用于气体的质量流量控制器可以以与气体的温度和压力基本上无关的 方式检测气体的质量流速，给出一个测量值，由此计量这一流动，并在需 要时可根据这种检测和计量结果调整质量流速。利用热传导原理操作的这 种类型的控制器已经被广泛使用。
在市场上可以买到的适用于气体测量的普通质量流量传感器具有一根 小直径管，在管子外侧彼此靠近的位置处缠绕着两个线圈。这两个线圈由 其电阻具有温度敏感性的金属材料构成。
在一个与该传感器相耦合的桥式电路中，线圈可以由电流进行加热， 该电流在没有气体流过时使线圈具有相等的电阻，并使桥式电路处于平衡 状态，即输出零信号。
当有气体在管子中流过时，在传感器的相对测量范围内，上流侧的线 圈的温度将由于气体的冷却作用而下降，下流侧线圈的温度将由于流体带 来的上流侧线圈的热量而上升。该温度差正比于在单位时间里流过该管子 的克分子数目。因此，根据已知的线圈电阻随温度的变化关系，便可以从 桥式电路的输出信号中获得气体质量流量的一个测量值，或一个计量信号。
在一般情况下，小直径管与通过该控制器的流体流动主路径相平行。 可利用某种部分流体流动障碍的形式设置这一平行路径，而这种障碍将沿 主路径产生压力落差。
对于给定量值的流动测量，和设定在一个不同量值处的预定流动，均 可以通过设置在流体流动主路径中的阀门消除这一差值，即控制质量流速。
通常，在质量流量控制器中，流体流动主路径是一条可以将阀座安装 在阀门套筒中的回路，从而是一种可以线性地打开和闭合的回路。因此， 可以移动该元件以增大或减小流过阀门的流动流体，而且通常是通过沿流 体流动方向(即沿打开阀座的方向)所施加的力来实施这一移动的。一般来 说，抑制阀座移动的元件，通常是由具有一个由电磁螺线管或压电机构控 制的定位位置的、并且往往是附装在一个金属膜片上的部件。这种回路流 动路径和线性机构往往需要有定作的管道部分，而且往往比所预期的更大 和/或更有力。它们还对流体流动主路径中的背压效应相当敏感，进而使阀 门的机械操作复杂化。
与此有关的是可能出现的制造方面的技术要求，即涉及包含位于流体 流动主路径中的阀座的阀座筒的安装问题。具体地说就是，在将这一阀座 筒设置定位时，需要防止沿流体流动主路径产生划痕。例如，在采用压入 配合操作的情况下，在沿不与流体流动过程中的流体相接触的管壁表面上， 不可避免地产生划痕。
流体流动主路径与通过较小直径的传感器管道的平行路径相连接，流 体流动主路径中的某种阻塞体，可以采用许多种不同类型的阻塞元件来构 成。如举例来说，这些阻塞元件包括，具有锥形体的流体流动主路径，具 有可以定位设置的并通过弹簧类安装机械保持定位的锥形体的阻塞部件。 所有有关的这一切均需要在传感器管道平行路径的位置的附近，保持有相 当平滑的、通常为层流的流动，并且保持调节阻塞量的能力，以便调节流 过传感器管道和主路径的流动流体的比率。在一定的范围内，这种调节的 能力使其能够标定由规定的传感器信号所代表的流体流量。这种标定适应 性对于满足不同的用途和特定的需要是相当重要的。
对于这一点，具有流体流动阻塞和调节能力的常规的环形圆筒状流体 路径部分是公知的，这种路径部分具有一种常规的环形圆筒状栓塞部分， 后者具有沿其长度方向的线性部件。配置在具有类似形状的流体路径部分 中的圆筒状阻塞部分的长度，可以控制阻塞量的大小的方式使用。
在所提到的常规类型的质量流量控制器中，研制和关注的方面均在于 小直径传感器管和流体流动主路径的接口部分。当然，这一接口位于流体 流动主路径中的阻塞元件附近。这种接口包括一个小直径管和满足其密封 连接的、在它的每一端设置的通向流体流动主路径的孔口。能够满足这种 需要的一个常规的例子是，安排在传感器壳体和金属管道构件之间的金属 安装件，流体流动主路径就在其附近穿孔通过。因此这种构件通常具有形 成在其上的环形圆筒状孔口，传感器管道在其端部穿过该孔口，并且恰好 位于管道阻塞元件与流体流动主路径连接的孔口之前。然后，一对金属部 件压入配合在这些孔口中。这种部件具有在其中间所开的小直径孔口或者 入口或者出口。该孔口用于配合输入侧或输出侧的小直径传感器管道端部。 这种通常为环形圆筒状的金属部件，可以具有例如位于朝向管道部分表面 处的环形边缘。然后，可以将具有与其相耦合的环形边缘的、用于形成流 体密封的衬垫类元件，压塞在接口安装部分和管道部分之间，并且靠近这 一管道端部的传感器管道附近。该金属接口部件可以具有沿该同一表面伸 延的成型结构，以形成便于在传感器管道端部将管道焊接在该部件上的结 构。例如，这种接口结构的精确度，以及接口安装部件的使用空间均是相 当重要的。
对于质量流量控制器，希望采用的是加热机构，而不是压电或电磁螺 线管机构，以控制通过质量流量控制器阀门的流量，所以往往需要使用相 当大的力。对于这一点，如何利用连线的电加热，进而加热其环绕的管， 一直是过去研制和开发的主题。采用施加热量而膨胀，或除去热量而收缩 的方式，可以使该管的主体成为所需要的力的来源，而且是一种响应时间 的减缓源。

本发明就是要在各个相关的方面，使操作更方便而有效，并且使结构 构成更方便而有效。这些方面包括阀门操作机构，与流体流动主路径直接 相关的部分，主路径流体流动相应于传感器流动管道的限流部分，传感器 壳体和在传感器流体管道和流体流动主路径之间的相关的接口的安装方 式，以及阀座在流体流动主路径上的安装等等。
在本发明的阀门机构方面，提供了一种流体流量控制器，它具有一个 测量流体流量的传感器和一个响应该传感器的致动器。该质量流量控制器 包括有输入管道部件，中间管道部件和输出管道部件。它还包括有一个安 装在中间管道部件处的阀座，一个附装在阀座上的阀门门元件，以及一个 门元件控制器。输入管道部件限定一个用于接收流体流动的输入管，并且 限定着一个穿过该部件的流体流动孔口。中间管道部件用于接收由输入管 道部件向下流侧流动的流体，并且限定着一个穿过中间管道部件的流体流 动孔口。输出管道部件接收由中间管道部件向下流侧流动的流体，并且也 同样限定一个穿过输出管道部件的流体流动孔口。门元件控制器包括有一 个控制杆部件和一个包括有膜片的安装部件。控制杆部件具有门元件控制 部分、安装部分、以及致动部分。控制器杆部件沿控制器杆部件安装部分 与膜片相连接；这一杆部件的致动部分和门元件控制部分可以相对于安装 部件的定位位置沿相反的方向移动到多个可选择位置以响应致动器动作， 调节流体流速为多个可选择的流动速度，膜片基本上承载着控制器杆部件 的全部部件的支撑重量。
控制器杆部件是基本上以可转动方式安装的，而且当致动器和控制器 杆部件的门元件控制部分在相反方向运动时，膜片可伸张或不可伸张。膜 片为金属膜片，并具有基本上不可弯曲结构和基本上呈圆形的形状。
控制器杆元件的安装部分包括有位于膜片的致动部分一侧的一段，和 位于膜片的门元件控制一侧的另一段，它们具有抵抗弯曲的不同伸张，以 使得一段的弯曲超过另一段的弯曲。
安装在中间管道部件上的阀座限定一个流体流动孔口，该流体流动孔 口基本上与通过输入管道部件的流体流动孔口准直配合。
根据本发明构造的阀门机构，还提供了一种流体流量控制器，其具有 一个测量流体流量的传感器，和一个响应该传感器的致动器，并且包括有 输入管道部件，中间管道部件，输出管道部件，一个安装在中间管道部件 的阀座，一个附装在阀座上的阀门门元件，以及一个门元件控制器。输入 管道部件限定一个用于接收流动流体的输入管，并且限定一个穿过所述的 部件的流体流动孔口；中间管道部件用于接收由所述的输入管道部件向下 流侧流动的流体，并且限定一个穿过所述的中间管道部件的流体流动孔口； 输出管道部件用于接收由所述的中间管道部件向下流侧流动的流体，并且 限定一个穿过所述的输出管道部件的流体流动孔口。而且，门元件控制器 具有控制杆部件，用于控制器杆部件的安装部件，和一根细长的杆棒。控 制器杆部件具有门元件控制部分，安装部分和致动部分。控制器杆部件沿 着控制器杆部件安装部分与该安装部件相连接；控制杆部件的致动部分和 门元件控制部分可以相对于安装部件的定位位置，沿相反的方向移动到多 个可选择位置，以响应质量流量控制器的致动器动作，将流体流速调节为 多个可选择的流动速度，膜片基本上承载着控制器杆部件的全部部件支撑 重量。这根细长棒与门元件相连接，并且也安装在控制杆部件的远离门元 件的控制部分的一侧。
细长杆棒也安装在距控制器杆部件的门元件一侧相距一定距离的位置 处，且该距离为门元件的定位位置与控制器杆部件的门元件一侧之间的距 离的两倍以上。一个围绕细长杆棒的套筒固定在控制器杆部件的致动部分 和细长杆棒上，并且朝远离门元件延伸到控制器杆部件的门元件的控制部 分一侧。
根据本发明的阀门致动器和阀门控制器，用于流体流量控制阀门的门 元件的致动器和控制器机构，包括一个门元件控制器杆部件，其具有一个 致动部分，一个门元件控制部分；一个热敏调节器连线部件；和一个控制 致动件连线部件的温度变化的致动器控制电路。致动器连线部件与控制器 杆部件的致动部分可控制地相连接。它响应温度变化而伸张和收缩，并且 移动控制器杆部件的门元件控制部分，仅只响应这一伸张和收缩而调节流 过阀门的流体流量。
围绕连线部件设置，并伸延至控制器杆部件的致动部分一侧的一个管 形部件，可控制地与连线部件相连接，且相对于连线部件的伸张和收缩基 本上是不可移动的。围绕连线部件设置，并伸延至控制器杆部件的致动部 分另一侧的另一个管形部件，固定在控制器杆部件上，并可控制地与连线 部件相连接，以响应连线部件的伸张和收缩而移动控制器杆部件的致动部 分。控制器杆部件的致动部分具有一个孔口，致动部分通过孔口进行安装， 而不与这一控制器杆部件相接触。还安装有一个弹簧，以提供施加至控制 器杆部件的力。
根据本发明的主路径和传感器流体流动路径，一种流体流量计包括管 道部件，管道部件具有用于其流速需要被测量的流体流动的输入管和输出 管，以及穿过部件的主要流体流动路径的锥形孔口。它还包括一个限流器， 限流器压塞在锥形孔口处，以沿着孔口产生流体压力落差，以及一个包括 有流体传感器管道的流体传感器，流体传感器管道具有与主要流体流动管 道孔口相平行的传感器流体流动管道孔口，并且具有适当定位的输入口和 输出口，从而形成相应于压力落差的传感器管道的流体流动。该限流器包 括有一个芯体部件和若干根连线部件，后者沿着芯体部件设置，并且压塞 在芯体部件和管道部件之间的锥形孔口内。
该若干根连线部件在芯体部件和管道部件之间变形。例如，芯体部件 可包括有球形部件或锥形部件，并且还可以包括有三根或四根的连线部件 等等的多种选择。
根据本发明的主路径和传感器流体流动路径，一种流量计包括一个具 有流体传感器管道的流体传感器，该流体传感器管道具有一个输入管和一 个输出管，和通过该管道的传感器流体流动管道孔口；管道部件具有用于 其流速需要被测量的流体流动的输入管和输出管，并且具有与传感器流体 流动管道孔口相平行的主要流体流动管道孔口。管道部件还具有一个位于 传感器管道的输入侧端部的传感器管道输入孔口，和一个位于传感器管道 的输出侧端部的传感器管道输出孔口。一个输入金属密封部件，它沿传感 器管道输入侧孔口延伸，以及一个输出侧金属密封部件，它沿传感器管道 输出侧孔口延伸。每一个密封部件均沿着通过孔口的方向环绕，并且均具 有一个通过传感器管道的相应侧端部的部件的孔口。
该输入侧和输出侧的密封部件中的每一个，均包括有一个沿相应传感 器管道孔口延伸的球形表面部分，而且还包括有一个平坦表面部分。此外， 传感器管道固定在各个密封部件上。
管道部件可以具有一对靠近传感器管道输入侧孔口的输入侧弯管，和 一对靠近传感器管道输出侧孔口的输出侧弯管，并且还具有一个输入侧衬 垫部件，它在输入侧密封部件和输入侧弯管之间产生弯曲，以及一个输出 侧衬垫部件，它在输出侧密封部件和输出侧弯管之间产生弯曲。
根据本发明的阀座安装方法，提供了一种将阀座安装在管道部件中的 方法。设置一个阀座轴套，该轴套具有一个使流体流过轴套的孔口，该轴 套具有一个与通过轴套的方向相正交的一个端部表面，和另一个端部表面， 而且轴套具有安装在另一个端部表面附近的阀座。将轴套嵌装在管道部件 处，并且阻塞轴套沿通过轴套的方向的移动。设置一个相对于第一端部表 面的部件，并且向该部件施加一个力以使端部表面变形，将轴套的外侧管 壁表面推向管道部件的内侧端部表面，并且将轴套固定在管道部件处。
正交的第一端部表面具有在变形之前呈锥形的形状，而在变形之后呈 球形的形状。在变形过程中抵靠着这一端部表面安放的部件，包括有一个 球形表面。在由轴套进行的移动压塞过程中，在两个端部表面之间的轴套 的一个表面抵靠着一个砧座部件。
附图说明
图1为表示本发明的质量流量控制器的透视图，它同时示出了输入和 输出控制器的流体连接器；
图2为表示沿图1中的剖线2-2所作的图1中的质量流量控制器的剖 面图；
图3为表示质量流量控制器的传感器各个部分的、沿图1中的剖线3 -3所作的剖面图；
图4为表示如图2所示的各个阀门控制器和致动器部件的放大的局部 剖面图；
图5为进一步表示如图2所示的各个阀门控制部分的放大的局部剖面 图；
图6为表示流体主路径中的限流器装配状态的、沿图2中剖线6-6所 示的放大的局部剖面图；
图7为表示限流器的透视图；
图8为表示限流器一部分的局部剖开的透视图；
图9表示传感器通道和流体主路径之间的，包括有用于密封器结构的 连接器的、沿图2中的剖线9-9所示的放大的局部剖面图。
图10为表示包括有密封器结构的如图9所示的各部分的放大剖面图；
图11为表示在桥式测量电路中的如图1所示的传感器线圈的示意图；
图12为表示在温度变化测量电路中、作为电阻器的流体控制器的致动 器连线的示意图；
图13示出了一种如图1和图2所示的电路适用于更大型电路的示意图；
图14和图15为表示在控制器位置处的如图1所示的流体控制器阀座 的安装状态示意图；
图16为表示如图2所示的阀门控制器和致动器各个部分的另一种变形 实施例，图16所示的为常开阀门的实施例，而图2所示的为常闭阀门的实 施例；
图17为表示如图7所示的限流器的另一种变形实施例的透视图；
图18为表示图17所示的限流器部分的局部剖开的透视图；
图19为表示如图17所示的限流器处于流体主路径中的位置的剖面图， 它与图6所示的视图类似。
图20为表示在传感器通道和流体主路径之间的连接器的另一种变形实 施例的剖面图，它与图10所示的视图类似；
图21为表示各个管道部分、限流器和传感器管道密封器的另一种变形 实施例的剖面图，它与图2所示的视图类似；
图22为表示如图21所示的包括有密封器结构的、沿图21的剖线22 -22所作的放大局部剖面图；
图23为表示如图21所示的限流器的透视图；
图24为表示如图2所示的各个阀门控制器和致动器部分的另一种常闭 型的实施例；
图25为表示如图24所示的各个部分的包括细长杆棒和杆棒轴套的放 大剖面图；
图26为表示如图16所示的各个阀门控制器和致动器部分的另一种常 开型的实施例；
图27为表示如图22所示的密封器结构在安装在其装配位置之前时的 剖面图。

下面参考附图1，以简要介绍的方式，说明具有与流体流量系统相连接 的输入侧34和输出侧36的一种质量流量控制器32。正如图1和图2所示， 该质量流量控制器具有输入管道部分40、中间管道部分42和输出管道部分 44。正如图2所示，在中间管道部分42上安装有一个阀座轴套46，后者具 有一个压入配合在轴套中的阀座48。球体50附装在阀座上，并作为阀门的 门元件，用以调节流过阀门的流体流量。
举例来说，如图2和图5所示，用控制杆52控制门元件球体50的定 位位置，而控制杆52以可转动的方式安装在金属膜片54上。可以利用致 动器连线56的伸张和收缩来实现对控制杆52的定位位置的调节，而致动 器连线56的温度可以随预定的流体流量的变化而变化(例如，可参见图4)。
仍然参见图2，质量流量控制器32的输入管道部分40，具有一个流体 输入管60和一个穿过该部分的输入部分流体流动孔口62。同样，中间管道 部分具有一个中间部分流体流动孔口64。输出管道部分44具有一个输出部 分流体流动孔口65。
在输入部分流体流动孔口62中，有一个可紧紧堵塞住孔口的球形限流 器66(也可参见图6)。正如图2、图7和图8所示，限流器具有芯体70和沿 该芯体配置的若干根连线72，当处于限流位置时，它们压塞在输入管道部 分40的内壁和芯体之间。
当然，限流器66将在限流器两端产生一个压力落差。正如图2所示， 有一个输入孔口74横穿至输入部分流体流动孔口62，它贯穿设置在输入管 道部分处位于限流器的上流侧。类似地，在限流器的下流侧，也形成有一 个贯穿输入管道部分的相联的横向传感器管道输出孔口76。
在图2中可以看到，传感器管道的输入端80与这一输入孔口74连通， 而传感器管道的输出端82与输出孔口76连通。输入端80的设置方式已经 放大在图9中示出，当然输出端82的设置方式与输入端80相类似。
传感器管道84的主体部分示出在图3中，它配置在传感器壳体86中。 正如图3所示，质量流量传感器为一种公知类型的传感器，它可以利用气 体流过传感器管道时，在上流部分90和下流部分92的温度敏感电阻线圈 处气流产生的影响，来测量流过传感器管道的流体流量。对于预定的流体 流量检测范围，流过传感器管道的流体流量与流过流体流动主路径的流体 流量，满足特定的固定比率。
如图11所示的桥式电路，具有作为电路元件的上流部分90和下流部 分92的传感器线圈，这种传感器电路回路可能提供出代表着质量流率的输 出电压。正如图1所示，设置有各种电子元件的印刷电路板94，可与需要 的传感器电路相结合。而且正如图12所示的示意图所示，它还可以与用于 改变致动器连线56温度的致动器电路相结合，并且与其它的常规电路元件 相结合，这些元件可以用于与电子传感器和致动器元件之间的相互作用， 而且在需要时，还可以用于质量流量控制器32与外部电子装置之间的相互 作用。
如上所述，可以利用类似的金属密封元件，提供在传感器管道84的输 入端80和输出端82之间的连通，以及传感器管道输入孔口74和输出孔口 76之间的连通。如上所述，超出图9之外的部分，已示出在图10中，即在 输入孔口74的位置处设置输入侧密封元件96。正如图所示，该密封元件具 有一个球形表面部分100。图2示出了与其类似的输出侧密封元件98。
有必要指出的是，为了使气体有效而洁净地流过流体管道，在将阀座 轴套46安装在中间管道部分42时，必须避免沿管道部分的内侧管壁表面 形成划痕。安装后的轴套可以如图2所示，它具有压入配合在轴套上的阀 座48。为了避免划痕，这一安装过程应该如图14和图15所示。这一过程 被称为径向膨胀配合过程。具休地说，在安装之前，阀座轴套46有一个上 流侧端部表面102，它与穿过轴套的方向相正交，其形状包括有一锥形形状。 在一个特定的实例中，它有一锥形端部表面部分104。在安装轴套46的过 程中，轴套对着砧座106嵌装入中间管道部分42。在上流侧端部表面102 和下流侧端部表面110之间，形成一个轴套的环形表面部分108，通过使砧 座靠接在轴套的环形表面部分108的方式，可以将变形球112抵靠于上流 侧端部表面的锥形表面部分104定位，并使其承受如箭头114所示的变形 力，该变形力是由参考标号116所示的变形设备施加的。正如图15所示， 这样便使锥形表面部分变形为球形表面部分。在这一变形过程中，这一表 面部分如图15中的参考标号120所示。比如说可以如图2所示，将具有轴 套46的这一最终形成的球形表面部分122定位设置。自然，所施加的力和 变形，将引起沿着轴套的外侧管壁产生抵靠于中间管道部分42的内侧管壁 作用的力。采用径向膨胀方式，所产生的伸张和变形作用将把轴套紧固稳 定地配合在管道部分中。
质量流量控制器32特别适合于控制气体流动的流量。如上所述，为了 确保流过传感器管道84的转向流动的流体流量，和流过流体流动主路径的 未转向流动的流体流量之间的特定的固定比率，限流器应该能够确保流过 该限流器的流体为稳定流动流体。这通常就意味着流过限流器的流体为层 流流动流体。关于这一点，如图2和图6至图8所示的球形限流器66，特 别适用于处于相对比较低的范围内流体流量的场合。另一方面，如图1 7所 示的锥形限流器124，特别适用于处于相对比较高的范围内流体流量的场 合。在如图17所示的具体实施例中，锥形(截头锥形)芯体126的锥角与输 入部分分流体流动孔口62(参见图2)的锥角相同。
在质量流量控制器32中，传感器86可以按常规方式安装在L型支架 128上，该支架128具有一个沿输入管道部分40延伸的支脚130，和一个 位于传感器壳体(比如说，参见图1、2和9)下方的支脚132。正如图1和图 10所示，这一管型截面的支脚130牢固地安装在密封元件96和100上。然 而在质量流量控制器32中，事实上并不需要利用这一牢固的配合，来保持 密封元件的定位配置。与密封元件的形状相关联的压入配合方式，可以提 供牢固而稳定的配合，而不再需由支架128提供额外的力。然而为了其它 的组装和稳定性等等的原因，通常还是对该支架支角进行紧固配合安装。
另一方面，与图10所示的实施例相比较的如图20所示的改型方案中， 密封元件与如图2和图10所示的输入侧和输出侧密封元件96和100相同， 但是其使用方式是需要L型支架的支角128提供保持力，而支架128是沿 输入管道部分延伸的。如图20所示的这种输入侧密封元件134，压靠在输 入侧垫圈元件136。在力的作用下，输入侧垫圈元件136将围绕一对输入侧 角140弯曲至传感器管道输入孔口74的入口，而构成为密封元件。
如图1所示的质量流量控制器32的阀门控制器和致动器的设置方式， 如果如图2和图4所示，则构成为一种阀门的常闭工作状态。图16示出的 另一种变形方式构成为一种常开工作状态。
图21示出了输入管道部分的另一种变形实施例146，它沿着另一种变 形实施结构锥形限流器150定位设置，图21还示出了一对类似的输入侧和 输出侧的密封元件的另一种变形实施结构152和154，这些密封元件配合在 传感器管道输入侧孔口156和输出侧孔口158中，它们的形状与如图1所 示的输入孔口74和输出孔口76的形状有些不同。这些变形部分取代了如 图1所示的各个相应部分。图27示出了嵌装入组装位置之前成对密封器结 构中的一个。
在图24中，常闭阀门控制器和致动器的各个变形部分，取代了图1、 图2和图4所示的相应部分。这些变形结构没有采用浮动门元件球体的方 式，而是采用了使一个附装的门元件球体160、一个固定在门元件球体160 上的细长杆棒162，以及一个固定在控制器杆结构和杆棒上的杆棒轴套筒 164的设置方式。杆棒安装在轴套筒的下流侧端部166，且使其与门元件， 控制器杆棒结构的上流侧之间的距离，显著地大于由控制器杆棒结构的上 流侧至门元件球体位置之间的距离。这种安装设置方式使得杆棒除了在其 安装位置附近不与轴套筒相接触以外，这一设置方式有助于有效地使球体 相对于阀座定位。这种具有杆棒和其轴套筒的附装球体的设置方式，已经 详细地示出在图25中。
图26示出了常闭阀门控制器和致动器部分的另一种变形实施方式，它 们取代了图16中的相应部分。这种附设球体的常开型设置的变形示于图24 中。
在上面结合附图给出的介绍性和概括性的说明中，对质量流量控制器 32的各个部分及其运行方式，以及这些部分的若干变形构成方式和相应的 运行方式，给出了相当详细的说明。
作为一种补充的详细说明，可以参见题目为Fluid Mass Flow Meter Device With Reduced Attitude Sensitivity的美国专利5,191,793，该专利的主 题是提供一种常规类型的质量流量控制器，后者具有如图3所示的传感器 壳体86、传感器管道84等等的各个部分，以及如图11示意性示出的传感 器电路等等。该专利于1993年3月9日授权，并作为本申请的参考文献。
正如在该专利中所强调说明的那样，壳体86是一个具有贯穿壳体孔口 142的金属壳体，所说孔口142用于设置传感器管道84和围绕管道的上流 部分90和下流部分92的线圈。该壳体形成两个部分，即如图3所示的主 体部分，和形成压入配合定位部的、用于主体部分的盖。
由传感器线圈90和92引出的四根导线170，与连接器导线172在壳体 内相连接，进而如图11所示，使线圈与传感器电路电气连接。正如图11 中的示意性的电路所示，线圈90和92连接成桥式电路。这种桥式电路和 其它的变形桥式电路的运行方式是本领域的技术人员所公知的。开关176 闭合以后，任何气体均没有流过传感器管道时，一个直流电压源(ADC)174， 将在电路的输出端子180和182之间建立一个基本输出电压。流过线圈90 和92的电流加热这些线圈至同一温度，从而在两个线圈中形成相同的温度。 由于两个桥路电阻器184和186具有相同的电阻，所以基本输出电压为零， 而桥式电路处于平衡状态。
然而，当有气体流过时，气流将带走上流侧传感器线圈90的一部分热 量，使该线圈90冷却，而由气流带走的一部分热量会由下流侧传感器线圈 92捕获，并加热线圈92。因此，在线圈90和92之间将产生温度差，进而 造成输出端子180和182之间的电压。当然，这一电压是由于线圈温度变 化产生的电阻变化而产生的。
在装置测量范围内这一线圈之间的温度差，是气体克分子数目的一个 测量参数，因此它也是流过管道的气体质量的一个测量参数。同样，线圈 之间的电阻差是线圈之间的温度差的一个测量参数。因此，如果由这一电 阻差确定输出电压，则该输出电压将成为气体质量流速的一个测量参数。
为了能获得与线圈的电阻之间的差值正比的输出电压，两个桥路电阻 器184和186的电阻应该比线圈的电阻大的多。而且，为了足够的测量能 够在比较大的温度变化范围内获得桥式电路精度，电源174和桥路电阻器 应该具有与温度的变化无关的温度独立性。
如上所述，这种桥式电路是公知的，它包括有许多种与环境条件变化 无关的实施方式。当然，在这里所采用的电路线圈材料的电阻是正比于温 度变化的，从而使得用这种材料制造的线圈，可以给出与质量流速成正比 的温度差。从这一个角度看，在传感器测量范围之外，气体的流动将使上 流部分90和下流部分92的线圈均发生足够快的冷却。
虽然在上文中结合本发明相当详细地描述了这种传感器，但是传感器 自身的详细构成和运行方式并不是本发明的一个主要部分。
下面参考附图1，说明配置在质量流量控制器32的输入部分流体流动 孔口62处的流体限流器，它具有定位的球形限流器66，以获得在流过传感 器管道84的质量流率，和流过流体流动主路径的质量流率之间的压力落差 和比率，而且它还包括有一个输入侧部分的流体流动孔口。这一技术也是 公知的。根据这一常规技术，限流器可以使压力落差与流体流动主路径和 传感器管道中的流体流动特征相比较。在相当大的程度上，这意味着流体 流动主路径中沿着限流器流动的流体为层流流体，在传感器管道中流动的 也为层流流体(这与紊流不同)。
球形限流器66可以满足这些要求，而且在测量范围内，它还可以改变 在两条管道中的流体流动比率。它适用于以简便而有效的方式实现这一性 能。
具体地说，限流器芯体70可以由滚球轴承部件形成，该部件可以采用 诸如316型不锈钢的不锈钢材料制作。这种滚球轴承部件是可以高精度公 差的大量生产的部件。可将相同材料制成的具有类似形状的限流器把手 188，焊接到芯体的上流侧端部，可把相同材料制成的小块190焊接到下流 侧端部。当然，该芯体、把手和小块也可以形成为一个简单的整体单元， 或是不用焊接方法而用其它方式附装方法。该把手可以用作工具把握住限 流器，并将其压入至输入部分流体流动孔口62的部件使用，还可以用作工 具进行旋入，而为限流器强制定位的部件的一部分。把手和小块一起还可 以用于使连线定位，从而沿芯体70设置三根连线72。例如，可以采用一根 足够长的连线，使其几次绕过把手188和小块190的连接点，并焊接在小 块190处，也可以一次性地焊接在上述的连接区域处。当然，明显看出还 存在有许多种不同的连线设置方式。连线的根数最少可以为一根，最多可 以为所需要的、可以实用的任何数目。
输入部分流体流动孔口62，呈从流体输入管60开始的由大到小的锥形 体(参见图2)。锥度通常为一度，但可以根据实际需要适当地确定这一锥度。 当然，由于这一锥形的存在，会使得当限流器66进一步地嵌入在锥形孔口 中时，在跨过各根连线72与孔口的内侧管壁之间的初始接触点之后，这一 配合将越来越紧，并且将各根连线沿着这些连线越来越被压塞到一起。这 种压塞将使得连线横剖面越来越被拉伸，这一横剖面是如图6所示的、在 芯体70和孔口管壁之间的产生压塞位置处的横剖面。除了因压塞产生的拉 伸之外，该横剖面呈圆形。由于限流器向内侧的推入，而使芯体70更紧密 地配合所产生的这一变化，以及由于连线的横剖面产生的变化，将影响到 在传感器管道84附近处的流体流动特性。因此，这将影响到在传感器管道 中的流体流动，和在输入部分流体流动孔口62中的流体流动，亦即与孔口 作为其一部分的流体流动主路径中的流体流动之间的比率，因此，将限流 器向内侧推入或向外侧拉出，在某种程度上就象一个调节这一比率的机构 一样，并且在测量的范围内，标定着在输出端子180和182(图11)之间的传 感器电压相对于流动流体的值。孔口的锥度、芯体相对于孔口的尺寸以及 连线的直径均可以改变，以便影响它的性能和测量范围。然而在这一方面， 一般认为采用直径为0.006的316型不锈钢的连线，对于球形限流器66是 方便和适用的。
在图19中示出了一个用于如图1所示的，输入管道部分40的锥形限 流器的一个变形实施构造124，它取代了原来的球形限流器66。在图17示 出的锥形限流器的透视图中，以及在图18示出的芯体的视图中，放大示出 了它们的主要部分。因此，这个所示出的具体的芯体126的长度，适于配 合在输入管道部分40的传感器输入孔口74和输出孔口76之间的空间中。 然而在这个实例中这并不是必需的。在各种变形实施例中，芯体也可以大 于输入孔口和输出孔口之间的距离，并可延伸越过其中的一个或两个孔口。 与如图6所示的横剖面图相类似，图19所示的锥形限流器的横剖面位置， 是沿着芯体126的若干根连线，在芯体和输入管道部件的内侧管壁之间被 压塞的位置。
正如图17和图18所示，锥形限流器124具有一个把手192和小块194， 它们用于与球形限流器66的类似部件相似的目的。在一个实施例中，锥形 限流器具有四根连线196，可以与球形限流器中所描述的方式相类似的方式 利用把手和小块进行安装，只不过是改形为四根连线而不是三根。在一般 情况下，锥形芯体126的锥度可以与输入部分流体流动孔口62的锥度相同， 例如是一度。为了获得不同的性能，限流器的这一锥度也可以加以改变。 在任何情况下，均与对球形限流器的描述相类似，即可利用锥形限流器设 定在传感器管道84和输入部分流体流动孔口62之间的流体流动比率，进 而设定在输出端子180和182(参见图11)之间的传感器电压的标定值。正如 对球形限流器所进行过的描述那样，把手192可以用一个工具夹持住，或 是用一个工具塞套住，以将锥形限流器嵌入至定位位置或由定位位置中移 开。对于锥形限流器，一般认为采用直径为0.006或0.0012英寸的316型 不锈钢的连线是方便而有效的。而且这里的连线根数最少可以为一根，最 多可以为所需要的、实用的任何数目。
球形限流器66适用于相对低的质量流体流动范围，例如通常达到500 标准立方厘米/分钟左右。但是根据不同情况，也可以较低，如仅为200标 准立方厘米/分钟左右，或较高如达到800标准立方厘米/分钟左右。另一方 面，如图17所示的锥形限流器特别适用于中等的质量流体流动范围，比如 说根据不同的设计要求，球形限流器的上限从2500标准立方厘米/分钟左右 到5000标准立方厘米/分钟左右。
如果所要检测的质量流体流速高于上述的相对较低的和中等的流动范 围，则本领域的技术人员可以采用常规的实施方式，很方便容易地采用一 种和多种适用于较高检测范围的质量流量控制器。
下面说明阀门门元件50中的致动器和控制器机构，用于如图1所示的 质量流量控制器32的常闭型阀门机构的机械部分，如图1、图2、图4和 图5所示。参照这些附图，控制杆52具有一个致动部分200、一个安装部 分202和一个门元件控制部分204。尽管与部分有关的各个细节部分已经明 显地表示在附图中，但下面仍要更详细地对其进行介绍。因此，应当注意 到，当致动器连线温度上升并导致连线膨胀时，控制杆的致动部分沿反时 针方向枢轴转动。另一方面，当连线冷却而收缩时，其枢轴转动是沿顺时 针方向的。
这种枢轴转动基本上仅仅是响应这种膨胀和收缩。从这方面，阀门是 一种可完全温控的阀门。而且主要仅仅是沿所需要的连线的膨胀和收缩才 起重要作用。当然，这种连线具有较小的质量，从而可以相对比较大的质 量更快被加热和冷却。这种小质量可以获得相对较快的反应时间。如果质 量增大到10或100倍，反应时间通常将减慢10或100倍。
当控制杆52的致动部分200沿反时针方向和顺时针方向移动时，门元 件控制部分204同样也将作反时针或顺时针移动。可看出，反时针移动将 把门元件球体50调节至打开更大的位置，从而增大流体流速。顺时针移动 将把门元件球体调节至打开更小的位置，从而减小流体速度。完全闭合的 停留位置如图2，和如图4中的破折线所示。部分打开位置如图4中的连续 线所示。
控制杆52沿其安装部分202与金属膜片54相连，以便安装该控制杆。 金属膜片通常呈圆形。它通常不呈诸如波纹状等等的弯曲形状。它可伸张 或不可伸张，以提供基本上的枢轴转动安装，使控制杆可以反时针或顺时 针移动，用以调节流体流动。
沿着控制杆52的安装部分202，有一个安装部分的圆环状的圆柱形部 分206，它伸延至膜片52的致动部分一侧；另一个圆环状的圆柱形部分208， 通过膜片52定位在安装孔口210处，伸延至膜片52的门元件一侧。正如 图5所示，这些部分的前部直径较大，相对于后面的部分的抗弯曲强度也 较大。与此相关联的是，膜片54也形成一个沿膜片的致动一侧，由膜片孔 口210沿膜片向外延伸的环形阶梯部分212。控制杆52和膜片54通常均是 由例如316型不锈钢制造，并用焊接方式或铜焊方式连接在一起。
控制杆52的圆柱形部分206和208具有不同的直径，因而具有不同的 抗弯曲强度，这可以满足特定的需求。当与控制杆52相接触的膜片，焊接 在中间管道部分42和作为控制杆位于膜片之上的部分的管形壳体214之间 时，控制杆的位置，特别是门元件控制部分204的位置，可能相对于常闭 结构的预定位置有轻微的偏移。然而，在沿控制杆的门元件接触部分和/或 致动器部分200的各个部分，适当施加力的作用下，在膜片之下的控制杆 的部分将发生轻微弯曲，从而轻微地改变膜片和控制杆的其它部分的角度。
正如图5所示，膜片54上的安装孔口210的尺寸，应使得控制杆52 可以安装在膜片上，上侧圆柱形部分206上形成的阶梯部分抵靠在膜片上。 然而结合图24和图26可清楚看出，根据预定的结构和运行结果，这正如 本领域的技术人员所公知的那样，控制杆和膜片还可以有许多种不同的替 换形式，例如，控制杆和膜片在膜片附近具有相同的外部形状时，也可以 形成为一体。类似地，膜片也可以不形成有孔口，而是形成有，比如说延 伸至孔口位置处的阶梯部分。在这种连接关系中，控制杆在膜片的每一侧 具有两个分离部分，它们一并作为一个不连续的杆部件，或者沿着膜片的 中心部分伸延，而构成为一个杆部件。在这种构成方式中，下侧的圆柱状 部分具有一个焊接在或铜焊在膜片底下一侧的环形端部，和具有类似地焊 接在或铜焊在膜片结构上下侧端部的上侧圆环形的圆柱状部分。因此，还 存在有许多种可实施的变形结构。
下面参考图1、图2和图4，仍以常闭型阀门的运行为例，进一步详细 说明致动器。致动器连线56穿过螺纹孔口216，后者穿过控制杆52的致动 器部分200。在一端具有外螺纹的管220，通过将其螺纹旋入孔口216的方 式安装在控制杆的致动部分。以相对流体流过流体流动主路径时的方向， 将该管围绕连线结构进行配置，而且通过这一配置，使其伸延至控制杆的 致动部分的输入侧。另一方面，另一个管222沿另一部分连线56类似地配 置在致动部分的输出侧，该输出侧管具有外螺纹，它可以沿膜片54上控制 杆的管形壳体214上的孔口224旋入孔口的内螺纹，输出侧管222还设置 有一个可紧固该壳体的锁定螺母226。
在输出侧管222的输出端部，形成有接收压入配合衬垫228用的凹孔， 该压入配合衬垫228是用诸如陶瓷或云母材料制作的，以提供良好的电绝 缘。尽管在这里采用了压入配合方式，但是当连线的张力可以将衬垫保持 在预定位置时，也可以不采用压入配合方式。致动器连线56穿过形成在输 出侧金属接触球体230处的孔口。在穿过孔口后，可通过焊接或熔接等方 式将这一连线固定在接触球体上。类似地，可以将电气导线232连接至球 体，以便如图12所示将导线56的这一侧连接至致动器回路。在输入侧管 220的输入端部结构是相同，即也具有绝缘压入配合衬垫(未示出)，而且后 者也并不一定需要采用压入配合方式附装在一个类似的金属接触球体234 上。如图12所示，一根类似的导线236连接至致动器连线56的另一端， 并进入至驱动器回路。
相对于流体流动方向，致动器连线56的输出端部固定在输出侧接触球 体230上，后者相对于输出侧管222紧固保持定位。这可以仅仅靠导线的 张力来实现。由于输出侧管固定在控制杆的上侧部分附近的壳体214处， 使得它在质量流量控制器的运行过程中，基本上不能产生移动，所以导线 的这一端部部分，并不随导线的膨胀和收缩而变化。另一方面，输入侧管 220固定在控制杆52的可移动的致动部分200处。因此，随着导线的膨胀 和收缩，导线的这一端部和它的金属球体234将产生移动，从而使控制杆 的致动部分在膨胀时沿反时针方向移动，在导线收缩时沿顺时针方向移动。 控制杆的致动部分和门元件控制部分的反时针或顺时针移动，基本上是一 种转动运动，所以这些部分将相对于膜片54的位置向相反的方向移动。然 而正如所述，因为致动器导线的张力，并不需要将每一个接触球体都与相 应的绝缘衬垫相固定。
参见图1、图2和图4，在阀门的致动机构中包括一弹簧组件240。实 际上，随着致动器连线56膨胀，该弹簧组件将产生一个弹性力作用在控制 杆52上并阻碍其运动，而连线收缩时，弹性力作用在移动方向。虽然在运 行过程中连线并不一定要处于张紧状态，但处于张紧状态有助于使运动和 操作平滑地进行。而且更重要的是，在组装过程中设置致动器连线时，该 弹性力可以构成一个阻滞作用力，以便组装。值得指出的是，在组装过程 中，由于在精确定位时的各种正常变化，当将各个部分组装到一起时，如 焊接影响或其他因素可能会使控制杆52的正常闭合支撑位置并不是精确垂 直对准位置。然而，弹簧组件240的采用可以有助于在组装过程中形成预 定的位置。
可以看出，弹簧组件240是一个常规型的组件，它具有一个有外螺纹 的弹簧壳体242，利用该外螺纹可以将其旋入沿着管形壳体214开口的孔口 的内螺纹，而管形壳体214位于控制杆52的上侧部分附近。致动器弹簧244 压住凸部246，使后者可在弹性力的作用下靠近控制杆52的致动部分200。 当然，该弹簧锁定在壳体的后侧端部处附近。于是，当弹簧壳体242向内 旋入时，抑制控制杆的弹性力将增大。当弹簧壳体向外旋出时，弹性力自 然将减小。因此，可以将这一弹性力调节至预定的水平。
如果在组装过程中，使连线56在张紧状态下实施组装，则可将输入侧 管220反时针转动，使连线充分地张紧，在冷却后将完全闭合住阀门。然 后，在加热连线而打开阀门时，连线仍保持在拉伸状态，无论是阀门处于 其最大打开状态，完全闭合状态，还是处于两者之间的任何状态均是如此。
正如图12所示，在致动器回路中的致动器连线56，在其电学性能方面 可被视作为一个电阻器。可以根据需要采用常规类型的导线。需要指出的 是，连线需要有一定的长度，以便能将可预计的电压跨接在该连线上，在 连线上施加一定功率，进而能够通过加热和冷却的方式，产生相对于膨胀 和收缩的可预计的长度变化。因此，在如图12所示的示例性致动器电路中， 可变直流电压源250的电压，在开关252闭合时，可以由比如说跨接在如 图11所示的端子180和182之间的、反映着质量流速的电压加以控制，该 电压还可以由操作者通过发出指令的方式加以控制，以反映预期的流体流 量。当然，所有的这一切均可以采用常规的方式加以实施。为了简单地进 行说明，在图13中用方框254示出了作为一个整体的质量流量控制器的电 路，它与如图11所示的端子180和182相分立，也与如图12所示的可变直 流电压源250相分立。为了进行进一步的说明，在方框216中示出了一个 具体的示例性元件，即电位计256。这一电位计响应跨接在端子180和182 之间的电压，和操作者给出的反映预期流体流动的指令之间的变化关系， 并可以控制直流电压源250的输出电压。在这一电路中包含着以可变直流 电压源为基础的电路，但也可以采用以交流电源为基础的电路，或是以电 源耦合脉冲宽度调节为基础的电路，这说明可以采用原有的多种常规方式 实施质量流量控制器32的电路部分，并可以根据具体需要、因素和选择要 求等等加以变换。如举例来说，这种电路的具体构成，也可以与所示出的 说明性的电路不同，即可能利用由一个可变电压源给出的特定电压容量， 这与目前通常使用的或适用于质量流量控制器的电路并没有什么较大的不 同，而且这些方面也不是本发明的主要部分。可以作为致动器连线56的导 线的一个实例是由美国Califomia Fine Wire公司出品的用镍-铬材料制成的 产品。
在图16中，仅质量流量控制器32的致动器部分与图1所示的不同， 而其它全部相同。经过改动的致动部分构成了阀门动作的一种常开形式。 在这一实例中，它具有位于致动器导线262部分附近的，变形后的输入侧 管258和变形后的输出侧管260。在这一实例中，输出侧管260固定在控制 杆52的致动部分200处。它的外螺纹可以旋入至通过这一致动部分200的 螺纹孔口的内螺纹中。在另一方面，输入侧管258附装在对应于控制杆的 上侧部分的管形壳体264处。它的外螺纹可以旋入至在该壳体的内侧处的 壳体孔口的内螺纹内。在管258和260端部处的致动器连线的连接方式， 与如图4所示的连接方式相同，而且其中的绝缘衬垫的使用，机械接触球 体以及电气导线等等也相同。而且正如图4所示，虽然在所示的实施例中 采用了压入配合，但由于连线在这一过程中处于拉伸状态，所以衬垫的压 入配合安装方式并不是必需的。在这一实施例中，弹簧组件的弹簧将沿顺 时针方向施加力，使常开阀门作闭合运动，由于导线处于拉伸状态，故这 也不是必需的。更值得指出的是，正如图4所示，弹簧和弹簧组件有助于 方便地进行阀门的常开位置和初始调节。而且如图16所示，锁定螺母272 用于锁定输入侧管258的螺纹连接，这与如图4所示的外侧锁定螺母不同。
参考图16，以及前述的如图4所示的常闭形操作，可以容易地看出， 在图16中，当致动器导线262膨胀时，输出侧管260沿控制杆52的致动 部分200按顺时针方向移动，进而更多地闭合住阀门，使流体流速更小。 另一方面，当致动器导线收缩时，将致动部分200沿反时针方向移动，并 且对阀门产生相反的作用。根据这种动作方式，在反映预期的流体流速的 信号，和代表实际流体流速的电压电位的信号，即如图12所示的可变直流 电压源250的输出信号之间的相互作用，在流体流速有预定量的增加时降 低，从而使致动器导线262收缩，并且在当流体流速有预定量的降低时增 大，从而致动器导线膨胀。在这种连接方式中，可以采用如图12和图13 所示的示意性的电路设置，在如图12和图13所示的常规具体构成的水平 上，可以完全采用常规的各种变形方式来实施。
与图4所示的情况相类似，在组装实施过程中，为使如图16所示的致 动器导线262处于拉伸状态，可使输出侧管260反时针方向转动，以使导 线处于良好的拉伸状态，当其冷却时，可以在阀门中形成最大的流体流动。 然后，在加热导线以闭合阀门时，导线仍将保持在拉伸状态，无论是阀门 处于完全闭合位置，处于最大打开位置，还是处于两者之间的任何位置均 是如此。
正如所述和所示，对于这种阀门致动器和控制器机械，无论是常闭型 还是常开型，都具有下述的几个优点。首先，阀门的转动动作方式方便了 在直线型流体流动主路径中的实施。因此，穿过输入管道部分40的流体流 动孔口62，穿过阀座48的质量流量孔口32，穿过中间管道部分42的流体 流动孔口64，以及穿过输出管道部分44的流体流动孔口66可以准直设置。 这对于减小和消除阀门动作对背压的灵敏度是相当重要的。它还有助于方 便地采用市售的成品部分，并利用焊接方式将，比如说输入管道部分40、 中间管道部分42和输出管道部分44，连接在流体流动主路径上。这可以大 幅度地提高生产效率。
第二，采用转动动作方式，而不是线形动作方式，可以显著地减小致 动器动作所需要的力。这对于采用致动器导线的温度调节方式是非常重要 的。当然，根据本领域的技术人员所公知的各种常规变形方式，也还可以 采用配置有可转动地安装控制杆的常规电磁螺线管和压电石英型调节器。 事实上，通过改变杠杆臂的方式，还可以改变使控制杆产生在其门元件控 制端部处的给定移动所需要的致动器移动量。如举例来说，压电石英致动 器通常具有比较小的移动量。通过将压电石英致动器连接在靠近该转动点 的方式，其比较小的移动可以被放大为控制杆的门元件端部的比较大的移 动。当然，这里所依据的机械原理均是众所周知的。
在如图1所示的质量流量控制器32中，传感器管道86与传感器管道 输入孔口74之间的连通方式，传感器输出输出孔口76与输入部分流体流 动孔口62之间的连通方式，已在图2、图9和图10中以举例形式给予了描 述，它们基本上均已出现在前面的说明书和附图中。然而许多方面需要进 一步说明。这可以由图10所示的内容开始进行说明，图10示出了压入配 合在传感器管道输入孔口74中的内侧机械密封元件96。正如所述，在这一 实例中，外侧金属密封元件100与该内侧金属元件相类似，将其安装在外 侧传感器管道输出孔口76处的方式，也与将内侧金属元件安装在内侧孔口 处的方式相类似，而且它在传感器管道86的输出端82处的附装方式，也 与内侧金属元件附装在传感器管道的输入端80处的方式相类似。
正如所述，在图10中的重点在于，由于是压入配合安装，所以实际上 内侧元件96并不再需要L型支架支脚130提供的将部件保持定位的力。元 件96可以采用市售的滚球轴承方便而有效地构成，而且该滚球轴承可以选 用3 16型不锈钢材料制作。该元件具有一个伸延至传感器管道输入孔口74 处的球形表面部分98，以进行压入配合。还形成有一个穿过传感器管道86 的输入端80部件的孔口274。在管道的端部孔口变的相当窄。而且在管道 端部的附近还形成有三个平坦的环形表面部分，从而构成该元件的两个阶 梯区域。即在这里有一个平坦的底部表面部分276、一个平坦的中间表面部 分278和一个平坦的顶部表面部分280，它们形成了中间阶梯区域282和顶 部阶梯区域284。这种结构对于传感器管道的输入端的强度和安装都是方便 而有效的。因此，顶部阶梯区域284可以方便而有效地构成将传感器管道 的端部焊接在密封元件96上的支撑部位。
现在参考图20，正如所述，表示另一个实施例，与如图10所示的结构 相对应，它表示的也是传感器管道86的输入端的结构。图20中的密封元 件134与如图10所示的密封元件96相同。而且正如图10所示，传感器管 道的端部焊接在同一个焊接支撑部位处。然而在这一实例中，为了将密封 元件相对于输入侧垫圈元件136紧固定位，需要利用L型支架的支脚130 提供的力，而输入侧垫圈元件136，可以相对于输入侧传感器管道孔口74 的输入侧弯管140弯曲。因此在这一实例中，需要用垫圈元件136实施流 体的密封。
在如图1所示的质量流量控制器中，也可以如前面的说明书和附图所 示的那样，特别是如图14和图15所示那样，用径向膨胀配合安装方法， 将阀座轴套46安装在中间管道部分42处。然而，在这里的另一些方面是 值得注意的。具体地说，在图14和图15中，轴套46的球形表面部分120 是通过向锥形表面部分104施加力的方式形成的。然而，如果未设置这一 锥形表面部分104，且轴套的上流侧端部表面102在变形之前并不具有这种 表面部分，则沿其整个表面与通过轴套的方向相垂直，球形将由变形球体 112的形状所确定。但是，这需要更大的力和/或作用时间更长的力。
对于如图1所示的质量流量控制器32，还可以使用在图21所示的，沿 着相应的预输入管道部分300伸延的另一输入侧管道部分146，取代如图1 所示的输入管道部分。这样，还可以用如图21和图23所示的另一种锥形 限流器150，取代如图1、图6至图8和图17至图19所示的球形限流器66 和锥形限流器174。在该变形实施例中，还可以用如图21所示的一对输入 侧密封元件152和输出侧密封元件154，取代如图1、图9和图10所示的 一对类似的输入侧密封元件80和输出侧密封元件82。
穿过变形后的输入侧管道部分146的流体流动孔口302，具有一个中间 呈均匀锥形的部分304，后者具有一个前导形无锥度的环形圆筒状部分306， 和一个后导形无锥度的环形圆筒状部分310。由于是利用便利的锥尖等进行 成型的，所以在前导形部分和后导形部分与中间部分之间，会有一个相当 小的锥形过渡部分。后导形部分处的这种小型过渡部分312已示出在图21 中。正如图21所示，流体流动孔口302的前导形无锥度部分306沿着传感 器管道86的输入侧孔口156伸延，而后导形无锥度部分310沿着传感器管 道的输出侧孔口158伸延。对于该输入侧孔口和输出侧孔口，它们通过输 入侧管道部分146的角部位置，是传感器管道84的输入端80和输出端82 的位置的一个简单的函数。当然，它和该角部位置均可以根据具体的要求 和方便程度，在传感器壳体86的输入侧管道部件附近加以改变，该传感器 壳体86装设有传感器管道84。
锥形限流器的一个变形实施例138示出在图21和图23中，它与锥形 限流器126相类似，只是它具有沿着其芯体316伸延的四根连线314。类似 地，该限流器定位在通过输入管道部分的流体流动孔口302处，当它被推 入时，将增大压塞，并且拉伸被压塞的各根连线的横剖面，所以可以利用 这一推入的大小标定该质量流量控制器。在这里，限流器的长度，它的锥 度，以及流体流动孔口的中间部分304的锥度，均可以根据具体的需要加 以改变，而不论限流器是否沿着传感器管道的输入侧孔口156和输出侧孔 口158伸延均是如此。两者的锥度通常均为一度左右。然而，由于这种变 形后的锥形限流器和它的辅助输入管道部分的设置，使得它适用的流体测 量范围，与设置在输入管道部分中的球形限流器66，和另一个锥形限流器 124所覆盖的流体范围相对应。在这一实例中，许多参数还可以加以改变， 比如说限流器的锥度可以取为两度左右。
当然，可以用与描述锥形限流器126时所描述过相类似的方式，实施 将四根连线316缠绕在这一变形后的锥形限流器的芯体316上的操作。然 而在这里，还可以采用一种变形方式实施这一操作，即不再采用小块，而 是直接将连线焊接或固接在芯体的较小端部(未示出)处。正如图21和图23 所示，在这里的限流器把手318，与用于其它的锥形限流器的把手192在锥 度和形状等等方面多少有些不同。
在如图21所示的变形后的流体流动输入侧的设置中，一对类似的密封 元件152和154，以及用于传感器管道的一对类似的输入侧孔口156和输出 侧孔口158的形状，作为一种前述的变形设置方式，已经示出在图21、图 22和图27中。至于已由图22详细示出的输入侧密封元件152和输入侧孔 口156，在这一实例中该输入侧密封元件具有其基本形式呈球形的中间部 分，而不是一个均匀的外侧部分。它还形成有一个穿过传感器管道86的输 入端80部件的输入侧孔口320。这一孔口在靠近管道的端部处变窄，使得 穿过阶梯区域322，可以方便而有效地构成将传感器管道的端部焊接在密封 元件96上的支撑部位。当然在这里也可以接合其它密封元件，形成有两个 阶梯区域。
输入侧密封元件152压入配合在输入侧孔口156的放大了的输出侧部 分324处，从而使元件的球形外侧表面紧固地靠紧在孔口的外侧部分的管 壁上。该密封元件和孔口的外侧部分的尺寸和形状，使得它们可以如图22 所示的那样，将密封元件压入配合在输入侧孔口的外侧壁管壁处，使密封 元件的外侧环形表面326与输入侧管道部分146的外侧管壁的高度相等。 管道部分支脚130也可以与输入侧管道部分和密封元件的高度相同，然而 密封元件的压入配合可以紧固地将它保持定位，而不需要再使用这一支脚。 当然，这一高度相同并不是必须要满足的，密封元件的外侧环形表面也可 以凹入或凸出于输入侧孔口的外侧部分。
输入侧密封元件152在嵌入在其组装位置之前的形式已示出在图27 中。比较由图27所示的该元件和如图22所示的嵌入后的该元件，便可以 对有关密封元件152和154的具体特征作出评价。
参考各附图给出的实例和输入侧元件以及主输入侧孔口156可知，输 入侧孔口的输出侧部分324具有一个截头型圆锥管壁部分325，它作为在环 形圆筒状侧壁327，和输入侧孔口的内侧部分的环形圆筒状管壁328之间的 过渡部分。用钻头钻孔的方式形成该输入侧孔口的外侧管壁的形状。然后， 在用压入配合的方式将密封元件适配在输入侧孔口的过程中，密封元件的 内侧转角结构329(参见图27)，在该输入侧孔口的锥形管壁部分处被压塞， 而形成为密封元件的比较小的截头型圆锥紧固管壁部分330。这一嵌入力会 产生将密封元件的球形表面部分挤向外侧的力，这将增大压入配合的紧固 度。与阀座轴套的安装方式相类似，也可以用径向膨胀配合方式实施这一 安装。当然，还可以在组装之后基本上保持密封元件的球形表面部分。
正如所述，变形后的输出侧密封元件154在嵌入至组装位置之前和之 后的形状，与变形后的输入侧密封元件152是基本上相同的，位于变形后 的输入侧管道部件中的输出侧孔口158，与输入侧孔口156也是基本上相同 的。因此，对输入侧元件和孔口的说明与对输出侧密封元件的孔口的说明 相类似。与其它对密封元件相类似，这一对密封元件也可以用市售的滚球 轴承构成，后者可以用316型不锈钢材料制成。
可以用图24示出的变形后的常闭型阀门和致动器部分，取代如图1所 示的质量流量控制器32中的相应的部分，并设置在中间管道部分42和输 出管道部分44处。还可以采用如图25所示的变形后的常闭型阀门和致动 器部分，图25中的许多部分与图24中的相同。当然如上所述，图21所示 的附装在流体流动输入侧的变形实例与图1所示的不同，它也可以采用如 图24和图25所示的阀门和致动器部件。
下面说明如图24所示的常闭型变形实例，它的结构和运行方式大体与 前述的其它常闭型设置相类似。
在这一实例中，变形后的控制杆部件332与膜片334形成为一体，并 焊接配置在管形壳体336和输出管道部分44之间，所说管形壳体336设置 在膜片上方的控制杆部件部分附近。该控制杆部件具有一个致动部分338， 一个位于膜片附近的中间部位的安装部分340，和一个门元件控制部分342。
一根致动器连线344，一个旋入至穿过控制杆部件的致动器部分的，具 有内螺纹的孔口350中的输入侧管346，一个用比如说陶瓷或云母等等材料 制成的、压入配合安装在管道端部的输入侧衬垫352，具有一个金属的输入 侧接触球体354，一个在穿过该球体后用比如说熔焊或锡焊方式安装在球体 上的致动器连线342，它们与前述的、如图1、图2和图4所示的常闭型设 置的相应的各个部分具有相应的作用。一个用辅助栓锁螺母360旋入至管 形壳体孔口358，并且固定在该壳体上的相对比较短的输出侧管356，一个 用比如说陶瓷或云母等等材料制成的、压入适配安装在管道端部的输入侧 衬垫362，和一根致动器连线342在穿过该球体后用比如说熔焊或锡焊方式， 安装在球体上的输出侧金属接触球体364，也与前述的相应部分具有相类似 的作用。因此，不与控制杆部件相接触的致动器连线在被加热时的膨胀， 将使这种常闭型阀门的致动器和阀门部分向打开更大的位置移动，而当被 冷却收缩时将使致动器和阀门部分向更加闭合的位置移动。
图24中的弹簧组件与如图1、图2和图4所示的其它常闭型结构中的 相应的组件，具有相类似的有助于初始组装和标定的功能。然而在这一方 面，值得指出的是弹簧组件的这些功能和其它的辅助功能，可以通过使弹 性力沿推开常闭型阀门的方向施加的设置方式来实现，就如同在常闭型阀 门使弹性力沿闭合阀门的方向施加的设置方式一样。在实际上，这种变形 结构可以应用在如图24所示的结构中。
具体地说，在这里的弹簧组件366包括有螺栓370，后者通过旋入穿过 该孔口并且由螺母372保持住的方式，固定在控制杆部件332的致动器部 分338处。然后使比较大的中空螺母374通过其外螺纹将其旋入至穿过壳 体的孔口的方式，固定在管形壳体336上。可以采用栓锁螺母376来协助 该中空螺母的工作。端部螺母378相对于衬垫379旋入在弹簧组件内侧处 的螺栓的端部。配置在螺栓附近的弹簧380的弹性力将常闭型阀门元件推 向打开的方向，而且这一弹簧380还设置在衬垫和中空螺母的内侧端部之 间。
在如图24所示的整体构成的控制杆部件332和膜片334处，紧靠近形 成膜片的位置的上侧和下侧的控制杆部件的安装部分340，具有一个直径不 变的环形圆筒状表面。因此，在其它的常闭型结构中在初始组装时，为了 准直安装而使沿直径比较小的地方具有不同强度，并易于产生弯曲的情况， 在这里并不会出现。
仍然参照如图24所示的常闭型结构，特别是如图25所放大示出的门 元件球体160的安装结构，虽然已经作了基本介绍，下面将更详细地进行 介绍。
在这一点上，该门元件球体160可以用常规的压入配合方式安装在球 体保持体382中，而细长杆棒162由保持体的另一端突出。杆棒轴套筒164 可以通过控制杆部件332的门元件控制部分342，压入适配安装在轴套筒安 装孔口384内。而且，当轴套筒位于轴套筒安装孔口内时，还可以用焊接 的方式将其固定在控制杆部分上。在轴套筒的输出侧端部166，杆棒可以滑 入至用于杆棒的轴套筒端部孔口386，并且在轴套筒端部孔口的背面焊接在 它的输出端部。在轴套筒的输出端部的前头，设置有一组穿过轴套筒的出 口孔口387，以使得流体可以穿过轴套筒而流动。
如上所述，这种设置方式使得杆棒162可以进行偏转型运动，它所包 括的各个部分中包括有门元件球体160，以便当控制杆部件332基本上作向 后和向前的转动运动以打开或闭合住阀门时，可以方便地使球体相对于阀 座388正确定位。除此之外，这种设置方式还可以将球体相对保持在控制 杆部件的轴线附近，以使它的运动近似地与这一轴线相垂直。如果取控制 杆部件的门元件控制部分的门元件侧390为一个基准点，则在该典型的设 置方式中，球体160的定位位置(即它的中心)在门元件侧390前面0.150英 寸左右处，而轴套164的输出端部在其后面0.500英寸左右处。正如所述， 在任何实例中，使细长杆棒距这一门元件侧390的安装距离，大于球体160 的定位位置与这一门元件侧的距离两倍以上，都是有利的。在这里也当然 要这样，当轴套筒端部孔口386的杆棒开始嵌入位置处作为该杆棒的安装 开始点时，可以满足这一点。
继续参考图24和图25，虽然阀座轴套392具有与前述的阀座轴套46 相同的形状，并且采用相同的方式安装，但阀座388确实与其它的常闭型 设置方式中的阀座48有所不同。当然，这表示在与这里所说明和示出的设 置方式相类似的多种设置方式中，可以采用并且适用于许多种不同的变化 了的阀座。类似地，尽管在如图24和图25所示的结构中没有使用，但是 也可以实施那种在运行过程中，可以使球体保持体真正靠接在阀座上的结 构设置形式。
对于细长杆棒162的一种典型的可以实用的尺寸为，长为大约0.600 英寸，直径为大约0.023英寸。当然，可以根据具体的需要，在相当大的变 化范围内适当地选择这些尺寸。
在如图26所示的常开型的变形实施例中，可以使用与图24所示的常 开型变形实施例中相同的控制杆部件332和膜片334，以及相同的细长杆棒 162，门元件球体160，球体保持体382和相同的位于其阀座轴套392中的 阀座388。类似地，其它许多部件也与图24所示的部件相同，这些部件包 括一个螺栓394，它的附设螺母396，一个中空螺母398，它的栓锁螺母400， 一个具有附设衬垫403的端部螺母402，以及一个弹簧404。这些部件相对 于控制杆部件332的致动部分338和管形壳体406的安装方式和连接关系， 基本上与常闭型结构的变形实施例相反，并且在前述的常闭型结构设置方 式中已经给予了说明，并示出在图25中。在这里，弹簧404用于初始的组 装和调整，并且在阀门运行过程中发挥作用，即可以提供出一个沿闭合阀 门方向作用的力。
在如图25所示的变形后的常开型结构中，致动器连线410、输入侧412 和输出侧414接触球体，以及压入适配定位的输入侧416和输出侧418衬 垫，均与如图24所示的类似部件相类似。然后，为了实施常开型的运行， 具有外螺纹的输入侧管420是用旋入至穿过壳体的内侧螺纹孔口421的方 式，固定在管形壳体406上的；输出侧管422旋入在控制杆部件的管安装 孔口424中，以将该管固定在控制器部件上，并且相对于致动器连线的膨 胀和收缩向后和向前移动控制器部件。
在如上所述和如上所示的某些辅助的具体结构和/或变形中，已经指出 对于许多质量流量控制器部件均可以采用316型不锈钢材料。这种材料也 可以用于许多其它的部件，比如说门元件球体，致动器管，流体流动主路 径部分，用于膜片之上的控制杆部分的壳体，细长杆棒，用于杆棒的轴套， 球体保持体，以及控制杆和膜片部件等等。当然，还可以采用其它许多种 易于购得的适用的金属材料。如举例来说，还可以采用商标为Hastalloy and Inconel的市售的金属合金。诸如Parker Hannifan和Cajon等等流体部件的 传统供货商是各种管道部件的一个供货来源。作为附装在致动器管道上的 衬垫，该阀座通常可以用陶瓷或云母材料等等制作，它们也是门元件球体 的可选用的制作材料之一。
对于较低量值的流体流量，可以如图4和图16中的结构所示，将典型 的膜片厚度取为0.030英寸左右，而对于较高的流体流量，这一厚度可为 0.014英寸。对于这种结构，控制杆沿该杆的安装部分伸延的两个环形圆筒 状部分的横剖面的直径，通常为大约0.090和0.100英寸，但根据具体的用 途和需要，也可以在由大约0.045和0.050英寸至大约0.180和0.200英寸 之间变化选择。传感器管道典型的外侧直径的选择范围可以为，比如说由 大约0.010英寸至0.050英寸。为了在比如说空气中加热致动器连线，适用 的电功率的范围可以为大约0.3至3瓦/英寸。当然，这些只是示例的部件 和变化参量的选用，均属于本领域技术人员的普通知识范畴。
在这里已经示出了若干种控制杆-膜片结构和连接关系，并且已经给 出了若干种适用的变形实施例，然而还可以由此获得其它的一些结果。
首先，从表示致动器和阀门部分的各种实施例的附图，以及由对它们 的说明可见，在每一个实例中，膜片均为控制杆部件基本上提供了主要的 结构支撑。然而在运行过程中，正如所述，气体流动产生的力将对膜片产 生辅助结构支撑。而且在每一个实例中，膜片均是不弯曲和没有波纹的。 这从制造和操作的角度看均是有利的。
第二，正如图24和图26所示，所形成的膜片334具有一个较薄的圆 环状凸起，以作为安装时的辅助部件。如举例来说，它的可以采用的变形 形式包括在其外侧边缘处的折角形状，这一折角形状与它紧靠的管形壳体 折角边缘相适配，并且作为焊接操作时的辅助部件。正如图5所示，还可 以不在外侧边缘而在定位位置处改变厚度，以有助于制造、它装和运行操 作。一般说来，膜片的最大厚度为0.040英寸左右，最小厚度为0.013英寸 左右是合适的。
第三，在附图(比如说图4和图16)所示的一种控制杆-膜片设置方式 中，在控制杆部件的安装部分一侧的控制杆部件形成有锥度，而在附图(比 如说图24和图26)所示的另一种设置方式中，在其两侧形成有这种锥度。
因此，在这里示出了有关控制杆-膜片结构的多种变形和改形实施方 式，本领域的技术人员可以根据具体制造或运行需要和要求加以选择。
对于分别根据图4和图16构造的常闭型和常开型阀门构造和它们的致 动方式，不难看出对于每一种实例，弹簧组件240和270的主要目的，就 是要在组装过程中方便控制杆52的调整操作。然而亦如所述，在这些结构 设置中，采用这种方式将使该弹簧组件在运行过程中，对控制杆朝一方面 的移动多少产生一些抑制控制杆移动的阻力，而对控制杆朝另一方面的移 动多少产生一些辅助其移动的推动力--因为致动器连线56和262处于拉 伸状态，故这在实际上是不需要的。
根据该主要目的，并且不需要次要的目的所产生的功能，在这种实例 中的每一个，实际上弹簧组件分别安装在管形壳体214或264的，位于膜 片之上的控制杆部分的每一侧。因此在每一个实例中，弹簧组件可以用镜 象方式同样的安装在管形壳体的相对侧，而管形壳体在未示出的相对侧也 形成有用于组装的孔口。当然，由此所产生的结果是在所示出的相对侧会 多少产生一些阻力，和所示出的相对侧会多少产生一些推动力，而由于连 线处于拉伸状态，故所产生的这种功能也不是必须的。正如所述，在事实 上这种相对设置的方式，适用于分别如图24和图26所示的常闭型和常开 型结构的变形实例。在相对侧进行这种设置，其结果将抑制由于致动器连 线收缩所产生的移动，并推进由于致动器连线的膨胀所产生的移动。
正如这里所指出的那样，也可以不采用热致动器，而是采用可转动安 装有控制杆结构的更为普通的电磁螺线管和压电型致动器。比如说在采用 电磁螺线管致动时，还应该注意到要象常规实施方式那样，采用比较细的 穿过控制杆上的致动部分孔口的杆，而不与控制杆相接触。这一杆可以固 定在处于其两端处的球体上，而球体可以紧靠在包括控制杆在内的其它致 动器部件上。当然，这仅仅是许多可供选择的方案之一。
虽然通过附图和整个说明书反复进行的说明，清楚地说明了在这里示 出的和描述的可调节的阀门，是一种具有用于控制流体流动的致动器和阀 门部分的多个定位位置的阀门，因而它具有多种流体流速控制能力。
当然，本领域的技术人员还可以由详细说明的各个实施例，获得不脱 离本发明的主题和范围的多种变形和改形。
本申请是申请人为：米克罗利斯公司，申请日为：1995年11月20日， 申请号为：95197568.4，名称为：流量控制器的发明的分案申请。