專利名稱：可變壓力調(diào)節(jié)流動(dòng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制加壓流體流動(dòng)的系統(tǒng)和方法，更具體的說，本發(fā)明涉及這樣一種系統(tǒng)和方法，它能夠?qū)碜愿邏?、可變壓力?或未知壓力源的流體流動(dòng)實(shí)現(xiàn)精確控制。
背景技術(shù)：
在許多領(lǐng)域，必須提供精確數(shù)量的加壓流體。所提供的流體數(shù)量通常通過調(diào)節(jié)流體流動(dòng)來控制。流體流動(dòng)獨(dú)立于導(dǎo)管尺寸和供給壓力等，并且通過控制流動(dòng)速率來保證按需要輸運(yùn)精確數(shù)量的流體。
本發(fā)明在控制以相對(duì)低速流動(dòng)的氣體方面具有特別的重要性。本發(fā)明也可應(yīng)用于其它方面，如液體流動(dòng)或流速相對(duì)較高的情況。本發(fā)明的范圍應(yīng)該參照所附的權(quán)利要求確定，而不是由下面的詳細(xì)描述確定。
需要精確控制所提供的氣體數(shù)量的一個(gè)例子是在將氣體提供給病人時(shí)。在這種情況，混合有空氣的氣體通過呼吸器提供給病人以得到理想的效果。如果供給病人的氣體過少，可能得不到理想的效果。在另一方面，如果提供給病人的氣體過多，可能使病人中毒。另一些需要精確控制所提供的氣體數(shù)量的例子包括科學(xué)和醫(yī)學(xué)試驗(yàn)、工業(yè)過程和潛水用的呼吸器。
保持氣體恒定流動(dòng)的一個(gè)最主要的障礙是供給氣體的壓力可能是未知或者可變的。通常情況中，加壓氣體源是加壓儲(chǔ)存罐或壓縮機(jī)。由這些源供給的流體的壓力可能有很大的波動(dòng)。例如，在加壓儲(chǔ)存罐內(nèi)的氣體數(shù)量減少后，從罐中流出的流體壓力會(huì)減小。因此，在很多氣體流動(dòng)很重要的系統(tǒng)中，為了保持流速在預(yù)定的限度內(nèi)，必須測(cè)量和監(jiān)測(cè)流速，如果必要，還需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
相關(guān)技術(shù)授予本專利申請(qǐng)人的U.S.專利No.4,015,626披露了一種保持恒定流速的閥門組件。這個(gè)閥門組件包括限定了上游室和下游室的外殼，放置在這些室之間的可移動(dòng)壁組件，位于下游室中起到可移動(dòng)壁作用的彈簧，位于上游室使得其控制桿與可移動(dòng)壁接合的自行車式閥門(bicycle valve)，和位于兩個(gè)室之間的高阻盤管。在下游室中的壓力變化允許可移動(dòng)壁移動(dòng)并且操縱自行車式閥門控制桿打開或關(guān)閉自行車式閥門來控制流經(jīng)閥門組件的流體流動(dòng)。調(diào)節(jié)器室彈簧可以得到不同的流動(dòng)速率。管道系統(tǒng)起到減壓約束的作用并用來平均流經(jīng)其中的流體流速。
專利‘626所披露的閥門組件相對(duì)較復(fù)雜并且制造成本較高。另外，在確定可得到的流速范圍時(shí)通過高阻管道的壓降起到了重要的作用。改變通過管道的壓降以得到不同流速范圍將很困難，這是因?yàn)楸仨殤?yīng)用不同的管道(即改變長度或通道尺寸)。所提供的高阻管道的長度使得系統(tǒng)相對(duì)較大并且增加了失效的可能性。而且這種閥門組件設(shè)計(jì)為只操作在低壓(80到150psi)情況中。
在2000年2月22日授予本專利申請(qǐng)人的U.S.專利No.6,026,849也披露了一種用高壓、可變壓力和/或未知壓力源操作的流動(dòng)調(diào)節(jié)控制器。專利′849中所披露的系統(tǒng)和方法解決了一些以恒定速率供應(yīng)流體(特別是氣體)的問題。
但是，存在改善諸如專利′849中所披露的流體調(diào)節(jié)控制器的必要，從而使得這種技術(shù)可應(yīng)用于特殊的環(huán)境中。
附圖的簡要說明

圖1是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的流動(dòng)控制器的第一個(gè)實(shí)施例的端面正視圖；圖2是沿圖1線2-2第一個(gè)實(shí)施例流動(dòng)控制器的剖面圖；圖3是放大了的剖面圖，給出了圖2繪出的第一個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)控制器的細(xì)節(jié)；圖4是沿圖2線4-4第一個(gè)實(shí)施例流動(dòng)控制器的剖面圖；圖5是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的流動(dòng)控制器的第二個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖6A是剖面圖，給出了圖5繪出的流動(dòng)控制器第二個(gè)實(shí)施例輸入級(jí)的細(xì)節(jié)；圖6B是剖面圖，給出了圖5繪出的流動(dòng)控制器第二個(gè)實(shí)施例輸出級(jí)的細(xì)節(jié)；圖7是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的流動(dòng)控制器的第三個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖8是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的流動(dòng)控制器的第四個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖9是用于和圖8的流動(dòng)控制器相連接的控制系統(tǒng)簡圖；圖10是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的流動(dòng)控制器的第五個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖11是用于和圖10的流動(dòng)控制器相連接的控制系統(tǒng)簡圖；圖12是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的流動(dòng)控制器的第六個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖13是用于和圖12的流動(dòng)控制器相連接的控制系統(tǒng)簡圖；優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述第一個(gè)實(shí)施例現(xiàn)在參考圖1，圖中所繪的20是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的流動(dòng)控制器系統(tǒng)。第一個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)控制器系統(tǒng)20可以用相對(duì)低的成本制造，并且可以根據(jù)所期望的輸入壓力范圍和理想的流動(dòng)速率范圍等因素將其設(shè)計(jì)為可可靠運(yùn)行的多種結(jié)構(gòu)。
示意的流動(dòng)控制器系統(tǒng)20包括由第一端件24、第二端件26和中間件28組成的外殼組件22以及第一和第二隔膜件30和32。第一和第二端件24和26用螺栓34與中間件28相連接構(gòu)成了外殼組件22。在這樣裝配后，第一隔膜件30位于第一上部件24和中間件28之間，它們限定了輸入室40和第一調(diào)節(jié)器室42。第二隔膜件32位于第二上部件26和中間件28之間，它們限定了輸出室44和第二調(diào)節(jié)器室46。
現(xiàn)在參考圖4，可以看出通過對(duì)示意的中間件28的磨制限定了第一和第二端腔50和52。示意的第一和第二端腔50和52彼此相似并且都包括外部54、螺紋中間部分56和內(nèi)部58。
第一和第二閥門組件60和62分別大致放置在第一和第二端腔50和52內(nèi)。除了尺寸上的差別，示意的閥門組件60和62在構(gòu)造上相似。
特別地，第一閥門組件60包括第一閥座件70、第一O形環(huán)72、第一閥桿組件74和第一閥門彈簧76。第二閥門組件62包括第二閥座件80、第二O形環(huán)82、第二閥桿組件84和第二閥門彈簧86。
第一和第二閥座件70和80通過螺紋分別連接到第一和第二端腔50和52的螺紋部分56。利用閥座件70和80將O形環(huán)72和82保持在端腔50和52的螺紋部分56內(nèi)。這樣放置在第一端腔50螺紋部分56內(nèi)的第一O形環(huán)72用來防止腔體50螺紋部分56和內(nèi)部58之間的流體流動(dòng)。類似放置在第二端腔52螺紋部分56內(nèi)的第二O形環(huán)82用來防止腔體52螺紋部分56和內(nèi)部58之間的流體流動(dòng)。
示意閥桿組件74和84完全一樣并且都包括桿件90和閥門件92。示意桿件90為T形部件，它的十字條嵌入閥門件92。
閥桿組件74和84的桿件90穿過分別形成在閥座件70和80內(nèi)的第一和第二閥桿孔110和112，并且由這些孔支撐。另外，閥桿組件74和84的閥門件92放置在靠近形成在閥座件70和80的閥座表面114和116的附近。
閥桿組件74和84相對(duì)于閥座件70和80移動(dòng)較短一段距離，使得閥門件96嵌入或脫離閥座表面114和116。當(dāng)閥門件96從閥座表面114和116脫離時(shí)，允許流體流過分別形成在閥座件70和80內(nèi)的第一和第二閥門通道120和122。但是，當(dāng)閥門件96嵌入閥座表面114和116時(shí)，防止流體流過第一和第二閥門通道120和122。
第一和第二閥門彈簧76和86分別放置在第一和第二端腔50和52的內(nèi)部58內(nèi)，從而將閥桿組件74和84的閥門件92向閥座表面114和116偏置。
閥門組件60和62一般是閉合閥門。另外，閥門組件60和62在響應(yīng)施加給閥桿組件74和84上部件124和126的第一和第二閥門控制力時(shí)幾乎線性打開。
閥桿組件74和84的上部件124和126位于輸入室40和44內(nèi)。輸入室40和44內(nèi)的第一和第二閥門板130和132分別位于閥桿上部件124和126與第一和第二隔膜件30和32之間。第一和第二活塞件140和142位于第一和第二調(diào)節(jié)器室42和46內(nèi)，它們?cè)诘谝缓偷诙裟ぜ?0和32與第一和第二閥門板130和132相對(duì)的另一側(cè)。第一和第二調(diào)節(jié)器室彈簧144和146也位于第一和第二調(diào)節(jié)器室42和46內(nèi)，通過隔膜件30和32將第一和第二活塞件140和142向閥門板130和132偏置。隔膜件30和32是柔性的，因此允許施加到活塞件140和142上的力傳遞給閥門板130和132。
現(xiàn)在返回來參考外殼組件22的結(jié)構(gòu)，圖3示出了在入口室40和第二端腔52的內(nèi)部58之間延伸的連接通道150。因此，在第二閥門組件62打開的時(shí)候流體可以通過第二閥門組件62從入口室40流到出口室42。
圖4用虛線表示出了從入口154伸展到第一端腔50內(nèi)部58的入口通道152。因此，在第一閥門組件62打開的時(shí)候流體可以通過第一閥門組件62從入口154流到入口室42。
圖3和圖4示出了允許流體從出口室42經(jīng)過節(jié)流室160流到出口通道158的節(jié)流通道156。節(jié)流件162位于節(jié)流室160內(nèi)。出口通道158反過來允許流體通過節(jié)流件162從節(jié)流通道156流到出口164。
圖4還示出了第一和第二采樣通道170和172，它們分別允許流體從出口通道158流到第一和第二調(diào)節(jié)器室42和46。
圖4進(jìn)一步示出了節(jié)流室160是通過一個(gè)在中間件28內(nèi)磨制得到的檢查孔180形成。檢查孔180上開有螺紋，從而允許細(xì)長塞182連接到中間件28上。塞182限定了一個(gè)塞室184，通過它流體可以從節(jié)流通道156流到節(jié)流室160。第一塞內(nèi)O形環(huán)186的放置確保從節(jié)流通道156流出的流體只經(jīng)過節(jié)流室160內(nèi)的節(jié)流件162。第二O形環(huán)188的放置防止流體經(jīng)過檢查孔180流出系統(tǒng)20。
在應(yīng)用中，流體從入口154按下面所述沿主流體通道流到出口164在入口154的流體經(jīng)過入口通道152流進(jìn)入口室40；然后入口室40內(nèi)的流體經(jīng)過第一閥門組件60、連接通道150和第二閥門組件62流到出口室44；然后出口室44內(nèi)的流體經(jīng)過節(jié)流通道156、節(jié)流室160內(nèi)的節(jié)流件162和出口通道158流到出口164。
出口通道158內(nèi)的流體經(jīng)過采樣通道170和172流到第一和第二調(diào)節(jié)器室42和46。在調(diào)節(jié)器室42和46內(nèi)的流體壓力和由調(diào)節(jié)器室彈簧144和146施加的偏置力的組合建立了控制力，這些控制力控制閥門組件以保持流體以幾乎恒定的流動(dòng)速率通過流動(dòng)控制器20，并且?guī)缀跖c上游和下游的壓力變化無關(guān)。
再回來參考圖2，圖中繪出的190是壓力調(diào)節(jié)組件，用來調(diào)節(jié)由第二調(diào)節(jié)器室彈簧146施加給第二閥桿組件84的上部件126的控制力。壓力調(diào)節(jié)組件180可以調(diào)節(jié)流體流經(jīng)系統(tǒng)20的流動(dòng)速率。盡管示意的壓力調(diào)節(jié)組件180是手動(dòng)操作，也可以用動(dòng)力推動(dòng)的壓力調(diào)節(jié)組件，就象下面將要討論的那樣，這可以允許遙控和/或自動(dòng)控制流動(dòng)速率。
外殼組件22的設(shè)計(jì)允許在不同的環(huán)境中很容易構(gòu)造流動(dòng)控制器系統(tǒng)20。特別地，作為相對(duì)復(fù)雜部件的中間件28可以以標(biāo)準(zhǔn)形式制造。通過適當(dāng)?shù)剡x擇第一和第二閥座件70和72以及節(jié)流件162可以為特定的環(huán)境設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)中間件28。
可以制造出不同形式的閥座件，每個(gè)閥座件具有不同有效橫截面積的閥門通道。對(duì)給定的第一或第二閥座件，根據(jù)期望的上下游流體壓力范圍選擇閥門通道的有效橫截面積。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者將對(duì)給定的環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)拈y座件。如果制造出兩種不同的、具有不同橫截面積的閥座件，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以從四種流體控制器系統(tǒng)的有效結(jié)構(gòu)中選擇。更多的閥座件將提供更多的流體控制器系統(tǒng)的有效結(jié)構(gòu)。
節(jié)流件162在節(jié)流通道156和出口通道158之間建立預(yù)定壓力降。壓力降的幅度可以通過選擇不同的節(jié)流件和/或利用兩個(gè)或多個(gè)節(jié)流件的不同組合來改變。因此本發(fā)明流動(dòng)控制器系統(tǒng)的特征可以通過適當(dāng)選擇節(jié)流件162來改變。
因此，流動(dòng)控制器系統(tǒng)20形成了具有普遍目的的流動(dòng)控制器，可以根據(jù)系統(tǒng)20應(yīng)用于不同的環(huán)境中很容易地將其實(shí)施于不同的結(jié)構(gòu)中。
第二個(gè)實(shí)施例現(xiàn)在參考圖5，圖中所繪的220是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的流動(dòng)控制器系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例。設(shè)計(jì)第二個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)控制器系統(tǒng)220使之根據(jù)期望的輸入壓力范圍和想要的流動(dòng)速率范圍等因素，能夠在多種結(jié)構(gòu)中可靠地運(yùn)行。盡管流動(dòng)控制器系統(tǒng)220可以應(yīng)用于多種環(huán)境中，在必須將對(duì)流體的污染最小化的清潔的環(huán)境中它有特殊的重要性。
示意的流動(dòng)控制器系統(tǒng)220包括由第一上部件222、第二上部件226和基底或中間件228組成的外殼組件222以及第一和第二隔膜組件230和232。
隔膜組件230和232彼此相似，都包括第一和第二隔膜件234和235。第一隔膜組件230還包括第一隔膜片236和第一隔膜套237；第二隔膜組件232還包括第二隔膜片238和第二隔膜套239。
隔膜件234和235焊接在隔膜片238和239上。在隔膜件235固定在隔膜套237和239以及中間件224之間的同時(shí)，隔膜件234還焊接到隔膜套237和239上。第一和第二上部件224和226通過螺紋結(jié)構(gòu)連接到基底件228上從而構(gòu)成了外殼組件222。
這樣組裝后，第一隔膜組件230限定了輸入室240和第一調(diào)節(jié)器室242。第二隔膜組件232限定了輸出室244和第二調(diào)節(jié)器室246。利用焊接和密封保證在這里描述的各種室中的流體流動(dòng)只在下面所限定的通道和流道內(nèi)流動(dòng)。
通過磨制示意的基底件228限定了第一和第二端腔250和252。示意的第一和第二腔250和252彼此相似并且都包括帶螺紋的外部254。帶螺紋的中間部分256和內(nèi)部258。
第一和第二閥門組件260和262分別幾乎放置在第一和第二端腔250和252內(nèi)。除了下面所指出的尺寸上的差別，示意的閥門組件260和262在結(jié)構(gòu)上相似。
特別地，第一閥門組件260包括第一閥座件270，第一O形環(huán)272，第一閥桿組件274和第一閥門彈簧276。第二閥門組件262包括第二閥座件280，第二O形環(huán)282，第二閥桿組件284和第二閥門彈簧286。
第一和第二閥座件270和280分別通過螺紋連接到第一和第二端腔250和252的螺紋部分256上。O形環(huán)272和282通過閥座件70和80保持在端腔50和52的螺紋部分內(nèi)。因此第一O形環(huán)72放置在第一端腔250的螺紋部分256內(nèi)以防止流體在腔250的螺紋部分256和內(nèi)部258之間流動(dòng)。與此類似，第二O形環(huán)282放置在第二端腔252的螺紋部分256內(nèi)以防止流體在腔252的螺紋部分256和內(nèi)部258之間流動(dòng)。
示意的閥桿組件274和284完全相同并且都包括桿件290和閥門件292。示意的桿件290為T形部件，它的十字條鑲嵌在閥門件292內(nèi)。
閥桿組件274和284的桿件290穿過分別形成在閥座件370和380內(nèi)的第一和第二閥桿孔310和312，并且由這些孔支撐。另外，閥桿組件274和284的閥門件292放置在靠近形成在閥座件270和280的閥座表面314和316的附近。
閥桿組件274和284相對(duì)于閥座件270和280移動(dòng)較短一段距離，使得閥門件296嵌入或脫離閥座表面314和316。當(dāng)閥門件296從閥座表面314和316脫離時(shí)，允許流體流過分別形成在閥座件270和280內(nèi)的第一和第二閥門通道320和322。但是，當(dāng)閥門件296嵌入閥座表面314和316時(shí)，可防止流體流過第一和第二閥門通道320和322。
第一和第二閥門彈簧276和286分別放置在第一和第二調(diào)節(jié)器室242和246內(nèi)。如下面將要詳細(xì)描述的，閥門彈簧276和286將閥桿組件274和284的閥門件292向閥座表面314和316偏置。
閥門組件260和262一般是閉合閥門。另外，閥門組件260和262在響應(yīng)施加給閥桿組件274和284的上部324和326的第一和第二閥門控制力時(shí)幾乎線性打開。
閥桿組件274和284的上部324和326位于輸入室240和244內(nèi)并且分別和隔膜片236和238剛性連接。隔膜片236和238依次與位于第一和第二調(diào)節(jié)器室242和246中的第一和第二調(diào)節(jié)器板330和332連接。
第一和第二調(diào)節(jié)器室彈簧340和342也位于調(diào)節(jié)器室242和246內(nèi)，用來通過閥門彈簧276和286將第一和第二調(diào)節(jié)器板340和342向隔膜片235和238偏置。
因此第一調(diào)節(jié)器板330、第一隔膜片238和第一閥門件274剛性地互相連接以形成第一滑動(dòng)組件344。與之類似，第二調(diào)節(jié)器板332、第二隔膜片239和第二閥門件284剛性地互相連接以形成第二滑動(dòng)組件346。
滑動(dòng)組件344和346由形成在閥座件370和380內(nèi)的第一和第二閥桿孔310和312、隔膜件234和236，閥門彈簧276和286以及第一和第二調(diào)節(jié)器室彈簧340和342懸掛起來。隔膜件234和236以及彈簧276、286、340和342是柔性的從而允許滑動(dòng)組件344和346移動(dòng)。另外，閥門件274和284相對(duì)于閥座件370和380滑動(dòng)。因此，滑動(dòng)組件344和346在外殼組件222中移動(dòng)使得施加在隔膜件234和236上的力可打開和關(guān)閉閥門組件260和262。
參考圖5，連接通道350在入口室240和第二端腔252的內(nèi)部258之間延伸。因此當(dāng)?shù)诙y門組件262打開時(shí)流體可以從入口室240經(jīng)過第二閥門組件262流到出口室242。
入口通道352從入口354延伸到第一端腔250的內(nèi)部258。因此當(dāng)?shù)谝婚y門組件262打開時(shí)流體可以從入口354經(jīng)過第一閥門組件262流到入口室240。
節(jié)流通道356允許流體從出口室242經(jīng)過節(jié)流室360流到出口通道358。節(jié)流件362位于節(jié)流室360中。出口通道358允許流體從節(jié)流通道356經(jīng)過節(jié)流件362流到出口364。
第一旁路通道370形成在隔膜片238內(nèi)以允許流體從入口室240流到由第一隔膜組件230和外殼組件222所限定的第一旁路室372內(nèi)。第二旁路通道374形成在基底件224內(nèi)以允許流體從第一旁路室372內(nèi)流到由第二隔膜組件232和外殼組件222所限定的第二旁路室246內(nèi)。采樣通道378連接出口通道358和第二旁路室374。旁路件380位于第一旁路通道370內(nèi)以在入口室240和第一旁路室372之間產(chǎn)生壓力差。
在應(yīng)用時(shí)，將流體引入入口354，然后流體按下面所述沿著主流動(dòng)通道流經(jīng)系統(tǒng)220。在入口354內(nèi)的流體通過入口通道252流進(jìn)入口室240內(nèi)。然后流體從入口室240經(jīng)過第一閥門組件260、連接通道250和第二閥門組件262流到出口室242。在出口室242內(nèi)的流體然后通過節(jié)流通道356、節(jié)流室360內(nèi)的節(jié)流件362和出口通道358流到出口364。
在入口室240內(nèi)的一小部分流體沿著旁路通道經(jīng)過第一旁路通道370內(nèi)的旁路件278流進(jìn)第一旁路室372。這部分流體繼續(xù)沿著旁路通道經(jīng)過第二旁路通道374流進(jìn)第二旁路室376。然后流體繼續(xù)沿著旁路通道從第二旁路室376經(jīng)過采樣通道378流到出口通道358。
因此在第一和第二旁路室372和376內(nèi)的壓力與出口通道358內(nèi)的壓力一樣。在旁路室372和376內(nèi)的流體壓力與調(diào)節(jié)器室彈簧344和346施加的偏置力的組合建立了控制力，以控制閥門組件260和262大致在流體通過流動(dòng)控制器20時(shí)保持幾乎恒定的流體流速，而幾乎與上游和下游的壓力變化無關(guān)。但是，由于在系統(tǒng)220的正常操作時(shí)一小部分流體將沿著旁路通道流動(dòng)，流體不會(huì)在旁路室或者旁路通道中積聚。
參考圖5，所繪出的390是壓力調(diào)節(jié)組件，用來調(diào)節(jié)由第二調(diào)節(jié)器室彈簧346施加給第二閥桿組件284的控制力。壓力調(diào)節(jié)組件390允許調(diào)節(jié)流經(jīng)系統(tǒng)220的流體流速。盡管示例中的壓力調(diào)節(jié)組件390是人工操縱的，可以應(yīng)用動(dòng)力操縱的壓力調(diào)節(jié)組件以允許遙控和/或自動(dòng)控制流動(dòng)速率。
外殼組件222的設(shè)計(jì)使得流動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)220適用于以下情況，即可避免彈簧和受控流體的接觸并且在系統(tǒng)220內(nèi)的任何地方都不允許聚集流體。
按上面描述的系統(tǒng)20，可以制造出不同形式的閥座件，每個(gè)閥座件具有不同有效橫截面積的閥門通道。對(duì)給定的第一或第二閥座件，根據(jù)期望的上下游流體壓力范圍選擇閥門通道的有效橫截面積。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者將針對(duì)給定的環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)拈y座件。如果制造出兩種不同的、具有不同橫截面積的閥座件，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以從四種流體控制器系統(tǒng)的有效結(jié)構(gòu)中選擇。更多的閥座件將提供更多的流體控制器系統(tǒng)的有效結(jié)構(gòu)。另外，系統(tǒng)20的閥座件可以與用于系統(tǒng)220中的閥座件相同。
節(jié)流件362在節(jié)流通道356和出口通道358之間產(chǎn)生預(yù)定壓降。這個(gè)壓降的幅度可以通過選擇不同的節(jié)流件和/或以多種組合利用兩個(gè)或更多個(gè)節(jié)流件來改變。因此可以通過適當(dāng)選擇節(jié)流件362來改變本發(fā)明流動(dòng)控制系統(tǒng)的特征。
第三個(gè)實(shí)施例現(xiàn)在參考圖7，圖中所繪的420是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的另一個(gè)示意流動(dòng)控制器系統(tǒng)。第三個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)控制系統(tǒng)420與上面描述的流動(dòng)控制系統(tǒng)220相似。為了簡單明了，將主要描述流動(dòng)控制系統(tǒng)420與流動(dòng)控制系統(tǒng)220不同的部分。
流動(dòng)控制系統(tǒng)420的設(shè)計(jì)使得可以通過電力控制它，所以可以遙控操作系統(tǒng)420和/或?qū)⑵渥鳛橐粋€(gè)具有集中控制器的較大系統(tǒng)的一部分。
示意的流動(dòng)控制器系統(tǒng)420包括由第一上部件424、第二上部件426和基底或中間件428組成的外殼組件422以及第一和第二閥門組件430和432。第一和第二上部件424和426通過螺紋連接到基底件428上以形成外殼組件422。
第一和第二閥門組件430和432分別放置在由外殼組件422所限定的第一和第二調(diào)節(jié)器室434和436下面。示意的閥門組件430和432在結(jié)構(gòu)上相似并且都包括閥門彈簧440、閥門件442和閥座表面444。閥門彈簧440將閥門件442向閥座表面444偏置使得在通常情況下閥門組件430和432閉合。
在響應(yīng)施加給第一和第二調(diào)節(jié)器板450和452的第一和第二閥控制力時(shí)，閥門組件430和432幾乎線性打開。調(diào)節(jié)器板450和452懸掛于調(diào)節(jié)器室434和436內(nèi)的閥門彈簧440與第一和第二調(diào)節(jié)器室彈簧454和456之間。調(diào)節(jié)器室彈簧454和456抵抗閥門彈簧440的力偏置閥門組件430和432使其打開。
在應(yīng)用時(shí)，將流體引入入口460，然后流體按下面所述沿著主流動(dòng)通道流經(jīng)系統(tǒng)420到出口462。一小部分流體流經(jīng)旁路通道使得沿旁路通道的流體壓力與調(diào)節(jié)器室彈簧454和456施加的偏置力的組合建立了控制力，以控制閥門組件430和432大致在流體通過流動(dòng)控制器20時(shí)保持幾乎恒定的流體流速。在正確的條件下，流體流過流動(dòng)控制器20的速率幾乎與上游和下游的壓力變化無關(guān)。
在示意的系統(tǒng)420中，施加給閥門組件432的控制力至少一部分由控制系統(tǒng)470產(chǎn)生，控制系統(tǒng)470的一部分固定在第二上部件426上。特別地，控制系統(tǒng)470包括電機(jī)組件472、執(zhí)行件474和外殼476。外殼476將電機(jī)組件472支撐在第二調(diào)節(jié)器室436上。執(zhí)行件474的螺紋部分穿過第二上部件426中的執(zhí)行件螺紋孔478。執(zhí)行件474與第二調(diào)節(jié)器板452接合并且對(duì)調(diào)節(jié)器板452施加與第二調(diào)節(jié)器室彈簧456所施加的力相反的控制力。
執(zhí)行件474與電機(jī)組件472可操作地連接使得電機(jī)組件472的運(yùn)行導(dǎo)致執(zhí)行件474的軸向旋轉(zhuǎn)。執(zhí)行件474與執(zhí)行件螺紋孔478接合使得件474的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為件474朝向或遠(yuǎn)離第二調(diào)節(jié)器板452的軸向位移。因此電機(jī)組件472的操作可能增加或者減少施加給調(diào)節(jié)器板452的控制力。
從前面關(guān)于流動(dòng)控制器系統(tǒng)220的討論很明顯看出，施加給調(diào)節(jié)器板452的控制力的增加或減小可以改變流體沿主流動(dòng)通道穿過控制器420的流速。
電機(jī)組件472是或者可以是傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)，它通過用戶設(shè)定點(diǎn)輸入信號(hào)控制，導(dǎo)致執(zhí)行件474的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)用戶設(shè)定點(diǎn)信號(hào)處于想要的值時(shí)，系統(tǒng)420將保持對(duì)應(yīng)于想要值的恒定流動(dòng)速率。如果用戶設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的值變化成第二個(gè)想要的值，流經(jīng)系統(tǒng)420的流體流動(dòng)將改變?yōu)閷?duì)應(yīng)于第二個(gè)想要值的第二流動(dòng)速率。
因此，產(chǎn)生用戶設(shè)定點(diǎn)信號(hào)的控制器可以根據(jù)需要在給定的時(shí)間點(diǎn)改變想要的流速。一旦設(shè)定了想要的流速，即使上下游的壓力改變，系統(tǒng)420仍將象上面所描述的系統(tǒng)220那樣操作而保持恒定流速。
示意的電機(jī)組件472還包括旋轉(zhuǎn)編碼器，它產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于執(zhí)行件474角位置的轉(zhuǎn)動(dòng)位置輸出信號(hào)。轉(zhuǎn)動(dòng)位置輸出對(duì)控制器提供反饋，產(chǎn)生用戶設(shè)定點(diǎn)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)組件472更精確的控制。
第四個(gè)實(shí)施例現(xiàn)在參考圖8，圖中所繪的520是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的另一個(gè)示意流動(dòng)控制器系統(tǒng)。第四個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)控制系統(tǒng)520與上面描述的流動(dòng)控制系統(tǒng)220相似。為了簡單明了，將主要描述流動(dòng)控制系統(tǒng)520與流動(dòng)控制系統(tǒng)220不同的部分。
流動(dòng)控制系統(tǒng)520的設(shè)計(jì)使得可以通過電力控制它，所以可以遙控操作系統(tǒng)520和/或?qū)⑵渥鳛橐粋€(gè)具有集中控制器的較大系統(tǒng)的一部分。
示意的流動(dòng)控制器系統(tǒng)520包括由第一上部件524、第二上部件526和基底或中間件528組成的外殼組件522以及第一和第二閥門組件530和532。第一和第二上部件524和526通過螺紋連接到基底件528上以形成外殼組件522。
第一和第二閥門組件530和532分別至少部分地放置在由外殼組件522限定的調(diào)節(jié)器室534和調(diào)節(jié)器室536中。示意的閥門組件530包括閥門彈簧540、閥門件542和閥座表面544。閥門彈簧540將閥門件542向閥座表面544偏置使得在通常情況下閥門組件530閉合。示意的閥門組件532包括閥門件546和閥座表面548。當(dāng)閥門件546嵌入閥座表面548時(shí)閥門組件532閉合。
在響應(yīng)施加給調(diào)節(jié)器板550的控制力時(shí)，第一閥門組件530幾乎線性打開。調(diào)節(jié)器板550懸掛于調(diào)節(jié)器室534內(nèi)的閥門彈簧540和調(diào)節(jié)器室彈簧552之間。調(diào)節(jié)器室彈簧552抵抗閥門彈簧540的力偏置閥門組件530使其打開。
在應(yīng)用時(shí)，將流體引入入口560，然后流體按下面所述沿著主流動(dòng)通道流經(jīng)系統(tǒng)520流到出口562。一小部分流體流經(jīng)旁路通道通過在閥門組件上施加第一控制力來控制閥門組件530。沿著旁路通道流動(dòng)的流體壓力進(jìn)一步用來控制第二閥門組件532?？刂崎y門組件530和532使得在流體通過流動(dòng)控制器520時(shí)大致保持幾乎恒定的流體流速。在正確的條件下，流體流過流動(dòng)控制器520的速率幾乎與上游和下游的壓力變化無關(guān)。
特別地，示意的系統(tǒng)520還包括控制系統(tǒng)570?？刂葡到y(tǒng)570包括壓電執(zhí)行器572(圖8)和控制電路574(圖9)。傳統(tǒng)的壓電執(zhí)行器572包括根據(jù)施加給執(zhí)行器572的輸入576的執(zhí)行器控制信號(hào)沿著軸的軸向移動(dòng)的軸575。軸575與閥門件546連接所以軸575的移動(dòng)帶動(dòng)閥門件546。示意的執(zhí)行器572通過螺栓與構(gòu)成部分外殼組件522的套環(huán)件578結(jié)合并且通過第二上部件526保持在其位置上。
如圖9所示，控制電路574根據(jù)設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)壓力信號(hào)壓力1和壓力2產(chǎn)生執(zhí)行器控制信號(hào)。在校準(zhǔn)系統(tǒng)520時(shí)，對(duì)應(yīng)于通過系統(tǒng)520的流體流動(dòng)速率，控制電路574也產(chǎn)生標(biāo)度輸出信號(hào)。
在示意的流動(dòng)控制器系統(tǒng)520中，執(zhí)行器572和控制電路574形成機(jī)電反饋系統(tǒng)以代替上面描述的流動(dòng)控制器系統(tǒng)20、220和420中所應(yīng)用的機(jī)械反饋系統(tǒng)。
特別地，壓力信號(hào)壓力1和壓力2對(duì)應(yīng)于用在系統(tǒng)520中節(jié)流件580的上游和下游的壓力。壓力1和壓力2信號(hào)的差別是跨過節(jié)流件580的壓差。
在示意的系統(tǒng)520中，最好在幾個(gè)采樣位置中的任何一處對(duì)信號(hào)壓力1和壓力2采樣。這些采樣位置可以沿著旁路通道隔開布置，也可以在出口或其它類似位置。如果流體對(duì)污染敏感，傳感器要與主路和旁路流動(dòng)通道隔離開。
控制電路574包括一個(gè)由軟件程序控制的微處理器。在這種情況下，應(yīng)用適當(dāng)?shù)臄?shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器從而實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)與在微處理器中處理的數(shù)字信號(hào)以及命令之間的轉(zhuǎn)換，其中模擬信號(hào)為微處理器輔助部件所應(yīng)用。
控制電路574的另一種辦法是利用專門的模擬或數(shù)字/模擬混合電路直接實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生執(zhí)行器控制信號(hào)需要的算法和邏輯。到底應(yīng)用軟件控制的微處理器還是專用模擬或混合電路根據(jù)系統(tǒng)520的尺寸、花費(fèi)以及性能特征來確定。
在示意的系統(tǒng)520中，執(zhí)行器控制信號(hào)是用來控制壓電執(zhí)行器的模擬電壓，使之移動(dòng)閥門件546從而保持流體以設(shè)定點(diǎn)信號(hào)所確定的速率流經(jīng)系統(tǒng)520。
在某些環(huán)境中，上面描述過的應(yīng)用于流動(dòng)控制器20、220和420中的機(jī)械反饋系統(tǒng)將持續(xù)在閥門打開和關(guān)閉位置之間擺動(dòng)來保持恒定流體流動(dòng)。與之相反，流動(dòng)控制器520的控制系統(tǒng)570將操縱閥門組件532使之根據(jù)需要閉合、部分打開或完全打開以保持恒定流體流動(dòng)。閥門組件532能夠保持在部分打開位置的能力可以允許控制系統(tǒng)570存在于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，而不存在機(jī)械反饋系統(tǒng)中所遇到的擺動(dòng)。
在很多環(huán)境中，一個(gè)連續(xù)擺動(dòng)的閥門組件是可以接受的；在另外的環(huán)境中，優(yōu)選使閥門組件達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且系統(tǒng)520是可供選擇的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。
在一些情況中，控制電路574所執(zhí)行的算法可以獨(dú)立于流體溫度。在另外的情況中，可以監(jiān)測(cè)流體溫度來提高流經(jīng)系統(tǒng)520流體流動(dòng)的恒定性。特別地，示意的控制電路574可進(jìn)一步根據(jù)對(duì)應(yīng)于流經(jīng)系統(tǒng)520的流體溫度的溫度信號(hào)產(chǎn)生執(zhí)行器控制信號(hào)。溫度信號(hào)可以允許控制電路的算法將流經(jīng)系統(tǒng)520的流體狀態(tài)考慮在內(nèi)。流經(jīng)系統(tǒng)的流體狀態(tài)影響流體的流量和粘性。對(duì)流體狀態(tài)的了解在一些情況下進(jìn)行校準(zhǔn)可能很重要。
第五個(gè)實(shí)施例現(xiàn)在參考圖10，圖中所繪的620是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的另一個(gè)示意流動(dòng)控制器系統(tǒng)。第五個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)控制系統(tǒng)620與上面描述的流動(dòng)控制系統(tǒng)220相似。為了簡單明了，將主要描述流動(dòng)控制系統(tǒng)620與流動(dòng)控制系統(tǒng)220不同的部分。
流動(dòng)控制系統(tǒng)620的設(shè)計(jì)使得可以通過電力控制它，所以可以遙控操作系統(tǒng)620和/或?qū)⑵渥鳛橐粋€(gè)具有集中控制器的較大系統(tǒng)的一部分。
示意的流動(dòng)控制器系統(tǒng)620包括由第一上部件624、第二上部件626和基底或中間件628組成的外殼組件622以及第一和第二閥門組件630和632。第一和第二上部件624和626通過螺紋連接到基底件628上以形成外殼組件622。
第一和第二閥門組件630和632分別放置在由外殼組件622限定的第一和第二調(diào)節(jié)器室634和636下面。示意的閥門組件630包括閥門彈簧640、閥門件642和閥座表面644。閥門彈簧640將閥門件642向閥座表面644偏置使得在通常情況下閥門組件630閉合。示意的閥門組件632包括閥門件646和閥座表面648。當(dāng)閥門件646嵌入閥座表面648時(shí)閥門組件632閉合。
在響應(yīng)施加給第一調(diào)節(jié)器板650的第一閥門控制力時(shí)，第一閥門組件630幾乎線性打開。調(diào)節(jié)器板650懸掛于調(diào)節(jié)器室634內(nèi)的閥門彈簧640和調(diào)節(jié)器彈簧652之間。調(diào)節(jié)器彈簧652抵抗閥門彈簧640的力偏置閥門組件630使其處于打開的位置。
在應(yīng)用時(shí)，將流體引入入口660，然后流體按下面所述沿著主流動(dòng)通道流經(jīng)系統(tǒng)620到出口662。一小部分流體流經(jīng)旁路通道通過在閥門組件上施加第一控制力來控制閥門組件630。沿著旁路通道流動(dòng)的流體壓力進(jìn)一步用來控制第二閥門組件632。控制閥門組件630和632使得在流體通過流動(dòng)控制器620時(shí)大致保持幾乎恒定的流體流速。在正確的條件下，流體流過流動(dòng)控制器620的速率幾乎與上游和下游的壓力變化無關(guān)。
特別地，示意的系統(tǒng)620還包括控制系統(tǒng)670?？刂葡到y(tǒng)670包括螺線管執(zhí)行器672(圖10)和控制電路674(圖11)。傳統(tǒng)的螺線管執(zhí)行器672包括繞組676和根據(jù)施加給執(zhí)行器672的輸入680的執(zhí)行器控制信號(hào)沿著螺線管軸向移動(dòng)的螺線管件678。螺線管件678在第二調(diào)節(jié)器室636內(nèi)由螺線管彈簧682支撐。螺線管件678與閥門件646可操作地連接所以螺線管件678的移動(dòng)帶動(dòng)閥門件646。
如圖11所示，控制電路674根據(jù)設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)壓力信號(hào)壓力1和壓力2產(chǎn)生執(zhí)行器控制信號(hào)。在校準(zhǔn)系統(tǒng)620時(shí)，對(duì)應(yīng)于通過系統(tǒng)620的流體流動(dòng)速率，控制電路674也產(chǎn)生標(biāo)度輸出信號(hào)。
在示意的系統(tǒng)620中，最好在沿著旁路通道的采樣位置對(duì)信號(hào)壓力1和壓力2采樣以防止主流體流動(dòng)與產(chǎn)生信號(hào)壓力1和壓力2的壓力傳感器接觸。此外，如果流體對(duì)污染不敏感，可以在其它地方布置采樣位置，如將其直接布置在出口662。
在示意的流動(dòng)控制器系統(tǒng)520中，執(zhí)行器672和控制電路674形成機(jī)電反饋系統(tǒng)以代替上面描述的流動(dòng)控制器系統(tǒng)20、220和420中所應(yīng)用的機(jī)械反饋系統(tǒng)。
特別地，壓力信號(hào)壓力1和壓力2對(duì)應(yīng)于用在系統(tǒng)620中節(jié)流件690的上游和下游的壓力?？邕^節(jié)流件690的壓差用來控制閥門組件630和632。這些壓力可以在沿著旁路通道隔開布置的采樣位置處測(cè)量，也可以在出口或其它類似位置處測(cè)量。如果流體對(duì)污染敏感，傳感器要與主路和旁路流動(dòng)通道隔離開。
控制電路674可以包括一個(gè)由軟件程序控制的微處理器或者是專門的模擬或數(shù)字/模擬混合電路。軟件程序或者混合電路根據(jù)產(chǎn)生執(zhí)行器控制信號(hào)的需要執(zhí)行算法和邏輯。
在示意的系統(tǒng)620中，執(zhí)行器控制信號(hào)是穿過繞組676的模擬電流并且感生出螺線管件678的移動(dòng)，并因此根據(jù)需要移動(dòng)閥門件646從而保持流體以設(shè)定點(diǎn)信號(hào)所確定的速率流經(jīng)系統(tǒng)620。
類似于上面描述的流動(dòng)控制器系統(tǒng)520的控制系統(tǒng)570，流動(dòng)控制器620的控制系統(tǒng)670將操縱閥門組件632使之根據(jù)需要閉合、部分打開或完全打開以保持恒定流體流動(dòng)。閥門組件632能夠保持在部分打開位置的能力可以允許控制系統(tǒng)670存在于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，而不存在機(jī)械反饋系統(tǒng)中所遇到的擺動(dòng)。在某些環(huán)境中，優(yōu)選使閥門組件達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且系統(tǒng)620是可供選擇的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。
在一些情況中，控制電路674所執(zhí)行的算法可以獨(dú)立于流體溫度?？梢员O(jiān)測(cè)在示意系統(tǒng)620中的流體溫度來提高流體流動(dòng)的恒定性。特別地，示意的控制電路674可進(jìn)一步根據(jù)對(duì)應(yīng)于流經(jīng)系統(tǒng)620的流體溫度的溫度信號(hào)產(chǎn)生執(zhí)行器控制信號(hào)。溫度信號(hào)可以允許控制電路的算法將流經(jīng)系統(tǒng)620的流體狀態(tài)考慮在內(nèi)。
第六個(gè)實(shí)施例現(xiàn)在參考圖12，圖中所繪的720是根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明原理所構(gòu)造的另一個(gè)示意流動(dòng)控制器系統(tǒng)。第六個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)控制系統(tǒng)720與上面描述的流動(dòng)控制系統(tǒng)220相似。為了簡單明了，將主要描述流動(dòng)控制系統(tǒng)720與流動(dòng)控制系統(tǒng)220不同的部分。
流動(dòng)控制系統(tǒng)720的設(shè)計(jì)使得可以通過電力控制它，所以可以遙控操作系統(tǒng)720和/或?qū)⑵渥鳛橐粋€(gè)具有集中控制器的較大系統(tǒng)的一部分。
示意的流動(dòng)控制器系統(tǒng)720包括由第一上部件724、第二上部件726和基底或中間件728組成的外殼組件722以及第一和第二閥門組件730和732。第一和第二上部件724和726通過螺紋連接到基底件728上以形成外殼組件722。
第一和第二閥門組件730和732分別放置在由外殼組件722限定的第一和第二調(diào)節(jié)器室734和736下面。示意的閥門組件730包括閥門件740和閥座表面742。與之類似，示意的閥門組件732包括閥門件744和閥座表面746。當(dāng)閥門件740和744分別嵌入閥座表面742和746時(shí)閥門組件730和732閉合。
在應(yīng)用時(shí)，從入口760引入流體，然后流體按下面所述沿著主流動(dòng)通道流經(jīng)系統(tǒng)720到出口762。一小部分流體流經(jīng)旁路通道。流經(jīng)旁路通道的流體壓力用來控制第一和第二閥門組件730和732使得在流體通過流動(dòng)控制器720時(shí)大致保持幾乎恒定的流體流速。在正確的條件下，流體流過流動(dòng)控制器720的速率幾乎與上游和下游的壓力變化無關(guān)。
特別地，示意的系統(tǒng)720還包括控制系統(tǒng)770?？刂葡到y(tǒng)770包括第一和第二螺線管執(zhí)行器772和774(圖12)以及控制電路776(圖13)。傳統(tǒng)的螺線管執(zhí)行器772和774都包括繞組776和沿著執(zhí)行器772和774所限定的軸線移動(dòng)的螺線管件778。將第一執(zhí)行器控制信號(hào)和第二執(zhí)行器控制信號(hào)施加給執(zhí)行器772和774的輸入780用來控制螺線管件778的移動(dòng)。螺線管件778在第一和第二調(diào)節(jié)器室734和736內(nèi)由螺線管彈簧782支撐。螺線管件778與第一和第二閥門件740和746可操作地連接從而螺線管件778的移動(dòng)帶動(dòng)閥門件740和746。
如圖13所示，控制電路776根據(jù)設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)壓力信號(hào)壓力1和壓力2產(chǎn)生執(zhí)行器控制信號(hào)。在校準(zhǔn)系統(tǒng)720時(shí)，對(duì)應(yīng)于通過系統(tǒng)720的流體流動(dòng)速率，控制電路776也產(chǎn)生標(biāo)度輸出信號(hào)。
在示意的系統(tǒng)720中，信號(hào)壓力1和壓力2由位于適當(dāng)采樣位置的壓力傳感器產(chǎn)生。如果流體對(duì)污染敏感，傳感器要與主路和旁路流動(dòng)通道隔離開。此外，如果流體對(duì)污染不敏感，可以在其它地方布置采樣位置，如將其直接布置在出口。
在示意的流動(dòng)控制器系統(tǒng)720中，執(zhí)行器772和774以及控制電路776形成機(jī)電反饋系統(tǒng)以代替上面描述的流動(dòng)控制器系統(tǒng)20、220和420中所應(yīng)用的機(jī)械反饋系統(tǒng)。
特別地，壓力信號(hào)壓力1和壓力2對(duì)應(yīng)于用在系統(tǒng)720中節(jié)流件790的上游和下游的壓力。壓力1和壓力2信號(hào)的差別代表跨過節(jié)流件790的壓差并用來控制閥門組件730和732。
控制電路776可以包括一個(gè)由軟件程序控制的微處理器或者是專門的模擬或數(shù)字/模擬混合電路。如下面所描述的，軟件程序或者混合電路根據(jù)產(chǎn)生執(zhí)行器控制信號(hào)的需要執(zhí)行算法和邏輯。
在示意的系統(tǒng)720中，執(zhí)行器控制信號(hào)是穿過繞組776的模擬電流并且感生出螺線管件778的移動(dòng)并因此根據(jù)需要移動(dòng)閥門件740和744從而保持流體以設(shè)定點(diǎn)信號(hào)所確定的速率流經(jīng)系統(tǒng)720。
類似于上面描述的流動(dòng)控制器系統(tǒng)520和620的控制系統(tǒng)570和670，控制系統(tǒng)770將操縱閥門組件730和732使之根據(jù)需要閉合、部分打開或完全打開以保持恒定流體流動(dòng)。閥門組件730和732能夠保持在部分打開位置的能力可以允許控制系統(tǒng)770存在于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，而不存在機(jī)械反饋系統(tǒng)中所遇到的擺動(dòng)。優(yōu)選允許閥門組件達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在這種情況下系統(tǒng)720是可供選擇的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。
在示意的系統(tǒng)720中，示意的控制電路776可進(jìn)一步根據(jù)對(duì)應(yīng)于流經(jīng)系統(tǒng)720的流體溫度的溫度信號(hào)產(chǎn)生執(zhí)行器控制信號(hào)。但是，利用溫度信號(hào)對(duì)任何一個(gè)本發(fā)明的實(shí)施例都不是必需的。
其它的考慮在前面的實(shí)施例中，在給出的例子中描述了一些部件的應(yīng)用。很多部件的性質(zhì)可以根據(jù)環(huán)境來改變以調(diào)節(jié)流動(dòng)控制器使之應(yīng)用于特殊的應(yīng)用。
例如，所用的各種彈簧，閥桿限定的內(nèi)部室和閥桿上的入口和出口必須根據(jù)流體類型、期望入口壓力和想要的流速來選擇。
另外，用于各種部件的材料必須根據(jù)期望的流體壓力和類型來選擇。例如，對(duì)于處于低壓下的空氣，很多部件可以用塑料做材料。對(duì)具有腐蝕性的流體或處于高壓的流體，可以用鋼或不銹鋼。
在利用一個(gè)或者多個(gè)機(jī)電反饋系統(tǒng)的系統(tǒng)中，無論是利用分離部件或者軟件來實(shí)現(xiàn)控制電路的算法，都要根據(jù)給定的一組預(yù)定參數(shù)來建立。
為了簡潔，本申請(qǐng)人只描述了根據(jù)本發(fā)明原理所構(gòu)造的六個(gè)示意性流動(dòng)控制器系統(tǒng)。但是，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，將認(rèn)識(shí)到這些系統(tǒng)的一些特點(diǎn)可以組合起來以產(chǎn)生更多根據(jù)本發(fā)明原理所構(gòu)造出的流動(dòng)控制器的實(shí)施。
特別地，由于其外殼組件的整體外形，第一和第二個(gè)示意的流動(dòng)控制器系統(tǒng)20和220可以分別具有罐或板結(jié)構(gòu)的特征外殼組件22包括一個(gè)大致的圓柱形基底或者中間件28，而外殼組件220包括一個(gè)大致的平面形基底或者中間件228。
第三到第六個(gè)實(shí)施例320、420、520、620和720披露了基于板結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)機(jī)電反饋系統(tǒng)。但是，這些機(jī)電反饋系統(tǒng)也可以應(yīng)用于罐結(jié)構(gòu)中。另外，對(duì)給定的環(huán)境，如果需要可以將多個(gè)機(jī)電反饋系統(tǒng)組合起來和/或與其它類型反饋系統(tǒng)組合起來一起應(yīng)用。
設(shè)計(jì)者首先確定流動(dòng)控制器系統(tǒng)在什么環(huán)境中應(yīng)用，然后再考慮具體實(shí)施。運(yùn)行環(huán)境包括流體性質(zhì)、流體輸入和輸出壓力的期望范圍、周圍環(huán)境、誤差公差等。設(shè)計(jì)者還要考慮如成本等商業(yè)因素。
根據(jù)運(yùn)行和商業(yè)環(huán)境，設(shè)計(jì)者首先通過從多個(gè)基本結(jié)構(gòu)(如罐、板等)選擇出流體控制器外殼的基本物理結(jié)構(gòu)。
設(shè)計(jì)者還要根據(jù)運(yùn)行和商業(yè)環(huán)境選擇制造外殼組件和其它部件的材料；如果流體是腐蝕性的液體或氣體，外殼組件應(yīng)該由不銹鋼或其它可抵抗腐蝕的材料構(gòu)成。如果商業(yè)環(huán)境要求流動(dòng)控制系統(tǒng)必須是用后可隨便處理的，所選擇的材料就應(yīng)是塑料。
設(shè)計(jì)者然后要考慮用在輸入和輸出調(diào)節(jié)器中的反饋調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的類型。一般來講，設(shè)計(jì)者可以對(duì)兩個(gè)調(diào)節(jié)器隨意使用機(jī)械或電子反饋系統(tǒng)。如果應(yīng)用電子反饋系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者可以使用如步進(jìn)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)裝置或者壓電執(zhí)行器、螺線管執(zhí)行器等轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。
在確定了流動(dòng)控制器系統(tǒng)的運(yùn)行和商業(yè)環(huán)境以及物理結(jié)構(gòu)后，需要確定將物理結(jié)構(gòu)實(shí)施于特定環(huán)境的必要算法。在機(jī)械反饋系統(tǒng)中，這個(gè)步驟包括選擇彈簧及其它所應(yīng)用的控制裝置的類型和布置。在電子反饋系統(tǒng)中，這個(gè)步驟包括設(shè)計(jì)能夠達(dá)到想要的運(yùn)行特征的適當(dāng)?shù)姆答伃h(huán)路。
因此，在不偏離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的條件下，本發(fā)明可以具有其它不同于已經(jīng)描述過的實(shí)施形式。因此本發(fā)明的實(shí)施例在各個(gè)方面下都應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求而不是前面的描述給出；并且因此這里打算包括所有在權(quán)利要求等同物的內(nèi)涵和范圍內(nèi)的變化。
權(quán)利要求
1.一種流動(dòng)控制器，包括一個(gè)外殼組件，它限定了入口、出口和在入口與出口之間延伸的主流動(dòng)通道；一個(gè)放置在主流動(dòng)通道內(nèi)的節(jié)流件；一個(gè)第一閥門組件，其布置成允許或防止流體沿主流動(dòng)通道流動(dòng)；一個(gè)第二閥門組件，其布置成允許或防止流體沿主流動(dòng)通道流動(dòng)；一個(gè)第一調(diào)節(jié)器組件，其布置成可以根據(jù)跨越節(jié)流件的壓差操作第一閥門組件；和一個(gè)第二調(diào)節(jié)器組件，其布置成可以根據(jù)跨越節(jié)流件的壓差操作第二閥門組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)控制器，其特征在于外殼組件還限定了旁路通道，其中跨越節(jié)流件的壓差至少部分地根據(jù)旁路通道內(nèi)的壓力探測(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第一調(diào)節(jié)器組件包括第一閥門組件和第一反饋系統(tǒng)，其布置成使得第一反饋系統(tǒng)可以打開和關(guān)閉第一閥門組件，從而保持流體以恒定速率流出出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第二調(diào)節(jié)器組件包括第二閥門組件和第二反饋系統(tǒng)，其布置成使得第二反饋系統(tǒng)可以打開和關(guān)閉第二閥門組件，從而保持流體以恒定速率流出出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第二調(diào)節(jié)器組件包括第二閥門組件和第二反饋系統(tǒng)，其布置成使得第二反饋系統(tǒng)可以打開和關(guān)閉第二閥門組件，從而保持流體以恒定速率流出出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第一反饋系統(tǒng)包括可直接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的機(jī)械反饋系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第二反饋系統(tǒng)包括可直接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的機(jī)械反饋系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第一反饋系統(tǒng)包括可直接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的第一機(jī)械反饋系統(tǒng)；和第二反饋系統(tǒng)包括可直接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的第二機(jī)械反饋系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第一反饋系統(tǒng)包括可間接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的電子反饋系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第二反饋系統(tǒng)包括可間接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的電子反饋系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第一反饋系統(tǒng)包括可間接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的第一電子反饋系統(tǒng)；和第二反饋系統(tǒng)包括可間接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的第二電子反饋系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第一反饋系統(tǒng)包括可直接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的機(jī)械反饋系統(tǒng)；和第二反饋系統(tǒng)包括可間接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的電子反饋系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第一反饋系統(tǒng)包括可間接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的電子反饋系統(tǒng)；和第二反饋系統(tǒng)包括可直接探測(cè)跨越節(jié)流件的壓差的機(jī)械反饋系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的流動(dòng)控制器，其特征在于電子反饋系統(tǒng)包括一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組件，用來響應(yīng)控制信號(hào)以打開和關(guān)閉第一閥門組件；和一個(gè)控制電路，用來響應(yīng)至少一個(gè)表示跨越節(jié)流件壓差的信號(hào)以產(chǎn)生控制信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的流動(dòng)控制器，其特征在于電子反饋系統(tǒng)包括一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組件，用來響應(yīng)控制信號(hào)以打開和關(guān)閉第二閥門組件；和一個(gè)控制電路，用來響應(yīng)至少一個(gè)表示跨越節(jié)流件壓差的信號(hào)以產(chǎn)生控制信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第一電子反饋系統(tǒng)包括一個(gè)第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)組件，用來響應(yīng)第一控制信號(hào)以打開和關(guān)閉第一閥門組件，和一個(gè)第一控制電路，用來響應(yīng)至少一個(gè)表示跨越節(jié)流件壓差的信號(hào)以產(chǎn)生第一控制信號(hào)；和第二電子反饋系統(tǒng)包括一個(gè)第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)組件，用來響應(yīng)第二控制信號(hào)以打開和關(guān)閉第二閥門組件；和一個(gè)第二控制電路，用來響應(yīng)至少一個(gè)表示跨越節(jié)流件壓差的信號(hào)以產(chǎn)生第二控制信號(hào)；和
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第一調(diào)節(jié)器組件，包括第一隔膜組件，其中外殼組件和第一隔膜組件限定了入口室、第一旁路室和第一調(diào)節(jié)器室；第二調(diào)節(jié)器組件，包括第二隔膜組件，其中外殼組件和第二隔膜組件限定了出口室、第二旁路室和第二調(diào)節(jié)器室。第一隔膜組件限定了允許流體在入口室和第一旁路室之間流動(dòng)的第一旁路通道，其中旁路件位于第一旁路通道內(nèi)以在入口室和第一旁路室之間建立壓差；外殼組件限定了允許流體在第一旁路室和第二旁路室之間流動(dòng)的第二旁路通道，和允許流體從出口室流動(dòng)到第二旁路室的采樣通道；其中旁路通道延伸通過第一旁路通道、第一旁路室、第二旁路通道、第二旁路室和采樣通道。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第一調(diào)節(jié)器組件包括第一控制系統(tǒng)，至少一部分第一控制系統(tǒng)位于第一調(diào)節(jié)器室內(nèi)，其中第一隔膜組件將第一控制系統(tǒng)與流經(jīng)主通道和旁路通道的流體隔離；和第二調(diào)節(jié)器組件包括第二控制系統(tǒng)，至少一部分第二控制系統(tǒng)位于第二調(diào)節(jié)器室內(nèi)，其中第二隔膜組件將第二控制系統(tǒng)與流經(jīng)主通道和旁路通道的流體隔離。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)控制器，其特征在于第一閥門組件包括可拆卸地安裝在外殼組件上的第一閥座件；和第二閥門組件包括可拆卸地安裝在外殼組件上的第二閥座件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的流動(dòng)控制器，其特征在于外殼組件包括一個(gè)中間件、一個(gè)第一端件和一個(gè)第二端件，其中第一端件可拆卸地安裝到中間件上以獲得進(jìn)入到第一閥座件的通道，第二端件可拆卸地安裝到中間件上以獲得進(jìn)入到第二閥座件的通道。
全文摘要
一種流動(dòng)控制器，具有第一和第二調(diào)節(jié)級(jí)。第一級(jí)是壓力調(diào)節(jié)級(jí)，用來保持中間室(由一系列相互連接的通道和腔體構(gòu)成)內(nèi)的壓力處于高于出口壓力的預(yù)定范圍內(nèi)。第二級(jí)保持流速在目標(biāo)流速的預(yù)定范圍內(nèi)。兩級(jí)都在出口對(duì)壓力進(jìn)行采樣并且自動(dòng)調(diào)節(jié)流體流動(dòng)從而保證在入口和出口的壓力波動(dòng)不會(huì)影響流速。流速由用戶確定的設(shè)定點(diǎn)設(shè)定并控制。通過一個(gè)或多個(gè)反饋系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力。根據(jù)特定的操作環(huán)境，反饋系統(tǒng)可以是機(jī)械的或者機(jī)電的。
文檔編號(hào)G05D7/00GK1493021SQ01817210
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2001年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月11日
發(fā)明者彼得·索爾達(dá)松, 帕特里克·A·洛韋里, 克 A 洛韋里, 彼得 索爾達(dá)松 申請(qǐng)人:流量矩陣公司