氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，包括：氣體質(zhì)量流量控制器，其與一氣體管路連接，用于計(jì)量或控制流經(jīng)氣體管路的氣體質(zhì)量或流量；能量捕獲裝置，用于捕獲氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)周圍環(huán)境中的機(jī)械能量；以及，能量存儲(chǔ)裝置，其一端連接能量捕獲裝置，用于存儲(chǔ)捕獲的機(jī)械能量，其另一端與氣體質(zhì)量流量控制器連接，用于向氣體質(zhì)量流量控制器供電。其不需外部電源供電，簡化了系統(tǒng)、有利于降低設(shè)備故障率；且節(jié)約了能源、低碳環(huán)保，便于在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。
【專利說明】氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體流量控制【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體質(zhì)量流量控制器(Mass Flow Controller，簡稱MFC)用于對(duì)氣體質(zhì)量流量進(jìn)行精密測(cè)量及控制，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路工藝、特種材料、化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保和真空等多種領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)中?，F(xiàn)有技術(shù)提供的一氣體質(zhì)量流量控制器由分流器、傳感器、電磁流量調(diào)節(jié)閥以及CPU、驅(qū)動(dòng)、控制電路板組成，圖1示出該氣體質(zhì)量流量控制器的模塊圖。
[0003]氣體流經(jīng)分流器100，再經(jīng)接有調(diào)節(jié)閥109的氣體管道輸出，其中，分流器100與傳感器配合使用，傳感器通常包括一個(gè)與分流器連接的傳感管101與兩傳感絲繞組1021、1022，傳感管101為分流器100的一支管或旁路分管，兩個(gè)傳感絲繞組1021、1022與兩個(gè)外部電阻1031、1032組成一個(gè)電橋，由恒流源104供電，輸出信號(hào)經(jīng)過放大器105至A/D轉(zhuǎn)換器106被CPU107處理，CPU107還可與外部接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并通過驅(qū)動(dòng)部件108控制調(diào)節(jié)閥109的開/合動(dòng)作。工作時(shí)一小部分氣體通過傳感管101流過，隨流過流量的不同而在傳感管101產(chǎn)生不同范圍的溫度變化，傳感絲繞組1021、1022感測(cè)到溫度的變化，轉(zhuǎn)換為電阻的變化，電橋供電后，A/D轉(zhuǎn)換器106輸出端輸出相應(yīng)的電信號(hào),計(jì)算出相應(yīng)的氣體流量，以及供后續(xù)電路，例如CPU107處理。
[0004]其中，外部電阻1031、1032，恒流源104、放大器105、A/D轉(zhuǎn)換器106、以及CPU107、驅(qū)動(dòng)部件108可設(shè)置于同一塊電路板11上。該電路板還提供電源110，其連接外部電源，以分別向上述各部件提供工作電壓。
[0005]一方面，上述氣體質(zhì)量流量控制器工作時(shí)需要消耗一定的電能，從而需要由外部電源供電，在一些場(chǎng)合中使用起來很不方便。如果供電電源發(fā)生故障或者電源掉電、系統(tǒng)停電那么氣體質(zhì)量流量控制器就無法工作，甚至造成災(zāi)難性的后果。此外，在一些特殊的場(chǎng)合，引入外部供電電源和電纜會(huì)使系統(tǒng)變得相對(duì)復(fù)雜，氣體質(zhì)量流量控制器因供電而產(chǎn)生的故障機(jī)率成幾何級(jí)增加。
[0006]如果氣體質(zhì)量流量控制器本身不需要外部電源供電，那么對(duì)于氣體質(zhì)量流量控制器來說，只需要一根通信線即可實(shí)現(xiàn)與氣體質(zhì)量流量控制器的信息交互，氣體質(zhì)量流量控制器根據(jù)用戶的相應(yīng)指令進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。這樣既節(jié)約了能源、低碳環(huán)保，又簡化了系統(tǒng)、降低了設(shè)備的故障率。
[0007]另一方面，在自然界中，存在著各種形式的能量，如太陽能、溫差能、振動(dòng)能、風(fēng)能、水流能、電磁能和生物能等。而對(duì)于機(jī)械元器件或結(jié)構(gòu)來說，其振動(dòng)能量可通過能量捕捉裝置進(jìn)行捕獲，將之轉(zhuǎn)換為電能，存儲(chǔ)起來供小型用電設(shè)備使用。
[0008]本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，氣體質(zhì)量流量控制器工作環(huán)境中的噪聲或振動(dòng)幾乎無處不在，例如汽車經(jīng)過引起的強(qiáng)烈振動(dòng)、工廠機(jī)床工作引起周圍環(huán)境不停的振動(dòng)。氣體質(zhì)量流量控制器在工作時(shí)，氣體流過控制器以及與之相連的氣體管路，都會(huì)不停的振動(dòng)。氣體質(zhì)量流量控制器在不工作時(shí)，由于周圍環(huán)境的振動(dòng)影響，控制器也會(huì)做一定頻率的振動(dòng)。在運(yùn)輸過程中，控制器本身隨著運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)動(dòng)也在不停的振動(dòng)。若將這些振動(dòng)能量捕捉、轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)，并供給控制器本身使用，即可脫離依靠外部電源的工作模式。
[0009]因此，業(yè)內(nèi)期望獲得一種不需外部電源供電，從而簡化系統(tǒng)、降低設(shè)備故障率的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種不需外部電源供電的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一技術(shù)方案如下:
[0012]一種氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，包括:氣體質(zhì)量流量控制器，其與一氣體管路連接，用于計(jì)量或控制流經(jīng)氣體管路的氣體質(zhì)量或流量；能量捕獲裝置，用于捕獲氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)周圍環(huán)境中的機(jī)械能量；以及，能量存儲(chǔ)裝置，其一端連接能量捕獲裝置，用于存儲(chǔ)捕獲的機(jī)械能量，其另一端與氣體質(zhì)量流量控制器連接，用于向氣體質(zhì)量流量控制器供電。
[0013]優(yōu)選地，能量捕獲裝置為靜電式捕能裝置、電磁式捕能裝置或壓電式捕能裝置中的任一種。
[0014]優(yōu)選地，能量捕獲裝置為一壓電式捕能裝置，其包括一支架和多組彈性梁，各彈性梁垂直固定于支架上，彈性梁至少一側(cè)面敷設(shè)有壓電材料，各彈性梁的壓電材料分別通過線路與能量存儲(chǔ)裝置連接。
[0015]優(yōu)選地，各彈性梁遠(yuǎn)離所述支架的一端分別固定有一質(zhì)量塊。
[0016]優(yōu)選地，能量存儲(chǔ)裝置為一組蓄電池或一組可充電鋰電池。
[0017]本發(fā)明提供的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，不需外部電源供電，而是通過能量捕捉裝置捕獲周圍環(huán)境中的振動(dòng)能量，將之轉(zhuǎn)換為電能，存儲(chǔ)起來供系統(tǒng)使用，從而簡化了系統(tǒng)、有利于降低設(shè)備故障率；且節(jié)約了能源、低碳環(huán)保，便于在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中一氣體質(zhì)量流量控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2示出本發(fā)明第一實(shí)施例提供的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3示出本發(fā)明一實(shí)施例提供的能量捕獲裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022]如圖2所示，本發(fā)明第一實(shí)施例提供的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)包括:氣體質(zhì)量流量控制器、能量捕獲裝置302與能量存儲(chǔ)裝置301。其中，氣體質(zhì)量流量控制器與一氣體管路連接，用于計(jì)量或控制流經(jīng)氣體管路的氣體質(zhì)量或流量；能量捕獲裝置302用于捕獲氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)周圍環(huán)境中的機(jī)械能量；能量存儲(chǔ)裝置301，其一端連接能量捕獲裝置302，用于存儲(chǔ)捕獲的機(jī)械能量，其另一端與氣體質(zhì)量流量控制器連接，用于向氣體質(zhì)量流量控制器供電。[0023]具體地，氣體質(zhì)量流量控制器包括:氣體分流器200，其接入氣體管道前段；用于感測(cè)氣體管道中氣體流量的傳感器，其包括傳感管201，其為分流器200的一支管或旁路分管，兩個(gè)傳感絲繞組2021、2022與兩個(gè)外部電阻2031、2032組成一個(gè)電橋，由恒流源204供電；傳感器感測(cè)氣體流量，相應(yīng)地輸出模擬信號(hào)，經(jīng)過放大器205至A/D轉(zhuǎn)換器206被CPU207處理，CPU207還可與外部接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并通過驅(qū)動(dòng)部件208控制調(diào)節(jié)閥209的動(dòng)作，以調(diào)節(jié)氣體流量。該氣體質(zhì)量流量控制器中各部件的性能與用途可與現(xiàn)有技術(shù)方案中類似。
[0024]其中，氣體質(zhì)量流量控制器中的耗電部件，S卩:外部電阻2031、2032、恒流源204、放大器205、A/D轉(zhuǎn)換器206、以及CPU207、驅(qū)動(dòng)部件208，可共同設(shè)置于同一塊控制電路板21上。氣體質(zhì)量流量控制器的傳感器、調(diào)節(jié)閥209鄰近于氣體管道設(shè)置，便于測(cè)量以及控制氣體流量。
[0025]該控制電路板21不需由外部電源供電，而由能量存儲(chǔ)裝置301提供電源，能量存儲(chǔ)裝置301存儲(chǔ)能量捕獲裝置302輸出的電能，以供控制電路板21正常工作所需。
[0026]能量捕獲裝置可為靜電式捕能裝置、電磁式捕能裝置或壓電式捕能裝置中的任一種。
[0027]根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，能量捕獲裝置為一壓電式捕能裝置，其包括一支架40和多組彈性梁41，如圖3所示,各彈性梁41垂直固定于支架40上,彈性梁41至少一側(cè)面敷設(shè)有壓電材料411，各彈性梁41的壓電材料411分別通過線路與能量存儲(chǔ)裝置301連接。
[0028]當(dāng)環(huán)境振動(dòng)傳到彈性梁41時(shí)，引起彈性梁41振動(dòng)。彈性梁41在振動(dòng)時(shí)，壓電材料411受到拉壓等物理作用，產(chǎn)生電能，向能量存儲(chǔ)裝置301輸出。由于彈性梁41有很多組，因此可以充分捕獲環(huán)境中的振動(dòng)能量。無論是在工作中產(chǎn)生的振動(dòng)能還是運(yùn)輸中產(chǎn)生的振動(dòng)能量，均被能量捕獲裝置302捕獲，從而在任何環(huán)境中均可產(chǎn)生電能。尤其是運(yùn)輸中捕獲的大量能量，可通過能量存儲(chǔ)裝置301儲(chǔ)存作富余積累，留待控制電路板21上各耗電部件工作時(shí)使用。
[0029]進(jìn)一步地，壓電材料為壓電陶瓷或PZT壓電薄膜。
[0030]該實(shí)施例中采用的能量存儲(chǔ)裝置可為一組蓄電池或一組可充電鋰電池。進(jìn)一步地，其還包括一外部充電接口，用于由外部電源向其充電。
[0031]根據(jù)上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，各彈性梁41遠(yuǎn)離支架40的一端分別固定有一質(zhì)量塊412，參見圖3所示，各彈性梁41上的質(zhì)量塊412可各不相同，其用于改變不同的振動(dòng)頻率，以實(shí)現(xiàn)部分彈性梁41與外界環(huán)境中振動(dòng)源的共振，以提高對(duì)振動(dòng)能量捕獲的效率。
[0032]可以理解，氣體質(zhì)量流量控制器、能量捕獲裝置與能量存儲(chǔ)裝置可成一體性結(jié)構(gòu)?；蛘?，氣體質(zhì)量流量控制器、能量捕獲裝置與能量存儲(chǔ)裝置分別單獨(dú)設(shè)置，能量捕獲裝置設(shè)置于氣體管路上或外部振動(dòng)源上。
[0033]本發(fā)明上述實(shí)施例提供的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)通過自身攜帶的能量捕獲裝置和能量存儲(chǔ)裝置，捕獲外界環(huán)境中的機(jī)械振動(dòng)能量，供給氣體質(zhì)量流量控制的耗電部件使用，使質(zhì)量流量控制器成為一個(gè)無源工作系統(tǒng)。該質(zhì)量流量控制系統(tǒng)僅需要一條通信線路即可實(shí)現(xiàn)與外部用戶的數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化、從而有利于降低設(shè)備故障率；且節(jié)約能源、低碳環(huán)保，便于在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。[0034]可以理解，根據(jù)本發(fā)明的思想，支架40上可均勻分布多個(gè)彈性梁41，彈性梁41可固接于支架40的一個(gè)面或兩個(gè)面，各彈性梁41的尺寸可相同、也可存在差異，各質(zhì)量塊的質(zhì)量可相同、也可存在差異，只要采用壓電原理將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能，供氣體質(zhì)量流量控制器的耗電部件使用，均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的意圖，因此，應(yīng)落入本發(fā)明的范圍。
[0035]可以理解，上述實(shí)施例僅為能量捕獲裝置的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，能量捕獲裝置不應(yīng)局限于上述壓電式捕能裝置，而可為包括靜電式捕能裝置或電磁式捕能裝置在內(nèi)的其他捕能裝置。以其他裝置捕獲外徑環(huán)境中的物理能量，并供給氣體質(zhì)量流量控制器的耗電部件使用，均應(yīng)視為本發(fā)明的簡單變形設(shè)計(jì)。
[0036]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，包括: 氣體質(zhì)量流量控制器，其與一氣體管路連接，用于計(jì)量或控制流經(jīng)所述氣體管路的氣體質(zhì)量或流量； 能量捕獲裝置，用于捕獲所述氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)周圍環(huán)境中的機(jī)械能量；以及， 能量存儲(chǔ)裝置，其一端連接所述能量捕獲裝置，用于存儲(chǔ)所述捕獲的機(jī)械能量，其另一端與所述氣體質(zhì)量流量控制器連接，用于向所述氣體質(zhì)量流量控制器供電。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述能量捕獲裝置為靜電式捕能裝置、電磁式捕能裝置或壓電式捕能裝置中的任一種。
3.如權(quán)利要求2所述的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述能量捕獲裝置為一壓電式捕能裝置，其包括一支架和多組彈性梁，各所述彈性梁垂直固定于所述支架上，所述彈性梁至少一側(cè)面敷設(shè)有壓電材料，各所述彈性梁的壓電材料分別通過線路與所述能量存儲(chǔ)裝置連接。
4.如權(quán)利要求3所述的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電材料為壓電陶瓷或PZT壓電薄膜。
5.如權(quán)利要求3所述的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，其特征在于，各所述彈性梁遠(yuǎn)離所述支架的一端分別固定有一質(zhì)量塊。
6.如權(quán)利要求1所述的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述能量存儲(chǔ)裝置為一組蓄電池或一組可充電鋰電池。
7.如權(quán)利要求6所述的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述能量存儲(chǔ)裝置還包括一外部充電接口，用于由外部電源向其充電。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體質(zhì)量流量控制器包括:連接于所述氣體管路前段的一分流器、形成為分流器的一旁路分管的傳感管、繞經(jīng)所述傳感管的兩傳感絲繞組、與所述兩傳感絲繞組組成一電橋的兩外部電阻、用于向所述電橋供電的一恒流源、一放大器、一 A/D轉(zhuǎn)換器以及一 CPU、一驅(qū)動(dòng)部件、連接于所述氣體管路后段的一調(diào)節(jié)閥，其中，所述傳感管感測(cè)流經(jīng)所述氣體管路的氣體流量，所述傳感絲繞組輸出對(duì)應(yīng)于所述氣體流量的模擬信號(hào)，經(jīng)過所述放大器放大，再經(jīng)所述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述CPU處理所述數(shù)字信號(hào)，并通過所述驅(qū)動(dòng)部件控制所述調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)所述氣體管路中的氣體流量。
9.如權(quán)利要求8所述的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體質(zhì)量流量控制器、能量捕獲裝置與能量存儲(chǔ)裝置成一體性結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求8所述的氣體質(zhì)量流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體質(zhì)量流量控制器、能量捕獲裝置與能量存儲(chǔ)裝置分別單獨(dú)設(shè)置，所述能量捕獲裝置設(shè)置于所述氣體管路上或外部振動(dòng)源上。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK103728991SQ201310750547
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】杜井慶, 李甲, 胡蕾, 牟昌華 申請(qǐng)人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司