含氟聚合物配件的至少一个管状端部相结合，而由该第一管道、管子管道和第二管道限定一条流量计主体管道，该焊接固定是通过在这些管状端部至少部分地熔化时将该第一含氟聚合物配件的管状端部和该含氟聚合物观察管接合并将这些接合的管状端部保持到基本上不熔化为止而形成的，从而将该第一含氟聚合物配件和含氟观察管结合在一起成一单体流量计。

4.权利要求3的液体流量计，其特征在于，该半透明的含氟聚合物观察管还包括一个基本上位于该半透明的含氟聚合物观察管内中央的中间通道，使得该管子管道经该中间通道而变窄。

5.权利要求4的液体流量计，其特征在于，该浮子组件包括：

一个对该半透明的含氟聚合物观察管内的液体流动敏感的细长浮子，该细长浮子有一个其截面大于中间通道的截面宽度的法兰，以及

一个安置在管子管道一端处的止动件，用于当靠在该法兰上时限制浮子的纵向运动。

6.权利要求3的液体流量计，其特征在于，该浮子组件包括一个球形浮子和一个沿纵向对准的导杆，该导杆可拆卸地固定在该管子管道内，该球形浮子可以根据管子管道中的液体流动而沿该导杆沿纵向移动。

7.权利要求3的液体流量计，其特征在于，还包括一个阀器件，用于计量出入该第一和第二管道中至少一个的液体流量和轴向移动，该阀器件包括：

一个便于该阀件轴向移动的阀柄；以及

一个穿过该至少一个管道的一部分的阀件，用于控制从该管子管道流入该至少一个管道的液体流动。

8.权利要求7的液体流量计，其特征在于，该阀件还包括一个螺纹部分，用于可以用螺纹啮合该至少一个管道，以便于该阀器件进出该至少一个管道的轴向移动。

9.权利要求3的液体流量计，其特征在于，该半透明的含氟聚合物观察管还包括表示流过流量计的液体容积流量的标记。

10.权利要求3的液体流量计，其特征在于，该半透明的第一含氟聚合物配件、半透明的含氟聚合物观察管和半透明的第二含氟聚合物配件中的至少一个是用模制的全氟烷氧基树脂制成的。

11.权利要求3的液体流量计，其特征在于，该半透明的第一含氟聚合物配件、半透明的含氟聚合物观察管和半透明的第二含氟聚合物配件中的每一个都是用全氟烷氧基树脂制成的。

12.一种用于计量液体流量的单体含氟聚合物流量计，包括：

一个管状的含氟聚合物观察管，具有至少一个管形端部和一管子管道及一个能够在该管子管道内根据液体流动而能移动的浮子器件，其中该浮子通过观察管提供液体流量的视觉指示；

一个具有至少一个管状端部的含氟聚合物第一配件，该第一配件用于将液体流量引入该管状的含氟聚合物观察管；

一个具有至少一个管状端部的含氟聚合物第二配件，该第二配件用于接受从该管状的含氟聚合物观察管来的液体流量；以及

其中这些含氟聚合物配件的至少一个管状端部是利用至少一种管状焊接而附接在该管状的含氟聚合物观察管上的，该管状焊接是通过在这些管状端部部分地熔化时将这些含氟聚合物配件的至少一个管状端部和该含氟聚合物观察管接合并将这些结合的管状端部保持到基本上不熔化为止而形成的，从而将该至少两流量计部件结合在一起成一单体流量计。

13.权利要求12的含氟聚合物流量计，其特征在于，该至少一个管状焊接包括一个第一管状焊接和一个第二管状焊接，其中，含氟聚合物第一配件的管状端部利用该第一管状焊接而结合于管状含氟聚合物观察管的一个端部，而含氟聚合物第二配件的管状端部利用该第二管状焊接而结合于管状含氟聚合物观察管的另一端部，从而形成该单体的含氟聚合物观察管。

14.权利要求12的含氟聚合物流量计，其特征在于，该管状含氟聚合物观察管还包括一个邻近该管子管道中央的中间通道，其直径小于管子管状的直径。

15.权利要求14的含氟聚合物流量计，其特征在于，该浮子器件是一个长形浮子，有一用于限制浮子在管状含氟聚合物观察管内沿纵向移动的法兰，当基本上没有液体流过该管状含氟聚合物观察管时该法兰贴靠中间通道。

16.权利要求12的含氟聚合物流量计，其特征在于，该浮子器件包括一个球形浮子和一个沿纵向对准的导杆，该导杆可拆卸地固定在管子管道内，该球形浮子能够根据管子管道中的液体流动而沿导杆作纵向移动。

17.权利要求12的含氟聚合物流量计，其特征在于还包括一个阀器件，用于计量出入该第一和第二含氟聚合物配件中的至少一个的液体流动和轴向移动，该阀器件包括：

一个便于阀器件的轴向移动的阀柄；以及

一个可以调节地通过该至少一个配件的一部分从而控制从管子管道进入该至少一个配件的液体流量的阀件。

18.权利要求12的含氟聚合物流量计，其特征在于，该管状含氟聚合物观察管还包括表示流过流量计的液体容积流量的标记。

19.权利要求12的液体流量计，其特征在于，第一含氟聚合物配件、管状含氟聚合物观察管和第二含氟聚合物配件中的至少一个是用模制的全氟烷氧基树脂制成的。

20.权利要求12的液体流量计，其特征在于，该第一含氟聚合物配件、该管状含氟聚合物观察管和该第二含氟聚合物配件都分别由模制的全氟烷氧基树脂制成。

21.一种使用一半透明的单体含氟聚合物流量计的方法，包括以下步骤：

提供该半透明的单体含氟聚合物流量计的一半透明的第一含氟聚合物配件，其中该半透明的第一含氟聚合物配件包括一管状端部，通过焊接固定与一具有一管状端部的半透明的含氟聚合物观察管成连通结合，该焊接固定是通过在这些管状端部至少部分地熔化时将该第一含氟聚合物配件的管状端部和含氟聚合物观察管接合并将这些接合的管状部分保持到基本上不熔化时为止而形成的，从而将该第一含氟聚合物配件和含氟聚合物观察管结合在一起成一单体流量计；

提供一个跟该半透明的含氟聚合物观察管成流体连通的半透明的第二含氟聚合物配件；

将液体引入该半透明的第一含氟聚合物配件；以及

通过测量一个浮子器件在该半透明的含氟聚合物观察管中沿纵向的移动来计量流经该半透明的单体流量计的液体流量。

22.权利要求21的方法，其特征在于，还包括该浮子器件的测量步骤是通过相对于从该半透明的含氟聚合物观察管外部可见的标记来观测一个长形浮子器件的法兰而达到的，其中该标记表示流经该半透明的单体流量计的液体容积流量。

23.权利要求21的方法，其特征在于，该浮子器件的目视测量包括相对于从该半透明的含氟聚合物观察管的外部可见的标记来观测一球形浮子器件的一部分的步骤，其中该标记代表流经该半透明的单体流量计的液体容积流量。

24.权利要求21的方法，其特征在于，还包括通过可转动地调节一个阀来控制流经该半透明的单体流量计的液体流量的步骤，其中该阀与该半透明的第二含氟聚合物配件保持可操作的连通，从而有选择地调节从该半透明的含氟聚合物观察管流经该半透明的第二含氟聚合物配件的液体。

25.一种用于计量液体流量的半透明的单体含氟聚合物流量计，包括：

一个有一管子管道以便于计量液体流量的半透明的含氟聚合物观察管；

位于该管子管道内的浮子机构，用于计量流经该半透明的含氟聚合物观察管的液体流量并提供该液体流量的可见标记；

用于形成与该管子管道液体连通的至少一个半透明的含氟聚合物配件机构，该至少一个半透明的含氟聚合物配件机构借助于焊接固定而跟该半透明的含氟聚合物观察管结合，该焊接固定是通过在这些管状端部部分地熔化时将该至少两个流量计部件的可配合的管状端部接合在一起并将这些接合的管状端部保持到基本上不熔化为止而形成的，从而将该至少两流量计部件结合在一起成一单体流量计；

与该至少一个半透明的含氟聚合物配件机构保持可操作的可转动的轴向连通的阀机构，用于控制流经该半透明的单体含氟聚合物流量计的液体流量。

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