導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)和質(zhì)量流控制器的制造方法
【專利摘要】導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)被描述為包括主閥，所述主閥具有流主體且具有入口和出口，和膜片，所述膜片具有周邊、可移動(dòng)部分、和第一和第二側(cè)。流主開口在流本體中位于入口和出口之間。當(dāng)膜片的可移動(dòng)部分在第一和第二位置時(shí)，主閥插塞附接至和/或設(shè)置在膜片的可移動(dòng)部分且打開和關(guān)閉流開口。導(dǎo)向閥還包括連接至流主體的流路徑的導(dǎo)向閥入口。導(dǎo)向閥出口/開口在主閥插塞內(nèi)設(shè)置且與主閥插塞同位協(xié)作。導(dǎo)向閥包括導(dǎo)向閥插塞，導(dǎo)向閥插塞可移動(dòng)以打開和關(guān)閉導(dǎo)向閥開口。包括該導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)的相關(guān)的質(zhì)量流控制器被進(jìn)一步描述。
【專利說明】導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)和質(zhì)量流控制器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請基于2014年2月28日提交代理人檔案號086400-0201 (MKS-238US)的名稱為“PILOT VALVE STRUCTURES AND MASS FLOW CONTROLLERS” 的美國專利申請第 14/194,092號并要求其優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容結(jié)合在此引作參考。
【背景技術(shù)】
[0003]閥以廣泛不同的形式和尺寸存在，服務(wù)眾多用途，處理特性范圍從輕質(zhì)氣體到重泥漿和接近固體的材料流。閥可以被配置為關(guān)斷閥，以便在兩種狀態(tài)、即完全打開和完全關(guān)閉都可操作?？商娲?，閥可以是比例控制閥，使得閥能被移動(dòng)通過在完全關(guān)閉和完全打開位置之間的位置，使得通過閥的流可以根據(jù)閥打開多少來控制。閥可以是常開閥，在這種情況下，閥在沒有施加控制信號時(shí)完全打開;或者，閥可以是常閉閥，在這種情況下，閥在沒有施加控制信號時(shí)完全關(guān)閉。能夠快速響應(yīng)以具有精度地和以很少的電功率來控制流的比例控制閥在某些工業(yè)加工中、諸如在半導(dǎo)體和集成電路制造中的氣體和蒸氣的流控制中是受到特別關(guān)注的。例如，質(zhì)量流控制器在半導(dǎo)體制造中被廣泛用于控制處理氣體的輸送。這樣的控制器需要精確的控制閥以便在處理運(yùn)行期間輸送非常精確量的氣體。
[0004]許多市場銷售的質(zhì)量流控制器傾向于使用電磁閥，這是因?yàn)殡姶砰y是精確的和可靠的。電磁閥每個(gè)通常包括形式為插塞的閥柱塞，響應(yīng)于電流施加至電磁線圈，閥柱塞移動(dòng)成與閥座接觸和不接觸，所述電磁線圈轉(zhuǎn)而產(chǎn)生通過磁回路的磁通，從而在移動(dòng)插塞的電樞上產(chǎn)生電磁力(emf)。因?yàn)殡姶帕χ荒茉谝粋€(gè)方向上施加至電樞，所以電磁閥包括彈簧以當(dāng)電磁力減小或移除時(shí)在另一個(gè)方向移動(dòng)插塞。電磁閥已經(jīng)主導(dǎo)了質(zhì)量流控制器的設(shè)計(jì)，這是因?yàn)樗鼈兊暮唵涡?、低成本和快響?yīng)。
[0005]電磁閥被設(shè)計(jì)具有壓力平衡結(jié)構(gòu)，當(dāng)施加必要的控制力以克服摩擦力以便準(zhǔn)確地控制通過大面積流通道的流時(shí)、特別當(dāng)從常閉狀態(tài)打開閥時(shí)，壓力平衡結(jié)構(gòu)在抵消因閥內(nèi)氣體壓力產(chǎn)生的力方面特別有用。對于設(shè)計(jì)為減少這些對閥門性能不利的影響的壓力平衡的、電磁比例控制閥的一個(gè)示例參見受讓給MKS Instruments , Inc.0f Andover ,Massachusetts ,U.S.A.的美國專利N0.4,796,854(Ewing)。
[0006]所謂的導(dǎo)向閥包含耦接在一起的兩個(gè)閥結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)大體是較小的閥，所述較小的閥用于控制第二、較大的閥。導(dǎo)向閥一般已經(jīng)被用于高壓和/或高流速(Q)的應(yīng)用中。圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)在兩種操作條件中的導(dǎo)向閥100，在圖A和B中示出。
[0007]導(dǎo)向閥100包括導(dǎo)向開口 102，導(dǎo)向開口通過移動(dòng)柱塞106的電磁裝置104被打開和關(guān)閉，電磁裝置可以由外部命令/信號、例如由使用計(jì)算機(jī)或其它裝置的用戶控制。在操作中，柱塞106作用在導(dǎo)向開口 102上以根據(jù)電磁閥104是否通電或斷電關(guān)閉或打開導(dǎo)向開口，從而允許在相關(guān)的導(dǎo)向室110中增加壓力或釋放壓力。導(dǎo)向閥操作以控制“受導(dǎo)向的”閥，其裝有保持或連接至插塞113的膜片112，其中，隨著插塞與膜片112—起移動(dòng)，打開和關(guān)閉主開口 114。與導(dǎo)向閥柱塞106關(guān)聯(lián)的泄流孔116控制引起膜片112移動(dòng)的壓力，以便打開和關(guān)閉主開口 114，其中所述主開口在打開時(shí)允許例如加壓介質(zhì)(諸如反應(yīng)物氣體或其它流體)沿主流通道(由沿導(dǎo)管118的流路徑所示)的流。在操作中，當(dāng)電磁閥104被通電時(shí)，電磁閥移動(dòng)柱塞106并打開導(dǎo)向開口 102，從而釋放來自導(dǎo)向室110的壓力。這將導(dǎo)致在膜片112的底部上有較大的壓力，膜片通過管路壓力升高，打開主開口 114。當(dāng)電磁閥104被斷電時(shí)，導(dǎo)向開口 102被關(guān)閉，且全部的管路壓力通過泄流孔116被施加在導(dǎo)向室110中，從而為緊密關(guān)閉提供了座合力。用這種方式，更小的電磁閥、柱塞、和導(dǎo)向開口操作以高效地控制較大的主閥結(jié)構(gòu)。
[0008]雖然現(xiàn)有的設(shè)計(jì)能夠提供期望的操作性能，但是對于一些應(yīng)用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)仍然證明是過于復(fù)雜的和昂貴的。例如，雖然這種設(shè)計(jì)能提供良好的電磁式比例控制閥，所述電磁式比例控制閥能夠使用相對較低的水平電力(因?yàn)殚y由通過波紋管聯(lián)軸器的使用實(shí)現(xiàn)的力平衡輔助)，和/或通過大面積的閥構(gòu)件的無摩擦懸浮的靈敏和精確的閥操作和通過相關(guān)的壓力響應(yīng)耦合平衡不良壓力產(chǎn)生的力，快速地、準(zhǔn)確地支配甚至相對大的體積和高速的流體流，用于這種閥的波紋管和彈簧可以增加成本和復(fù)雜性以禁止方式用于一些應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本主題技術(shù)的簡化的導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)或組件可包括主閥插塞，所述主閥插塞具有在塞內(nèi)一體成形的導(dǎo)向閥開口。這種結(jié)構(gòu)可以提供更少的移動(dòng)部件、整體零件數(shù)、零件復(fù)雜性、和/或降低用于導(dǎo)向閥制造的成本。
[0010]這種導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)或組件的示例可包括主閥，所述主閥具有流主體，所述流主體限定用于流體的流路徑和具有入口和出口；膜片，所述膜片具有周邊、可移動(dòng)部分、以及第一(上游)和第二(下游)側(cè)。膜片的周邊相對于閥本體被固定，可移動(dòng)的部分響應(yīng)于第一和第二側(cè)之間存在的壓力差可操作以移動(dòng)。流主開口在流本體中位于入口和出口之間。主閥插塞被附接至膜片的可移動(dòng)部分和/或設(shè)置在膜片的可移動(dòng)部分中且當(dāng)膜片的可移動(dòng)部分別在第一和第二位置(“打開”和“關(guān)閉”)時(shí)可操作以打開和關(guān)閉流開口。導(dǎo)向閥可具有限定流路徑的導(dǎo)向閥流本體。導(dǎo)向閥還包括導(dǎo)向閥入口，導(dǎo)向閥入口例如在流主開口的上游流體連接至流主體的流路徑。導(dǎo)向閥還包括導(dǎo)向閥出口，導(dǎo)向閥出口包括設(shè)置在主閥插塞內(nèi)(例如，與其一體)的且與主閥插塞同位協(xié)作的開口。導(dǎo)向閥開口具有合適的橫截面面積，并且被配置為允許從導(dǎo)向入口至流主開口的流體流。導(dǎo)向閥包括導(dǎo)向閥插塞，導(dǎo)向閥插塞沿著位置范圍(例如從第一到第二位置)可移動(dòng)，以打開和關(guān)閉該導(dǎo)向閥開口。導(dǎo)向閥電磁閥(例如，具有電樞和線圈)可以被連接至導(dǎo)向閥插塞，以響應(yīng)于例如來自用戶輸入裝置和/或處理器的接收的命令信號來控制導(dǎo)向閥插塞沿位置范圍的位置。
[0011]這樣的導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)可被包括在諸如質(zhì)量流驗(yàn)證器或質(zhì)量流控制器的其它裝置內(nèi)或是其它裝置的一部分。
[0012]在一個(gè)示例中，導(dǎo)向閥組件可以包括主閥，主閥具有限定用于流體的流路徑的和具有入口和出口的流主體，膜片-膜片具有周邊、可移動(dòng)部分、以及第一和第二側(cè)。膜片的周邊相對于閥本體被固定，且可移動(dòng)部分響應(yīng)于第一和第二側(cè)之間存在的壓力差可操作以移動(dòng)。流主開口可在流本體中位于或設(shè)置在入口和出口之間。主閥插塞可附接至膜片的可移動(dòng)部分且當(dāng)膈膜的可移動(dòng)部分分別處于第一和第二位置時(shí)可操作以打開和關(guān)閉流主開口。
[0013]導(dǎo)向閥組件還可以包括導(dǎo)向閥，所述導(dǎo)向閥具有(i)導(dǎo)向閥流本體，所述導(dǎo)向閥流本體限定流路徑且具有在流主開口的上游連接至流主體的流路徑的導(dǎo)向閥入口，所述導(dǎo)向閥具有(ii)導(dǎo)向閥出口，所述導(dǎo)向閥出口包括設(shè)置在主閥插塞內(nèi)的開口，其中所述導(dǎo)向閥開口具有一橫截面面積，并且被構(gòu)造成允許從導(dǎo)向入口至流主開口的流體流，所述導(dǎo)向閥具有(m)導(dǎo)向閥插塞，所述導(dǎo)向閥插塞沿從第一位置到第二位置的位置范圍可移動(dòng)且當(dāng)導(dǎo)向閥插塞分別在第一和第二位置時(shí)可操作以打開和關(guān)閉導(dǎo)向閥流開口，以及所述導(dǎo)向閥具有(iv)導(dǎo)向閥電磁閥，所述導(dǎo)向閥電磁閥連接至導(dǎo)向閥插塞且響應(yīng)于接收的命令信號可操作以控制導(dǎo)向閥插塞沿位置的范圍的位置。導(dǎo)向閥開口可以與主閥插塞同位協(xié)作和一體，例如，形成為主閥插塞內(nèi)的孔口。
[0014]導(dǎo)向閥組件可具有以下結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)可以單獨(dú)存在或以任何組合):導(dǎo)向閥入口的橫截面面積可小于導(dǎo)向閥開口的橫截面積。導(dǎo)向閥出口可包括出口通道，所述出口通道具能至導(dǎo)向閥插塞的近端和至導(dǎo)向閥插塞的遠(yuǎn)端，且出口通道的近端的橫截面面積小于或等于出口通道遠(yuǎn)端的橫截面面積。出口通道可具有錐形剖面。導(dǎo)向閥入口至導(dǎo)向閥開口的橫截面面積的橫截面面積之間的比率可以被選擇為，使得導(dǎo)向閥膜片在第一和第二側(cè)之間產(chǎn)生壓差;其比率能例如是在0.2至0.7的范圍內(nèi)，盡管其它比率也當(dāng)然是可行的。在導(dǎo)向閥組件的入口側(cè)操作壓力的范圍可以是在22psia和55psia之間，盡管其它壓力值當(dāng)然是可行的。
[0015]在一個(gè)示例中，具有導(dǎo)向閥的質(zhì)量流控制器可包括以下內(nèi)容:
[0016](A)具有旁路的流傳感器，和具有熱式流傳感器的傳感器管；
[0017](B)控制閥，所述控制閥具有主閥，所述主閥具有(i)流主體，所述流主體限定用于流體的流路徑并具有入口和出口，所述主閥具有(ii)膜片，所述膜片具有周邊、可移動(dòng)部分、以及第一和第二側(cè)，其中，所述膜片的周邊相對于所述閥本體被固定，且其中所述可移動(dòng)部分響應(yīng)于所述第一和第二側(cè)之間存在的壓力差可操作以移動(dòng)，所述主閥具有(iii)流主開口，所述流主開口在流本體中位于入口和出口之間，和所述主閥具有(iV)主閥插塞，所述主閥插塞附接至所述膜片的可移動(dòng)部分且當(dāng)所述膜片的可移動(dòng)部分分別處于第一和第二位置可操作以打開和關(guān)閉流開口 ；
[0018](C)導(dǎo)向閥，所述導(dǎo)向閥具有(i)導(dǎo)向閥流本體，所述導(dǎo)向閥流本體限定流路徑且具有在流主開口的上游連接至流主體流路徑的導(dǎo)向閥入口，所述導(dǎo)向閥具有(i i)導(dǎo)向閥出口，所述導(dǎo)向閥出口包括設(shè)置在主閥插塞內(nèi)的開口，其中所述導(dǎo)向閥開口具有一橫截面面積并且被構(gòu)造成允許從導(dǎo)向入口至流主開口的流體流，所述導(dǎo)向閥具有(iii)導(dǎo)向閥插塞，所述導(dǎo)向閥插塞沿從第一位置到第二位置的位置范圍可移動(dòng)且當(dāng)導(dǎo)向閥插塞分別在第一和第二位置時(shí)可操作以打開和關(guān)閉導(dǎo)向閥流開口，以及所述導(dǎo)向閥具有(iv)導(dǎo)向閥電磁閥，所述導(dǎo)向閥電磁閥可連接至導(dǎo)向閥插塞且響應(yīng)于接收的命令信號可操作以控制導(dǎo)向閥插塞沿位置的范圍的位置;導(dǎo)向閥開口可以是且優(yōu)選地是與主閥插塞同位協(xié)作和一體;和
[0019](D)控制器，所述控制器可操作以接收設(shè)定點(diǎn)命令信號，從質(zhì)量流傳感器的接收表明質(zhì)量流的信號，并通過控制導(dǎo)向閥電磁閥移動(dòng)導(dǎo)向閥插塞來控制質(zhì)量流控制器的質(zhì)量流輸出。
[0020]質(zhì)量流控制器可具有以下特征(其可以單獨(dú)存在或以任何組合):導(dǎo)向閥入口的橫截面面積可小于所述導(dǎo)向閥開口的橫截面積。導(dǎo)向閥出口可包括出口通道，所述出口通道具有至導(dǎo)向閥插塞的近端和至導(dǎo)向閥插塞的遠(yuǎn)端，出口通道的近端的橫截面面積小于或等于出口通道遠(yuǎn)端的橫截面面積。出口通道可以具有錐形剖面。導(dǎo)向閥入口的橫截面面積與導(dǎo)向閥開口的橫截面面積之間的比率可以被選擇使得導(dǎo)向閥在膜片在第一和第二側(cè)之間產(chǎn)生壓差。比率可以在期望的范圍內(nèi)，例如，在0.2至0.7范圍內(nèi)。在入□側(cè)的操作壓力范圍的是例如在22psia和55psia之間。
[0021]依據(jù)說明性實(shí)施例、附圖、和權(quán)利要求書的以下詳細(xì)說明的論述，本發(fā)明的這些以及其它部件、步驟、特征、益處和優(yōu)點(diǎn)將變得清晰。
【附圖說明】
[0022]附圖公開了說明性實(shí)施例。它們沒有闡述全部的實(shí)施例?？梢粤硗饣蛱娲厥褂闷渌鼘?shí)施例。省略了明顯的或不必要的細(xì)節(jié)以節(jié)省空間或?yàn)榱烁行У恼f明。相反地，在沒有公開其全部細(xì)節(jié)的情況下，可以實(shí)施一些實(shí)施例。在相同的參考標(biāo)記出現(xiàn)在不同附圖中的情況下，其指代相同或相似的部件或步驟。
[0023]當(dāng)連同附圖一起閱讀時(shí)，本發(fā)明的方面從下面的描述中可以理解得更為充分，它們被認(rèn)為在本質(zhì)上是說明性的，而不是作為限制性的。附圖無需按比例繪制，而是將重點(diǎn)放在本公開的原理。在附圖中:
[0024]圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)的示例的橫截面圖，在兩種操作條件中(圖A-B)。
[0025]圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
[0026]圖3描述了包括根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)的質(zhì)量流控制器的一個(gè)示例的橫截面圖。
[0027]雖然某些實(shí)施例在附圖中描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，所描述的實(shí)施例是說明性的且那些所示的變型以及其它實(shí)施例在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以設(shè)想并實(shí)施。
【具體實(shí)施方式】
[0028]現(xiàn)在論述本主題技術(shù)的示意性實(shí)施例?？梢粤硗饣蛱娲厥褂没?qū)嵤┢渌鼘?shí)施例。省略了明顯的或不必要的細(xì)節(jié)以節(jié)省空間或?yàn)榱烁行У恼f明。相反地，在沒有公開其全部細(xì)節(jié)的情況下，可以實(shí)施一些實(shí)施例。
[0029]圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向閥組件或結(jié)構(gòu)200的橫截面圖。結(jié)構(gòu)200包括主或“受導(dǎo)向的”閥(由符號200-1表示)以及第二或“導(dǎo)向”閥(由符號200-2表示)，所述第二或“導(dǎo)向”閥是用于控制主閥200-1。對于結(jié)構(gòu)200，膜片202存在且可操作以打開和關(guān)閉用于主閥200-1操作的主流開口 204 ；膜片202可保持或包括插塞206，所述插塞(i)起密封流主開口204的作用且(i i)包括作為導(dǎo)向閥200-2的一部分的流通道/開口。導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)200可用于經(jīng)受高流速以適應(yīng)在這種高流條件下固有的大的力的應(yīng)用。
[0030]閥結(jié)構(gòu)200提供了被創(chuàng)建在柔性膜片202的兩側(cè)的不同壓力區(qū)域。對于所示的構(gòu)造中，三個(gè)不同的壓力區(qū)域能被考慮:(i)膜片的底部的上游區(qū)域(表示為膜片的“頂”側(cè)上的區(qū)域(表示為“P2”)；和(m)閥的下游的區(qū)域(表示為“P3”)。當(dāng)導(dǎo)向閥200-2關(guān)閉時(shí)Pl = P2;當(dāng)導(dǎo)向閥200-2打開時(shí)P1>P2。在操作中，Pl和P2—般會比P3更大。導(dǎo)向閥200-2的操作控制在膜片202的兩側(cè)的壓力差。由于這種壓力差，膜片202會彎曲，允許主“導(dǎo)向的”閥200-1隨著壓力差按比例打開和關(guān)閉。
[0031]如圖2所示，導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)200可以包括:主閥200-1以及膜片202，所述主閥具有流主體218，所述流主體限定用于流體的流路徑(由“MF”表示主閥流路徑)且具有入口(由“I”表示)和出口(用“O”表示)；所述膜片具有周邊202a、可移動(dòng)部分202b、以及第一和第二側(cè)。膜片202的周邊202a相對于閥本體218固定，且可移動(dòng)部分202b響應(yīng)于第一和第二側(cè)之間存在的壓力差而操作移動(dòng)。流主開口 204在流本體218內(nèi)位于入口(I)和出口(O)之間。主閥插塞206被附接至和/或設(shè)置在膜片202的可移動(dòng)部分202b，且當(dāng)膜片的可移動(dòng)部分202b分別在第一和第二位置(“打開”和“關(guān)閉”)時(shí)主閥插塞可操作以打開和關(guān)閉流開口 204。
[0032]導(dǎo)向閥200-2具有導(dǎo)向閥流本體，例如由本體216所示，限定流路徑(由“PF”表示的導(dǎo)向閥流路徑)。導(dǎo)向閥200-2還包括導(dǎo)向閥入口 208，導(dǎo)向閥入口在流主開口 204上游流體地連接至流主體218的流路徑。導(dǎo)向閥200-2還包括具有開口 210的導(dǎo)向閥出口，所述開口在主閥插塞206內(nèi)設(shè)置(例如與其一體)且與主閥插塞同位協(xié)作。導(dǎo)向閥開口 210具有合適的橫截面面積，并且被配置為允許從導(dǎo)向入口 208至流主開口 204的流體流。導(dǎo)向閥200-2包括導(dǎo)向閥插塞214，導(dǎo)向閥插塞沿著位置范圍(例如從第一到第二位置)可移動(dòng)，以打開和關(guān)閉導(dǎo)向閥開口 210。如所示，導(dǎo)向閥電磁閥220 (例如，具有電樞和線圈)能被連接至導(dǎo)向閥插塞214和響應(yīng)于接收的例如來自用戶輸入裝置和/或處理器或其它控制器/控制單元的命令信號，可操作以控制導(dǎo)向閥插塞214沿位置范圍的位置。這種布置可導(dǎo)致針對沿著膜片202的行進(jìn)/位移的給定直線長度的主閥200-1的有效降低的行程(位移或行進(jìn))，這是因?yàn)樵摻o定直線長度也將適應(yīng)導(dǎo)向插塞和/或相關(guān)電磁閥的行進(jìn);在機(jī)器中的減少零件數(shù)和相應(yīng)的節(jié)省比來自尺寸/包裝構(gòu)造的任何此類缺陷更加重要一一并且諸如流主開口 204的橫截面面積的其它尺寸參數(shù)可以被調(diào)整以補(bǔ)償減少的行程。
[0033]導(dǎo)向閥入口208的和導(dǎo)向閥開口(出口)210的橫截面面積可相對彼此被設(shè)計(jì)或設(shè)定尺寸(例如，以獲得期望的比率)，以有利于獲得結(jié)構(gòu)200的一個(gè)或多個(gè)期望的性能特性。例如，在一些實(shí)施例中，導(dǎo)向閥入口 208的橫截面面積可小于導(dǎo)向閥開口 210的橫截面面積。這(比率小于或等于I)能有利于膜片202上方的壓力小于膜片202下方的壓力。導(dǎo)向閥入口208的橫截面面積與導(dǎo)向閥開口 210的橫截面面積之間的比率也可以或額外被選擇成導(dǎo)向閥具有對于給定的(例如，預(yù)期的)操作壓力的范圍的所期望的響應(yīng)時(shí)間(例如，在入口側(cè)上)。例如，在一些實(shí)施例中，導(dǎo)向閥入口的橫截面積與導(dǎo)向閥開口的橫截面積之間的比率可以被選擇成導(dǎo)向閥在膜片的第一和第二側(cè)之間產(chǎn)生壓差。合適的比率的示例是在0.2至0.7的范圍內(nèi)，例如，0.5。
[0034]此外，導(dǎo)向閥出口 210可以包括出口通道，出口通道具有至導(dǎo)向閥插塞214的近端和至導(dǎo)向閥插塞214的遠(yuǎn)端，出口通道的近端的橫截面面積小于或等于出口通道遠(yuǎn)端的橫截面面積。這種配置可有利于閥的快速操作。此外，閥的響應(yīng)時(shí)間可以通過最大化導(dǎo)向閥開口的橫截面面積和/或最小化膜片的第二側(cè)的體積被優(yōu)化。
[0035]如上所指出的，一般地在現(xiàn)有的導(dǎo)向閥設(shè)計(jì)中，導(dǎo)向閥插塞和開口是與彼此獨(dú)立的受導(dǎo)向的閥塞和開口的獨(dú)特不同的結(jié)構(gòu)。這種方法增加了設(shè)計(jì)的零件數(shù)量和整體復(fù)雜性。對于這樣現(xiàn)有設(shè)計(jì)的導(dǎo)向閥，導(dǎo)向閥的出口大體是在主閥出口的下游，這需要在流本體內(nèi)增加的機(jī)加工以建立流路徑。因此，根據(jù)本發(fā)明公開的導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)可以提供簡單的設(shè)計(jì)(例如，較少的零件數(shù))和/或更便宜的構(gòu)造(例如，更少量的加工)的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)閷?dǎo)向閥結(jié)構(gòu)利用在主閥插塞內(nèi)設(shè)置(與其一體)的且與主閥插塞同位協(xié)作的具有開口的導(dǎo)向閥出
□ O
[0036]在結(jié)構(gòu)200的操作中，當(dāng)導(dǎo)向閥關(guān)閉時(shí)，膜片202的兩側(cè)上的壓力相等且主閥將關(guān)閉。隨著導(dǎo)向閥插塞214升高，流體(如氣體)將流動(dòng)通過導(dǎo)向閥出口通道210，所述導(dǎo)向閥出口通道通過組合的插塞開口 206的中心。導(dǎo)向閥入口 208可在尺寸上小于導(dǎo)向閥出口，且因此有利于使膜片上的壓力低于膜片下的壓力。這種壓力差然后引起組合的插塞開口升高以允許氣體流動(dòng)通過主閥。
[0037]對于一些應(yīng)用，導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)200可以適應(yīng)范圍22_55psia的膜片的入口(或第一)側(cè)的壓力或壓力范圍，例如這是針對O至14.7psia的真空/大氣壓的出口條件。出口壓力可以大于真空/大氣壓力，且在示例性實(shí)施例中，目標(biāo)或操作規(guī)格在入口至出口壓力差從30-60psia的條件下可以是高達(dá)150psia的入口壓力。在這種實(shí)施例中，150psig入口壓力與90-120psig出口壓力是可操作條件的一個(gè)示例。在其它的示例中，大體上，從入口到出口的操作壓力差的范圍可以例如是在20-60psia之間。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，入口范圍可擴(kuò)展至20-165psia。這樣的壓力范圍是示例性的，且其它壓力當(dāng)然可以被容納用于其它實(shí)施例和/或應(yīng)用。
[0038]這樣的導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)，可結(jié)合在其它設(shè)備中或形成其它設(shè)備的一部分或是其它設(shè)備的子系統(tǒng)，包括(但不限于)質(zhì)量流檢驗(yàn)器或質(zhì)量流控制器，例如相對于圖3如下所述那樣。
[0039]圖3描述了質(zhì)量流控制器300，其結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)且大體上類似于圖2示出和描述的結(jié)構(gòu)(在適用的情況下共享附圖標(biāo)記)ο結(jié)構(gòu)300包括主閥300-1和導(dǎo)向閥300-2以及質(zhì)量流傳感器300-3。質(zhì)量流傳感器300-3可以是任何合適的類型，其示例包括但不限于以下:熱基流傳感器、直接熱敏浸漬傳感器、基于壓力的噴嘴流傳感器、和其它類似的流傳感器技術(shù)；當(dāng)然，其它適合的質(zhì)量流傳感器也可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用。如所示，示例性質(zhì)量流傳感器300-3可包括具有旁路352(例如，具有層流元件的通道或?qū)Ч?的熱基質(zhì)量流傳感器，和在殼體內(nèi)的具有熱流傳感器(例如，多個(gè)電阻元件-未示出)的傳感器管354。入口( “I”)和出口( “O”)被指出。導(dǎo)向閥電磁閥220可以例如從處理器或控制器/控制單元接收命令，以基于來自質(zhì)量流傳感器300-3(經(jīng)由熱流量傳感器)的感測的流信號和/或其它信號打開和關(guān)閉流主開口 204。因此，處理器或控制器/控制單元可以控制通過流主開口204的流，使得由質(zhì)量流傳感器300-3感測或測量的經(jīng)過閥(例如，管道)的流匹配、或被使得符合、或者被使得有用地接近由處理器或控制器/控制單元接收的設(shè)定點(diǎn)命令信號(或，設(shè)定點(diǎn))。
[0040]因此，根據(jù)本發(fā)明的簡化的導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)可以提供諸如簡單和更便宜的構(gòu)造的各種益處。
[0041]論述的組件、步驟、特征、對象、益處和優(yōu)點(diǎn)只是說明性的。它們或與它們有關(guān)的論述中沒有一個(gè)旨在以任何方式限制保護(hù)的范圍。還考慮了許多其他的實(shí)施例。這些包括具有更少的、附加的和/或不同組件、步驟、特征、對象、移除和優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例。這些還包括其中的組件和/或步驟被不同地布置和/或排序的實(shí)施例。
[0042]在閱讀本發(fā)明的內(nèi)容時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例可在硬件、軟件、固件、或任何這些的組合來實(shí)現(xiàn)，并且覆蓋一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。合適的軟件可以包括用于執(zhí)行設(shè)計(jì)和/或控制數(shù)據(jù)采集和/或數(shù)據(jù)操作的執(zhí)行的方法和技術(shù)(和其部分)的計(jì)算機(jī)可讀或機(jī)器可讀指令。任何合適的軟件語言(與機(jī)器有關(guān)的或與機(jī)器無關(guān)的)可以被利用。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以包含在或通過各種信號攜帶，例如通過無線RF或IR通信鏈路發(fā)送或從因特網(wǎng)下載。
[0043]除非另有說明，本說明書包括隨后的權(quán)利要求書中闡述的所有的測量、值、等級、位置、量、大小和其他規(guī)格都是近似的，并非準(zhǔn)確的。它們旨在具有與它們所相關(guān)的功能和它們所屬領(lǐng)域中的慣例一致的合理范圍。
[0044]本公開內(nèi)容中引用的所有文獻(xiàn)、專利、專利申請及其他公布都通過參考借以并入本文中。
[0045]當(dāng)在權(quán)利要求中使用時(shí)，短語“裝置，用于”旨在且應(yīng)解釋為包含已經(jīng)說明的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和材料及其等價(jià)物。類似地，當(dāng)在權(quán)利要求中使用時(shí)，短語“步驟，用于”包含已經(jīng)說明的相應(yīng)的動(dòng)作及其等價(jià)物。不出現(xiàn)的這些短語意味著該權(quán)利要求并非旨在且不應(yīng)解釋為局限于任何相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料過動(dòng)作或其等價(jià)物。
[0046]所陳述的或所例示的中沒有任何內(nèi)容旨在或應(yīng)解釋為導(dǎo)致將任何組件、步驟、特征、益處、優(yōu)點(diǎn)或其等同形式貢獻(xiàn)于公眾，不管在權(quán)利要求書中是否表述了它。保護(hù)范圍僅由隨后的權(quán)利要求書來限定。該范圍旨在且應(yīng)解釋為與當(dāng)根據(jù)本說明書和其遵循的訴訟歷史來解釋時(shí)的權(quán)利要求中所使用的語言的普通含義一致地寬泛，且包含全部結(jié)構(gòu)和功能等價(jià)物。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種導(dǎo)向閥組件，其包括: 主閥，所述主閥具有(i)流主體，所述流主體限定用于流體的流路徑并具有入口和出口，所述主閥具有(ii)膜片，所述膜片具有周邊、可移動(dòng)部分、以及第一和第二側(cè)，其中所述膜片的周邊相對于所述閥本體被固定，且其中所述可移動(dòng)部分響應(yīng)于所述第一和第二側(cè)之間存在的壓力差可操作以移動(dòng)，所述主閥具有(iii)流主開口，所述流主開口在所述流本體中位于入口和出口之間，和所述主閥具有(iv)主閥插塞，所述主閥插塞附接至所述膜片的可移動(dòng)部分且當(dāng)所述膜片的可移動(dòng)部分分別處于第一和第二位置時(shí)可操作以打開和關(guān)閉流開口； 導(dǎo)向閥，所述導(dǎo)向閥具有(i)導(dǎo)向閥流本體，所述導(dǎo)向閥流本體限定流路徑且具有導(dǎo)向閥入口，所述導(dǎo)向閥入口在所述流主開口的上游連接至所述流主體的流路徑，所述導(dǎo)向閥具有(ii)導(dǎo)向閥出口，所述導(dǎo)向閥出口包括設(shè)置在所述主閥插塞內(nèi)的開口，其中所述導(dǎo)向閥開口具有一橫截面面積且被構(gòu)造成允許從所述導(dǎo)向入口至所述流主開口的流體流，和所述導(dǎo)向閥具有(iii)導(dǎo)向閥插塞，所述導(dǎo)向閥插塞沿從第一位置至第二位置的位置的范圍可移動(dòng)且是當(dāng)所述導(dǎo)向閥插塞分別在第一和第二位置時(shí)可操作以打開和關(guān)閉所述導(dǎo)向閥流開口； 其中，所述導(dǎo)向閥開口與所述主閥插塞同位協(xié)作且一體；以及 導(dǎo)向閥電磁閥，所述導(dǎo)向閥電磁閥連接至所述導(dǎo)向閥插塞且響應(yīng)于接收的命令信號可操作以控制沿所述位置范圍的所述導(dǎo)向閥插塞位置。2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)，其中，所述導(dǎo)向閥入口的橫截面面積小于所述導(dǎo)向閥開口的橫截面積。3.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向閥結(jié)構(gòu)，其中，所述導(dǎo)向閥出口包括出口通道，所述出口通道具有至所述導(dǎo)向閥插塞的近端和至所述導(dǎo)向閥插塞的遠(yuǎn)端，且其中所述出口通道的近端的橫截面面積小于或等于所述出口通道的遠(yuǎn)端的橫截面面積。4.如權(quán)利要求3所述的導(dǎo)向閥組件，其中，所述出口通道具有錐形剖面。5.如權(quán)利要求3所述的導(dǎo)向閥組件，其中，所述導(dǎo)向閥入口的橫截面積與所述導(dǎo)向閥開口的橫截面積之間的比率被選擇成所述導(dǎo)向閥在所述膜片的第一和第二側(cè)之間產(chǎn)生壓差。6.如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)向閥組件，其中，所述比率是在0.2至0.7的范圍內(nèi)。7.如權(quán)利要求5所述的導(dǎo)向閥組件，其中，在所述入口側(cè)上的操作壓力范圍是在22psia和55psia之間ο8.一種具有導(dǎo)向閥的質(zhì)量流控制器，包括: (A)質(zhì)量流傳感器，所述質(zhì)量流傳感器可操作以感測通過管道的流并提供表明所述感測的流的信號: (B)連接至所述管道的控制閥，所述控制閥具有主閥，所述主閥具有(i)流主體，所述流主體限定用于流體的流路徑且具有入口和出口，所述主閥具有(ii)膜片，所述膜片具有周邊、可移動(dòng)部分、以及第一和第二側(cè)，其中，所述膜片的周邊相對于所述閥本體被固定，且其中所述可移動(dòng)部分響應(yīng)于所述第一和第二側(cè)之間存在的壓力差可操作以移動(dòng)，所述主閥具有(i i i)流主體，所述流主體在所述流本體中位于入口和出口之間，和所述主閥具有(i V)主閥插塞，所述主閥插塞附接至所述膜片的可移動(dòng)部分且當(dāng)所述膜片的可移動(dòng)部分分別在第一和第二位置時(shí)可操作以打開和關(guān)閉所述流開口 ； (C)導(dǎo)向閥，所述導(dǎo)向閥具有(i)導(dǎo)向閥流本體，所述導(dǎo)向閥流本體限定流路徑且具有在所述流主開口的上游連接至所述流主體的流路徑的導(dǎo)向閥入口，所述導(dǎo)向閥具有(ii)導(dǎo)向閥出口，所述導(dǎo)向閥出口包括設(shè)置在所述主閥插塞內(nèi)的開口，其中所述導(dǎo)向閥開口具有一橫截面面積并被構(gòu)造成允許從所述導(dǎo)向入口至所述流主開口的流體流，所述導(dǎo)向閥具有(iii)導(dǎo)向閥插塞，所述導(dǎo)向閥插塞沿從第一位置到第二位置的位置范圍可移動(dòng)且當(dāng)所述導(dǎo)向閥插塞分別在第一和第二位置時(shí)可操作以打開和關(guān)閉所述導(dǎo)向閥流開口；所述導(dǎo)向閥具有(iv)導(dǎo)向閥電磁閥，所述導(dǎo)向閥電磁閥連接至所述導(dǎo)向閥插塞且響應(yīng)于接收的命令信號可操作以控制所述導(dǎo)向閥插塞沿位置的所述范圍的位置;其中所述導(dǎo)向閥開口與所述主閥插塞同位協(xié)作和一體;和 (D)控制器，所述控制器能夠操作以接收設(shè)定點(diǎn)命令信號，從所述質(zhì)量流傳感器接收表明質(zhì)量流的信號，并通過控制所述導(dǎo)向閥電磁閥以移動(dòng)所述導(dǎo)向閥插塞來控制所述質(zhì)量流控制器的質(zhì)量流輸出。9.如權(quán)利要求8所述的導(dǎo)向閥控制器，其中，所述導(dǎo)向閥入口的橫截面面積小于所述導(dǎo)向閥開口的橫截面積。10.如權(quán)利要求8所述的導(dǎo)向閥控制器，其中，所述導(dǎo)向閥出口包括出口通道，所述出口通道具有至所述導(dǎo)向閥插塞的近端和至所述導(dǎo)向閥插塞的遠(yuǎn)端，且其中所述出口通道的近端的橫截面面積小于或等于所述出口通道的遠(yuǎn)端的橫截面面積。11.如權(quán)利要求10所述的質(zhì)量流控制器，其中，所述出口通道具有錐形剖面。12.如權(quán)利要求9所述的質(zhì)量流控制器，其中，所述導(dǎo)向閥入口的橫截面積與所述導(dǎo)向閥開口的橫截面積之間的比率被選擇成所述導(dǎo)向閥在所述膜片的第一和第二側(cè)之間產(chǎn)生壓差。13.如權(quán)利要求12所述的質(zhì)量流控制器，其中，所述比率是在0.2至0.7的范圍內(nèi)。14.如權(quán)利要求12所述的質(zhì)量流控制器，其中操作壓力在所述入口側(cè)的范圍在22psia和55psia之間ο
【文檔編號】F16K31/06GK106030174SQ201580010938
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月11日
【發(fā)明人】R·戈梅斯
【申請人】Mks 儀器公司