TWI472729B - 質量流量控制器及操作該控制器的方法 - Google Patents

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Description

質量流量控制器及操作該控制器的方法
本發明大體上相關於質量流量控制器。特別是，但是並不是以限制的方式，本發明是相關於質量流量控制器熱感測器以及用於操作此等控制器及感測器的方法。
典型的質量流量控制器(MFC)是一種建構成且經調適以控制流體之運送的裝置。流體的指定運送速率可以由使用者來設定，舉例來說，每分鐘被運送離開質量流量控制器之立方公分或公克的流體。為了要控制從質量流量控制器被運送出來的流體流率，典型的質量流量控制器會產生一個指示質量流量控制器之實際流率的輸出訊號。這個實際流率被拿來與使用者指定的流率相比較，並且在有需要時調整一個控制閥來修改流動，使得從質量流量控制器被釋出之流體的流動可以在該指定運送速率下被釋放。
說明於圖式之中之本發明的說明性實例係在下文中概括地描述。這些以及其他實例係更加完整地描述於實施方式的部分中。然而，應該要了解的是，本發明並不是要被限制描述於此發明內容或實施方式的形式。所屬技術領域具有通常知識者可以了解的是，有許多修改、同等物以及選擇的結構係落入如表示於申請專利範圍之中之本發明的精神及範圍之內。
本發明的實例提供了質量-流動-控制的相關裝置以及用於操作該裝置的方法。舉例來說，一項實例包含有一個質量流量控制器的熱感測器。該熱感測器包含有一個毛細管、第一對感測元件以及第二對感測元件。一個毛細管係被耦接到一個越過一個質量流量控制器旁通管的主要流體流動線路。所述的第一對感測元件係被耦接到所述毛細管的一個上游部位且所述的第二對感測元件係被耦接到所述毛細管的一個下游部位，其中所述的第二對感測元件大體上面對著所述的第一對感測元件。再者，在一項實例之中，所述上游部位以及下游部位大體上是平行的，而介於此二個部位之間的距離不大於此等二個部位的長度的一半。
本發明的另一項說明性實例是一種操作質量流量控制器之熱感測器的方法。在一個方法之中，一流體係在橫越至少一個熱感測元件的第一方向之中被接收。流體亦在橫月一個第二熱感測元件的第二方向之中被接收。縱向的以及正交的溫度梯度係因此從一個外部熱源處橫越第一以及第二感測元件而被引發出來，並且一個質量流率訊號係從該熱感測器輸出。所述輸出並不會受到縱向的以及正交的熱梯度的影響。
本發明其他實例包含有一個質量流量控制器。在一項實例之中，該質量流量控制器包含有一個主要流動線路、一個熱感測器、以及一個差動放大器。該熱感測器包含有一個被耦接到所述主要流動線路之u形形狀的毛細管以及至少一個被耦接到該毛細管的感測元件。所述至少一個熱感測元件係經調適以輸出一個具有一個電壓的訊號，所述電壓大體上與該元件的溫度成比例。所述差動放大器係經調適以(i)接收至少一個熱感測元件輸出訊號；以及(ii)輸出一個差動放大器訊號，該差動放大器訊號包含有一個電壓，該電壓大體上與流動通過該質量流量控制器之流體的流率成比例。再者，差動放大器所輸出的電壓不會受到正交的以及縱向的溫度梯度的影響。
這些以及其他實例係更加詳細地在本文之中描述。
現在參照圖式，其中相同或相似元件係在全部數個視圖的適當處以相同的元件參考符號來標示，且特別是參照圖1，其中說明了根據本發明說明性實例的質量流量控制器熱感測器100。該熱感測器100的一項實例包含有一個毛細管102以及一個或多個熱感測元件116，118。一個實例可以包含有一個上游熱感測元件116以及一個下游熱感測元件118。再者，該毛細管102可以具有一個上游部位106、一個下游部位108以及一個彎管部位110。
在一項實例之中，當一流體流動通過質量流量控制器(MFC)時，該流體係流動通過一個主要流動線路112而朝向一個旁通管114。在進入旁通管114之前，一部分的流體係進入毛細管102。在一項實例之中，在該毛細管102之中的流體係在一第一方向中流動通過上游管件部位106、到彎管部位110、在一大體上與第一方向相反的第二方向中通過下游管件部位108且回到主要流動線路112之中、再次進入在旁通管114下游的主要流動線路112。
一種或多種變化形式的熱感測器100係經調適以輸出一個或多個訊號(並未顯示在圖1之中)，所述訊號係用來決定流動通過質量流量控制器之流體的流率。為了要決定流體流率，來自於一個或多個上游感測元件116的輸出電壓係被拿來與來自於一個或多個下游感測元件118的輸出電壓相比較。隨著元件116，118溫度的波動，輸出電壓也是跟著波動。因此，因為通過毛細管102的流體係將熱從上游感測元件116攜載到下游感測元件118，元件116，118係產生不同的電壓。根據介於感測器116，118之間的電壓差異，可以獲得通過質量流量控制器的流體流率。這個由熱感測器100所輸出的流體流率可以接著被用來調整一個控制閥104，用以增加或減少實際的流體流率，使得實際的流體流率可以等於由使用者所設定的預定流體流率。
因為熱感測器100所測量的流體流率是取決於熱感測元件116，118的溫度變化，任何外部熱源都可能會影響到感測元件116，118所輸出的電壓位準。因此，外部熱源可能會導致質量流量控制器的熱感測器100輸出不正確的流體流率。外部熱源所產生的溫度梯度係包含有縱向梯度680以及正交梯度690，如圖6A以及圖6B所示。縱向梯度680係包含有一個平行於在管件部位106，108之中流動的流體之溫度梯度部位。在另一方面，正交的梯度690係包含有一個垂直於流體流動的溫度梯度部位。正交梯度690也可以被稱為橫向梯度。
本發明的其中一項實係將所述溫度梯度680，690在熱感測器100的輸出上所具有的作用減少到最低程度。舉例來說，在一項實例之中，介於上游管件部位106與下游管件部位108之間的一段距離120係被設定成一段長度，該長度係經調適以大致上抵消掉縱向溫度梯度680的效應。大致上相對的上游以及下游感測元件116，118創造出大致上相似的上游以及下游管件部位106，108。與一段介於上游以及下游管件部位106，108之間的適當距離120結合在一起的相似管件部位106，108係用來抵消縱向梯度680的效果。再者，將所述上游感測元件116放置成大致上面對於下游感測元件118可以將任何正交梯度690的效果減少到最低程度。
如圖6A以及圖6B所示，上游感測元件116可以包含有第一對感測元件616’及616”以及下游感測元件118可以包含有第二對感測元件618’及618”。應該要察知的是，第一對以及第二對感測元件616’，616”，618’，618”可以被結合於圖1所示的上游以及下游感測元件116，118之中。上游感測元件A 616’以及B 616”可以被稱為第一對熱感測元件，以及下游感測元件C 618’以及D 618”可以被稱為第二對熱感測元件。第二對熱感測元件618’，618”可以大致上相對於第一對熱感測元件616’，616”。
在一項實例之中，介於上游管件部位106與下游管件部位108之間的距離120不再是上游以及下游管件部位106，108的長度122的一半。然而，在其他實例之中，該距離120應該是儘可能小的。在至少一項實例之中，該距離120可以是大致上等於介於第一對感測元件616’，616”與第二對感測元件618’，618”之間的距離，如圖6A以及圖6B所示者。
如圖1所示，上游以及下游管件部位106，108的長度122可以包含有從一第一溫度阻障126的邊緣測量到一第二溫度阻障124的邊緣之上游以及下游管件部位主要區段。所述溫度阻障126，124可以包含有一種材料經調適以維持一大致上等於環境溫度的溫度。如此，所述溫度阻障126，124可以是經調適以大致上將毛細管102的部位維持在環境溫度。在一項實例之中，一個上游-管件-部位-入口-區段128、一個下游-管件-部位-出口-區段130以及彎管部位110可以被大致上維持在環境溫度。所述溫度阻障124，126也可以經調適以將毛細管區段維持在除了環境溫度之外的溫度下。確保彎管部位110的溫度係大致上等於上游-管件-部位-入口-區段128以及下游-管件-部位-出口-區段130大致上可以防止在熱感測器100之中發生熱的虹吸作用。
所述上游以及下游管件部位106，108可以是大致上筆直的、平行的、且大致上等於長度122。也可以構想到的是，上游以及下游部位106，108的一個或多個區段可以不是大致上筆直的，但是可以是大致上平行及對稱的。再者，應該要察知的是，介於上游以及下游管件部位106，108之間的距離120也可以是指介於相對的上游及下游感測元件116，118或成對的元件616’，616”，618’，618”之間的一段距離120。在一項實例之中，上游以及下游管件部位的長度122可以是從大約15mm到大約30mm，且介於二個部位106，108之間的距離120可以是從大約3mm到大約10mm。
如圖6A所示，在一項實例之中，將介於上游以及下游管件部位606，608之間的距離620減少到最低的程度係使得上游熱感測元件616’，616”由於縱向溫度梯度680而產生的溫度的改變可以大致上等於下游熱感測元件618’，618”由於縱向溫度梯度680而產生的溫度的改變。該距離120係使得大致上相似的縱向溫度梯度680可以影響到每個熱感測元件616’，616”，618’，618”且容許縱向的溫度梯度680的效應抵消掉。舉例來說，在圖6A之中，縱向溫度梯度680的方向大致上相似於在上游管件部位606之中流體流動的方向，因此上游感測元件B 616”的溫度係藉著熱梯度680而增加。沿著下游管件部位108，縱向的溫度梯度680係與流體的流動相反。因此，溫度梯度680係會導致感測器C 618’的溫度上升。縱向的溫度梯度680並不需要是沿著所述管件106，108而為均一的。然而，對於二個管件部位106，108來說梯度680應該是相同的，而這係藉著將介於管件部位106，108之間的距離120減少到最小的程度而達成。
在一項實例之中，感測器C 618’由於縱向溫度梯度680的溫度增加係大致上等於感測器B 616”的溫度的增加。為了要抵消掉縱向溫度梯度680在所述感測器616”，618’上的作用，其中一個感測器616”，618’的增加的溫度係從另一個感測器616”，618’的增加溫度去掉。在一項實例之中，溫度的相消是藉著處理由每個感測器616”，618’所輸出的電壓訊號而進行的。舉例來說，這些電壓可以由橋接電路542所消去，所述橋接電路542係像是，但是不限制於如圖5所示的橋接電路542。
描繪於圖1中之說明性實例的變化形式也可以經調適以以相似方式抵消橫向的溫度梯度690的效應。然而，與只要上游以及下游管件部位106，108上的效應是相似的就可能會波動的縱向溫度梯度680不同的，正交溫度梯度690應該不會沿著上游以及下游管件部位106，108波動。舉例來說，溫度梯度690沿著管件部位106，108的溫度波動可能會導致感測器116，118產生錯誤的電壓，而這可能被李解為不準確的流體流動讀數。
再次參照圖6，圖1的上游熱感測器116係由上游感測元件A 616’以及B 616”所呈現，而圖1的下游熱感測器118則由下游感測元件C 618’以及D 618”所呈現。大致上不變的正交溫度梯度690將會以第一方式影響上游熱感測元件616’，616”以及以第二方式影響下游熱感測元件618’，618”。圖6所示的熱梯度690係在一方向中方向大體上從下游管件部位608前進到上游管件部位606。因此，每個上游元件616’，616”的溫度將會以大致上相同的量增加。如同由於圖6所示之縱向溫度梯度680而在元件B 616”以及C 618’之中所產生的溫度增加，為了要抵消橫向的溫度梯度690在元件A 616’以及B 616”上的效應，該熱感測器100 係經調適而用其中一個元件616’，616”所增加的溫度減去另一個元件616’，616”所增加的溫度。在一項實例之中，每個元件616’，616”所輸出之電壓的增加可以由一個橋接電路542所抵消掉，該橋接電路係像是，但是不限制於如圖5所示的橋接電路542。
如圖2所示，一個熱感測器200可以包括有一個上游熱感測元件116，其係包括有一個第一上游阻力-溫度計元件216’，一個上游加熱器234以及一個第二上游阻力-溫度計元件216”。該下游感測元件118可以包含有一個第一下游阻力-溫度計元件218’，一個下游加熱器232以及一個第二下游阻力-溫度計感測元件218”。上游加熱器234可以被耦接到介於第一以及第二上游阻力-溫度計元件216’，216”之間的上游管件部位206，以及該下游加熱器232可以被耦接到介於第一以及第二下游阻力-溫度計元件218’，218”之間的下游管件部位208。在其他實例之中，一個或多個感測元件216’，216”，218’，218”可以是經調適以作用如同加熱器234，232。所述的加熱器/元件可以是經調適以加熱流過毛細管202的流體。在又另一項實例之中，所述加熱器232，234可以不是加熱器，但是可以包含有冷卻裝置。在如此的實例之中，熱感測器100能夠以與一個熱感測器100大致上相同的方式操作，該熱感測器100係經調適以加熱流動通過毛細管202的流體以及因此輸出與感測元件216’，216”，218’，218”的溫度的增加成比例之改變的感測元件216’，216”，218’，218”的電壓。然而，在使用冷卻裝置而 不是加熱器232，234的情況中，流體可以被冷卻，且感測元件216’，216”，218’，218”的電壓可以是大體上與感測元件216’，216”，218’，218”的溫度降低成比例。
進一步如圖3所示，該等上游以及下游感測器116，118可以包含有一個溫差電堆感測器336。該溫差電堆感測器336可以含有一第一輸出端338以及一第二輸出端340。然而，與如圖1以及圖2所示的熱感測器100所不同的，一個溫差電堆感測器136可以是經調適以產生一個針對由於縱向及正交溫度梯度680，690而產生之溫度的增加及減少而調整的訊號。這個調整是藉著習知技術中已知的熱電偶測量原理而進行的。因此，在感測器輸出端338，340處的訊號可以直接地被用來決定實際的流體流率。
在一項實例之中，溫差電堆感測器336耦接到上游管件部位306之位置的數目係等於溫差電堆感測器336耦接到下游管件部位308之位置的數目。再者，該溫差電堆感測器336耦接到一個第一上游四分部380的位置的數目係等於溫差電堆感測器336耦接到第二下游四分部395的位置的數目，以及溫差電堆感測器336耦接到第一下游四分部390的位置的數目係等於溫差電堆感測器336耦接到第二上游四分部385的位置的數目。在一項實例之中，該溫差電堆感測器336可以在相同數目的位置中耦接到全部的四個四分部380，385，390，395。除此之外，該溫差電堆感測器336可以在“熱”耦接位置處耦接到第一上游四分部380以及第一下游四分部390，且溫差電堆感測器336可 以在“冷”耦接位置處耦接到第二上游四分部385以及第二下游四分部395。
如圖5所示，當一項實例使用一個電橋542時，該電橋可以發送出一個或多個訊號546，548到一個差動放大器544。所述電橋542可以是經調適以作用如同知名的惠士同電橋。在一項實例之中，該差動放大器544可以是經調適以修改一個或多個訊號546，548、輸出一個差動放大器訊號550，該訊號的電壓係大致上與流體流動成比例。
在圖4中的元件參考符號400處開始，係說明了一種操作質量流量控制器熱感測器100的方法。在元件參考符號405處，一種方法係包含有接收在一越過至少一個第一熱感測元件的第一方向中流動的流體。舉例來說，如圖1所示，流體可以從主要流動線路112流入毛細管102的上游部位106之中，朝向彎管部位110，前進越過耦接到上游管件部位106的上游熱感測元件116。同樣地，在元件參考符號410處，一流體係在一越過至少一個第二熱感測元件的第二方向中被接收，這可以藉著從彎管部位110流動、通過下游管件部位108、越過耦接到下游管件部位108的下游感測元件118、以及到主要流動線路112的流體而達成。
在圖4的元件參考符號415以及420處，分別像是圖6A以及圖6B的縱向及正交熱梯度680，690的溫度梯度可以被一個外部熱源引發而越過第一以及第二熱感測元件的至少其中之一。舉例來說，所述梯度680，690可以前進越過在圖1之中的上游以及下游元件116，118。再者，在元件參考符號425處，一個質量流率訊號可以由熱感測器100輸出，質量流率訊號(未顯示於圖1之中)包含有大體上與流動通過質量流量控制器之流體的質量流率成比例的電壓。一個質量流率訊號可以藉著利用熱感測元件116，118所輸出的電壓而獲得。熱感測元件116，118的輸出電壓可以是大體上與元件116，118的溫度成比例。在一項包含有第一對感測元件616’，616”以及第二對感測元件618’，618”的實例之中，每個元件616’，616”，618’，618”的電壓大致上與每個元件的溫度成比例。熱感測器100所輸出的質量流率訊號不會受到縱向以及正交溫度梯度680，690的影響。該方法係在元件參考符號430處結束。
在一項方法，質量流率輸出訊號不會受到縱向溫度梯度680的影響，這是因為梯度680在其中一個感測元件116，118之至少一個部位上的溫度的改變係被梯度680在另一個感測元件116，118之至少一個部位上的溫度改變所抵消掉。在一項方法之中，由於距離120不再是大於上游或下游管件部位106，108之長度122的一半，每個感測元件116，118之至少一個部位的溫度改變可以是大致上相同的。
在另一種其他方法之中，第一以及第二熱感測元件116，118包含有成對的上游以及下游熱感測元件616’，616”，618’以及618”，如圖6B所示者。正交熱梯度690會在第一上游熱感測元件616’與第二下游熱感測元件618”之間引發微差溫度幅度。在一項方法之中，該微差溫度幅度包含有與第二下游熱感測元件618”相較下之第一上游熱感測元件616’的溫度增加。同樣地，該正交的熱梯度690會在第二上游熱感測元件616”與第一下游熱感測元件618’之間引發微差溫度幅度。這個微差溫度幅度可以包含有與第一下游熱感測元件618’相較下之第二上游熱感測元件616”的溫度的增加。
在一項方法之中，該熱感測器100係經調適以藉著第二上游熱感測元件616”的溫度變化抵消掉第一上游熱元件616’的溫度變化。為了要如此進行，可以從第二下游熱元件618”的溫度變化扣掉第一上游熱元件616’的溫度變化，以便於獲得第一正交梯度溫度變化。而且，可以從第二上游熱感測元件616”的溫度變化扣除掉第一下游感測元件618’的溫度變化，用以產生第二正交梯度的溫度變化。因此，與第一正交梯度的溫度變化相比較，該第二正交溫度變化大致上是相等的絕對數值，但是具有不同的正負號。結果，因為二個正交梯度溫度變化的數值係彼此消掉，將二個正交溫度變化加以結合可以產生一個基本上可以忽略的溫度變化。
如上文所描述之溫度變化的結合可以藉著結合每個感測器616’，616”，618’，618”的輸出訊號來進行。如此的訊號的結合可以藉著電橋以及進行訊號的修正來進行。舉例來說，可以使用如圖5所示的橋接電路542以及差動放大器544。為了要這樣進行，可以藉著橋接電路542從熱感測元件516’，516”，518’，518”所產生的電壓來產生第一以及第二訊號546，548。該等訊號546，548可以由差動放大器544所接收，以及差動放大器544可以接著產生具有大體上與通過質量流量控制器之流體流率成比例之電壓的差動放大器訊號550。
圖7顯示出本發明又另一項實例。圖7係呈現出一個質量流量控制器752，其係包含有一個主要流動線路712，一個熱感測器700以及一個差動放大器744。該質量流量控制器752也可以包含有一個包含有感測元件716’，716”，718’，718”的橋接電路742，以及一個控制模組770。該控制模組可以是經調適以產生一個控制閥訊號755。在一項實例之中，熱感測器700包含有一個具有u-形形狀剖面的毛細管702。該毛細管702可以包含有一個被耦接到主要流動線路712的上游管件部位706以及一個被耦接到主要流動線路712的大致上平行的下游管件部位708。該下游管件部位708係坐落在與上游管件部位706相隔開的第一距離720處，該距離720為介於在熱感測器700內側之毛細管702的上游以及下游部位706，708之間的距離。介於一上游-管件-部位-入口-區段128以及一下游-管件-部位-出口-區段130之間的距離可以是大致上與距離720不同。第一距離720在一項實例之中亦使得一個差動放大器訊號750能夠大致上不會受到如圖6B所示之縱向溫度梯度680的影響。
除此之外，質量流量控制器752包含有至少一個被耦接到毛細管702的感測元件。所述的至少一個感測元件可以包含有一對上游感測元件716’，716”以及大體上與該對上游感測元件716’，716”相對的一對下游感測元件718’，718”。每個元件都可以產生一個經調適以被橋接電路742所接收的訊號，以及該橋接電路可以經調適以輸出經調適以由差動放大器744所接收的一對訊號746，748。在另一項實例之中，該質量流量控制器752可以包含有如圖3所示的溫差電堆感測器336，或如圖2所示之一對大體上相對的加熱器232，234，所述加熱器係分別被耦接到上游以及下游管件部位706，708。
質量流量控制器752的一項實例也可以包括有一個經調適以輸出差動放大器訊號750的差動放大器744。在一項實例之中，該差動放大器訊號750包含有一個大體上與流動通過質量流量控制器752之流體流率成比例的電壓。再者，該差動放大器訊號752大致上不會受到如圖6A以及圖6B所示之正交以及縱向溫度梯度680，690的影響。
在質量流量控制器752的許多變化形式之中，由如圖6B所示之正交溫度梯度690所導致之在至少其中一個熱感測元件116，118的第一溫度變化可以由在其他熱感測元件116，118中的第二溫度變化所抵消掉。應該要察知的是，熱感測元件116，118可以包含有有元件A，B，C以及D 616’，616”，618’，618”，如圖6B所示者。再者，基於質量流量控制器752抵消掉由正交溫度梯度690所造成之溫度改變的能力，差動放大器訊號750不會受到正交溫度梯度690的影響。
100‧‧‧質量流動控制器熱感測器
102‧‧‧毛細管
104‧‧‧控制閥
106‧‧‧上游管件部位
108‧‧‧下游管件部位
110‧‧‧彎管件部位
112‧‧‧主要流動線路
114‧‧‧旁通管
116‧‧‧上游熱感測元件
118‧‧‧下游熱感測元件
120‧‧‧上游及下游管件部位之間的距離
122‧‧‧上游及下游管件部位的長度
124‧‧‧第二溫度阻障
126‧‧‧第一溫度阻障
128‧‧‧上游-管件-部位-入口-區段
130‧‧‧下游-管件-部位-入口-區段
200‧‧‧熱感測器
202‧‧‧毛細管
206‧‧‧上游管件部位
208‧‧‧下游管件部位
216‧‧‧上游熱感測元件
216’‧‧‧第一上游阻力-溫度計元件
216”‧‧‧第二上游阻力-溫度計元件
218’‧‧‧第一下游阻力-溫度計元件
218”‧‧‧第二下游阻力-溫度計元件
232‧‧‧下游加熱器
234‧‧‧上游加熱器
306‧‧‧上游管件部位
308‧‧‧下游管件部位
336‧‧‧溫差電堆感測器
338‧‧‧第一輸出端
340‧‧‧第二輸出端
380‧‧‧第一上游四分部
385‧‧‧第二上游四分部
390‧‧‧第一下游四分部
395‧‧‧第二下游四分部
400‧‧‧步驟
405‧‧‧步驟
410‧‧‧步驟
415‧‧‧步驟
420‧‧‧步驟
425‧‧‧步驟
430‧‧‧步驟
516’‧‧‧熱感測元件
516”‧‧‧熱感測元件
518’‧‧‧熱感測元件
518”‧‧‧熱感測元件
542‧‧‧橋接電路
544‧‧‧差動放大器
546‧‧‧訊號
548‧‧‧訊號
550‧‧‧差動放大器訊號
606‧‧‧上游管件部位
608‧‧‧下游管件部位
616’、616”‧‧‧第一對感測元件
618’、618”‧‧‧第二對感測元件
620‧‧‧上游及下游管件部位之間的距離
680‧‧‧縱向梯度
690‧‧‧正交梯度
700‧‧‧熱感測器
702‧‧‧毛細管
706‧‧‧上游管件部位
708‧‧‧下游管件部位
712‧‧‧主要流動線路
716’‧‧‧感測元件
716”‧‧‧感測元件
718’‧‧‧感測元件
718”‧‧‧感測元件
720‧‧‧與上游管件部位相隔的第一距離
742‧‧‧橋接電路
744‧‧‧差動放大器
746‧‧‧訊號
748‧‧‧訊號
750‧‧‧差動放大器訊號
752‧‧‧質量流動控制器
755‧‧‧控制閥訊號
770‧‧‧控制模組
當與隨附圖式結合在一起參照以下的詳細說明及隨附的申請專利範圍時，可以更加明白且更立即地了解各種本發明之目的及優點以及更加完整地了解本發明，其中：圖1為根據本發明一項說明性實例之質量流量控制器的部分視圖，該質量流量控制器包括有被耦接到主要流動線路的熱感測器；圖2為根據本發明一項說明性實例之另一個質量流量控制器的部分視圖，該質量流量控制器包括有一個具有二對相對熱感測元件的熱感測器，所述熱感測器係被耦接到主要流動線路；圖3為根據本發明一項說明性實例之又另一個質量流量控制器的部分視圖，該質量流量控制器包括有一個具有溫差電堆感測元件的熱感測器，所述熱感測器係被耦接到一個主要流動線路；圖4為操作根據本發明一項說明性實例之質量流量控制器熱感測器之方法的流程圖；圖5概略地說明了根據本發明一項說明性實例之質量流量控制器的橋接電路；圖6A以及圖6B分別概略地說明了根據本發明一項實例之(i)部分的質量流量控制器熱感測器，以及(ii)熱溫度梯度；及圖7概略地說明了根據本發明一項說明性實例的質量流量控制器。
100‧‧‧質量流動控制器熱感測器
102‧‧‧毛細管
104‧‧‧控制閥
106‧‧‧上游管件部位
108‧‧‧下游管件部位
110‧‧‧彎管件部位
112‧‧‧主要流動線路
114‧‧‧旁通管
116‧‧‧上游熱感測元件
118‧‧‧下游熱感測元件
120‧‧‧上游及下游管件部位之間的距離
122‧‧‧上游及下游管件部位的長度
124‧‧‧第二溫度阻障
126‧‧‧第一溫度阻障
128‧‧‧上游-管件-部位-入口-區段
130‧‧‧下游-管件-部位-入口-區段

Claims (19)

  1. 一種質量流量控制器的熱感測器，其係包含有：一個具有一個上游管件部位、一個彎管件部位以及一個下游管件部位的毛細管，其中，該上游管件部位包含有一個上游部位長度，該下游管件部位包含有一個下游部位長度，所述下游部位長度大致上等於所述上游部位長度，且所述下游管件部位係大致上平行於所述上游管件部位，一個介於所述上游管件部位以及下游管件部位之間的距離不再是大於上游部位之長度以及下游部位之長度的一半；第一對熱感測元件，其係被耦接到所述上游管件部位，且所述第一對熱感測元件係包含第一上游感測元件及第一下游感測元件；以及第二對熱感測元件，其係被耦接到所述下游管件部位，且所述第二對熱感測元件係包含第二上游感測元件及第二下游感測元件，所述第二對感測元件大體上相對於所述第一對熱感測元件；所述第一及第二對熱感測元件互相耦接而形成包含最上耦接點、右耦接點、最下耦接點及左耦接點之橋接電路，所述第一上游感測元件係耦接於所述左耦接點及所述最下耦接點之間，所述第一下游感測元件係耦接於所述左耦接點及所述最上耦接點之間，所述第二上游感測元件係耦接於所述最上耦接點及所述右耦接點之間，而且所述第二下 游感測元件係耦接於所述右耦接點及所述最下耦接點之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的質量流量控制器的熱感測器，其中所述上游管件部位係(i)被耦接到所述彎管件部位的一第一端部，以及(ii)經調適以接收在一第一方向中的氣體流動；以及所述下游管件部位係(i)被耦接到所述彎管件部位的一第二端部，以及(ii)經調適以接收在一第二方向中的氣體流動，所述第二方向大體上與所述第一方向相反；以及所述毛細管大體上包含有U形形狀。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的質量流量控制器的熱感測器，其中，所述上游管件部位進一步包含有一個入口區段以及一個上游管件部位主要區段；所述下游管件部位進一步包含有一個出口區段以及一個下游管件部位主要區段；所述彎管件部位、入口區段以及出口區段的一個溫度係等於一第一溫度，所述第一溫度大體上是固定不變的；以及所述上游以及下游管件部位主要區段的一溫度係包含有一第二溫度，所述第二溫度係不同於所述第一溫度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的質量流量控制器的熱感測器，其中該第一溫度大體上等於環境溫度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的質量流量控制器的熱感測器，其更包含有，一第一加熱器，所述第一加熱器係被耦接到介於所述第一對熱感測元件之間的上游管件部位；以及一第二加熱器，所述第二加熱器係被耦接到所述下游管件部位且大體上相對於第一加熱器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的質量流量控制器的熱感測器，其更包含有一個差動放大器，其中所述差動放大器係經調適以(i)從所述第一以及第二對感測元件接收至少一個訊號，以及(ii)輸出一個差動放大器訊號，所述差動放大器訊號包含有一個大體上與流動通過所述毛細管之流體流率成比例的電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的質量流量控制器的熱感測器，其中由所述差動放大器所輸出的差動放大器訊號大致上不會受到越過所述第一對熱感測元件及第二對熱感測元件之正交以及縱向的溫度梯度的影響。
  8. 一種操作質量流量控制器的方法，其包含有，接收在越過至少包含第一上游感測元件及位於該第一上游感測元件之下游的第一對熱感測元件第一方向之中的流體流動；接收在越過至少包含第二上游感測元件及位於該第二上游感測元件之下游的第二對熱感測元件第二方向之中的流體流動；接收越過所述第一對熱感測元件以及第二對熱感測元 件之至少其中之一的一縱向熱梯度；接收越過所述第一對熱感測元件以及第二對熱感測元件之至少其中之一的一正交熱梯度；以及輸出一質量流率訊號，所述質量流率訊號大致上不會受到縱向以及正交熱梯度的影響；所述第一及第二對熱感測元件互相耦接而形成包含最上耦接點、右耦接點、最下耦接點及左耦接點之橋接電路，所述第一上游感測元件係耦接於所述左耦接點及所述最下耦接點之間，所述第一下游感測元件係耦接於所述左耦接點及所述最上耦接點之間，所述第二上游感測元件係耦接於所述最上耦接點及所述右耦接點之間，而且所述第二下游感測元件係耦接於所述右耦接點及所述最下耦接點之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中，所述縱向熱梯度會引發越過所述第一對熱感測元件的溫度變化；所述縱向熱梯度會引發越過所述第二對熱感測元件的溫度變化，越過該第二對熱感測元件的溫度的變化大致上等於越過所述第一對熱感測元件的溫度變化；以及進一步包括有，藉著在所述第二對熱感測元件中之溫度的增加及減少的其中之一抵消掉在所述第一對熱感測元件中之溫度的增加及減少的另外其中之一，所述的溫度的增加以及減少係由所述縱向熱梯度所造成的。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中，所述的至少一個第一以及第二熱感測元件每個都包含有一對熱感測元件；所述正交熱梯度係引發一個介於所述第一上游熱感測元件與所述第二下游熱感測元件之間的微差溫度幅度；以及所述正交熱梯度係引發一個介於所述第二上游熱感測元件與所述第一下游熱感測元件之間的微差溫度幅度。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其更包括有，抵消掉介於第一以及第二上游熱感測元件與第一以及第二下游熱感測元件之間的微差溫度幅度，所述抵消係包含有(i)以第二下游熱感測元件的溫度變化與第一上游熱感測元件的溫度變化相加以及相減的其中之一，用以獲得正值及負值第一正交梯度溫度變化的其中之一，(ii)以第二上游熱感測元件的溫度變化與第一下游熱感測元件的溫度變化相加以及相減的其中另外之一，用以產生正值及負值第二正交梯度溫度變化的其中另外之一，以及(iii)結合第一正交梯度溫度變化與第二正交梯度溫度變化。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其更包括有，產生一第一訊號，所述第一訊號係由所述第一對熱感測元件產生；產生一第二訊號，所述第二訊號係由所述第二對熱感測元件產生；以及藉著所述差動放大器接收第一以及第二訊號。
  13. 一種質量流量控制器，其係包含有，一個主要流動線路；一個熱感測器，其係包括有，一個具有一u形形狀剖面的毛細管，所述毛細管包含有一個耦接到所述主要流動線路的上游管件部位以及一個耦接到所述主要流動線路之大致上平行的下游管件部位，其中，所述下游管件部位係坐落在離開所述上游管件部位的一第一距離處；以及一個第一對熱感測元件，偶接於所述上游管件部位，且包含第一上游感測元件及第一下游感測元件；一個與第一熱感測元件大致相對方向之第二對熱感測元件，偶接於所述上游管件部位，且包含第二上游感測元件及第二下游感測元件；一差動放大器，所述差動放大器係經調適以(i)接收由所述第一對熱感測元件及所述第二對熱感測元件之至少一個訊號以及(ii)輸出一差動放大器訊號，所述差動放大器訊號包含有一大體上與流動通過所述毛細管之流體的流率成比例的電壓，其中所述差動放大器訊號不會受到正交以及縱向的溫度梯度的影響；所述第一及第二對熱感測元件互相耦接而形成包含最上耦接點、右耦接點、最下耦接點及左耦接點之橋接電路，所述第一上游感測元件係耦接於所述左耦接點及所述最下耦接點之間，所述第一下游感測元件係耦接於所述左耦接點及所述最上耦接點之間，所述第二上游感測元件係耦接 於所述最上耦接點及所述右耦接點之間，而且所述第二下游感測元件係耦接於所述右耦接點及所述最下耦接點之間。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的質量流量控制器，其中，所述第一對熱感測元件及第二對熱感測元件包含有一個溫差電堆感測器。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的質量流量控制器，其中，所述第一距離係進一步使得所述差動放大器訊號不會受到縱向溫度梯度的影響。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的質量流量控制器，其更包括有一對加熱器，其中一第一加熱器係被耦接到介於第一對熱感測元件之間的上游管件部位，以及一第二加熱器係被相對地耦接到介於第二對熱感測元件之間的下游管件部位。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的質量流量控制器，其中，所述至少一個感測元件係包含有至少二個感測元件；如由所述第一對熱感測元件及第二對熱感測元件其中之一所測量到之正交溫度梯度所造成的一第一溫度變化係被由所述第一對熱感測元件及第二對熱感測元件其中另一個所測量到的一第二溫度改變所抵消。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的質量流量控制器，其中， 所述第二對熱感測元件係配置成用以抵消由第一對熱感測元件所記錄的任何溫度變化，所述溫度的變化係由於一縱向的溫度梯度所造成的；所述第一下游感測元件係被配置成用以抵消由所述第二上游感測元件所記錄的任何溫度變化，所述溫度的變化係由於一正交的溫度梯度所造成的；以及所述第二下游感測元件，其係配置成用以抵消由所述第一上游感測元件所記錄的任何溫度變化，所述溫度的變化係由於一正交的溫度梯度所造成的。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的質量流量控制器，其更包括有，一個裝置，其係經調適以將質量流量控制器之至少一個部位的溫度設定在大約等於一個環境溫度。
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